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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische
Testgeräte zum Testen von Schaltkarten und insbesondere auf
Maskenmaterialien, die benutzt werden, um Meßwertaufnehmer von
Nagelbettestern daran zu hindern, mit dem zu testenden Produkt
in Berührung zu kommen.
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Elektrische Nagelbettester wurden in der Technik lange Zeit
zum automatischen Testen elektrischer Eigenschaften benutzt,
die zwischen zahlreichen zuvor ausgewählten Stellen auf einer
gegebenen elektronischen Karte oder Schaltkarte (hier
nachstehend gemeinsam als Platine bezeichnet) erzeugt werden.
Grundsätzlich arbeiten solche Testgeräte wie folgt. Eine
Testvorrichtung ist zur Aufnahme des zu testenden Produkts
vorgesehen. Eine Kopfkomplettierung trägt eine Vielzahl von hängend
angeordneten nagelähnlichen Meßwertaufnehmern mit Leitern, die
von jedem Meßwertaufnehmer gesteuert werden, um Analysator-
Schaltkreise einzurichten, die in der Technik wohl bekannt
sind. Eine isolierte antistatische Maske ist zwischen dem Kopf
und der im Test befindlichen Platine angeordnet und mit einer
zuvor ausgewählten Lochschablone vorgebohrt, um den Durchgang
durch die Löcher in der Maske nur den Meßwertaufnehmern zu
gestatten, die die Platinenoberfläche an den zu testenden, zuvor
ausgewählten Stellen berühren sollen. Diese Lochschablone in
der Maske wird demzufolge der Schablone entsprechen, die von
den Stellen auf der zu testenden Platine definiert wird. Wenn
demzufolge, zur Vereinfachung der Beschreibung, der Test eines
Leerlaufes oder Kurzschlußes zwischen den Punkten A und B auf
einer gedruckten Schaltkarte gewünscht wird, wird die
Lochschablone
in der Maske so sein, daß die Meßwertaufnehmer durch
die passend angeordneten Löcher in der Maske gelangen, um die
Punkte A und B zu berühren. Andere Meßwertaufnehmer, die neben
oder zwischen diesen Punkten A und B liegen, die den Test
beeinflußen können, werden durch fehlende Löcher in diesen
Stellen in der Maske gehindert, durch die Maske zu gelangen, um
die Karte zu berühren. Solch eine Maske kann auch unter der zu
testenden Platine zum Zwecke der weiteren Isolierung der
Platine von Ladungen und elektrischen Potentialen vorgesehen
werden, die die Tests nachteilig beeinflußen können.
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Zahlreiche Systeme wurden zur Automatisierung verschiedener,
sequentieller elektrischer Tests zwischen solchen
Meßwertaufnehmern infolge der großen Anzahl von Tests und Testpunkten
bereitgestellt, die in komplexen, modernen Platinen mit hoher
Dichte verwendet werden müssen. Demzufolge wird außerdem
verständlich, daß, wenn der Tester für allgemeine Zwecke bestimmt
ist, zur Unterbringung einer großen Variantenvielfalt und
dicht aneinanderliegenden Testpunkten, die durch zahlreiche
verschiedene zu prüfende Platinen präsentiert werden, die
Anzahl von Meßwertaufnehmern mit dem dazugehörigen Schaltkreis
überaus groß sein muß und diese dicht aneinanderliegen müssen.
Es ist durchaus üblich, auf ein Übermaß von Testköpfen mit
Meßwertaufnehmern mit 20.000 solcher Meßwertaufnehmerstifte
innerhalb eines Bereichs von 0,974 m² (1,04 Quadratfuß) zu
treffen. Die Tester liefern üblicherweise ein Paar von JFET's
(junction field effect transistors), die zu jedem
Meßwertaufnehmer gehören und deren Bedeutung kurz und klar aus der
Erörterung des Gegenstands der folgenden Erfindung ersichtlich
werden wird.
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Ein ernsthaftes Problem, das weiterhin die Industrie plagt,
ist die Zerstörung von JFET Schaltern, die durch
elektrostatische Entladung von der Maske durch das Testgerät
einschließlich der JFET's verursacht wird. JFET's, die normalerweise
benutzt werden, haben relativ niedrige Durchbruchsspannung in
der Größenordnung von 10-50 Volt, wobei jede davon im Übermaß
eingespeiste Spannung zwischen dem Gate und der Source oder
Drain in der Zerstörung des JFETS resultiert. Der genaue
Mechanismus, der für solche Schalterzerstörung verantwortlich
ist, wurde auf der Worldwide Test Conference in Austin, Texas,
im Oktober 1983 präsentiert. Es wurde festgestellt, daß
infolge der Isoliereigenschaften des konventionellen
Maskenmaterials wie Bakelit, PVC, Phenol, Glasmaterialien und
dergleichen, extrem statische Hochspannungstaschen in der
Größenordnung von ± 10-30 Kilovolt nicht selten angetroffen werden, die
über die Maske infolge der zu der Bewegung gehörenden Reibung
der Masken während eines Testverfahrens und dergleichen
verteilt werden. Die gegebene, vorerwähnte relativ niedrige
Durchbruchsspannung der JFET Schalter macht verständlich,
warum die Industrie häufig auf zerstörende Durchbrüche der
Schalter trifft, wenn die dazu gehörenden Meßwertaufnehmer auf
solche Hochspannungen treffen, die zu diesen hohen
Konzentrationen an Ladungsdichte gehören.
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Zahlreiche Versuche wurden durchgeführt, um das statische
Elektrizitätsproblem all jener zu lösen, die unter ernsthaften
Nachteilen zu leiden haben. Zum Beispiel Ionengebläse, die
positive und negative Ionen aus einer radioaktiven Source
freigeben, wurden in Testgeräten installiert in der Hoffnung, eine
entionisierende Funktion zur Neutralisierung statischer
Ladungen im oberen Teil der Maske bereitzustellen. Solch eine
Methode wurde aus zahlreichen Gründen als nicht effizient
angesehen.
