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Verfahren zur Herstellung von Sammelschienen hoher Kapazität
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und insbesondere nach einem solchen Verfahren hergestellte Sammelschiene.
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Die Erfindunc bezieht sich auf Sammelschienen und vornehmlich auf
miniaturisierte Sammelschienen mit niedrigem Wellenwiderstand bei niedriger Induktivität
und hohem Kapazitätsbelag. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren
zur Herstellung von miniaturisierten Sammelschienen, welche eine Mehrzahl von dielektrischen
Bauteilen enthalten, welche vornehmlich die Gestalt vergleichsweise bruchempfindlicher
keramischer Plättchen haben, die zwischen einem Paar von Leiterschienen angeordnet
sind.
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Eine Vielzahl von Leitern enthaltende Sammelschienen, bei welchen
zwischen den parallelen Leitern entweder flache Plattenkondensatoren oder einzelne
dieloktrische Elemente angeordnet werden, sind bereits bekannt. Derartige Sammelschienen
zeichnen sich durch einen niedrigen Wellenwiderstand, niedrige Induktivität und
hohen Kapazitätsbelag aus. Diese Eigenschaften sind sehr wünschenswert und in vielen
Fällen von wesentlicher Bedeutung, um elektronische Schaltungsbauteile vor störenden
Einflüssen zu
schützen, beispielsweise den Störungen aufgrund von
Hochfrequenzbeeinflussung. Die zuvor erwähnten Eigenschaften der Samme;schienen
dieser Konstruktionsart, nämlich der Sammelschienen mit einzelnen diskreten Elementen
zwischen den parallelen Leiterschienen, sind denjenigen bekannter laminierter Sammelschienen
überlegen, bei denen die Leiterschienen durch einen dielektrischen Film oder durch
dielektrische Filme voneinander getrennt sind. Wegen der erhöhten Anzahl von Einzelteilen,
welche gehandhabt werden müssen, und insbesondere wegen der Bruchempfindlichkeit
der dünnen Keramikplättchen, welche bevorzugtermaßen als Dielektrikum verwendet
werden, sind Sammelschienen der zuvor kurz beschriebenen Art in der Herstellung
vergleichsweise teuer.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, Sammelschienen
hoher Kapazität mit einer Mehrzahl einzelner dielektrischer Plättchen zwischen den
Leiterschienen trotz einer hohen Bruchempfindlichkeit der Dielektrikumsplättchen
rasch und sicher herstellen zu können.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung von Sammelschienen wird diese
Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des anliegenden Anspruches
1 angegebenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildupgen sowie
eine insbesondere nach dem hier angegebenen Verfahren hergestellte Sammelschiene
sind Gegenstand der anliegenden Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum
Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu
wiederholen.
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Eine Sammelschiene der hier angegebenen Art besitzt mindestens ein
Paar zueinander paralleler, flacher Leiter. Eine Mehrzahl von Plättchen aus dielektrischem
Werkstoff, beispielsweise Keramiktäfelchen, sind in ein isolierendes Bindemittel
eingebettet und zwischen den Leitern angeordnet. Die dielektrischen Plättchen sind
zunächst elektrisch von den Leitern über das Bindemittel isoliert. Die dielektrischen
Plättchen bzw. ihre Metallisierungsflächen und die Leiter werden elektrisch miteinander
verbunden,
so daß die Sammelschiene einen Kondensator, oder genauer
gesagt, eine Mehrzahl parallelgeschalteter Kondensatoren bildet, wobei die Leiterschienen
Teil der Kondensatorplattenanordnung bilden.
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Nach Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen jeder Leiterschiene
und der benachbarten Seite der dielektrischen Plättchen kann die gesamte Sammelschiene
in ein geeignetes Isoliermaterial eingeschlossen werden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform haben die dielektrischen
Plättchen größere Breite als die Leiter und ragen daher mindestens einseitig seitlich
über die Leiter hinaus. Die elektrische Verbindung zwischen den Leitern und den
benachbarten Flächen oder Seiten der dielektrischen Plättchen wird durch Herstellung
eines Saumes oder Streifens von Lot oder anderem Leitermaterial im Bereich des Absatzes
erzeugt, welcher dort, wo die dielektrischen Plättchen über den Rand des Leiters
vorstehen, von diesem begrenzt wird. Die Streifen oder Säume aus Leitermaterial
überbrücken die isolierende Binderschicht aus dem Bindermaterial, in welches die
dielektrischen Plättchen eingebettet sind.
