DE3211538A1

DE3211538A1 - Mehrschichten-stromschiene

Info

Publication number: DE3211538A1
Application number: DE3211538A
Authority: DE
Inventors: Michael M. 1950 Kraainem Gottlieb
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Mektron Nv Gent Be
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1982-03-29
Publication date: 1982-10-07
Also published as: FR2503472A1; CA1181500A; GB2096820A; BE892684A; FR2503472B1; US4436953A; GB2096820B

Description

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Miinrhft), den 29. März 1982 Anwaltsaktenz.: 194 - Pat. =>6

Rogers Corporation, Main Street, Roarers, Connecticut O6263, Vereinigte Staaten von Amerika

Mehrschi ent en-Strοmschi one

Die Erfindung betrifft Stromschienen, insbesondere verhältnismässig kleine oder miniaturisierte Mehrschichten-Stromschieneneinheiten, bei welchen die Stromschieneneinheit kapazitive Elemente zwischen benachbarten Strom-Schienenleitern einbegreift, wodurch die Stromschienen eine hohe Kapazitanz erhalten.

Herkömmliche Stromschienen von verhältnismässig kleinen oder miniaturisierten Abmessungen sind auf diesem Gebiet seit einer Reihe von Janren bekannt. Diese Vorrichtungen werden zur Leistungs- und/oder Signalübertragung in einer Reihe von Systemen verwendet, wie z.B. Komputerschaltungen und integrierten Schaltkreisen. Diese Mehrschichten-Stromschienen nach dem Stand der Technik weisen mindestens zwei leitende Platten auf, gewöhnlich in Form von länglichen Platten oder Schienen aus Kupfer, welche durch einen isolierenden Film voneinander getrennt sind. Bei einem typischen Vertreter dieser Stromschienenbauart werden Kupferleiter verwendet mit einer Dicke von etwa 0,25 mm bei einer Gesamtdicke der Stromschiene von etwa 0,5 bis 3 mm, einer Breite von etwa 3,8 bis 5 mm und in Längen bis zu etwa 4 00 mm. Charakteristisch bei dieser Bauart ist eine isolierende Trennschicht aus einer dielektrischen Kunststoffolie, wie etwa der als MYLAR bekannte Polyesterwerkstoff. Die MYLAR Trennschicht und 5 die leitenden Platten werden durch einen Klebstoff zusammengehalten. Herkömmliche Stromschienen dieser Bauart nach dem Stand der Technik haben eine verhältnismässig niedrige Kapazitanz mit der Folge, dass diese Vorrichtungen vergleichweise unwirksam sind betreffs Unterdrückung 0 von Hochfrequenzgeräusch. Dieses Hochfrequenzgeräusch ist äussersf unerwünscht, besonders in den Fällen, wo die Stromschiene zur Signalübertragung verwendet wird.

Ein bekannter Versuch zur Eliminierung dieses Geräuschproblems besteht darin, nach der Fertigstellung der Stromschieneneinheit an diese Kondensatoren anzuschliessen . Wenn bei dieser Lösung auch die Kapazitanz erhöht und das Geräusch minimiert wird, so entstehen doch zusätzliche Kosten und eine längere Herstellungszeit.

Bei einer andern Stromschienenbauart nach dem Stand derTechnik sind einzelne kapazitive Elemente vorgesehen, welche zwischen zwei Stromleitern eingefügt sind. Diese Stromschienen haben die gewünschte hohe Kapazitanz.

Ausführungsformen solcner Stromschienen hoher Kapazitanz werden in den US-Patenten 4.236.038 und 4.236.046 und in der Patentanmeldung 950.266 beschrieben. Die bei dieser Stromschienenbau ^art verwendeten hochkapazitiven Elemente sind dünne Lagen oder Plättchen aus dielektrischem Material, gewöhnlich aus einem keramischen mit einer hohen Dielektrizitätskonstante. Die beiden Aussenflachen der Plättchen sind vollständig mit einem dünnen, kontinuierlichen Film aus leitendem Material belegt, wobei diese leitenden 0 Filme elektrisch mit je einem Stromschienenleiter verbunden sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, verbesserte, miniaturisierte Mehrschichten-Stromschienen, in welche gesonderte kapazitive Elemente integriert sind, vorzuschlagen.