Erstens war es schwierig, die Gebläse in dem Testgerät
infolge der typischen Pendelbewegung solcher Einrichtungen
genügend eng anzuordnen. Ein damit verbundenes Problem war, daß
demzufolge das Maskenoberteil in dem entionisierten
Einflußbereich der Gebläse nicht lange genug angeordnet war, um die
statischen Ladungen zu neutralisieren. Zudem war es infolge
der von den konventionellen Testgeräten auferlegten Zwänge
schwierig, die Neutralisierung der unteren Maske vorzusehen,
die öfters, infolge einer größeren, ungestörten Fläche mit
weniger Löchern für statische Ladungen empfänglich war.
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Noch ein weiterer Versuch zur Lösung des statischen Problems
war eine Entladungswiderstandtechnik, wobei die
Entladungswiderstände an Platinen angeschlossen wurden, um die
zerstörenden Ladungen abzuleiten. Diese Methode hat sich jedoch
ebenfalls als unwirksam herausgestellt. Oft wird während des
Testverfahrens die Testeinrichtung auf elektrische Leerläufe
zwischen Meßwertaufnehmern untersucht, die normalerweise als
Leerlaufwiderstand in der Größenordnung von 100 Megaohm oder
größer definiert werden. Entladungswiderstände für eine
ausreichend niedrige Zeitkonstante bereitzustellen, um schnell
genug einen Ladungsdrain durchzuführen und das Problem zu
lösen, müssen normalerweise in der Größenordnung von 3-6 Megaohm
oder niedriger sein. Solch vergleichsweise niedrigen
Widerstände bezogen auf eine Leerlauferkennungsschwelle, die
vielleicht 100 Megaohm oder mehr entspricht, liefern jedoch
falsche Angaben von Kurzschlüßen, wobei im wesentlichen der
Entladungswiderstand erkannt wurde. Durch ausreichende
Erhöhung des Entladungswiderstands, um nachteilige Einflüße auf
die Testverfahren zu vermeiden, wenn in die Schaltkreise der
Meßwertaufnehmer geschaltet wird, kann die Ladung nicht
schnell genug freigegeben werden, um den Schaden des
Transistors zu verhindern.
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Eine weitere Methode sah einen antistatischen Schaumstoff auf
den Masken vor. Dieser Versuch lieferte unannehmbare
mechanische Schwierigkeiten, die darin bestanden, den Schaumstoff auf
den Masken sicher zu befestigen, was einen wesentlichen Anteil
von Traumata während des Testverfahrens mit sich brachte.
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Eine weitere Methode, die in dem Stand der Technik versucht
wurde, war mittels eines Aerosol-Sprays oder eines anderen
Mittels eine antistatische Chemikalie in den Maskenbereichen
einzuführen. Die antistatischen Effekte solcher Sprays
erwiesen sich jedoch für lange Zeiträume als unzureichend. Weitere
Probleme waren mit diesen Methoden verbunden, wie die
Unfähigkeit den Boden des im Test befindlichen Produkts zu erreichen,
unerwünschte Einführung von noch zusätzlichen Chemikalien in
das Herstellverfahren, aufgewendete Zeit für den Spray-Vorgang
und dergleichen.
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Noch eine weitere Methode war, antistatische oder leitende
Mittel in die Platinen selbst einzuführen. Diese Chemikalien
stellten sich als auslaugend heraus und wurden somit
unwirksam. Imprägnierung der Platinen mit fein verteilten
Kohlenstoffpartikel wurde ebenfalls versucht, die die Platinen bei
ausreichender Menge zu leitfähig machten, um das
elektrostatische Aufbauproblem zu lösen.
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Zusätzliche Versuche, die leitende Matten oder Abdeckungen und
geerdete Armriemen und -taschen an den Bedienern der
Testgeräte und den Maschinen enthalten, haben offensichtliche
Nachteile.
Hohe Umgebungsfeuchte bei den Tests wurden ebenfalls
versucht mit den damit verbundenen, starken Beschwerden der
Arbeiter, das Rosten der Einrichtung und den nachteiligen
Auswirkungen auf die Testparameter.
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Isolierende Masken, solche wie die, die aus dem vorerwähnten
Bakelit oder dergleichen hergestellt werden, präsentieren
zusätzliche Schwierigkeiten. Da sie ausreichenden Widerstand
präsentieren (nicht ähnlich mit der zuvor erwähnten
Entladungswiderstandmethode), um so die elektrischen Eigenschaften,
die zu testen gesucht werden, wie Isolatoren, nicht zu
beeinflussen, sind diese Masken normalerweise gut geeignet, die
zuvor erwähnte zerstörende Hochspannungskonzentrationen der
Ladung zurückzuhalten. Zudem haben diese Materialien, die zur
Herstellung solcher Masken verwendet werden, mechanische
Eigenschaften, die zusätzliche Bearbeitungsprobleme
präsentieren. Es wird bemerkt, daß eine Maske wie zuvor angegeben,
fähig sein sollte, Bearbeitungs- und Bohrvorgängen
standzuhalten, um so im Übermaß über 20.000 Aufnahmelöcher für die
Meßwertaufnehmer zu verfügen, die dort in einem Bereich
konzentriert sind, der manchmal so klein wie 100 Meßwertaufnehmer
pro 6,6 x10&supmin;&sup4;m² (1 Quadratzoll) ist. Um solch eine große
Anzahl von Test-Meßwertaufnehmer innerhalb eines relativ kleinen
Bereichs unterzubringen, würde sehr wenig Material verbleiben,
um die mechanische Festigkeit zu liefern, die für solch eine
Maske erforderlich ist, um so viele wie eintausend
Testdurchläufe und daraus resultierende Bewegungen der Maske pro
Schicht zu überdauern. Zum Beispiel war es nicht ungewöhnlich,
Löcher mit einem Durchmesser von 2mm (80 Tausendstelzoll) bei
2,5 mm (100 Tausendstelzoll) von den Zentren, dadurch
verbleiben nur 0,5 mm (20 Tausendstelzoll) oder weniger als 1/32 von
einem Zoll an Material zwischen den Löchern. Es wurde
festgestellt, daß einige Materialien, obgleich sie äußerst eng
aneinanderliegen,
um die gewünschten elektrischen Eigenschaften
einer Maske zu liefern, einfach nicht solcher Bearbeitung und
dem nachfolgend harten Gebrauch standhalten, durch die
Konzentration der Löcher oft brüchig werden und später während der
Bearbeitung oder der Testvorgänge zerbrechen. Andere derartige
Materialien haben gleichfalls solch unerwünschte
Charakteristika, die sehr agressive Gerüche enthalten, zu denen Phenol
gehört, das während des Bearbeitungsverfahrens und dergleichen
auftritt. Noch andere Materialien, die sich in einigen Fällen
als leichter bearbeitbar und weniger isolierend herausstellten
und dadurch selbst weniger anfällig für unerwünschte
Ladungskonzentrationen sind, stellten sich als leitend heraus, wie in
dem Fall der Imprägnierungsmethode mit Kohlenstoffpartikel,
die bei elektronischen Platinentestern zu falschen Angaben von
Kurzschlüssen führen.
