NO115220B - - Google Patents

Description

Elektrisk byggedel.

Oppfinnelsen vedrører en. byggedel omfattende et antall elektriske mikrokretser med elektrisitet- og varme-ledende tilkoblingsledere ragende ut fra deres ene side og flere over hverandre stablede, isolerende plater, hver av hvil-

ke er forsynt med et ledningsmønster, og hvor der gj ennom platene er tatt ut hull i et bestemt mønster og disse hull er forsynt med et ledende belegg på veggene, hvilke belegg er innbyrdes forbundet på en bestemt måte av nevnte led-ningsmønster.

Der er i den senere tid blitt tatt skritt til å redusere den fysiske størrelse av elektroniske anordninger. For eksempel har i stor utstrekning transistoren avløst elektronrøret som aktivt element i mange elektroniske koblinger. Ennu nyligere har imidlertid ingeniører og vitenskaps-menn undersøkt bruken av såkalte «integrerte»

eller «mikrotroniske». kretser i hvilke halvleder-nettverk, motstander, dioder, kondensatorer og

disses tilkoblede ledende mellomforbindelser alle rommes på en enkelt halvlederenhet. For å bi-

bringe disse integrerte kretser mekanisk stabili-

tet er det funnet fordelaktig å innkapsle enheten i en passende smeltemasse med bare de lednin-

ger som anvendes for ytre forbindelser ragende ut av denne. Således kan de varmeutviklede ele-menter i de integrerte kretser ikke kvitte seg med varmen ved normal termisk ledning.

For å bygge opp et elektronisk system av

disse integrerte kretser kreves der midler for innbyrdes forbindelse av flere av disse inte-

grerte kretser. For å dra nytte av den lille stør-

relse av den integrerte krets selv er det selvsagt nødvendig at de innbyrdes forbindelser er kon-struert for å oppnå ytterst korte avstander mellom innbyrdes forbundne kretser. Med en sta-

dig høyere sammenbygningstetthet for inte-

grerte kretser oppstår det medfølgende problem med temperaturkontroll, idet komponentverdi-

ene er temperaturfølsomme, i hvert fall i noen utstrekning. Da med andre ord selve kretselementene anbringes fysisk stadig tettere sam-men, blir problemet med å avlede internt utvik-let varme fra systemet meget akutt. Dette gjel-der særlig så fremt det elektroniske system skal brukes i styrte projektiler eller til romformål. Når systemet er beregnet på å brukes i omgivelser i stor høyde, hvor atmosfæren er tynn eller enndog mangler, kan man ikke stole på varme-veksling for å føre bort den varme som utvikles inne i integrerte kretselementer. Istedenfor må varmen spres ved varmeledningsprosess.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en ny anordning for mellomforbindelse og sammenbygning i hvilken et stort antall elektroniske kretser kan rommes i et ytterst lite volum.

Et ytterligere formål er å tilveiebringe en anordning av integrerte kretser således at varme som utvikles i selve kretskomponentene kan spres ved en varmeledningsprosess.

Ifølge oppfinnelsen oppnåes nevnte formål ved at anordningen omfatter flere elektrisk isolerte, varmeledende strimler med til disse festede elektrisitet- og varmeledende pinner der rager ut fra i det minste strimlenes ene kant, hvilke pinner er anbragt med en innbyrdes avstand i overensstemmelse med hullenes mønster, og er innført i disse for anlegg mot deres ledende belegg, og at lederne fra de elektriske mikrokretser likeledes er anbragt med innbyrdes avstand i overensstemmelse med hullmønsteret og er forbundet med pinnene, slik at disse tilveiebringer elektriske forbindelser samtidig som de tjener til å lede varme fra de innkapslede elektriske kretser til de varmeledende strimler.

Det skal i denne forbindelse anføres at det fra før er kjent en byggedel omfattende flere over hverandre stablede isolerende plater med ledningsmønster og hull, flere innkapslede mikrokretser med tilledninger for kobling til hullene i platene og med varmeavledende anordning som f. eks. metallstriper mellom delene for bort-føring av uønsket varme i byggedelen.

De ovenfor nevnte og andre trekk ved oppfinnelsen vil gå bedre frem under henvisning til følgende beskrivelse i forbindelse med de led-sagende tegninger, hvor: Fig. 1 viser i perspektiv og med delene adskilt en anordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser i perspektiv en varmeavleder-stripe av den type som brukes i anordningen i fig. 1, og Fig. 3 viser et forstørret perspektiv av et typisk integrert kretselement.