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Bei einer anderen Ausführungsform wieder haben die dielektrischen
Plättchen dieselbe Breite wie die Leiter und letztere sowie die isolierende Binderschicht
sind bereichsweise ausgeschnitten, vorzugsweise in langgestreckten Bereichen an
einem Rand des Leiters, um Flächenbereiche der benachbarten Seitenfläche eines dielektrischen
Plättchens freizulegen. Ein geeignetes Leitermaterial wird dann in diese Ausschnitte
eingegossen.
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Schließlich sieht nochmals eine andere Ausführungsform vor, die Leiter
und die isolierende Binderschicht an einer Mehrzahl im Abstand voneinander gelegener
Stellen in sich mit den dielektrischen Plättchen deckenden Bereichen beispielsweise
durch Bohren zu entfernen und diese mehreren Bereiche dann mit Leitermaterial auszufüllen.
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Bei der Herstellung einer Sammelschiene auf die hier angegebene
Art
und Weise wird zweckmäßig zächst ein Zwischenprodukt hergestellt, wozu eine Schicht
eines isolierenden Bindermaterials mit einem Streifen eines Abziehpapiers auf einer
Seite der Bindermaterialschicht bereitgestellt wird. Die dielektrischen Plättchen
werden auf die freiliegende Oberfläche des Bindermaterials aufgelegt. Darauf wird
eine zweite Schicht aus Bindermaterial, welche ebenfalls auf einem Streifen aus
Abziehpapier angeordnet ist, über die dielektrischen Plättchen gelegt. Es sei bemerkt,
daß abhängig von der gewünschten Kapazität der Sammelschiene die dielektrischen
Plättchen aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen können. Beispielsweise kann
eine Sammelschiene aus keramischen Täfelchen im Wechsel mit Abstandshalterplättchen
aus einem leichter zu handhabenden dielektrischen Werkstoff hergestellt sein.
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Wenn eine Sammelschiene der hier angegebenen Art als fertige Baueinheit
vervollständigt und ausgeliefert werden soll, so wird das Abziehpapier von den nach
außen weisenden Flächen der Bindermaterialschichten abgezogen und es werden Kupferfolienleiter
auf die Bindermaterialschichten aufgelegt und das resultierende Laminat wird bei
erhöhten Temperaturen gepreßt, um die Einzelteile fest miteinander zu verbinden
und das Bindermaterial auszuhärten. Hierauf werden die elektrischen Verbindungen
zwischen den Leitern und den dielektrischen Plättchen hergestellt, wobei auf eine
der oben beschriebenen Weisen verfahren wird und die Sammelschiene kann dann in
einen geeigneten Isolierstoff eingeschlossen werden. In denjenigen Fällen, in welchen
die Sammelschiene sowohl keramische Plättchen als auch isolierende Abstandshalterplättchen
enthält, die aus anderen Werkstoffen bestehen, haben diese Abstandshalterplättchen
die gleiche Dicke wie die keramischen Plättchen. Elektrische Verbindungen werden
beispielsweise nur zwischen den Leiterschienen und den keramischen Plättchen bzw.
deren Belägen, hergestellt.
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Nachfolgend werden Einzelheiten durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung
näher erläutert.
Es stellen dar: Fig. 1 eine teilweise aufgebrochen dargestellte Aufsicht auf eine
laminierte Sammelschiene der hier vorgeschlagenen Art in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Sammelschiene nach Figur 1 entsprechend der
in Figur 1 angedeuteten Linie X-X, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Zwischenproduktes
auf dem Wege der Herstellung von Sammelschienen nach den Figuren 1 und 2, teilweise
aufgebrochen abgebildet, Figuren in vergrößertem Maßstab wiedergegebene 4 (l)bis
Querschnitts-Seitenansichten der Sammel-4 (6) schiene nach den Figuren 1 und 2 in
verschiedenen Zuständen auf dem Wege der Herstellung, Fig. 5 eine ausschnittsweise
Aufsicht auf eine Sammelschiene in einer zweiten Ausführungsform, Fig. 6 eine Querschnittsansicht
entsprechend der in Figur 5 eingezeichneten Schnittlinie Y-Y, Fig. 7 eine ausschnittsweise
Aufsicht auf eine wieder andere Ausführungsform einer Sammelschiene der hier vorgeschlagenen
Art und Fig. 8 einen Querschnitt entsprechend der in Figur 7 angedeuteten Schnittlinie
Z-Z.