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Electronics, Vol. 60, No. 12, 11 June 1987, beschreibt auf den
Seiten 87 und 88 eine antistatische Maske, die mit Öffnungen
durchsetzt ist, um die Meßwertaufnehmerstifte aufzunehmen.
Jeder Meßwertaufnehmerstift gehört zu einem separaten
Transistorschalter in einem elektronischen Kartentest. Die Masken
enthalten eine Schicht von isolierendem Trägermaterial in
Sandwichbauweise zwischen Schichten von hygroskopischem
Material.
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Kurzschlüße der JFET Schalter in dem Kartentester, die aus
elektrostatischen Entladungen resultieren, können kostspielige
Verzögerungen in dem Testverfahren verursachen. Solche
Verzögerungen können der mühsamen Erkennung zugeordnet werden,
welcher der 40.000 + JFET's zerstört wurde (von den
Schwierigkeiten der Reparatur ganz zu schweigen). Noch weitere
Schwierigkeiten können bei dem Vorgehen zum Finden eines
Maskenmaterials
mit den genauen, notwendigen Eigenschaften von
mechanischer Festigkeit (die extrem hohe Lochdichte für die
Meßwertaufnehmer und die rauhe Behandlung der Maske wird genannt)
genannt werden. Mit Bezug aufletztere muß das Maskenmaterial
ausreichend isolierend sein, um nicht die Meßwertaufnehmer
kurzzuschließen, die falsche Kurzschlüße lesen, wenn die für
die Testpunkte verwendeten Meßwertaufnehmer unachtsamerweise
die Seiten der Öffnungen in der Maske berühren, durch welche
sie sich strecken. Zudem jedoch muß solches Maskenmaterial
auch keine unmäßigen widerstandsfähigen oder isolierenden
Eigenschaften haben, um konzentrierte Ladungsdichten zu
entwickeln und zurückzuhalten, die zu der zerstörenden Entladung
durch die JFET Schalter führen. Eher sollte solch eine Maske
wünschenswerterweise einen Mechanismus liefern, wobei eine
wesentliche reduzierte und gleichmäßigere Ladungsdichte dadurch
geliefert werden könnte. Mit Bezug nur auf die gewünschten
elektrischen Eigenschaften resultieren daraus offensichtlich
gegenseitig widersprüchliche Entwicklungsziele: ein Material,
das nicht zu isolierend jedoch nicht zu leitend ist, während
zur gleichen Zeit genügend erweiterte Oberflächenbereiche
(Länge in Quadratfuß, die durch das Testbett vorbestimmt wird)
zur Reduzierung der Ladungsdichte geliefert und eine
gleichmäßigere oder unkonzentrierte Verteilung davon durchgeführt
wird.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb, eine
antistatische Maske zu liefern, die so gebaut ist, daß sie sowohl die
elektrischen Eigenschaften zur Reduzierung des Potentials für
die elektrostatische Entladung der Masken als auch die
mechanischen Eigenschaften zur Verhinderung des Brechens der Masken
durch den Gebrauch hat.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun eine antistatische
Maske vorgestellt, die durch eine Vielzahl von Öffnungen zur
Aufnahme einer Vielzahl von Meßwertaufnehmerstiften perforiert
ist; wobei jeder Meßwertaufnehmerstift jeweils zu einem von
einer Vielzahl von FET Transistorschaltern in einem
elektronischen Kartentester gehört; wobei die Maske eine Vielzahl von
ersten Schichten eines hygroskopischen Materials und eine
Vielzahl von zweiten Schichten eines isolierenden
Trägermaterials enthält; wobei abwechselnd erste und zweite Schichten
zusammen in einer integralen Zusammensetzung laminiert werden;
dadurch gekennzeichnet, daß das hygroskopische Material
Zellulosefasern enthält. Diese Bauweise bietet den Vorteil,
elektrostatische Ladungen freizugeben, damit diese gleichmäßiger
durch die Maske verteilt werden. Es folgt daraus, daß die
Ladungsdichten, die an den Test-Meßwertaufnehmern präsent sind,
dadurch deutlich die Zerstörung durch elektrostatische
Entladung der zu den Meßwertaufnehmern gehörenden JFET's
reduzieren. Zusätzlich bietet die integrale Zusammensetzung der Maske
mechanische Haltbarkeit, wodurch sich die Brüche während der
Handhabung reduzieren.
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Ein besonders bevorzugtes Beispiel der vorliegenden Erfindung
wird nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, in denen
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Fig. 1 eine bildliche Ansicht eines typischen
Nagelbettesters mit der antistatischen Maske der
vorliegenden Erfindung und einer Karte in der Anordnung
zeigt, die für die Durchführung der Testverfahren
bereit ist.
