DE2845022C2

DE2845022C2 - Elektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE2845022C2
Application number: DE2845022A
Authority: DE
Inventors: Ryoichi Saitama Sado
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Priority date: 1977-10-18
Filing date: 1978-10-16
Publication date: 1986-12-04
Also published as: JPS5457658A; JPS5915376B2; CH636226A5; DE2845022A1; US4252990A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltungsbauelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, das aus der DE-AS12 36 081 bekannt ist

Elektrische Widerstände, Kondensatoren, Oszillatoren, piezoelektrische Wandler, Thermistoren, Filterstufen, Halbleiterbauelemente und andere Schaltungsbauelemente dieser Art werden zunehmend als Festkörperbauelemente gefertigt Metall- oder Metalloxidsinterkörper, Siliciumcarbid, Quarz, Metalloxide, wie beispielsweise Bariumtitanat, oder Einkristalle, beispielsweise hochreines Silicium oder Saphire, dienen neben anderen Werkstoffen als Grundmaterial für solche Festkörperbauelemente.

Ein gebräuchliches Schaltungsbauelement der in Rede stehenden Art besteht aus einem Metall- oder Kunststoffgehäuse, dem eigentlichen elektronischen Schaltelement oder Schaltkreiselement mit Anschlußelektroden, die häufig an einander gegenüberliegenden Oberflächen des Elementes angeordnet sind, und aus mindestens einem elektrischen Anschlußstift oder Drahtanschluß, der elektrisch isoliert durch das Gehäuse geführt ist Jeweils eines der beiden Enden dieser elektrischen Durchführung ist mit einer der Anschlußelektroden des Schaltkreiselementes im Inneren des Gehäuses verbunden, während das jeweils andere Ende der Durchführung für die Herstellung von Außenanschlüssen frei liegt (JP-GM 50-34 741, JP-GM 50-68 844 und JP-GM 50—69 640). Bei dieser Ausbildung des Schaltungsbauelementes wird die Anschlußelektrode des Schaltkreiselementes, mit der der Anschlußstift elektrisch leitend verbunden wird, entweder durch Aufdampfen eines Metalls im Vakuum oder durch Beschichten der Oberfläche des Schaltkreiselementes mit einer elektrisch leitenden Masse hergestellt Die elektrische Verbindung zwischen dem inneren Ende des Anschlußstiftes und der Anschlußslsktrods ^vird Zuhilfenahme einer Anschlußfahne hergestellt, und zwar üblicherweise durch Löten.

Die Herstellung der elektrischen Verbindungen zwischen den Anschlußkontakten des Festkörperbauelementes und den aus dem Gehäuse herausführenden Anschlußstiften oder elektrischen Durchführungen ist aufwendig. Diese Anschlußarbeit ist nicht nur mühsam und zeitraubend, sondern fordert auch höchste Aufmerksamkeit Der Zusammenbau solcher Schaltungsbauelemente ist kaum automatisierbar. Außerdem ist die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen den Anschlußelektroden des Festkörperbauelementes und den Anschlußstiften nicht ausreichend groß. Die meist sehr empfindlichen Verbindungen neigen zum Abbrechen oder Abreißen unter der Einwirkung mechanischer Stöße oder Schwingungen auf das Bauelement Solche mechanischen Einwirkungen treten sowohl bei der Handhabung des einzelnen Bauelementes bis zu seinem bestimmungsgemäßen Einbau als auch bei der späteren Benutzung eines Gerätes auf, das solche Bauelemente enthält Dies trifft insbesondere für die piezoelektaschen Wandler zu, bei denen das Festkörperbauelement bestimmungsgemäß mechanischen Stoßen und Schwingungen ausgesetzt ist

Weiterhin ist aus der DE-OS 2119567 eine elektrische Verbindungsvorrichtung bekannt, bei der in eine elastomere Isoliermatrix eine Mehrzahl von flexiblen, metallischen, mindestens eine Biegung aufweisenden Leiterbauteilen eingesetzt ist Die Herstellung dieser Verbindungsvorrichtung ist durch die erforderlichen Verfahrensschritte Stapeln, Stanzen, Nieten, Ausgießen, Schneiden und Schweißen aufwendig und eignet sich nicht gut für die Massenfertigung von verkapselten elektronischen Bauteilen.