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Zunächst seien die Figuren 1 bis 3 zusammen betrachtet. Eine Sammelschiene
gemäß einer ernten Ausführungsform weist ein Paar einander gegenüberstehender, paralleler
Leiterstreifen 1 und 2 auf.
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Die Leiter 1 und 2 sind beispielsweise aus einer Kupferfolie oder
einem anderen dünnen Kupferblech hergestellt und weisen Anschlüsse oder Anschlußzungen
1A und 2A auf, welche von den miteinander fluchtenden ersten Rändern der Leiterstreifen
wegstehen. Die Leiter
1 und 2 sind voneinander durch Täfelchen
oder Plättchen 3 und 4 getrennt, welche in ein isolierendes Bindermaterial 5 eingebettet
sind. Das Bindermaterial 5 ist mit den Leitern fest verbunden oder verklebt und
hält auf diese Weise den Schichtenverband zusammen. Bei der in Figur 1 gezeigten
Ausführungsform haben die Plättchen 3 die Gestalt dünner Keramikplättchen, deren
einander gegenüberliegende Flächen metallisiert sind und welche die gewünschten
dielektrischen Eigenschaften besitzen. Die Plättchen 4 haben die Funktion von Abstandshaltern
und besitzen dieselbe Dicke wie die Keramikplättchen 3, doch sind die Plättchen
4 weniger bruchempfindlich und daher leichter zu handhaben. Es versteht sich, daß
die Werkstoffwahl für die Plättchen 3 und 4 und die Abmessungen dieser Plättchen
eine Frage der gewünschten elektrischen Eigenschaften der Sammelschiene ist. In
bestimmten Fällen können die Plättchen 3 und 4 sämtlich aus demselben Keramikmaterial
gefertigt sein. Aus den Figuren 1 und 3 ist zu ersehen, daß die Keramikplättchen
3 und die Abstandshalterplättchen 4 in abwechselnder Folge vorgesehen sind und längs
der Sammelschiene aneinandergereiht sind. Zwischen benachbarten Plättchen 3 und
4 sind Zwischenräume belassen, um Änderungen der Abmessungen aufnehmen zu können,
welche während des Verbindungsvorganges auftreten können, wobei Hitze und Druck
zur Einwirkung gebracht werden, um das Bindermaterial auszuhärten.
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Die Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 3 zeichnet sich dadurch
aus, daß die Keramikplättchen 3 und gegebenenfalls auch die Abstandshalterplättchen
4 seitlich nach außen mindestens längs eines Randes der Leiterschienen 1 und 2 über
diese vorstehen. Dies ist am besten aus Figur 2 zu ersehen. Nach dem Zusammenkleben
oder festen Verbinden der Leiterschienen mit der Bindermaterialschicht 5 sind die
Keramikplättchen von den Leitern über die Bindermaterialschicht isoliert. Teile
der einander gegenüberliegenden Außenseiten der Keramikplättchen liegen in den Bereichen,
in denen die Keramikplättchen über den Rand der Leiter hinausragen, frei. Die Leiter
werden mit den Metallisierungsbelägen auf den einander gegenüberliegenden Seiten
der Keramikplättchen
dadurch elektrisch verbunden, daß Säume oder
Streifen 6 aus Lot oder einem anderen fließfähigen elektrischen Leitermaterial in
den Absätzen gebildet werden, welche von den Rändern der Leiter 1 und 2 dort gebildet
werden, wo die Keramikplättchen über die Leiterschienen hinausstehen, wie aus Figur
2 zu ersehen ist. Diese Säume oder Streifen 6 aus Leitermaterial überbrücken die
isolierende Bindermaterialschicht 5.