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Fig. 2A eine bildliche und schematische Ansicht eines Teils
des Testers von Fig. 1 zeigt, in der die Masken, die
zu prüfende Schaltkarte, die Meßwertaufnehmer und der
dazugehörige Testschaltkreis des Testers
detaillierter dargestellt sind.
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Fig. 2B eine weitere schematische Ansicht eines Teils des
Testers von Fig. 1 zeigt.
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Fig. 3A eine bildliche Ansicht einer Maske der vorliegenden
Erfindung zeigt, in der eine Schablone von Öffnungen
zur Aufnahme der Meßwertaufnehmer angeordnet ist.
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Fig. 3B eine Draufsicht eines Teils der Maske von Fig. 3A
zeigt, in der die typischen Abmessungen für die
Öffnungen und die räumliche Aufteilung dargestellt sind.
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Fig. 3C einen schematischen Querschnitt der verschiedenen
Schichten des Materials der vorliegenden Erfindung
vor dem Laminierungsverfahren zeigt.
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Fig. 4 eine schematische Abbildung des Herstellverfahrens
bei Herstellung der antistatischen Maske der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 5 ein Gefügebild eines Querschnitts eines
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in hundertfacher
Vergrößerung zeigt.
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Fig. 6 ein Gefügebild der Oberflächentopographie des
Ausführungsbeispiels von Fig. 5 in hundertfacher
Vergrößerung zeigt.
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Fig. 7 ein weiteres Gefügebild der Oberflächentopographie
des Ausführungsbeispiels von Fig. 5 in
fünfhundertfacher Vergrößerung zeigt.
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Mit Bezug nun auf Fig. 1, in der allgemein eine
Testeinrichtung 10 des konventionellen Nagelbettmodells dargestellt ist,
der in der Technik wohl bekannt ist, der ein Testbett 12,
einen Analysator 13 (einschließlich der zugehörigen
Schaltmatrizen, Logik, Erregungs- und Meßschaltkreise und dergleichen)
und eine Vielzahl von Leitern 14 und 16 enthält, die für das
Zusammenschalten von Meßwertaufnehmern und Analysator 13
sorgen. Das in Fig. 1 dargestellte Gerät dient dazu, eine
allgemeine Funktionsdarstellung von solchen Testern zu liefern, ein
repräsentatives Beispiel, das von DITMCO (The Drive In Theatre
Manufacturing Co., 5612 Brighton Terrace, Kansas City,
Missouri 64130,) hergestellt wird. Die Erfindung dient nicht
dazu, die Anwendung auf irgendein besonderes Testerumfeld zu
begrenzen, sondern liefert eher eine allgemein gehaltene
Lösung für irgendein Umfeld, wobei die hierin erörterten
Probleme bezüglich der elektrostatischen Entladungen und
mechanischen Eigenschaften einschließlich der Anwendung auf eine
Variantenvielfalt von Testern mit JFET's in einer Schaltmatrix
zutreffend sind.
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Fahren wir mit Fig. 1 fort. Die Testeinrichtung 10 enthält
normalerweise außerdem einen Testkopf 18, an dem hängend ein
Meßwertaufnehmerfeld 20 angeordnet ist, das eine Vielzahl von
Meßwertaufnehmern 22 enthält, die im wesentlichen in planarer
Konfiguration angeordnet sind und sich im allgemeinen nach
unten richten. Bei einigen Anwendungen ist es wünschenswert,
zusätzlich ein ähnliches Meßwertaufnehmerfeld 24 mit
Meßwertaufnehmern 26 vorzusehen, die sich nach oben richten, um die
Unterseite der Flächen der Platinen zu testen, die die leitenden
Schablonen und/oder Komponenten tragen. Zur elektrischen
Zusammenschaltung solcher Meßwertaufnehmer 22 und 26 sind die
entsprechenden Testleitungen 28 und 30 vorgesehen, die
Testsignale zwischen dem Testbett 12 und dem Analysator 13 senden
und insbesondere, um die Messungen in dem Analysator 13 der
zahlreichen elektrischen Parameter und Eigenschaften einer im
Test befindlichen Karte zu erlauben (oder insbesondere solche
Eigenschaften wie diese, die zwischen den zuvor ausgewählten
Stellen an der Oberfläche der Karte 34 erzeugt werden, die von
den Meßwertaufnehmern belegt werden).
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In der vorliegenden Erfindung wird normalerweise ein
Pendelschlitten 36 zur Einführung der Karte 34 und der zugehörigen
antistatischen Masken 32 und/oder 33 in eine passende Position
vorgesehen, damit die Meßwertaufnehmer die Testfunktionen der
Einrichtung 10 durchführen können und um das Entfernen der
Masken 32 und 33 sowie der Karte 34 zu erleichtern, damit
diese leichter durch eine Kombination von nächster Karte 34,
Maske 32 und/oder 33 ersetzt werden können, damit der nächste
Testvorgang durchgeführt werden kann.
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Bei dem Vorgang werden die antistatischen Masken üblicherweise
auf entgegengesetzten Seiten der zu prüfenden Karte 34
angebracht, worauf das Masken-Kartensandwich auf dem
Pendelschlitten 36 angeordnet wird. Der Schlitten wird dann mit dem
Sandwich, das zwischen dem Meßwertaufnehmerfeld 20 und dem
Pendelschlitten angeordnet ist, in die in Fig. 1 gezeigte Position
gebracht. Der Testkopf 36 wird dann in Richtung der Karte
hochgefahren, bis sich die Meßwertaufnehmer entsprechend den
passenden Löchern, die durch die Maske 32 angeordnet sind,
durch diese Löcher strecken, um so eine äußere obere Fläche
der Karte 34 zu belegen.
