DE2556638A1

DE2556638A1 - Montagemodul fuer elektrische schaltkreise

Info

Publication number: DE2556638A1
Application number: DE19752556638
Authority: DE
Inventors: James T Mitchell
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1975-12-16
Publication date: 1976-07-01
Also published as: NL7513617A; IT1056351B; GB1481590A; US4059849A; JPS5530317B2; JPS5186765A; CA1042541A; FR2295674A1

Description

DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

β München 7i_den 16. Dez. 1975

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Μ·ΙηΖ·Ι<*<η: WS36P-1354

Westinghouse Electric Corporation Westinghouse Building, Gateway-Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, USA

Montagemodul für elektrische Schaltkreise

Die Erfindung betrifft ein Montagemodul für elektrische Schaltkreise mit einer Vielzahl von mit Leitungen versehenen und elektrische Bauteile aufnehmenden Trägerplatten, welche durch zumindest ein Abstandselement voneinander getrennt sind.

Der Montageaufbau komplizierter elektronischer Schaltungen erfordert in einem Montagemodul häufig zwei und mehr Trägerplatten, wobei es für den herkömmlichen Montageaufbau bekannt ist, nebeneinder angeordnete Trägerplatten durch die Trägerplatten durchdringende Stifte miteinander zu verbinden. Derartige Montagemoduls sind sowohl bei der Montage als auch bei der Reparatur verhältnismäßig schwer zu handhaben, da die einzelnen Stifte individuell verlötet werden müssen. Insbesondere bei der Reparatur müssen alle Stifte gleichzeitig erhitzt werden, um das Montagemodul auseinandernehmen zu können. Dies ist verhältnismäßig schwierig und zeitaufwendig und führt häufig zu Wärmebeschädigungen sowohl an den Trägerplatten wie an den Schaltkreisen selbst. Häufig werden die Stifte auch verbogen, um sie auf Lötpunkte auszurichten, was dazu führt, daß in der Träger-

Fs/mü platte

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platte Spannungen auftreten können. All diese Schwierigkeiten tragen dazu bei, daß durch Leitungsstifte verbundene Trägerplatten, die bei Montage modulen gleichzeitig eine elektrische Leitungs funktion übernehmen, die Wartungs- und Reparaturkosten derartiger Montagemodule wesentlich erhöhen und die Reparatur von derartigen Montagemodulen mit elektrischen Schaltkreisen unwirtschaftlich werden lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Montagemodulaufbau zu schaffen, der eine sehr einfache Montage elektrischer Schaltkreise und insbesondere eine einfache und rasche Reparatur während der Wartung möglich macht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem isolierenden Abstandselement Leiterstreifen angebracht und mit denLeiterstreifen der Trägerplatten verbunden sind.

Es ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Montagemoduls für elektrische Schaltkreise vorgesehen, wobei eine Vielzahl von Trägerplatten mit elektrischen Leitungen versehen sowie durch Abstands elemente miteinander verbunden werden. Bei diesem Verfahren wird die Erfindung darin gesehen, daß zumindest ein isolierendes Abstandselement mit einem Leitungsmuster versehen und derart zwischen die Trägerplatten montiert wird, daß Kontaktverbindungen zwischen Leitungsmuster und den elektrischen Leitungen der Trägerplatten entstehen, und daß die Kontaktbereiche mit Lötpaste versehen und erwärmt werden.

Die Abstands elemente bestehen vorzugsweise aus einem keramischen Material, auf dem das Leitungsmuster angebracht ist. Mit den keramischen Platten sind die Anschlußstifte des Montagemoduls vorzugsweise verbunden, um die mechanische Festigkeit des Aufbaus zu erhöhen. Die Trägerplatten sind mit den Abstandselementen nicht direkt verlötet, so daß für Reparaturzwecke das Montagemodul verhältnismäßig leicht zerlegt werden kann.

