DE2413826A1 - Zusammengesetzte schaltungstafeln fuer gedruckte schaltungen - Google Patents

Description

. Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-Ing. R. König ■ Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte - 4Qqd Düsseldorf ao · Cecilienallee 7B · Telefon 432732

21. März 1974 29 200 B

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza,

New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

"Zusammengesetzte Schaltungstafeln für gedruckte

Schaltungen"

Die Erfindung betrifft zusammengesetzte Schaltungstafeln für gedruckte Schaltungen zum Einsatz in elektronischen Geräten, beispielsweise in deren Grundplatten.

Die meist in Massenproduktion hergestellten elektronischen Geräte sind mit sogenannten "Karten mit gedruckten Schaltungen" versehen, die zur Halterung von Schaltungskomponenten und zum Verbinden dieser Komponenten mit einem Minimum an Handverdrahtung dienen. Diese Karten mit gedruckter Schaltung bestanden bisher meistens aus Schichten dünner Lagen von Fasermaterial, die mit einem synthetischen Harz imprägniert wurden. Diese Art von Schaltungstafeln hat Vorteile hinsichtlich des geringen Gewichts, guter Stoßfestigkeit und guter elektrischer Isolation, so daß ein aus Leitern gebildetes Netzwerk haftend auf einer Oberfläche der Karte aufgebracht" werden kann.

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Jedoch, haben derartige isolierende Laminattafeln auch gewisse Nachteile. Einige Bauelemente mit hoher Leistungsaufnahme, die merkliche Wärme erzeugen, können nicht direkt auf der Tafel montiert werden, weil eine Gefahr der Überhitzung der Tafel besteht. Gewisse andere Arten von Bauelementen hoher Leistung, wie beispielsweise Leistungstransistoren, bilden bei der direkten Montage auf einer derartigen Tafel oder Karte zwar keine direkte Gefahr, jedoch sollten sie deshalb nicht so angeordnet werden, weil die Wärme nicht schnell genug vom Bauelement abgeführt wird, um zu verhindern, daß das Bauelement selbst überhitzt wird und ausbrennt oder in der Leistung nachläßt, Daraus folgt, daß ein Teil der Bauteile des Geräts, beispielsweise die vorstehend erwähnten, entweder separat auf Metallrahmen montiert oder mit speziellen Kühlkörpern versehen werden müssen. Dies hat die Herstellungskosten der Produkte erheblich erhöht.

Infolge des Wärmeabfuhrproblems und der möglichen Brandgefahr, sind Versuche unternommen worden, eine Schalttafel mit einem Metallkern und isolierenden Oberflächen zu verwenden. Beispielsweise wurden Aluminiumtafeln mit anodisierten Oberflächen versuchsweise eingesetzt. Aluminium- oder Stahlblech-Tafeln mit verschiedenen Arten von HarzbeSchichtungen wurden ebenfalls verwendet, jedoch brachten sie keinen vollständigen Erfolg, da Nachteile wie die Bildung von Nadellöchern in der Isolierschicht auftraten, was den Kurzschluß von Leitern zur Folge hatte. Wenn die Isolierbeschichtung dick genug gemacht wird, um sicherzustellen, daß Nadellöcher völlig fehlen, wird die Fähigkeit der Tafel, Wärme von den

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Schaltungskomponenten abzuleiten, erheblich verringert. Darüber hinaus verblieb eine gewisse Brandgefahr bei derartigen Tafeln mit HarzbeSchichtungen, wegen der Brennbarkeit organischer Materialien. Ein weiterer Nachteil der harzbeschichteten Metalltafeln ist deren erhöhte Kapazität bei einigen Schaltungstypen.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung vermieden durch eine Isolierstofftafel und eine mit dieser in Übereinanderlage verbundene Metalltafel, welche die durch Erwärmung verursachten Gefahren in elektronischen Geräten erheblich verringert, dabei jedoch die Anordnung von Komponenten mit hoher Leistungsaufnahme einerseits unter Wärmeabfuhr und andererseits Luftumströmung ermöglicht. Die verbesserte Schaltungstafel ermöglicht eine optimalere Auslegung von elektronischen Schaltungen hinsichtlich der Minimalisierung unerwünschter Kapazitäten, bei gleichzeitiger Maximierung der Wärmeabfuhr und erheblicher Brandsicherheit. Die verbesserte Schaltungstafel führt auch zur Verringerung des erforderlichen Anteils an Handverdrahtung bei bestimmten elektronischen Geräten, beispielsweise Fernsehgeräten. Hierdurch werden nicht nur die Herstellungskosten verringert, sondern auch die Zuverlässigkeit des Produkts erhöht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer zusammengesetzten Schaltungstafel gemäß der Erfindung ;

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Fig;. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 gezeigten Schaltungstafel;

Fig;. 5 eine Unteransicht der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Schaltungstafel;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungstafel;

Fig. 5 eine Vorderansicht der in Fig. 4 gezeigten Schaltungstafel; und

Fig. 6 eine Teilansicht eines Abschnitts einer zusammengesetzten Schaltungstafel mit einer alternativen Befestigungsmöglichkeit einer Schaltungskomponente .