I fig. 1 er vist flere tryktkretskort eller plater 10, stablet over hverandre. Hvert kort i stabelen består av et isolerende underlag på hvil-ket er festet et mønster av ledende striper, f. eks. stripene 12 og 14 anordnet i et på forhånd bestemt mønster på hvert kort. Videre er hvert kort forsynt med flere borede eller utstansede åpnin-ger eller huller. Hele mønsteret på hvert kort i stabelen er identisk slik at når kortene stables på hverandre, danner hullene en kontinuerlig sylindrisk kanal fra topp til bunn av stabelen. For å gi en idé om den lille avstand som spiller inn, men uten tilsiktet begrensning, kan senteravstanden mellom huller i tilstøtende rader i en kolonne være 0,9 mm, mens avstanden mellom huller i to tilstøtende kolonner kan være 1,27 mm.

Under fabrikasjon av de trykte kort 10 har hullene i disse et ledende overtrekk festet til veggene i disse. De trykte kort er med andre ord forsynt med «gjennompletterte hull». Når man ønsker å forbinde to punkter som for eksempel 16 og 18, anordnes der en ledende stripe som for eksempel 12, som elektrisk forbinder den ledende overflate på veggen i hull 16 med det ledende belegg på veggen i hull 18. Den fremgangsmåte som brukes for å realisere de ledende striper 12 og 14 og de gjennompletterte huller på kortet anses ikke å være av viktighet for forståelsen av konstruksjonen og virkemåten av pakknings-anordnlngen ifølge oppfinnelsen.

I anordningen ifølge oppfinnelsen innbefat-tes også flere varmeledende striper eller strimler, av hvilke bare to er vist og betegnet som stripene 20 og 22. Disse striper er forsynt med en elektrisk isolerende overflate, og i den foretrukne utformning av oppfinnelsen dannes de av aluminiumstriper med et belegg av aluminiumoksyd på overflaten. Det må imidlertid forstås at der finnes andre materialer hvorav varmeavlederstripene kan forarbeides, og det er ikke hen-sikten å begrense oppfinnelsen til kombinasjo-nen av aluminium og aluminiumoksyd.

En modell av en varmeavleder-stripe er vist sterkt forstørret i fig. 2. Varmeavlederstripen 24 har flere påsatte délere, slik at der mellom to til-støtende delere dannes kanaler 28. Alternativt kan kanalene utformes ved å skjære spor på tvers i selve varmeavlederstripen, istedenfor til denne å feste egne delere. Avstanden mellom til-støtende delere svarer fortrinnsvis til senteravstanden mellom hullene i to tilstøtende rader i en kolonne av huller i tryktkretskortet 10. Senteravstanden mellom de kanaler som dannes av delerne 26 kan således være 0,9 mm, svarende til den allerede nevnte hullavstand på kortet.

Under monteringen av anordningen for integrerte kretser ifølge oppfinnelsen innskytes der ledende pinner 30 i de kanaler som dannes av delerne 26, og disse holdes på plass ved hjelp av et passende festemiddel. Varmeavlederstripene 24 er derfor i termisk kontakt med pinnene 30, men pinnene 30 er elektrisk isolert fra hverandre på grunn av oksydbelegget på overflaten av stripe 24. Det skal her bemerkes at de ledende pinner er festet til begge sider av stripe 24 og at tykkelsen av stripe 24 er slik at senteravstanden mellom pinnene på hver side av stripen svarer til hullavstanden mellom tilstøtende kolonner på kortet 10.

En vesentlig del av pinnene 30 rager ut fra underkanten av varmeavlederstripen 24. Av grunner som skal forklares. nedenfor stikker pinnene også noe ut fra overkanten av varmeavlederstripen slik som vist i fig. 2. De andre forlengelser er beregnet på å passe inn i hullene i stabelen av tryktkretskort og å strekkes gjennom hele stabelen. Med andre ord er varmeavlederstripene 20 og 22 i fig. 1 med deres ledende pinner 30 tilpasset for å plugges inn i stabelen av tryktkretskort. Når de er satt på plass, griper de ledende pinner inn i de ledende belegg på veggene i hullene i tryktkretskortene og forbinder elektrisk hullene i ett kort til det tilsvarende hull i det annet kort i stabelen. Ved å forlenge de ledende pinner ut fra underste kort i stabelen noe blir de tilgjengelige som testpunkter til hvilke forskjellige testanordninger kan forbindes ved test og vedlikeholdsmålinger.

Mens det for de fleste anvendelser kan være tilstrekkelig å bare plugge varmeavlederstripene 20 og 22 inn i kortstabelen, kan det ved noen anvendelser hvor der kreves en høy grad av pålitelighet være ønskelig permanent å lodde de til varmeavlederstripene forbundne pinner til det ledende belegg på hullene i tryktkortstabelen. Dette kan utføres ved å fortinne den ende av pinnene som stikker ut fra underkanten av varmeavlederstripen med loddetinn, og også fortinne det ledende belegg på hullveggene. Derpå kan pinnene plugges inn i tryktkortstabelen og det hele utsettes for tilstrekkelig høy tempera-tur til å få loddetinnet til å smelte og flyte.