- 2 - Der

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Der Zusammenbau bzw. das Zerlegen des Montagemoduls erfolgt zweckmäßigerweise in der Weise, daß ein heißes Gas in den Berührungsbereich zwischen Trägerplatte und Abstands element geleitet wird. Die dabei entstehenden elektrischen und mechanischen Verbindungen sind sehr zuverlässig und völlig spannungsfrei im Gegensatz zu Montageaufbauten, bei denen Stifte Verwendung finden, die häufig auf die Anschlußpunkte ausgerichtet und mit den Trägerplatten verlötet werden.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Montagemoduls im Schnitt;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch ein bekanntes Montagemodul mit einer Stiftverbindung zwischen den Trägerplatten;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Montagemodul im Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 1;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des Moduls gemäß Fig. 1;

Fig. 6 ein mit Bauelementen bestücktes Montagemodul in perspektivischer Ansicht;

Fig. 7 eine Draufsicht auf das Montagemodul gemäß Fig. 6

- 3 - Fig. 8

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WS36P-1354 Fig. 8 eine Seitenansicht des Montagemoduls gemäß Fig. 6

Die Montagemoduls für elektrische Schaltkreise gemäß der Erfindung können vielschichtig aufgebaut sein, obwohl in der nachfolgend beschriebenen Aus führ ungs form lediglich zwei Trägerplatten für die Befestigung mikroelektronischer Schaltelemente vorgesehen sind. Selbstverständlich können auch aktive und passive Schaltelemente gleichzeitig in demselben Montagemodul untergebracht werden, der auch für die Montage von Mikrokomponenten, z. B. in Form integrierter Schaltungen in Verbindung mit diskreten Schaltkreisanordnungen vorgesehen ist.

Das in der Zeichnung dargestellte Monlagemodul 10 umfaßt zwei Trägerplatten in planarer Ausführung, auf denen sowohl diskrete Schaltkreis komponenten als auch integrierte Schaltkreiskomponenten angeordnet sind. Die Trägerplatten können aus Glas oder Keramik hergestellt sein, die vorzugsweise für ein herkömmliches Rückfluß-Verlötungsverfahren geeignet sind. Das Montagemodul 10 ist vorzugsweise in einem Gehäuse 11 mit rechteckigem Querschnitt angeordnet und besteht aus einer Basisträgerplatte 12 sowie einer dazu parallel verlaufenden Trägerplatte 13. Auf den beiden Trägerplatten 13 und 14 sind Schaltungsmatrizen 14 und 15 angebracht, die jeweils eine Vielzahl von Anschlußleitungen 16 und 17 aufweisen. Die Anschlußleitungen 16 werden als Eingangsleitungen und die Anschlußleitungen 17 als Ausgangsleitungen für die Schaltungsmatrizen angesehen. Die Schaltungsmatrizen sowie die Anschlußleitungen können sowohl als herkömmliche gedruckte Schaltung, als Dickschicht- bzw. Dünnschichtleitungen ausgeführt sein, die in irgendeinem der bekannten Verfahren hergestellt sind. Da die Art des Schaltkreises, der in dem Montagemodul untergebracht wird, für die Erfindung unerheblich ist, wird auch keine speziell ausgeführte Schaltungsmatrix dargestellt. Wie bereits erwähnt und in den Figuren nicht gezeigt, kann die Schaltungsmatrix verschiedene Kombinatione von mikroelektronischen und integrierten Schaltkreiskomponenten umfassen.

- 4 - Gemäß

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Gemäß den Fig. 1 und 2 sind die beiden Trägerplatten 12 und 13 durch isolierende Abstandselemente 20 und 21 auf Abstand gehalten, wobei diese Abstands elemente senkrecht zu den Trägerplatten verlaufen. Auch die Abstandselemente sind vorzugsweise aus einem keramischen Material aufgebaut, z. B. Aluminiumoxyd, obwohl auch andere Materialien mit guten Isolationseigenschaften und einen^niederen thermischen Ausdehnungskoeffizienten Verwendung finden können.