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, umfaßt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungstafel eine konventionelle Isolierstofftafel oder Karte 2, beispielsweise vom Glasfaser-Epoxy-Typ, mit der in Übereinanderlage eine Metallblechtafel 6, beispielsweise mittels Nieten 4 verbunden ist. Die Metalltafel 6 kann beispielsweise aus Aluminium- oder Stahlblech bestehen.

Die Metalltafel 6 weist einen Hauptabschnitt 8 und einen Rahmenabschnitt 10 auf, der den Umfang der Isoliertafel 2 umgibt und ihn nicht nur verstärkt, sondern auch ein gutwärmeleitendes Medium zur Befestigung einiger der Schaltungskomponenten darstellt. Die Metalltafel 6 ist weiter mit einer großen Öffnung 12 versehen, die einen erheblichen Teil der Fläche der Oberseite 14 der Isolierstofftafel 12 freigibt.

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Die Isolierstofftafel 2 ist mit einer Anzahl von kleinen, sie durchsetzenden Öffnungen 16 versehen. Diese Öffnungen 16 sind gerade so groß, daß sie den Durchtritt der Anschlußleitungen verschiedener Arten von Schaltungskomponenten, beispielsweise Widerständen, Kondensatoren, Transistoren und Transformatoren ermöglichen, die auf der Schaltungstafel "befestigt sind. Bestimmte Gruppen 18 der Öffnungen 16 sind so ausgebildet, daß sie zur Aufnahme der Stecksockel von Steckmodulen dienen können. Diese Steckmodulen sind Schaltungstafeln oder -karten geringerer Größe mit aufgesetzten Komponenten, die rechtwinklig befestigt werden, um Raum zu sparen und Schaltungsteile zu bilden, die leicht entfernt und entweder repariert oder ersetzt werden können, wenn die Schaltung defekt ist.

An der Unterseite 20 der Isolierstofftafel 2 ist ein Netzwerk von gedruckten Leitern 22 vorgesehen, die in teilweise geschnittener Form gezeigt sind. Wenn sämtliche Schaltungskomponenten in den Öffnungen 16 eingesetzt sind, werden die durch die Öffnung hindurchtretenden Anschlußleitungen mit den Enden der Leiter 22 verlötet, und zwar in einem einzigen Durchgang durch ein Lötbad. Die Unterseite der Tafel kann relativ große metallisierte Flächen 23 aufweisen, die zur Erdung und Abschirmung dienen.

Die Oberseite 14 der Isolierstofftafel 2 kann ebenfalls mit Leitern 25 versehen sein, die einige der Öffnungen 16 verbinden. Obgleich diese Leiter 25 auf der freiliegenden Fläche der Oberseite 14 gezeigt sind, können sie auch auf Teilen der Oberfläche 14

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angeordnet sein, die durch die Metalltafel 6 bedeckt ist, wenn die Leiter durch eine Isolierung abgedeckt sind.

Die Ränder der Metalltafel 6 sind rechtwinklig umgebogen, um einen Befestigungsflansch 24 zu bilden. Der Hauptabschnitt 8 der Metalltafel 6 ist durch eine metallische Abschirmung 26, die von einem rechtwinklig umgebogenen Abschnitt der Metalltafel gebildet ist, nahezu vollständig gegenüber dem Rest des Geräts abgeschirmt. Die Hauptfunktion der Abschirmung .26 liegt in der Abschirmung gegenüber elektrischen Feldern. Es ist vorgesehen, daß möglicherweise gefährdete Komponenten, beispielsweise Rücklauf-Hochspannungstransformatoren von Fernsehgeräten, hinter dieser Abschirmung der Metalltafel angeordnet werden.

Der Hauptabschnitt 8 der Metalltafel 6 kann auch ein oder mehrere metallene Distanzhalter 28 aufweisen, wobei das Metall so gekrümmt ist, daß der Mittelabschnitt des Distanzhalters Abstand von der Metallplatte 6 hat. Eine wärmeentwickelnde Schaltungskomponente, beispielsweise ein (nicht gezeigter) Leistungstransistor kann auf dem Distanzhalter angeordnet werden. Diese Art der Halterung ermöglicht es, vom Transistor abgegebene Wärme rasch vom Bauelement abzuleiten und in die Umgebungsatmosphäre abzugeben. Gleichzeitig ermöglicht sie die Anwendung austauschbarer Sockel für den Transistor.