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Nachdem der Zusammenbau der eigentlichen Sammelschiene durch Anbringung
der Leitermaterialstreifen oder -säume 6 vollendet ist, ist es im allgemeinen wünschenswert,
die Sammelschienenanordnung vollständig dicht einzuschließen, indem eine Isolierschicht
7 um die Sammelschienenanordnung herum erzeugt wird. Bei einer Ausführungsform wird
die Isolierschicht 7 dadurch gebildet, daß gleichförmig Harz in Pulverform aufgebracht
und die Sammelschienenanordnung sodann erhitzt wird, um das Harz aufzuschmelzen
und auszuhärten. Das Harz kann beispielsweise ein Polyesterharz, ein Acrylharz oder
ein Epoxyharz sein. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, werden die Anschlußfahnen 1A
und 2A so gebogen oder gekröpft, daß sämtliche Anschlußfahnen von der Sammelschiene
nach außen in derselben Ebene wegragen. Dies kann beispielsweise so geschehen, daß
die Anschlußfahnen im Bereich ihres Fußes umgebogen werden, so daß die Hauptabschnitte
der Anschlußfahnen in der Ebene der Plättchen 3 und 4 liegen. Das Abbiegen der Anschlußfahnen
kann in jeder Stufe des Zusammenbaus vor sich gehen und wird beispielsweise unmittelbar
vor der Anbringung der schützenden Isolierschicht 7 durchgeführt.
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Die Keramikplättchen 3 sind dünn und sehr bruchempfindlich. Das hier
angegebene Herstellungsverfahren erleichtert die Handhabung der Keramikplättchen.
Aus Figur 3 und der weiter unten in Einzelheiten erläuterten Figur 4 ergibt sich,
daß bei der Herstellung ein Zwischenprodukt gebildet wird, welches die Bindermaterialschicht
5 und die Plättchen 3 und 4 enthält und auf einander gegenüberliegenden Seiten durch
Streifen von Abziehpapier 8 geschützt ist. Soll die Sammelschienenanordnung fertig
zusammengebaut
werden, so werden d-* ~ Abziehpapierstreifen abgezogen
und durch die Leiterschienen 1 und 2 ersetzt, wonach die Leiterschienen mit dem
Kunstharz bzw. dem Bindermaterial durch Anwendung von Hitze und Druck fest verbunden
oder verklebt werden. Wie bereits oben angedeutet, können während der Herstellung
des Zwischenproduktes nach Figur 3 je nach den gewünschten elektrischen Eigenschaften
der Sammelschiene die Abstandshalterplättchen 4 durch Keramikplättchen 3 ersetzt
werden oder es können die Plättchen 3 und 4 in unterschiedlicher Größe vorgesehen
werden.
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Anhand von Figur 4 sei nun die Herstellung einer Sammelschiene gemäß
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben. In einem ersten Verfahrensschritt
gemäß Abbildung 1 von Figur 4 wird ein Band oder Streifen eines nichtleitenden Bindermaterials
5 mit einem Streifen aus Abziehpapier 8 vereinigt. Hierauf werden, wie in Abbildung
2 dargestellt, die Keramikplättchen 3 und die Abstandshalterplättchen 4 auf die
freiliegende Oberfläche des Bindermaterials 5 abwechselnd aufgelegt. Zwischen benachbarten
Plättchen 3 und 4 wird jeweils ein schmaler Zwischenraum gelassen, um während des
nachfolgenden Härtungsvorganges auftretende Schrumpfungsbewegungen des Bindermaterials
5 zu berücksichtigen.
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Sodann wird gemäß Abbildung 3 von Figur 4 ein zweiter Schichtenverband
aus einem Bindermaterialstreifen und einem Abziehpapier bereitgestellt und über
die Plättchen 3 und 4 gelegt. Dabei haftet das Bindermaterial an den Oberflächen
der Plättchen 3 und 4 an. Aus Figur 3 wird deutlich, daß bei dem soeben beschriebenen
Herstellungsverfahren die Breite der Bindermaterialstreifen oder -schichten 5 und
des Abziehpapiers 8 jeweils gleich ist, während die Keramikplättchen 3 und im allgemeinen
auch die Abstandshalterplättchen 4 längs einer Seitenkante seitlich über den aus
der Bindermaterialschicht und dem Abziehpapier gebildeten Schichtenverband vorsteht.