Aufgabe eier Erfindung ist daher, ein Bauelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei Verwendung von Festkörperbauelementen für die elektronischen Schaltungselemente: wirtschaftlich, insbesondere mit weniger Verfahrensschritten und hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden kann- und eine lange Standzeit besitzt

Diese Aufgabe wird bei: einem Bauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Merkmale gelöst
Die elektrische Durchführung ist als Anschlußstift ausgebildet, dessen im Gehäuseinneren liegendes Ende mit einem Festkörper-Schaltungselement elektrisch leitend verbunden ist Das Festkörper-Schaltungselement trägt auf seiner Oberfläche mindestens eine Anschlußelektrode, die dem im Gehäuseinneren liegenden Ende des Anschlußstiftes zugekehrt diesem gegenüberliegt Zwischen diesen mit Abstand einander gegenüberliegenden Kontaktpunkten, nämlich der Anschlußelektrode auf dem Halbleiter-Schaltungselement und dem innenliegenden Kopf des Anschlußstiftes, ist eine Kontaktscheibe eingespannt, die aus einem elektrisch anisotrop leitenden Elastomer besteht Die Anisotropie der elektrischen Leitfähigkeit der Elastomerscheibe ist so ausgebildet, daß die Leitfähigkeit parallel zur Verbindungslinie zwischen der Anschlußelektrode und dem Kopf des Anschlußstiftes, das heißt im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Elastomerscheibe, ein Maximum aufweist, während die elektrische Leitfähigkeit senkrecht zu dieser Richtung, also in der Ebene der Elastomerscheibe, auf ein Minimum herabgedrückt ist und im Idealfall den Wert Null annimmt Durch das

trop leitenden Elastomerscheibe zwischen die Anschlußelektrode eines Festkörper-Schaltungselementes in Gegenüberstellung zum Kopf eines zugeordneten Anschlußstiftes wird selektiv eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Anschlußelektrode und dem zugeordneten Kontaktstift auch dann hergestellt, wenn dieselbe Elastomerscheibe gleichzeitig mehrere An-

schlußelektroden und/oder mehrere Anschlußstifte elektrisch leitend berührt

Diese aus einem elektrisch anisotrop leitfähigem Elastomer bestehende Kontaktscheibe besteht aus einem elektrisch nichtleitenden elastomeren Matrixmaterial, in das elektrisch leitende Kohlenstoffasern gleichsinnig ausgerichtet eingebettet sind. Diese Ausrichtung der in die elastische Isolatormatrix eingebetteten elektrisch leitenden Fasern fällt dabei mit der Richtung der maximalen Leitfähigkeit des anisotropen Elastomers zusammen.

Eine solche elektrisch anisotrop leitfähige Elastomerscheibe kann beispielsweise hergestellt werden, indem ein elektrisch nichtleitender Silicongummi im plastifizierten Zustand mit elektrisch leitenden Kohlenstoffasern unter Bildung einer plastischen Masse vermischt wird und diese plastische Masse anschließend in einer Richtung plastisch verformt wird, wobei eine Ausrichtung der elektrisch leitenden Fasern in der Matrix zumindest im wesentlichen in Richtung der Verformung stattfindet Die so verformte plastische Masse mit den so ausgerichteten elektrisch leitenden Fasern wird anschließend vernetzt Der erhaltene vernetzte Elastomerstrang wird schließlich senkrecht zur Ausrichtung der elektrisch leitenden Fasern geschnitten, wobei die Elastomerscheiben für die Bauelemente der Erfindung erhalten werden.

Eine solche aus Silicongummi mit eingebetteten Kohlenstoffasern bestehende Elastomerscheibe ermöglicht zuverlässige und dauerhafte elektrische Verbindungen zwischen den Anschlußelektroden und den Anschluß-Stiften herzustellen. Die verwendeten Kohlenstoffasern haben vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 3 bis 30 μπι. Ihre Dichte im Matrixmaterial beträgt bei diesen Durchmessernvorzugsweise 30 bis 200 Monofile/ mm². Bei dieser Bemessung weist die Elastomerscheibe senkrecht zu ihrer Oberfläche eine für die Anschlußzwecke ausreichende mittlere elektrische Leitfähigkeit auf. Sie weist dabei aber gleichzeitig noch eine ausreichende Gummielastizität auf, um einen ausreichenden Kontaktandruck an der Anschlußelektrode und dem Anschlußstift zu gewährleisten. Die Scheibe hat vorzugsweise eine Härte von 40 bis 70, gemessen nach der japanischen Industrienorm JIS K 6301, und, um den erforderlichen Polstereffekt zu bewirken, vorzugsweise mindestens eine Dicke von 0,1 mm.

