DE2456903A1

DE2456903A1 - Reparaturmaterial fuer elektrische schaltungen

Info

Publication number: DE2456903A1
Application number: DE19742456903
Authority: DE
Inventors: Linus E Wallgren
Original assignee: Pace Inc
Current assignee: Pace Inc
Priority date: 1974-11-07
Filing date: 1974-12-02
Publication date: 1976-06-16
Also published as: FR2290820B1; GB1446799A; JPS5154263A; FR2290820A1

Description

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PATENTANWÄLTE DiPL.-Ing. F. VjitCKMANN,

Dipl.-Ing. H. Wf.ickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.¥eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

XPR

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

PACE, INCORPORATED

9337 Fräser Street
Silver Spring
Maryland / U.S.A.

Reparaturmaterial für elektrische Schaltungen

Die Erfindung betrifft ein Reparaturmaterial für elektrische Schaltungen, insbesondere für auf Schaltungsplatten angeordnete Schaltungen.

Gedruckte Schaltungen werden weitläufig in elektronischen Geräten aller Art angewendet und daher in verschiedensten Größen von zahlreichen Herstellern gefertigt. Praktisch alle elektrischen Leiterbahnen, die auf eine Schaltungskarte aufgedruckt sind, bestehen aus Kupfer, jedoch gibt es auch Schaltungskarten höherer Qualität, die üblicherweise mit Gold beschichtet sind. Andere SchaItungskarten sind mit einem Lötmittel beschichtet. Die Herstellung gedruckter Schaltungen selbst sowie das Aufbringen der Bauteile und auch der Einbau in elektronische Geräte in der Industrie setzen voraus, daß die Schaltung auf jeder Schaltungskarte keine Fehler aufweist und vollständig zuverlässig arbeitet und daß jede Karte frei von fehlerhaften Bauteilen und Schaden in den Leiterbahnen ist. Bei einem geringeren Anteil weiß die Industrie

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zwar, daß das Gerät nicht unbegrenzt arbeiten kann, gibt jedoch nur widerwillig zu, daß Schaltungskartenfehler unvermeidbar sind. Beim weitläufigen Einsatz elektronischer Anordnungen mit zahlreichen Schaltungskarten wird praktisch implizit als Reparaturkonzept das Auswechseln ganzer Karten vorausgesetzt, wozu lediglich die schadhafte Karte erkannt und ersetzt werden muß.

Dieses Reparaturverfahren berücksichtigt jedoch nicht den Fall, daß die neu einzusetzende Karte nicht erhältlich sein kann. Dies geschieht sehr oft in militärischen Elektronikanlagen oder bei sehr teuren Schaltungen. In einigen elektronischen Geräten gibt es Schaltungskarten mit einem Preis von mehreren tausend Mark. Der für Schaltungen dieser Art übliche Preis liegt bei über DM I5OO.--Eine Reparatur solcher Karten ist also in wirtschaftlicher Hinsicht gerechtfertigt. Das Wegwerfen wegen eines Fehlers an einem Bauteil oder einer Leiterverbindung wird zu kostspielig. Die Benutzer komplizierter elektronischer Geräte neigen immer mehr zu der Ansicht, daß eine Reparatur im .wahren Sinne des Wortes wirtschaftlich gerechtfertigt ist.

Die bei der Reparatur gedruckter Schaltungen angewendete Technik sowie die zugehörigen Einrichtungen nehmen an Wichtigkeit immer mehr zu. Die Erfindung befaßt sich mit diesen Problemen und bietet dem Reparaturtechniker ein Reparaturmaterial, das die in den gedruckten Schaltungen verwendeten elektrischen Leiterbahnen in einer unmittelbar.einsetzbaren Form aufweist. Die Einzelelemente sind so angeordnet, daß ihr Einsatz sehr leicht und einfach ist.

Das Konzept und die Technik der Reparatur elektronischer

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Geräte sind sehr unterschiedlich gegenüber dem Prinzip der Herstellung. Bei der Herstellung werden ein maximaler Nutzen der Einrichtungen und ein minimaler Arbeitsaufwand angestrebt, und es werden wiederholt dieselben Arbeitsgänge durchgeführt. Ein und derselbe Gegenstand, also beispielsweise eine bestimmte gedruckte Schaltung, wird in großen Stückzahlen gefertigt. Es sind hierzu lange, ununterbrochene Herstellungsgänge erwünscht. Andererseits ist die Reparatur durch eine Handarbeit charakterisiert, die mit Handwerkzeugen durchgeführt wird. Der Reparaturtechniker muß eine große manuelle Geschicklichkeit und ein ausführliches Wissen auf vielen mechanischen Gebieten haben. Ein guter Reparaturelektroniker ist als ein Fachhandwerker Jeden Grades zu bezeichnen. Er weiß die Werkzeuge zu benutzen und kann empfindliche und komplizierte Werkzeuge zur Arbeitserleichterung einsetzen. Entsprechend soll er auch sorgfältig und umfangreich mit Ersatzteilen versorgt werden.