5 Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Mehrschichten-

Stromschiene der eingangs erwähnten Art, mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angeführten Merkmalen gelöst.

Die kapazitiven Elemente sind keramische Plättchen oder Waffeln mit metallbelegten Oberflächen; die Erfindung gibt Verfahren an zur Befestigung und Verbindung der kapazitiven Elemente zwischen den zwei Stromschienen einer

miniaturisierten Stromschieneneinheit. Die Erfindung umfasst ebenfalls die miniaturisierten Stromschieneneinheiten, welche sich aus der Durchführung der neuen Verfahren ergeben.

Bei einer ersten Ausgestaltung werden die kapazitiven Elemente und die Stromschienenleiter elektrisch und mechanisch miteinander verbunden durch einen Lötstreifen, welcher zwischen den leitenden Flächen an den Keramikplättchen und den Stromschienenleitern eingefügt werden.

In einer anderen Ausgestaltung dient ein gedrucktes Scha 1 tkreiselement, wie etwa eine MYLAR Kunststoffolie mit darauf befindlichen, leitenden Konfigurationen, als elektrischer Verbindungsweg zwischen den leitenden Oberflächen der Keramikplättchen und den Stromschienenleitern.

Bei einer weiteren Ausgestaltung definieren gedruckte Schaltkreise sowohl die Stromschienenleiter als auch den Verbindungsweg zwischen den metallbeschichteten Oberflächen der Keramikplättchen und den Stromschienenleitern.

Diese Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren, in denen gleiche Teile mit den gleichen Referenzzahlen versehen sind, dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1, eine Ansicht von oben auf einen Ausscnnitt aus einerStromschieneneinheit gemäss einer ersten Ausgestaltungj

Figur la, die Ansicht eines Schnittes entlang der Schnittlinie IA-IA in Figur 1;

Figur 2, einen Schnitt durch ein Segment einer Stromschieneneinheit gemäss einer zweiten Ausgestaltung;

Figur 3, einen Schnitt durch ein Segment einer Stromschieneneinheit gemäss einer weiteren Ausgestaltung;

Figur 4, eine Draufsicht auf das Segment einer Stromschieneneinheit gemäss Figur 3;

Figur 5, die Ansicht eines Schnittes entlang der Schnittlinie 5-5 in Figur 4.

In den Figuren 1 und la ist eine Stromschieneneinheit pauschal mit der Referenzzahl 10 versehen. Die Stromschieneneinheit 10 ist mit einer Mehrzahl von kapazitiven Elementen 14 versehen, welche sandwichartig zwischen zwei räumlicn getrennt verlaufenden Stromschienenleitern 16 und 16a angeordnet sind. Die Plättchen 14 bestehen jeweils aus einer Lage oder Waffel 11 aus keramischem Material, wie etwa Bariumtitanat, deren beide Seiten mit Lagen 13 und 13a aus Silber oder einem anderen leitenden Material belegt sind. Die aus Silber oder einem anderen leitenden Material 13 bestehende Beschichtung definiert jeweils zusammen mit der sandwichartig dazwischen liegenden Lage aus dielektrischem Material 11 kapazitive Elemente, welche pauschal mit 14 bezeichnet sind. Jeder der beiden Stromschienenleiter 16 und 16a besitzt Anschlusszinken oder -finger 15 und 15¹, welche sich von der Stromschiene hinweg erstrecken und als Anschlusselemente fungieren für von der Stromschiene transportierte Leistung 5 oder Signale.

In der Ausgestaltung nach den Figuren 1 und la sind die elektrischleitenden Lagen 13 eines jeden kapazitiven Elementes mechanisch und elektrisch mit dem jeweils anliegenden Stromscnienenleiter mittels Lotstreifen 12 verbunden. Diese Lotstreifen werden in der der Figur la entsprechenden Lage der Stromschieneneinheit eingelegt und

sodann die Stromschieneneinheit Wärme und, falls notwendig, einem geringen Druck ausgesetzt, wodurch eine direkte mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Stromschienenleitern 16 und den kapazitiven Elementen 14 mittels der Lotstreifen 12 hergestellt wird. Auf diese Weise sind die Plättchen einwandfrei befestigt und können nun ihre Funktion als Filter zur Unterdrückung oder Verminderung unerwünschten Geräusches ausüben.