Når så det hele får lov til å kjøles, er varmeavlederstripene permanent loddet til tryktkortstabelen.

Etter at alle varmeavlederstripene 20 og 22

er plugget inn i tryktkortstabelen, kan det hele plaseres i en ramme som, ved siden av at den øker sammenstillingens soliditet, tilveiebringer en termisk ledningsvel fra varmelederstripene til de ytre omgivelser. Som vist i fig. 1 består rammen av et par sidekanter 32 og 34 og et par endekanter 36 og 38. Hver av sidekantene har en langsgående utskåret kanal 40 med tilstrekkelig bredde til så vidt å passe til tykkelsen av tryktkortstabelen. Tryktkortstabelen er med andre ord beregnet på å passe tett til i de kanaler som dannes i sidekantene 32 og 34.

På lignende måte er også endekantene 36 og 38 forsynt med langsgående utskårne kanaler 2, idet kanalens dimensjon er slik at den passer til endekanten av kortstabelen. I tillegg til den langsgående kanal 42, er endekantene 36 og 38 forsynt med flere slisser 44 som er utskåret tvers på kanalene 42. Slissene 44 har tilstrekkelig bredde til å passe til enden av varmeavlederstripene 20 og 22. Når derfor endekantene 36 og 38 plaseres i inngrep med varmeavlederstripene, holdes varmeavlederstripene parallelle og i avstand fra hverandre. Som det vil ses av fig. 1 er der ved hver ende av varmeavlederstripene et hull 46. Sidekantene 32 og 34 og endekantene 36 og 38 med kortstabelen og de i denne festede varmeavlederstriper holdes på plass ved hjelp av et par bolter 48 som går gjennom hullene 46 i de varmeavlederstriper som ligger ut for et hull som er skåret på langs gjennom endekantene 36 og 38.

Etter at tryktkortstabelen med varmeavlederstripene på plass er klemt inn i rammen, kan de integrerte kretser 50 settes inn i oppbygnin-gen. Som vist i fig. 3 er den integrerte krets for-trinnvis en forholdsvis flat, hermetisk lukket enhet som i den foretrukne utformning av oppfinnelsen bare måler 6,4 x 0, 3 x 0,9 mm. Den er vist med fem båndformede ledninger 52 på hver side. Disse ledninger er parallelle med hverandre og er adskilt med en avstand svarende til avstanden mellom tilstøtende pinner på varmeavlederstripene. Disse ledninger rager litt opp fra overkanten av den innkapslede enhet, svarende til forlengelsen av pinnene 30 over overkanten av varmeavlederstripen 24 i fig. 2. Som nevnt i innledningen til denne beskrivelse kan hvert av elementene 50 inneholde flere elektriske komponenter som f. eks. motstander, kondensatorer, halvlederanordninger, osv. integrert i en halvlederenhet.

Avstanden mellom to tilstøtende varmeavlederstriper er slik at kretsene 50 kan innpasses mellom disse med sine ledninger 52 pekende oppover, dvs. vekk fra stabelen av tryktkretskort. I den foretrukne utformning av oppfinnelsen er det mulig å montere åtte integrertkretselementer i en rad mellom to tilstøtende varmeavlederstriper. I denne foretrukne utformning er der videre 25 varmeavlederstriper som danner 24 rader med åtte integrertkretselementer i hver rad. Anordningen ifølge oppfinnelsen tilveiebringer derfor et middel til innbyrdes elektrisk forbindelse av 192 integrerte kretser. Den komplette enhet med alle 192 kretser på plass måler bare 78 x 65 x 13 mm.

Da avstanden mellom ledningene på kretselementene 50 og avstanden mellom pinnene på varmeavlederstripene 20 og 22 alle svarer til hullavstanden i kortstabelen, vil når kretselementene 50 innsettes mellom varmestripene ledningene på disse komme overett med pinnene for derved å lette en elektrisk forbindelse mellom ledningr ene og pinnene. Den fremgangsmåte som brukes for å feste kretsledningene til den del av de ledende pinner som rager opp over varmeavlederstripene, ansees ikke å være av viktighet for for-ståelse av oppfinnelsen, men i en utformning er disse ledninger loddet til pinnene for å sikre mere pålitelig forbindelse. I betraktning av de allerede nevnte dimensjoner vil det da ses at det på et areal av bare 52 cm<2>er mulig å utføre 1920 adskilte elektriske forbindelser. Den komplette enhet inneholdende de 192 integrertkretselementer, varmeavlederstripene, rammen og tyktkrets-stabelen opptar bare 65 cm<*>.