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Wenn es gewünscht wird, können die Meßwertaufnehmer auch durch
die Öffnungen in der unteren Maske 33 eingeführt werden, um
die gewünschten Teststellen auf der Unterseite der Karte 34 zu
berühren. An diesem Punkt liefert der Analysator 13
Testsignale, die durch die Aderbündel 14 und/oder 16 zu den
entsprechenden Testleitungen und Meßwertaufnehmern geführt werden
und empfängt davon auf Wunsch die Meßsignale.
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Mit Bezug nun auf Fig. 2A kann die Funktion der Masken der
vorliegenden Erfindung, wie die Maske 32, klarer gesehen
werden. Mit den Meßwertaufnehmern 26, die wie zuvor beschrieben,
hochfahren, werden bestimmte Meßwertaufnehmer 26 an der
Berührung der im Test befindlichen Karte 34 gehindert, da eine
Öffnung 60 in den Stellen fehlt, wie die in der Stelle 23. Die
Lochschablone der Öffnungen 60, das durch die Maske 32
angeordnet ist, wird angeordnet, um nur den Durchgang der
Meßwertaufnehmer 22 zu gestatten, deren Berührung der Oberfläche
der Karte 34 an den entsprechend zuvor ausgewählten Stellen
der Karte 34 gewünscht wird. Dadurch werden zum Beispiel, wenn
die Messung einiger elektrischer Parameter gewünscht wird, die
schematisch im allgemeinen in der Referenznumeralen 44
zwischen den Testpunkten 40 und 42 dargestellt wird, die
Öffnungen 60 in der Maske 32 angeordnet, um den passenden
Meßwertaufnehmerstiften 22 zu ermöglichen, sich durch die Maske
32 zu strecken und ihre entsprechenden Testpunkte 40 und 42 zu
berühren.
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Weiterhin mit Bezug auf Fig. 2A werden von dem Analysator 13
Funktionen durchgeführt, die nur auf allgemeine und
schematische Weise in dem Rest der Figur abgebildet sind. Mittels
Schaltmatrizen und Steuerschaltkreisen, die der Analysator 13
zum repräsentativen Gebrauch der Meßwertaufnehmer liefert, die
in der zuvor beschriebenen Weise angeordnet sind, wird eine
Testleitung 28 mit einer Erregungs- oder Erdesource
zusammengeschaltet, die in Referenz 46 mit einer verbleibenden
Testleitung 28 im allgemeinen gezeigt wird, die mit einem
Instrumentenverstärker 52 zusammengeschaltet wird. Die Source 46
kann ein Paar von JFET Schalter 48 und 50 und eine konstante
Stromsource 51 enthalten. Es ist weiterhin zu bemerken, daß
der Analysator 13 eine passende Form des Anzeigegeräts 54, wie
ein Meßgerät, Aufnahmegerät, Lichter oder dergleichen nach
Wunsch enthält. Durch passende Aktivierung in Kombination mit
den Schaltern 48 und 50 kann der dazugeschaltete
Meßwertaufnehmer entweder darin eine Source von Teststrom angelegt haben
oder auf Erdepotential gebracht werden. Auch durch die
Schaltfunktionen, die von dem Analysator 13 durchgeführt werden, der
in der Technik wohl bekannt ist und in Fig. 2A nicht
schematisch dargestellt ist, kann die andere Testleitung 28 mit dem
Instrumentenverstärker 52 auf Wunsch zusammengeschaltet
werden, um so das elektrische Potential dieses Testpunktes 42
oder einige andere elektrische Parameter bezüglich des
Testpunktes 40 zu messen, der wie zuvor beschrieben, auf
Erdepotential gebracht werden kann oder auf Wunsch mit einer
Stromsource durch Steuerung des Analysators 13 mittels der Schalter
48 und 50 angelegt werden kann.
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In Fig. 2A auf der Oberfläche der Maske 32 werden hoch
konzentrierte Bereiche von positiven und negativen Ladungen 46 und
48 schematisch abgebildet, durch die im wesentlichen hohe
Ladungsdichten und entsprechende elektrische Potentiale in der
Größenordnung von 10-30 Kilovolt fließen. Mit den
Testaufnehmern 22, die solche Bereiche mit hohem Potential und hoher
Ladung 46 und 48 berühren, entweder durch seitlichen Kontakt mit
der Maske 32, weil diese sich durch die Öffnung 60 strecken
oder infolge der Berührung der Oberfläche an den Stellen wie
dem Punkt 23 auf der Maske 32, wird dadurch ein leitender
Entladungspfad gebildet, wobei die zu diesen Bereichen 46 und 48
gehörenden Ladungen sich durch die Meßwertaufnehmer 22
unerwünscht entladen können. Dies resultiert in Spannungen
zwischen den Gates, Sources und/oder Drains von jedem oder beiden
Schaltern 46 oder 50, die die Gate-Source- oder Gate-Drain-
Durchbruchsspannungen der Schaltgeräte überschreiten und
dadurch zu deren Beschädigung oder Zerstörung führen. Es ist
demzufolge eine bezeichnende Einrichtung der augenblicklichen
Erfindung eine Maske 32 mit diesen Eigenschaften vorzusehen,
wobei diese Ladungen, die durch die Ladungsbereiche 46 und 48
dargestellt sind, gleichmäßiger verteilt werden, um so die
Gesamtladungsdichte und die damit verbundenen, zerstörenden
Potentiale zu reduzieren, wodurch die Zerstörung der Schalter 48
und 50 bei Berührung der Meßwertaufnehmer 22 mit der Maske 32
verhindert wird.