Die nach aussen zeigenden Flächen der Stromschienenleiter 16 sind mit einer Lage 18 aus nichtleitendem Kunststoff beschichtet, oder aber die ganze Einheit in einem solchen isolierenden Kunststoffmaterial eingekapselt.

In Figur 2 ist eine zweite Ausgestaltung dargestellt. Die in Figur 2 dargestellte Konfiguration ist eine vergrösserte Darstellung, in welcher nur ein einziges, zwischen den Stromschienenleitern 16 befindliches kapazitive Element 14 gezeigt ist;.die gesamte Stromschieneneinheit weist jedoch eine grössere Anzahl von in ähnlicher Weise in die Stromschieneneinheit integrierten kapazitiven Plättchen auf.

In der Ausgestaltung nach Figur 2 sind die Stromschienenleiter 16 auf einem Isolator 20, welcher sie voneinander trennt, aufgewalzt, wobei dieser Isolator 20 ein Streifen aus einem Kunststoff, wie z.B. MYLAR Polyester sein kann. Die Stromschienenleiter 16 und die trennende Isolierschicht 20 sind zu einer Folie zusammengeklebt. In dieser aus Stromschienenleitern 16 und Isolierschicht 20 bestehenden Folie sind Oeffnungen 22 vorgesehen, welche als Fenster oder Taschen bezeichnet werden können, welche jeweils ein kapazitives Element 14 aufnehmen. Die Oeffnungen 22 werden von gedruckten Schaltkreiseinheiten überbrückt, welche jeweils aus einem Kunststoffblatt 24 (z.B. aus MYLAR Polyester) bestehen und die an ihren inneren Flächen mit

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geätzten oder aufgelegten Stromleitern 26, oder dgl., versehen sind. Vorzugsweise erstrecken sich die Substrate 24 und 24a der gedruckten Schaltkreise und ihre jeweiligen Leiter 26 und 26a über die ganze Länge der Stromschieneneinheit. Die Leiterelemente 26 und 26a der gedruckten Schaltkreise sind auf jeder Seite jeder Oeffnung 22 sowohl direkt mit den jeweiligen Stromschienen 16 und 16a verbunden, als auch jeweils mit der leitenden Beschichtung 13 und 13a an den kapazitiven Elementen 14. Auf diese Weise fungieren die Leiter 26 des gedruckten Schaltkreises als elektrische Verbindungen zum Verbinden der leitenden Oberfläche 13 der kapazitiven Elemente 14 mit den Stromschienen 16. Damit ist jede Stromschiene mit einer der leitenden Bescnichtungen des kapazitiven Elementes 14 verbunden, sodass die kapazitiven Plättchen effektiv in den Stromkreis integriert sind und Filterfunktion ausüben. Das Verbinden der Leiter 26 und 26a der gedruckten Schaltkreise mit den Stromschienen und den leitenden Oberflächen der kapazitiven Elemente 14 kann durch Verwendung eines leitenden Klebstoffs realisiert werden oder mittels anderer bekannter Verfahren, durch die gleichzeitig eine elektrische und eine mechanische Verbindung herbeigeführt werden kann. Vorzugsweise erstrecken sich die Kunststoffsubsträte 24 der gedruckten Schaltkreiseinheiten und die Leiter 26 über die ganze Länge der Strom-5 Schieneneinheit, sodass das Substrat des gedruckten Schaltkreises auf jeder Seite der Einheit ebenfalls als äussere Isolierschicht für die Stromschieneneinheit dienen kann, ähnlich der Beschichtung 18 in den Figuren 1 und 2 oder aber kann die ganze Einheit in isolierendem Kunststoff 0 eingekapselt werden.

Die Figuren 3, 4, und 5 zeigen eine weitere Ausgestaltung; bei dieser besteht die Stromschieneneinheit aus den Elementen gedruckter Schaltkreise. Bei dieser Ausführung liegen die kapazitiven Elemente 14 in Oeffnungen oder Taschen 22, welche in einer mittigen, isolierenden und trennenden

Schicht 20 vorgesehen sind. Eine gedruckte Schaltung, bestehend aus einem Kunststoffblatt 28 mit darauf gebildeten Leiterzügen 30 (hergestellt durch Aetzen oder Drucken), ist auf der einen Seite der Trennschicht 20 vorgesehen, und eine ähnliche gedruckte Schaltungsanordnung aus einem Kunststoffblatt 28a und Leiterzügen 30a auf der andern Seite der Trennschicht 20. Wie am besten aus den Figuren 4 und 5 zu ersehen ist, hat der Leiter 30 (wie auch der Leiter 30a) die Form eines länglichen Streifens, welcher effektiv den Stromschienenleiter

• definiert, mit daran integrierten Fingern oder Zinken 34 und 34a, welche sich seitlich vom Hauptkörper der jeweiligen Leiter 30 und 30a hinwegerstrecken und Vorsprünge oder Finger bilden zum Verbinden der Stromschiene mit einem elektronischen Gerät.