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Soll jetzt die Sammelschienenanordnung fertiggestellt werden, so werden
gemäß Abbildung 4 und 5 von Figur 4 die Abziehpapierstreifen 8 von den einander
gegenüberliegenden Seiten des in Abbildung
3 wiedergegebenen Zwischenproduktes
abgezogen und die Leiterschienen 1 und 2 werden in Berührung mit den Bindermaterialschichten
5 gebracht. Die Leiter 1 und 2 haben beispielsweise eine Länge und eine Breite,
welche mit den entsprechenden Dimensionen der Bindermaterialschicht 5 übereinstimmt.
Nach Anbringung der Leiter wird die Sammelschienenanordnung bei Hitze gepreßt, um
das Bindermaterial auszuhärten und die Bindermaterialschichten fest mit den Plättchen
3 und 4 und den Leiterschienen 1 und 2 zu verkleben. Hierauf werden die Streifen
oder Säume aus Leitermaterial 6, wie aus den Figuren 1 und 2 erkennbar, angebracht,
um den elektrischen Kontakt zwischen den Leiterschienen 1 und 2 einerseits und den
benachbarten metallisierten Flächen der Keramikplättchen 3 andererseits herzustellen.
Schließlich wird die Sammelschienenanordnung dadurch vervollständigt, daß eine isolierende
Harzschicht 7 zur Kapselung der Sammelschiene aufgebracht wird, wie in Abbildung
6 von Figur 4 gezeigt ist.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform, welche genauso
hergestellt wird, wie die zuerst beschriebene Ausführungsform einer Sammelschiene,
jedoch mit der Ausnahme, daß die Keramikplättchen 3A und die Abstandshalterplättchen
4A in derselben Breite wie die Leiterschienen 1 und 2 bereitgestellt werden. Bei
der Ausführungsform nach den Figuren 5 und 6 sind die Leiterschienen und die Bindermaterialschichten
mit fluchtenden Öffnungen oder Durchbrücken 9 versehen und nach Bildung des Schichtenverbandes
werden die öffnungen oder Durchbrüche 9 mit Leitermaterial 10 ausgefüllt. Bei der
Ausführungsform nach Figur 5 sind jeweils drei Löcher oder Durchbrüche 9 in Richtung
der Längserstreckung der Leiterschienen nebeneinanderliegend vorgesehen und auf
jeder Seite der Keramikplättchen 3A in deren Bereich angebracht. Die Sammelschiene
nach den Figuren 5 und 6 wird nach Einbringen des Leitermaterials 10 in der oben
beschriebenen Weise in Kunstharz oder dergleichen gekapselt.
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Die Sammelschiene nach den Figuren 7 und 8 wird genauso zusammengebaut,
wie zuvor im Zusammenhang mit den Figuren 5 und 6
beschrieben,
d. h., die Plättchen 3A und 4A haben dieselbe Breite wie die Leiterschienen. Bei
der Ausführungsform, welche in den Figuren 7 und 8 dargestellt ist, sind jedoch
die Leiterschienen und die Bindermaterialschichten 5A mit langgestreckten Ausschnittsbereichen
11 versehen, die sich vorzugsweise längs eines Randes der Leiterschienen erstrecken,
so daß sich wieder Absätze ergeben, die ähnlich gestaltet und wirksam sind, wie
die Absätze, die sich durch das Hervorragen der Keramikplättchen über die Ränder
der Leiterschienen bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 ergaben. Ein
Saum oder ein Streifen aus Leitermaterial 12 wird an jedem der genannten Absätze
angebracht, d. h., in die Ausschnittsbereiche 11 eingebracht, so daß eine elektrische
Verbindung zwischen den Leiterschienen und den Metallisierungsflächen der Keramikplättchen
hergestellt wird.
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Der Fachmann erkennt, daß die beschriebenen Herstellungsschritte zu
einem wirtschaftlichen Verfahren zur Herstellung von Sammelschienen einer Bauart
führt, bei der einzelne Elemente sehr hoher Dielektrizitätskonstante zwischen Leiterschienen
angeordnet werden. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß eine Sammelschiene mit
hohem Kapazitätsbelag leicht und wirkungsvoll gekapselt werden kann, da dieses Kapseln
unter Verwendung von Harzpulver durchgeführt wird. Selbstverständlich bietet sich
dem Fachmann im Rahmen der hier offenbarten Gedanken eine Vielzahl von Abwandlungs-
und Weiterbildungsmöglichkeiten.