Die Metalltafel 6 weist ebenfalls eine Anzahl von Öffnungen 30 auf, welche die Öffnungen 16 geringerer Grösse in der Isolierstofftafel 2 umgeben. Diese Öffnungen

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30 sind groß genug, um zu verhindern, daß die in den Öffnungen 16 gehaltenen Leitungen Kontakt mit der Metalltafel 6 erhalten und so ein Kurzschluß auftritt.

Zusätzlich zu seiner Verstärkungsfunktion kann der Rahmenabschnitt 10 der Metalltafel 6 auch zur Halterung von Komponenten hoher Leistungsaufnahme dienen. Der Rahmenabschnitt 10 kann daher/nit einem oder mehreren metallischen Distanzhaltem 32 versehen sein. Auf diesen Distanzhaltern 32 können Leistungstransistoren oder andere stark wärmeentwickelnde Einheiten angeordnet werden. In der Nähe des Distanzhalters 32 kann eine weitere Abschirmung 34 gebildet sein, die ebenfalls aus einem rechtwinklig umgebogenen Abschnitt der Metalltafel 6 besteht. Diese' Abschirmung 34 kann auch zur Verbesserung der Wärmeabfuhreigenschaften der Bauteilhalterung dienen.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen, zusammengesetzten Schaltungstafel, ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel weist eine Isolierstofftafel 36, die der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten in der Zusammensetzung ähnlich sein kann, obwohl sie andere Abmessungen hat. In Übereinanderlage mit der Isolierstofftafel 36 ist eine Metalltafel 38 verbunden. Die Tafeln 36 und 38 sind durch Niete 40 aneinander befestigt. Die Isolierstofftafel 36 weist eine Oberseite 42 auf, von der mehr als die Hälfte freiliegt, weil die Metalltafel 38 nur weniger als die Hälfte dieser Oberseite bedeckt. In Abhängigkeit von dem jeweils gerade herzustellenden Gerät und

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den Schaltungserfordernissen kann die Metalltafel 38 im Vergleich zu den dargestellten Verhältnissen auch mehr oder weniger große Teile der Seite 42 bedecken.

Die Isolierstofftafel 36 ist ebenfalls mit einer Anzahl von sie durchsetzenden kleinen Öffnungen 44 versehen, die zur Durchführung der Anschlußleiter von (nicht gezeigten) Schaltungskomponenten dienen. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist an der Unterseite der Tafel ein Netzwerk von (nicht gezeigten) gedruckten Leitern vorgesehen, die mit den Öffnungen 44 verbunden sind. Die Isolierstofftafel kann auch mit einer oder mehreren Gruppen von schlitzförmigen Öffnungen 45 zur Halterung von Bauelementen wie Elektrolytkondensatoren in dosenförmigen Blechbehältern versehen sein.

Das Ausführungsbeispiel weist zwei Abschirmungen zur Isolierung eines Teils der Metalltafel 38 gegenüber der restlichen Schaltung auf. Eine Abschirmung 46 besteht aus einem rechtwinklig umgebogenen Abschnitt der Metalltafel 38 und erstreckt sich über die gesamte Länge eines Randes der Metalltafel. Wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel dient diese Abschirmung 46 als Einrichtung zur Befestigung von Komponenten und zur Wärmeabfuhr. In diesem Fall ist ein Paar von Sockeln 48 und 50 an der Abschirmung 46 angebracht. Diese Sockel können beispielsweise zur Anordnung (nicht gezeigter) Sicherungen dienen, oder andere Schaltungskomponenten können in anderer Weise an der Abschirmung 46 angeordnet werden. Eine weitere,

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von einem rechtwinklig umgebogenen Abschnitt der Metalltafel 38 gebildete Abschirmung 52 ist entlang eines Teils des vorderen Randes der Tafel 38 vorgesehen. Diese Abschirmung 52 ist mit Öffnungen 54 versehen, die zur Halterung eines (nicht gezeigten) Leistungstransistors oder anderer Schaltungskomponenten dienen können.