Die Leiterzüge 30 und 30a sind elektrisch mit den gegenüber liegenden leitenden Flächen 13 an den Keramikwaffeln zur Herstellung der notwendigen elektrischen Verbindung zwischen den Stromschienenkomponenten und den kapazitiven Filterelementen verbunden. Die elektrische Verbindung kann mittels leitendem Klebstoff oder mit Hilfe eines anderen geeigneten Verfahrens realisiert werden. Auf ähnliche Weise können die den gedruckten Schaltkreis bildenden Stromschienenelemente 28, 30 und 28a und 30a aucn mechanisch, sei es mittels Kleben oder auf andere Weise mit der mittigen Trennschicht 20 verbunden werden um damit den Zusammenbau der einheit mechanisch zu vollenden.

Da alle Komponenten der Ausgestaltung nach den Figuren 3 bis 5, im Gegensatz zu den kapazitiven Elementen 14, als biegsame gedruckte Schaltkreise ausgebildet sind, wird diese Ausführung ihre hauptsächliche Anwendung in Fällen finden', in welchen die Schaltkreise flach auf einer andern Tragstruktur liegen. Soll jedoch eine Einheit dieser Bauart freistehend sein, so kann die mittige

Trennschicht 20 aus einem starren isolierenden Material bestehen, oder es können andere versteifende Elemente in die Einheit integriert werden.

Die' Stromschienenleiter dieser Erfindung sind Kupferelemente, welche gegebenenfalls verzinkt sein können; sie sind ungefähr o,25 mm dick und etwa 3,8 bis 5 mm breit oder hoch und haben eine Länge von etwa 50 mm bis 410 mm, abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall der Stromschiene. Das keramische Material, aus dem die kapazitiven Elemente oder Streifenkondensatoren bestehen, hat vorzugsweise eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante, z.B. eine solche von mehr als 8¹OOO , wobei die Dicke des dielektrischen Materials zwischen etwa 0,12 mm und ungefähr 0,33 mm liegt. Die Seitenlängen der individuellen kapazitiven Elemente betragen etwa 5 mm χ 5 mm bis etwa 5 mm χ 76 mm, gemessen parallel zu den von den Stromleitern gebildeten Ebenen.

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Claims

Patentansprüche

Mehrscnichten-Stromschiene, gekennzeichnet durch mindestens zwei räumlich getrenntverlaufende, parallele Stromschienenleiter (16, 16a), (30, 30a), mindestens erste Kcndensatormittel (14), welche im Zwischenraum zwischen den Stromschienenleitern (16, 16a) (30, 30a) vorgesenen sind, wobei die Kondensatormittel (14) aus einer Schicht (11) aus dielektrischem Werkstoff bestehen, deren beide gegenüber liegenden Aussenseiten mit einer Lage (13, 13a) aus elektrisch leitendem Material beschichtet sind, erste elektrische Verbindungsmittel zwischen der leitenden Lage (13) auf der ersten Aussenseite der Kondensatormittel· und dem anliegenden Stromschienenleiter (16) (30) , zweite elektrische Verbindungsmittel zwischen der leitenden Lage (13a) auf der zweiten Aussenseite der Kondensatormittel und dem anliegenden zweiten Stromschienenleiter (16a) (30a), und Mittel zum Befestigen der kapazitiven Mittel zwischen den Stromschienen-Leiterstreifen.
2. Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten eiektrischen Verbindungsmittel ein Lötmittel (12)· einbegreifen.
3. Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten elektrischen Verbindungsmittel vorgeformte Lötmittel einbegreifen und die vorgeformten Lötmittel auch die Befestigungsmittel darstellen.
4. Stromschiene nach Anspruch 1, gekennzeichnet durcn Abstandsmittel (20) zwischen den Stromschienenleitern (16, 16a) (30, 30a), wobei die Abstandsmittel (20) aus nichtleitendem Material bestehen und mit mindestens einer ersten durchgehenden Oeffnung (22) versehen sind, in welche die Kondensatormittel (14) eingelegt werden.