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In Fig. 2B ist ein ausführlicheres Schema eines
repräsentativen Testschaltkreis 90 abgebildet, der mit der Maske der
Erfindung benutzt wird. Ein erster und zweiter Satz des JFET
Schaltpaares 94-96 und 98-100 ist für jedes in Reihen
verdrahtetes Paar vorgesehen. Meßwertaufnehmer 22 werden jeweils mit
einem der entsprechenden JFET Paare an den entgegengesetzten
Enden des im Test befindlichen Schaltkreises
zusammengeschaltet. Das obere Ende der Schaltpaare 94-96 und 98-100 wird mit
einer konstanten Stromsource 108 von mindestens 20 MA
Gleichstrom erregt. Diese Stromsource 108 wird außerdem durch ein
Widerstandsnetzwerk 100-112 zu einem Eingang eines
Vergleichers
92 mit dem andere Eingang zusammengeschaltet, in dem
eine positive, einstallbare Vorspannungssource 106 enthalten
ist. Der Ausgang des Vergleichers 92 wird an einen passenden
Gut-/Schlechtschaltkreis 102 geleitet. Es ist zu bemerken, daß
die Anordnung der zuvor erwähnten Komponenten 92, 102, 106,
110 und 112 auf vielfältige Art und Weise durch
konventionelle, analoge Operationsverstärker-Schaltkreise durchgeführt
werden kann, die in der Technik wohl bekannt ist, solange die
primäre Funktion der Komponenten durch die Erkennungsebene des
Stromflußes durch die JFET's 94-100 geliefert wird. Entweder
der Satz 94-100 oder der Satz 96-98 der JFET Schalter kann zum
Testen der Kontinuität verwendet werden, wobei der
entsprechende Satz eingeschaltet wird, um den Stromfluß durch den im
Test befindlichen Schaltkreis durch konventionelle Mittel zum
Einschalten der JFET Schalter zur Erzeugung ihrer
entsprechenden Gates 109, 110, 112 und 114 auf Wunsch zu ermöglichen. Zum
Testen von Kurzschlüßen jedoch ist es in der Technik wohl
bekannt, daß nur ein positiver Stimulus-Schalter eingeschaltet
ist und alle anderen Rückschalter (ausgenommen die Punkte, die
den Schaltkreis berührern) eingeschaltet sind. Es ist zu
bemerken, daß die Vergleichervorspannung 106 einstellbar ist, um
dem maximalen, damit verbundenen Widerstand des im Test
befindlichen Schaltkreises 44 zu entsprechen.
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Eine bildliche Ansicht einer Maske 32 der vorliegenden
Erfindung wird in Fig. 3A gezeigt, um klarer die Schablone der
Öffnungen 60 zu zeigen, die darin im allgemeinen normal auf der
von dem großen Flächenbereich der Maske 32 definierten Ebene
angebracht sind. Es wird daran erinnert, daß jede Öffnung 60
der Schablone einem korrelierenden Meßwertaufnehmer 22
entspricht, der vorgesehen ist, sich durch die Maske 32 zu
strecken, um die Karte 34 während des Testverfahrens zu
berühren.
Somit entspricht die durch die Öffnungen 60 definierte
Schablone auch einer ähnlichen Schablone, das durch die
Stellen auf der Oberfläche der Karte 34 definiert wird, die zum
Testen der elektrischen Eigenschaften zwischen irgendeiner
gegebenen gewünschten Kombination von solchen Stellen berührt
werden.
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In Fig. 3 ist die hohe Lochdichte, die durch die untereinander
eng aneinanderliegende Öffnung 60 bestimmt wird, deutlich
abgebildet. Obwohl die Erfindung nicht beabsichtigt, die
spezifischen Loch- oder Aufteilungsabmessungen zu begrenzen, wurde
festgestellt, daß in einem Ausführungsbeispiel die folgenden
Abmessungen ganz zufriedendstellende Ergebnisse liefern:
Öffnung 60, Durchmesser 64, wenigstens 2 mm (80 Tausendstelzoll)
Abstand, an den Zentren durch 2,5 mm (100 Tausendstelzoll)
getrennt, wobei Lochabstände, wie in den Referenznumeralen 66
und 68 gezeigt, wenigstens von der vorerwähnten Vergrößerung
von 2,5 mm (100 Tausendstelzoll) betragen.
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Fig. 3C zeigt schematisch ein besonderes Ausführungsbeispiel
der Maske 32 der vorliegenden Erfindung im Querschnitt, der
die zahlreichen Schichten des verwendeten Materials zeigt,
welches die Maske 32 vor dem Laminierungs- und
Bearbeitungsverfahren enthält, das nachstehend beschrieben wird. Schichten
56 eines Oberflächenbereichs und einer gewünschten Form (wie
die rechteckige Form, die in Fig. 3A abgebildet ist) sind in
einem Bond/Offsetpapier enthalten. Die Schichten 58 sind in
einem mit Epoxydharz imprägnierten Gläsertuch eines
repräsentativen Beispiels enthalten, das in der Industrie unter dem
Namen Cured Prepreg bekannt ist. Wenn die Schichten des
Materials, das in Fig. 3C gezeigt ist, ein passendes Laminierungs-
und Bearbeitungsverfahren durchlaufen, das mit Bezug auf Fig.
4 nachstehend beschrieben wird und nach einem passenden
Bohrvorgang, um die Öffnungen 60 zu liefern, resultiert daraus
eine Maske 32 der vorliegenden Erfindung.
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Mit Bezug auf Fig. 4 kann darin in Form eines schematischen
Flußdiagramms ein repräsentatives Verfahren dargestellt
werden, wobei die zahlreichen Schichten aus der Zusammensetzung
von Fig. 3C gebildet, laminiert und anderweitig verarbeitet
werden, um die antistatische Maske 32 der vorliegenden
Erfindung zu erhalten. Zuerst wird ein im Handel erhältliches
Gläsertuch 70 in 72 mit einem Epoxydharz imprägniert und in einer
Art bearbeitet, die in der Technik wohl bekannt ist und in
einer Länge aus Cured-Prepreg-Material 74 resultiert, das in der
Industrie für gedruckte Schaltungen üblich und im Handel
erhältlich ist. Dieses Prepreg 74 wird auf die passende Größe
zugeschnitten, um davon für die folgende Laminierung eine
Anzahl von Schichten zu erhalten. Auf ähnliche Weise wird ein
hygroskopisches Material 76, wie bondiertes Papier oder ein
anderes, Zellulosefasern enthaltendes Material ebenfalls
zugeschnitten, um eine Anzahl von Schichten 56 im wesentlichen in
ähnlicher Größe zu dem zugeschnittenen Prepreg-Material 74 zu
liefern, das in Vorbereitung für die folgende Laminierung und
weitere Verarbeitung ist.