Das anisotrop elektrisch leitende Scheibenelement wird zwischen die Anschlußelektrode des Schaltkreiselementes und die in das Gehäuse hineinragenden Endpunkte der Anschlußstifte in der Weise eingefügt, daß der elektrische Kontakt zwischen diesen drei Gliedern durch mechanischen, genauer gesagt gummielastischen Andruck bewirkt wird. Dabei sind diese drei Glieder im Inneren des Gehäuses so fixiert, daß der elastische elektrische Kontakt zwischen der Anschlußelektrode des Festkörperschaltungselementes und dem Kontaktkopf des jeweiligen Anschlußstiftes über die Scheibe durch die elektrisch leitenden Fasern gewährleistet ist, die sich von einer Oberfläche der Scheibe durch diese hindurch zur gegenüberliegenden Oberfläche der Scheibe erstrecken.

Der wichtigste Vorteil des elektronischen Bauelementes liegt darin, daß der arbeitsaufwendige und zu Fehlern und Ausschuß Anlaß gebende Schritt des Herstellens der Lötverbindungen unterbleiben kann. Dadurch wird die Produktivität der Herstellung der elektronischen Bauelemente erhöht. Ein weiterer Vorteil liegt in dem durch das gummielastische Scheibenelement erzielten Polstereffekt Die Kontaktscheibe absorbiert die dem Bauelement bei seiner Handhabung oder bei seinem Einsatz aufgeprägten mechanischen Stöße und Schwingungen, die ungedämpft die Leistung des Bauelementes negativ beeinflussen würden. Dadurch wiederum wird die Einsatzzuverlässigkeit durch Erhöhung der Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen den Anschlußelektroden und den Anschlußstiften verbessert Dies führt zu einer verlängerten Standzeit der Schaltungsbauelemente auch unter rauhen Einsatzbedingungen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 im Axialschnitt und in schematischer Darstellung ein Bauelement, dessen Festkörperschaltungselement zwei Anschlußelektroden auf einander gegenüberliegenden Oberflächen aufweist, die jeweils über eine elastische Kontaktscheibe mit Anschlußstiften in Verbindung stehen;

F i g. 2 und 3 im schematischen Querschnitt Bauelemente mit jeweils einem Festkörperschaltungselement mit zwei Anschlußelektroden, die auf derselben Seite des Festkörperschaltungselementes einander gegenüberliegen und mit ihren zugeordneten Anschlußstiften über ein einziges Scheibenelement verbunden sind, und F i g. 4a und 4b ein dreifüßiges Bauelement in zwei um 90° gegeneinander verdrehten Axialschnitten.
In den F i g. 1 bis 3 ist in schematischer Darstellung ein Festkörperschaltungselement 1 mit zwei Anschlußelektroden 2 gezeigt, die fest durch Aufdampfen eines Kontaktmetalls im Vakuum, Beschichten mit einer Leitfähigkeitspaste oder auf andere geeignete Weise aufgebracht und mit der Oberfläche des Festkörpers 1 integriert sind. Die Elastomerscheibe 3 besitzt eine anisotrope elektrische Leitfähigkeit senkrecht zu ihrer Hauptebene. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit in dieser Hauptebene ist praktisch Null. Das im Inneren des Gehäuses 5 liegende Ende der Anschiußstifte 4 steht elektrisch leitend mit der Oberfläche der Elastomerscheibe 3 in Berührung. Ein Abstandhalter 6, beispielsweise ein O-Ring, fixiert das Festkörperschaltungselement 1 zusätzlich in radialer Richtung im Gehäuse 5. Eine aus elektrisch isolierendem Werkstoff bestehende-Abschlußscheibe 7 verschließt das Gehäuse 5 und fixiert gleichzeitig die durchgeführten Anschlußstifte 4.