Auch wenn der Jeweilige Reparaturteehniker nur bestimmte Arten elektronischer Geräte oder die Geräte nur eines Herstellers bearbeitet, werden die entsprechenden Reparaturen doch bei allen elektronischen Geräten durchgeführt, so daß der Reparaturtechniker auch Jede gedruckte Schaltung bzw. jeden Schaltungsträger reparieren kann. Sein hoher Grad an mechanischer Fertigkeit ermöglicht es, daß er Grundelemente wie Widerstände, Transistoren und integrierte Schaltungen als Ersatzteile verwendet. Oft hat eine im Übrigen fehlerfreie Schaltung nur ein fehlerhaftes Bauelement' oder eine beschädigte Verbindung« Ein erfahrener Techniker kann Einzelteile der Schaltung entfernen und ersetzen. Wenn der Fehler in einer aufgedruckten Leiterbahn besteht, kann der Techniker die fehlerhafte Verbindung auswechseln. Oft wird während des

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Auswechselns eines schadhaften Bauelements der Lötpunkt und auch ein Teil der Leiterbahn unbeabsichtigt entfernt oder beschädigt. Durch die Erfindung wird es möglich, auch diese Schaden zu beheben.

Der Techniker benötigt Ersatzteile für die Schaltung, d.h. Lötpunkte, Leiterbahnen, Kantenverbindungen usw. Diese müssen in ihrer Größe den elektrisch leitfähigen Verbindungen auf den Schaltungskarten entsprechen. Die Ersatzteile sollen deshalb möglichst weitläufig anwendbar sein, so daß der Lieferant nicht zu große Stückzahlen unterschiedlicher Ersatzteile für einen weit verzweigten Reparaturanfall bereithalten muß. Der Reparaturtechniker fordert eine Versorgung mit Ersatzteilen, die direkt eingesetzt werden können und eine leichte Reparatur beliebiger elektrischer Schaltungen gewährleisten.

Die Erfindung besteht nun darin, daß in einem Halterahmen mit Abstand parallel zueinander mehrere vom Halterahmen abtrennbare Reparaturelemente angeordnet sind, die jeweils' aus Lötpunkten und Leiterbahnen bestehen und mit dem Halterahmen eine kartenartige Anordnung bilden. Es sind also mehrere voneinander getrennte und elektrisch leitfähige Lötpunkte und Leiterbahnen vorgesehen, die eine Gesamtheit bilden und leicht eingesetzt werden können. Die Reparaturelemente sind in miteinander elektrisch verbundener Anordnung erhältlich, so daß alle Leiterbahnen und Lötpunkte galvanisch hergestellt werden können, und zwar beispielsweise auch mit Gold oder Lötmittel auf jeder gewünschten Trägerfläche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden

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an Hand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Reparaturmaterial nach der Erfindung,

Fig. 2 den Schnitt 2-2 aus Fig. 1 und Fig. 3 eine Teildraufsicht auf ein Reparaturelement.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, hat das Reparaturmaterial 10 ein kartenartiges Aussehen und besteht aus einem selbsttragenden dünnen Metallmaterial 1, das mit einem Rand und einer Anordnung mit Abstand zueinander angeordneter Leiterbahnen und Lötpunkte 14 gebildet ist, die parallel zueinander vom Rand 12 zu einer zentralen Rippe 16 verlaufen. Die Größe eines Jeden Lötpunktes 18 und die Länge einer jeden Leiterbahn 20 sind den normalen Erfordernissen der Sohaltungsreparatur angepaßt. Ein Reparaturmaterial 10 üblicher Größe (z.B. βθ x 85 nun groß und 0,025 bis 0,1 mm dick) ist ausreichend groß für zwei Reihen von Leiterbahnen und Lötpunkten 14 und einen Randbereich für Warenzeichen I5 und eine Teilenummer 17» Der Rand oder Rahmen 12 und die Rippe 16 sind kontinuierliche Elemente einer solchen Breite, daß ausreichende Stabilität gewährleistet ist. Eine teilweise oder vollständige Entfernung von Leiterbahnen und Lötpunkten 14 aus dem Rahmen 12 zerstört nicht die Stabilität des Materials 10 als Ganzes, so daß es nicht zu zerbrechlich wird, um normal behandelt und gehandhabt werden zu können.