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5. Stromschiene nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienenleiter (16, 16a) Oeffnungen aufweisen, welche mit den Oeffnungen der Trennmittel (20) bündig sind, und dass die ersten und zweiten Verbindungsmittel die Oeffnungen in den Stromschienenleitern (16, 16a) überbrücken und im Bereich der Oeffnungen in den Stromschienenleitern in Kontakt sind mit den leitenden Schichten (13, 13a) an den Kondensatormittelaussenseiten.
6. Stromschiene nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein jedes der genannten Verbindungsmittel mindestens einen ersten Leiter (26, 26a) einbegreift, welcher von einem biegsamen, nichtleitenden Substrat (24, 24a) getragen wird, wobei dieses Substrat (24, 24a) und der Leiter (26, 26a) die Kondensatormittel (14) in den genannten Abstandsmittelöffnungen (22) einschliessen und ebenfalls die Befestigungsmittel bilden.
7. Mehrschichten-Stromschieneneinheit gekennzeichnet durch mit Oeffnungen versehene Abstandsmittel (20) aus einem nichtleitenden Material mit zwei gegenüber liegenden ebenen Flächen, in einer Oeffnung (22) der Abstandsmittel (20) eingefügte Kondensatormittel (14), welch letztere aus einer Keramikwaffel (11) mit gegenüber liegenden ebenen Flächen besteht, sowie aus einer leitfähigen Beschichtung (13, 13a), welche sich in direktem Kontakt mit den genannten Waffelflächen befindet, zwei Stromschienenleitermittel (16, 16a) (30, 30a), welche an den ebenen Flächen der Abstandsmittel (20) befestigt sind, wobei die Stromschienenleitermittel (16, 16a) (30, 30a) jedes einen länglichen Stromschienenleiter aufweist, und Mittel zur Her-0 stellung des elektrischen Kontaktes zwischen jedem Stromschienenleiter (16, 16a) (30, 30a) und der ihm zugeordneten leitfähigen Schicht (13, 13a) der Kondensatormittel.

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8. Stromsghieneneinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stromschienen-Leitermittel ein nicht leitendes Substrat (28) umfasst, sowie mindestens einen ersten Leiter (30, 30a), welcher am Substrat (28) gehalten ist, wobei letzteres die Oeffnung (22) im Abstandsmittel (20) überbrückt und damit die Kondensatormittel (14) in den Oeffnungen (22) festhält, und dass die Stromschienen-Leitermittel (30, 30a) im Bereich dieser Oeffnungen (22) der leitenden Beschichtung (13, 13a) der Kondensatormittel zugekehrt sind und ihr direkt gegenüber liegen.
9. Stromschieneneinheit nach Anspruch 7, gekennzeicnnet durch mit Oeffnungen versehene Stromschienenleiter (16, 16a) in jglem Stromscnienen-Leitermittel, wobei die Oeffnungen im Stromscnienenleiter mit den Oeffnungen (-22) in den Abstandsmitteln (20) bündig,sind, ein nicht leitendes Substrat (24, 24a) und mindestens ein erster, von diesem Substrat (24, 24a) getragener Leiter (26, 26a), wobei das Substrat (24, 24a) die bündigen Oeffnungen in den Leitern (16, 16a) und im Abstandsmittel (20) überbrückt und mit dem Stromscnienenleiter (16, 16a) mit dem genannten ersten Leiter (26, 26a), welcher sich in elektrischem Kontakt mit dem Stromschienenleiter (16, 16a) befindet, verklebt wird, sodass die ersten Leiter (26, 2 6a) den elektrischen 5 Kontakt zwischen den entsprechenden Stromschienenleitern (16, 16a) und den leitenden Flächen (13, 13a) der Kondensatormittel herstellen und gleichzeitig die Kondensatormittel (14) in den bündigen Oeffnungen festgenalten werden.
10. Stromschieneneinheit nach den Ansprüchen 8 und

0 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (24, 24a) und der erste Leiter (26, 26a) einen biegsamen gedruckten Schaltkreis definieren.

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