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Wie in Fig. 4 gezeigt, wird als nächstes ein
Laminierungsverfahren 78 durchgeführt. Zuerst werden die zugeschnittenen
Prepreg-Schichten 74 und die hygroskopischen Materialschichten 76
wie in Fig. 3C aufeinandergeschichtet. Die aufgeschichtete
Maske wird dann einem konventionellen
Drucktemperatur-Laminierungszyklus
unterzogen, Einzelheiten eines repräsentativen
Beispiels hierzu folgen mit Bezug auf die beiliegende Tabelle.
Gemäß der konventionellen Laminierungspraxis kann zuerst eine
planierte Platte (nicht abgebildet) oben ausgelegt werden, auf
die dann eine Schicht Tedlar (Warenzeichen von E.I. Du Pont de
Nemours and Company, Delaware, United States of America)
gelegt wird oder wahlweise dergleichen, wobei das Kleben der
laminierten Produkte auf der planierten Platte während des
Laminierungsverfahrens entfällt. Als nächstes werden die
Materialschichten, die in Fig. 3C abgebildet sind, auf der nicht
haftenden Schicht, wie Tedlar oder dergleichen, angeordnet, auf
der wahlweise eine nächste Schicht Tedlar oder ähnliches
Material angeordnet wird, gefolgt von der verbleibenden oberen,
planierten Platte. Dieser so beschriebene, gebildete Stapel
wird dann in eine konventionelle Laminierungspresse gelegt und
durch einen normalen Laminierungszyklus geschickt, der hier
nachstehend beschrieben ist. Nach solch einem
Laminierungsverfahren 78 kann dann das entstandene Material, wie in dem
Bohrverfahren 80 angegeben, mit konventionellen Mitteln durchbohrt
werden, die in der Technik bekannt sind, um die gewünschte
Lochdichte und die Schablone zu erhalten, die angepaßt wird,
um die entsprechenden Testmeßwertaufnehmer 22 wie gewünscht
aufzunehmen. Zusätzlich können weitere verschiedene
Bearbeitungsvorgänge wie gewünscht und in der Technik bekannt,
durchgeführt werden, wie das Zuschneiden des Materials auf die
gewünschte Größe, das Anreißen zur Plazierung der Maske bezogen
auf den Testkopf 18 oder dergleichen.
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Die Figuren 5, 6 und 7 stellen jeweils Ansichten der Seiten-
und Oberflächentopographie eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung dar. Das Folgende kann anhand der durch die
entsprechenden
Referenz-Numeralen bezeichneten Stellen klar
verstanden werden: Papier (84), Prepreg einschließlich
Glasfaserbündel (82), Oberflächenvorsprünge des Papiers von den
darunterliegenden Prepreg-Fasern (90), und Poren auf der
Papieroberfläche (92).
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Mit Bezug auf Fig. 5 im Vergleich mit Fig. 3C ist ersichtlich,
daß während des Laminierungs-Verfahrens das Epoxy, das von den
Prepreg-Rückflüssen getragen wird und das hygroskopische
Material imprägniert, wie Papier, wobei die zahlreichen Schichten
des hygroskopischen Materials 82 und das Prepreg 84 weniger
gleichmäßig, diskret und miteinander in gewissem Umfang
mischbar sind. Es ist zu bemerken, daß es in einem
Ausführungsbeispiel als wünschenswert erachtet wurde, angrenzende Schichten
des Prepreg 58 zu liefern, soweit intern für die Maske 32
erforderlich, wie in Fig. 3C zur Lieferung der gewünschten
mechanischen Festigkeitseigenschaften des Materials gezeigt
wird, obwohl dies nicht als wesentlich erachtet wurde. Die
Dicke des Ausführungsbeispiels in Fig. 5-7 beträgt wenigstens
0,7 - 1 mm (0,030 -0,040 Zoll).
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Die nachfolgende Tabelle faßt die Charakteristiken eines
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zusammen.
Tabelle 1
Relativ leitend, hygroskopisch, Zellulosefaser enthaltendes Material 56
8-lagiges rosafarbenes Spring Hill Bond/Offset-Blotter-Papier, IBM Teile-
Nr. 6269243
Relativ isolierendes Schichtmaterial 58
Parameter des Laminierungsverfahren 78
Temperatur
Druck
Wärmezyklus
Kühlzyklus
Vakuum
Auflagezeit
Maskengröße
Eigenschaften der Maske 32
Feuchtigkeitsgehalt
Mit Epoxydharz
imprägniertes Gläsertuch erhältlich
als Cured Prepreg Nr. 280,
IBM-Teile-Nr. 9799321
8.54 bar (124 psi)
RAM Druck 225 ± 6 bar
Minuten
keines
1 Ladung 72 Masken, 15
Bücher in 2,0 Stunden
4 Blätter von einer Größe
von jeweils 0,25m x 0,38m
(10 x 15 Zoll)
1,3-1,7 % Wassergehalt 1,706 g pro cm³ (nach ASTM D792)
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Obwohl die Schichten in der Maske von dem Gegenstand der
Erfindung anhand einer Anzahl von Ausführungsbeispielen
geliefert werden kann, wurde ein Material als besonders effizient
angesehen: Papier, das einen Mechanismus liefert, wobei die
Feuchtigkeit, die in der Größenordnung von 1-5 % des Gewichtes
liegt oder wenigstens 1,8 % beträgt, normalerweise
zurückgehalten wird, normale Umgebungsbedingungen des Anlageverfahrens
und der Stellen gibt. Da die Erfindung nicht beabsichtigt,
Einschränkungen bezüglich der spezifischen Aufmachung dieser
Schicht oder des zugehörigen Mechanismus oder von Erklärungen
zu machen, warum ein besonderes Ausführungsbeispiel, das
Papierschichten hat, effizient ist und bevorzugt wird, werden
nichtsdestoweniger zahlreiche Faktoren bedacht, um zu solcher
Effizienz der Zellulose enthaltenden oder anderen Faser
enthaltenden Materialien mit ähnlichen Eigenschaften beizutragen.