Wichtig für.das dargestellte Ausführungsbeispiel sind die Kennzeichnungen A bis Y, die an der zentralen Rippe 16 vorgesehen und mit I9 bezeichnet sind. Sie kennzeichnen jeweils ein aus einem Lotpunkt und einer Leiterbahn be-

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stehendes Reparaturelement. Wie aus der Figur hervorgeht, sind 25 unterschiedliche Konfigurationen von Lötpunkten und Leiterbahnen 14 vorgesehen, die in einer Reihe angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei Reparaturelementen 14 ist ein Unterschied der Leiterbahnbreite oder des Durchmessers des Lötpunktes (Innen- oder Aussendurchmesser) vorhanden. Bei dem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel haben die Reparaturelemente A bis G übereinstimmenden Innendurchmesser der Lötpunkte (beispielsweise 0,85 mm). Gleiches gilt für die Elemente H bis Y (1,24 mm). Der Außendurchmesser stimmt für die Elemente A bis C, die Elemente D bis G, die Elemente H bis L, die Elemente M bis Q, die Elemente R bis U und die Elemente V bis Y überein (z.B. 1,27 mm, 1,57 mm, 1,9 mm, 2,56 mm, 2,54 mm und 3,2 mm). Die Breite der Leiterbahnen ändert sich in einer entsprechenden Wieder holung von A bis C (0,5 mm, 0,6 ram, 0,79 mm), von D bis G (0,5 mm, 0,6 mm, 0,79 mm, 1,27 mm), von H bis L (0,5 mm, 0,6 mm, 0,79 mm, 1,27 mm, 1,57 mm), von M bis Q (wie bei H bis L), von R bis U (0,6 mm, 0,79 mm, 1,27 mm, 1,57 mm) und von V bis Y (wie bei R bis Q).

Vorteilhaft sind die Reihen aus Lötpunkten und Leiterbahnen auf jeder Seite der Rippe l6 übereinstimmend aus gebildet, so daß bei jedem Reparaturmaterial 10 zwei Leiterbahnen und Lötpunkte einer jeden Konfiguration vorhanden sind. Die Kennzeichen I9 bilden einen Teil des Numerierungssystems, so daß ein Reparaturtechniker, der eine große Anzahl beliebiger Konfigurationen benötigt, eine Bestellung entsprechend aufgeben kann, um bestimmte Reparaturanordnungen beispielsweise nur mit der Konfiguration N zu erhalten.

Das dargestellte Ausfuhrungsbeispiel ist von besonderem

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Nutzen. Wie aus der Figur hervorgeht, nimmt die Größe der Lötpunkte oder Leiterbahnen oder beider Einzelelemente von einer Seite zur anderen Seite hin zu. Der Techniker kann das Reparaturmaterial 10 zur Auswahl der Lötpunkte und/oder der Leiterbahnen verwenden, indem das Material 10 direkt auf die schadhafte Schaltungskarte aufgelegt und dann seitlich verschoben wird, bis die am besten geeignete Anordnung zur Behebung des Schadens gefunden ist. Zusätzlich kann die Länge der Leiterbahn 20» die zur Reparatur erforderlich ist, gleichzeitig markiert werden. Ein Reparaturmaterial dieser Art ist also einerseits als Ersatzteil, andererseits auch als Bemessungswerkzeug zu verwenden.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, kann das jeweilige Reparaturelement IH- leicht entfernt werden. Die Verbindung zwischen dem Lötpunkt 18 und dem Rand 12 oder der Rippe besteht in einem schmalen Steg 21. Dieser ist außerdem an seiner Verbindung 25 mit dem Lötpunkt 18 noch eingeengt. Ein ähnlich eingeengter Abschnitt 25 ist dort gebildet, wo die Leiterbahn 20 mit dem Rand oder der Rippe verbunden ist, an dem sie befestigt ist. Normalerweise wird das Reparaturelement 14 (beispielsweise durch Schneiden) von dem Material Io an den Verbindungspunkten 2j5 und 25 abgetrennt. Dann wird jede überschüssige Länge der Leiterbahn 20 abgeschnitten. Wenn nur eine kurze Länge erforderlich ist, kann auch der Lötpunkt 18 abgeschnitten werden»

Das Reparaturmaterial 10 besteht aus einer dünnen Folie oder einem Blechmaterial, normalerweise aus Kupferfolie einer für gedruckte Schaltungen üblichen Dicke. Die Form der Anordnung wird in bekannter Weise auf die Folie aufgedruckt, überschüssiges Metall wird durch Ätzen chemisch oder elektrochemisch oder auf andere bekannte

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Weise entfernt. Danach wird eine Schicht J>0 aus Lötmittel auf beide Flächen der Folie 28 vorzugsweise durch Galvanisieren aufgebracht. Das Herstellungsverfahren für das Reparaturmaterial 10 gehört nicht unmittelbar zur Erfindung, jedoch ist das Produkt neu.