Die in den Figuren gezeigte Elastomerscheibe 3 enthält eingebettet eine Vielzahl elektrisch leitender Kohlenstoffasern, die im wesentlichen parallel zur Verbindungsgeraden zwischen den Anschlußelektroden 2 und den im Gehäuse liegenden Enden der Anschlußstifte 4 ausgerichtet sind.

Die Stirnseiten dieser elektrisch leitenden eingebetteten Fasern liegen an den beiden einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen der Elastomerscheibe 3 freL Dadurch werden die Anschlußelektroden 2 des Festkörperschaltungselementes 1 und die Anschlußstifte 4 über die Elastomerscheibe 3 elektrisch leitend miteinander verbunden.

Dadurch, daß die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Elastomerscheibe 3 in ihrer Hauptebene, also senkrecht zu den ausgerichteten elektrisch leitfähigen Fasern, praktisch Null ist, brauchen bei dem Bauelement die Ar.schlußelektroden des Festkörperschaltungselementes nicht notwendigerweise in der in F i g. 1 gezeigten Art an einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Festkörperschaltungselementes 1 angeordnet zu sein, sondern können auch auf ein und derselben Stirnseite

des Festkörperschaltungselementes i angeordnet und auf ein und dieselbe Elastornerscheibe 3 gedruckt sein, ohne daß ein Kurzschluß zu befürchten ist

Bei dem in den Fig. 4a und 4b gezeigten Ausföhrungsbeispiel des Bauelementes sind die Kontaktköpfe 4a, 4b und 4c der Anschlußstifte 4, die mit der Oberfläehe der Elastomerscherbe 3 in elektrisch leitendem Kontakt stehen, im wesentlichen als dünne federnde hohle Halbkugeln aus den metallischen Anschlußstiften oder Blechen 4 ausgeformt Daduirch wird die Kontaktcha- to rakteristik verbessert. Die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen den Anschlußelektroden 2a, 26 bzw. 2c kann auf diese Weise noch verbessert hergestellt werden. Da das Festkörperschaltungselement 1 bei dem in den F ig. 4a nnd 4b gezeigten elektro- nischen Bauelement fest zwischen die Kontaktköpfe der Anschlußstifte 4 und die beiden einander gegenüberliegenden Elastomerscheiben 3 eingespannt ist, braucht bei diesem Assführaagsbetsprel auch für ratihesten Einsatz nicht der in den F i g. I bis 3 vorgesehene Abstands- halter 6 vorgesehen zu sein. Auch kann bei dem in den Fig. 4a und 4b gezeigten Ausführungsbeispiel durch das feste und dichte Einarbeiten der Anschlußstifte in das Gehäuse 5 auf die Gehäuseabschlußplatte 7 verziehtet werden. .

GebräuchHcherweise besteht das Gehäuse 5 ausMetau oder Kunststoff, um eine elektrische Abschirmung ZH bewirken oder spezifische .äußere Einflüsse auszu:- schatten. Das Festkörperschaftungselement 1 wird durch geeignet gewählte Abstandshalter 6, die Vorzugsweise ans Gummi oder geschäumtem Kunststoff bestem hen, von der Innenwand des Gehäuses 5 abgehalten. Auf diese Weise wird ein kooperativer Dämpfungseffekt der beiden elastischen Elemente, nämlich der Elastomerscheibe 3 nnd dem Abstandshalter 6, erzielt wodurcfe wiederum eine erhöhte UnempfindHchkert gegen mechanische Stöße und Schwingungen erreicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Elektronisches Bauelement bestehend aus einem Gehäuse, mindestens einem, elektrischen Anschlußteil, das zu Anschlußzwecken isoliert durch eine Wand des Gehäuses geführt ist und im Gehäuseinneren einen Kontaktkopf aufweist, der über einen elektrischen Leiter an mindestens einer Anschlußelektrode eines im Gehäuse angeordneten Festkörperbauteils angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter eine zwischen der Anschlußelektrode (2) und dem Kontaktkopf des Anschlußteils (4) unter Druckverformung gummielastisch eingespannte Elastomerscheibe (3) aus einer Silicongummimatrix ist, in die gleichmäßig dispergiert Kohlenstoffasern eingebettet sind, die untereinander gleiche Ausrichtung besitzen, und zwar im wesentlichen senkrecht zu den beiden parallel zueinander liegenden Hauptoberflächen der Scheibe^).