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Der erste von diesen ist die Fähigkeit der Zellulosefasern,
die in Papier oder dergleichen präsent sind, Feuchtigkeit
zurückzuhalten und Ladungen infolge der Leitfähigkeit von Wasser
und der Tendenz der Hydroxyl-Gruppe von solchen Fasern, sich
ionisch mit Wasser zu binden. Zudem werden in der
konventionellen Papierverarbeitung normalerweise Bleichmittel
verwendet, wobei Natrium-Bisulfat oder andere Salzverbindungen in
gebleichten Papier präsent sind, die wasserlöslich und in
feuchtem Papier ionisiert werden. Da Wasser eine hohe
Dielektrizitätskonstante von ε =78 bei 25º C hat, ist es ein
starkes Mittel und präsentiert eine zur Ladungstrennung leitende
Umgebung. Die Neutralisierung der Ladungen erfolgt und dadurch
wird statische Elektrizität unterdrückt. Dadurch, so glaubt
man, wird außerdem zur Ableitung oder gleichmäßigen
Ausbreitung von potentiellen, zerstörenden elektrostatischen
Ladungskonzentrationen durch die Schichten des hygroskopischen
Materials beigetragen. Außerdem werden Papiermaterialien, die als
hygroskopisches Material verwendet werden, noch als solche
angesehen, die mit zahlreichen Kreuzverbindungen von Fasern
durchsetzt sind, die zum Zurückhalten des Wassers in
ausreichender Menge für die erforderliche Leitfähigkeit und
Ladungsverteilung beitragen, ohne überaus leitfähig zu sein, um so
die Testergebnisse nachteilig zu beeinflussen. Auch andere
Ionen, sowohl metallische als auch nicht metallische, die
normalerweise
im Papier gefunden werden, tragen außerdem zu der
gewünschten Verteilung der elektrostatischen Ladungen durch
diese hygroskopischen Schichten bei.
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Die Erfindung beabsichtigt auch nicht, irgendeine besondere
Erklärung wie den physikalischen Mechanismus zu beschränken,
wobei die auffallenden Ergebnisse der Erfindung erreicht
werden. Nichtsdestoweniger glaubt man, daß durch Lieferung einer
Vielzahl von mäßig leitenden Schichten, wie im Falle von
Papier, anderen Zellulosefaser enthaltenden Materialien, oder
anderen hygroskopischen Materialien, der effektive
Oberflächenbereich, durch den die elektrostatischen Ladungen auf der
Maske verteilt werden können, wesentlich ansteigt. Dies
reduziert effektiv die hohen Ladungsdichten der Taschen der hier
zuvor genannten Ladung, wobei die entsprechenden Stellen von
hohem elektrischen Potential, die zur Zerstörung der
Transistorschalter führten, dadurch beseitigt werden.
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Es wird daran erinnert, daß wenn Pfade durch die Maske
geliefert werden, die überaus leitfähig sind, dies jedoch in
falschen Kurzschlußangaben in dem Testgerät resultieren kann,
wie dies der Fall mit den Entladungswiderständen war. Somit
ist es eine Einrichtung des Gegenstands der Erfindung, eine
Maskenzusammensetzung mit Schichten von mäßig leitendem
Material in ausreichender Menge und in ausreichender Anzahl zu
liefern, um effektiv harmlose elektrostatische Ladungen zu
verteilen, da diese zur gleichen Zeit ausreichend
widerstandsfähig werden, um so die zuvor erwähnten falschen Angaben von
Kurzschlüssen zu verhindern. Ein solches Material, das
diesbezüglich effektiv zu sein scheint, multiple Schichten davon für
die Ladungsverteilung zu liefern, ist natürlich Papier. Jedoch
ist die Erfindung nicht auf solche Ausführungsbeispiele
beschränkt und gestattet als Ersatz andere Zusammensetzungen von
der Art, die diese Ziele für die Papierschichten wie Canvass-,
Leinen- und Blotting-Papier oder Sägemehl liefern.
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Auf ähnliche Weise wurde herausgefunden, daß das mit
Epoxydharz imprägnierte Gläsertuch, so wie das, das in der Industrie
unter dem Namen "Prepreg" bekannt ist, zufriedenstellend als
alternative Maskenschichten dient, indem die notwendige
mechanische Festigkeit, Haltbarkeit, die relative Nichleitfähigkeit
und die Bearbeitbarkeit geliefert werden. Wiederum jedoch ist
die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt,
die nur diese als andere Schicht haben. Demzufolge können
andere Zusammensetzungen in der Art wie Polyamid anstelle des
mit Epoxydharz imprägnierten Gläsertuchs deshalb ersetzt
werden, da sie im wesentlichen ähnliche mechanische und
elektrische Eigenschaften haben.
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Es wird außerdem bedacht, daß die Beschaffung von leitenden
Pfaden, die zwischen den jeweiligen leitenden Schichten
erstellt werden, dazu dienen, die Zerstörung der Ladungen unter
solchen Schichten zu erleichtern, um so die Ladungsdichten zu
reduzieren. Ein solcher Pfad wird an den äußeren Kanten oder
in den Öffnungen der Maske erstellt, während die Scher- oder
Schneid- bzw. Bohrvorgänge laufen, wobei die Fasern der
leitenden Schichten enger zueinander gebracht werden. Demzufolge
gestattet und erwägt die Erfindung andere Mittel zur Erfüllung
einer im wesentlichen äquivalenten, elektrischen
Zusammenschaltung zwischen diesen Schichten.