Die zueinander symmetrisch ausgebildeten Ober- und Unterseiten des Materials erleichtern die Arbeit des Reparaturtechnikers. Bei einer typischen Reparatur wird der Lötpunkt 18 über eine öffnung einer Schaltungskarte gebracht. Ein Lötstützpunkt wird dann an den Lötpunkt gebracht, in ihm festsitzend angeordnet und danach mit ihm verbunden, beispielsweise gelötet. Die Lötverbindung befindet sich auf der oberen Fläche des Lötpunktes 18. Die obere Lötschlcht unterstützt die Bildung einer fehlerfreien Verbindung. Danach wird die Leiterbahn 20, die so angeordnet wurde, daß sie die bereits vorhandene Leiterbahn überdeckt (beispielsweise mit einer Länge von 5 bis 6 mm), mit dieser verlötet. Somit erleichtert das Vorhandensein des Lötmittels an der Unterseite der Leiterbahn 20 die Ausbildung der Lötverbindung. Die Lötschicht auf beiden Flächen erweist sich deshalb als nützlich. Zusätzlich kann jede Seite die Oberseite sein, was gleichfalls oft von Nutzen für eine Reparatur sein kann.

Der selbsttragende Charakter des Reparaturmaterials nach der Erfindung bietet den Vorteil, daß alle Reparaturelemente 14 leicht einzusetzen sind, wobei gleichzeitig die oben beschriebene Möglichkeit der schnellen Auswahl der.richtigen Leiterbahn- und Lötpunktgröße sowie der Leiterbahnlänge durch direkte Messung besteht. Die Anordnung bildet im großen eine Zusammenfassung von Leiterbahnen und Lötpunkten, die bisher

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nur dadurch erzielt werden konnte, daß mehrere derartige kleine Teilelemente auf einer Trägerfläche anzuordnen waren, von der sie einzeln abgelöst oder abgeschnitten werden mußten. Eine Trägerfläche ist für das Reparaturmaterial 10 weder erforderlich noch erwünscht.

Der Aufbau des Reparaturmaterials 10 mit gegenseitigen Verbindungen der Einzelelemente erleichtert das Aufbringen der Lötmittelschicht 20 durch Galvanisieren. Falls erwünscht, kann auch eine Goldschicht an Stelle des Lötmittels oder auch gemeinsam mit diesem aufgebracht werden. Hierbei wird dann zunächst Gold, dann ein Goldlötmittel aufgebracht. Falls erwünscht, kann auch eine Flußmittelschicht vorgesehen werden.

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Claims

? 4 -S 6 9 O - ίο - P_a_t_e_n tansgrüche

1. Reparaturmaterial für elektrische Schaltungen, insbesondere für auf Schaltungsplatten angeordnete Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Halterahmen (10, 12) mit Abstand parallel zueinander mehrere vom Halterahmen (10, 12) abtrennbare Reparaturelemente (14) angeordnet sind, die jeweils aus Lötpunkten (18) und Leiterbahnen (20) bestehen und mit dem Halterahmen (10, 12) eine kartenartige Anordnung bilden.

2. Reparaturmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auf seinen beiden Flächen mit einer Schicht ein und desselben Materials (30) versehen ist.

3· Reparaturmaterial nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Kupferfolie (28), die auf ihren beiden Seiten mit einer Lötmittelschicht (30) versehen ist.

4. Reparaturmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Reparaturelement (14) aus einem Lötpunkt (18) und einer Leiterbahn (20) besteht.

5. Reparaturmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötpunkte und die Leiterbahnen (18, 20) von einer Seite des Reparaturmaterials zur anderen hin eine sich ändernde Größe aufweisen, so daß das Reparaturmaterial (lo) als ein Bemessungswerkzeug zur Bestimmung des jeweils richtigen Lötpunkts (18) und der jeweils richtigen Leiterbahn (20) für eine durchzuführende Reparatur verwendbar ist.

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6. Reparaturmaterial nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Größenänderung eine Breitenanderung der Leiterbahnen (20) und/oder eine Durchmesseränderung der Lötpunkte (18) ist.

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