Avhengig av de spesielle omgivelser hvor anordningen ifølge oppfinnelsen brukes, kan det være ønskelig å anordne en dekkplate så som platen 54 i fig. 1. Denne plate er tilpasset for å festes til rammen med skruer eller annet egnet festemiddel, og tjener når den er på plass til å beskytte anordningen mot støv eller annet frem-med stoff. Videre er platen 54 fortrinnsvis utformet av varmeledende materiale, og gir på grunn av sin overflate en passende radiator for varme.

For elektrisk å forbinde en kretsanordning av den i fig. 1 viste type med en annen, er det funnet gunstig å bruke fleksible trykte krets-ledere 56, av hvilke forsjellige utformninger tid-ligere er kjent i faget. Visse klemmer i stabelen av tryktkretskort kan forbindes ved trykte ledninger og ved pinnene til en rad eller en gruppe av rader på én kant av ett kort i stabelen. Den fleksible ledning 56 kan da forbindes til denne rad klemmer og til en lignende rad klemmer på en annen enhet.

For elektrisk å forbinde en ledning på ett integrertkretselement til en bestemt ledning på et annet element, fører den fulgte vei fra først- nevnte ledning, gjennom den pinne som den er

forbundet til, til det ledende belegg på et av hullene i stabelen gjennom hvilken vedkommende

pinne er ført, og derfra over den ledende stripe

på et av tryktkretskortene i stabelen, til det

ledende belegg i et annet hull, gjennom pinnen i

dette hull, og til ledningen på det andre integrertkretselement. På den annen side fører veien

for varmestrømmen fra en effektutviklende

komponent i det integrerte element gjennom de

elektriske ledninger i dette element til de pinner som ledningene er forbundet til, gjennom

pinnene på varmeavlederstripen, gjennom var-meavelederstripene til kantene 36 og 38, gjennom rammens kanter 36 og 38 og derfra til sidekantene 32 og 34 og gjennom dekkplaten 54 til

de utvendige omgivelser.

Claims (8)

1. Elektrisk byggedel omfattende et antall

innkapslede elektriske mikrokretser med elektrisitet- varmeledende tilkoblingsledere ragende ut fra deres ene side og flere over hverandre stablede, isolerende plater, hver av hvilke er forsynt med et ledningsmønster, og hvor der gjennom platene er tatt ut hull i et bestemt mønster og disse hull er forsynt med et ledende belegg på veggene, hvilke belegg er innbyrdes forbundet på en bestemt måte av nevnte led-ningsmønster, karakterisert ved en mellom mikrokretsene og platestabelen anbragt varmeavledende anordning omfattende flere elektrisk isolerte, varmeledende strimler (20, 22) med til disse festede elektrisitet- og varme-ledende pinner (30) som rager ut fra i det minste strimlenes ene kant, hvilke pinner anbragt med en innbyrdes avstand i overensstemmelse med hullenes mønster, og er innført 1, disse for anlegg mot deres ledende belegg, ogat tilkoblings-lederne (52) fra de elektriske mikrokretser (50) likeledes er anbragt med innbyrdes avstand i overensstemmelse med hullmønsteret og er forbundet med pinnene (30) slik at disse tilveiebringer elektriske forbindelser samtidig som de tjener til å lede varme fra de innkapslede elek triske mikrokretser til de varmeledende strimler.

2. Byggedel som anigtt i krav 1, karakterisert ved at den varmeavledende anordning videre omfatter en bæreramme dannet av et par endestykker (36, 38) med tversgående slisser (44) som holder de varmeavledende strimler ordnet parallelt, og langsgående slisser (42) som passer til endekantene av stabelen av plater, og et par sidestykker (32, 34) forsynt med langsgående slisser (40) som passer til sidekantene på platestabelen, idet sidestykkene er forbundet til endestykkene for sikker sammen-føyning av platene og de varmeavledende strimler.

3. Byggedel som angitt i krav 1, karakterisert ved at strimlene er utformet som rektangulære metallstenger (24) med en elektrisk isolerende overflate og med flere deler (26) festet til disse for derved å tilveiebringe flere parallelle slisser på hver side av stengene.

4. Byggedel som angitt i krav 1, karakterisert ved at strimlene er utformet av rektangulære metallstenger med elektrisk isolerende overflate, og at det er skåret spor i stengene for å tilveiebringe flere parallelle slisser på hver side av stengene.

5. Byggedel som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at slissenes avstand er i samsvar med hullmønsteret.

6. Byggedel som angitt i krav 2, karakterisert ved . at de tversgående slisser (44) er adskilt fra hverandre med en avstand stort sett lik tykkelsen av en innkapslet mikrokrets.

7. Byggedel som angitt i krav 2, karakterisert ved at ende- og sidestykkene er utført av termisk ledende materiale.

8. Byggedel som angitt i krav 1, karakterisert ved at de ledende pinner er lange nok til å gripe inn i hullene i alle lag av plater når disse stables.