Die Metalltafel 38 ist außerdem mit zwei parallelen rechtwinklig nach oben umgebogenen Abschnitten 56 und 58 versehen, die als Halterung für Widerstände dienen, welche relativ große Wärmemengen abgeben. Die isolierte äußere Hülle des Widerstands ruht auf den oberen Enden der Metallabschnitte, jedoch berühren die Leiter das Metall nicht. Unter der durch das Umbiegen der Abschnitte 56 und 58 in der Metalltafel gebildeten Öffnung ist ein Abschnitt der Isolierstofftafel 36 entfernt und eine Öffnung 60 gebildet. Über der Öffnung angeordnete Widerstände werden hauptsächlich von durch die Öffnung 60 zirkulierender Luft gekühlt. Gleichzeitig wird nur eine geringe Wärmemenge in die Schaltungstafel abgeleitet, weil die die Halterung darstellenden Abschnitte 56 und 58 nur einen sehr geringen Flächenkontakt mit den Widerständen haben. In gewissen Fällen ist diese Art der Kühlung erforderlich, so daß die Schaltungstafel nicht mehr Wärme aufnimmt, als sie sicher und wirksam verträgt. Die Abschnitte 56 und 58 müssen nicht rechtwinklig nach oben umgebogen sein. Sie können auch unter einem Winkel zur Ebene der Oberseite der Metalltafel 38 verlaufen.

Wie im' zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die Metalltafel 38 auch eine Reihe von Öffnungen 62 auf, welche größer als die Öffnungen 44 sind und diese umgeben.

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Jedes der dargestellten Ausführungsbeispiele kann mit verschiedenen alternativen Ausgestaltungen für die Halterung von Schaltungskomponenten derart ausgerüstet sein, daß diese teilweise von zirkulierender Luft gekühlt werden, während gleichzeitig sichergestellt ist, daß keine überschüssige Wärme zur Isolierstofftafel geführt wird. Eine solche Halterungsanordnung ist in Fig. 6 gezeigt, die einen Teil einer Metalltafel 63 mit einem mehrfach umgebogenen Abschnitt zeigt, der einen senkrecht umgebogenen Schenkel 64 und einen waagerecht umgebogenen Schenkel 66 umfaßt. Der waagerechte Schenkel 66 kann eine Komponente 68, beispielsweise einen Widerstand haltern, dessen Anschlußleitungen 70 abwärts und durch die Schaltungstafel verlaufen. Die Metalltafel 63 ist in Übereinanderlage mit einer Isolierstofftafel 65 verbunden.

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Claims (8)

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York. N.Y. 10020 (V.St.A.) Patentansprüche;

1.) Zusammengesetzte Schaltungstafel für gedruckte Schaltungen zum Einsatz in elektronischen Geräten, gekennzeichnet durch eine Ober- und Unterseite aufweisende Isolierstofftafel (2; 36; 65) und eine mit dieser in Übereinanderlage verbundene Metalltafel (6; 38; 63), von denen die Metalltafel (6; 38; 63) eine kleinere Fläche als die Isolierstofftafel (2; 36; 65) aufweist, so daß ein Teil der Isolierstofftafel an der Oberseite (14; 42) freiliegt; einem auf den Seiten der Isolierstofftafel (2; 36; 65) haftend aufgebrachten Netzwerk von elektrischen Leitern (22); Einrichtungen (16; 44) zur Befestigung von Schaltungskomponenten auf der Isolierstofftafel (2; 36; 65); und durch Einrichtungen (28, 32; 48, 50, 56, 58; 64, 66) zur Befestigung von Schaitungskomponenten auf der Metalltafel (6; 38; 63).

2. Schaltungstafel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durtih von einem nach oben umgebogenen Abschnitt der Metalltafel (6; 38) gebildete Abschirmungen (26, 34; 46, 52).

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3. Schaltungstafel nach Anspruch 2, gekennzeichnet' durch Einrichtungen (48, 50; 54) zur Halterung von Gerätekomponenten an den Abschirmungen (46; 52).

4. Schaltungstafel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens einen nach oben umgebogenen Abschnitt (56, 58) der Metalltafel (38) zur Halterung von Schaltungskomponenten.

5. Schaltungstafel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallele, senkrecht umgebogene Abschnitte (56, 58) der Metalltafel (38) und zwischen den senkrecht umgebogenen Abschnitten (56, 58) eine Öffnung (60) in der Isolierstofftafel (36) vorgesehen sind.

6. Schaltungstafel nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalltafel (6) einen Rahmenabschnitt (10) aufweist, der den Umfang der Isolierstofftafel (2) vollständig umgibt.

7· Schaltungstafel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmenabschnitt (1O) ebenfalls mit Einrichtungen (32) zur Halterung von Schaltungskomponenten versehen ist.

8. Schaltungstafel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmenabschnitt (10) ebenfalls mit einer einen nach oben umgebogenen Metallabschnitt aufweisenden Abschirmung (34) versehen ist.

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