Die Basisträgerplatte 12 ist mit einer Vielzahl von Bohrungen 23 versehen, welche im Bereich bestimmter Anschlußleitungen 16 und 17 durch die Trägerplatte 12 verlaufen und durch welche eine Vielzahl von Anschlußstiften 24 und 25 gesteckt sein können, wobei die Anschlußstifte 24 ζ. B. für den eingangsseitigen und die Anschlußstifte 25 für den ausgangsseitigen Anschluß vorgesehen sein können. Die oberen Enden der Stifte 24 und 25 sind jeweils mit den sie ösenartig umgebenden Erweiterungen der Leitungen 16 und 17 elektrisch verbunden bzw. verlötet. Ferner sind die Stifte chemisch vorzugsweise mit einem nicht leitenden Epoxidharz auf die Innenflächen der Abstandselemente 20 und 21 aufgeklebt, so daß sie mit diesem eine feste mechanische Verbindung haben.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verlaufen die Anschlußstifte 24 und 25 nicht ganz bis zur oberen Trägerplatte 13, wie dies bei dem bekannten Stand der Technik, wie Fig. 3 zeigt, der Fall ist. Die Anschlußstifte enden auf halber Höhe der Abstandselemente 20 und 21. Durch die Stifte soll auch keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Trägerplatten hergestellt werden, vielmehr ist vorgesehen, daß für diesen Zweck eine Vielzahl von Leitungen 30 und 31 auf der Oberfläche der Abstandselemente 20 und 21 angebracht sind, wie dies aus den Fig. 1, 5 und 6 hervorgeht. Diese Leitungen 30 und 31 werden vorzugsweise im Siebdruck aufgebracht und können aus einer Edelmetallzusammensetzung bestehen, wobei eine

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Dicke von etwa 2, 5 χ 10 mm vorgesehen sein kann. Die Edelmetallzusammensetzung kann in Pastenform, ζ. B. aus Platin-Gold oder Paladium-Silber vor-

- 5 - gese-

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gesehen sein, jedoch wird zweckmäßigerweise diejenige Metallzusammensetzung verwendet, die mit dem für die Verlötung vorgesehenen Lot besonders gut zusammen harmoniert. Eine eutektische Lötpaste für niedere Temperaturen kann z. B. eine Zusammensetzung aus Zinn, Metall und Silber im Verhältnis 62:36:2 aufweisen und wird vorzugsweise als Lot in Verbindung mit den Leitungen 30 und 31 benutzt. Eine für dieses Lot besonders günstige Edelmetallzusammensetzung besteht aus Platin-Gold.

Gemäß den Fig. 1, 2 und 5 verlaufen die Leitungen 30 und 31 auf der äußeren Oberfläche der isolierenden Abstandselemente 20 und 21 in vertikaler Richtung und sind in horizontaler Richtung derart parallel zueinander ausgerichtet, daß sie auf die Anschlußleitungen 16 und 17 stoßen. Selbstverständlich kann jedes beliebige Leitungsmuster Verwendung finden, um gewünschte Anschlußverbindungen zwischen den Anschlußleitungen und den Anschlußkontakten der Komponenten herzustellen.

Bei dem Aufbau gemäß Fig. 2, die zwei parallel zueinander verlaufende Trägerplatten 12 und 13 zeigt, ist die Schaltungsmatrix 14 auf der Oberseite der Basisträgerplatte 12 und die Schaltungsmatrix 15 auf der Unterseite der Trägerplatte 13 angeordnet, so daß sie einander gegenüberliegen. Durch das Anordnen der Schaltungsmatrizen innerhalb des Montagemoduls 10 sind die Gefahren einer Zerstörung bzw. Beschädigung bei der Handhabung wesentlich verringert.

Die beiden zwischen den parallel liegenden Trägerplatten stehenden Abstandselemente 20 und 21 sollten derart ausgerichtet sein, daß die Leitungen 30 und 31 auf der Außenseite von der oberen Schaltungsmatrix zur unteren Schaltungsmatrix verlaufen. Damit befinden sich die Leitungen 30 und 31 auf der den Anschlußstiften gegenüberliegenden Oberfläche der einzelnen Abstandselemente.

Die Lötpaste 19 bzw. das Lot 19 kann vorzugsweise mit einer Injektionsnadel am Berührungsbereich der Anschlußleitungen 16 bzw. 17 mit den Leitungen 30 und 31 aufgebracht werden. Anschließend wird das Montagemodul erhitzt, um

- 6 - eine Ver-

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eine Verbindung der Leitungen herzustellen und das Lot verlaufen zu lassen. Das Erhitzen erfolgt am besten durch Anblasen bzw. Zuführen von heißem Gas wie z. B. Wasserstoff oder Stickstoff, wobei jegliches Gas Verwendung finden kann, das eine verhältnismäßig hohe Wärmekapazität aufweist und eine reduzierende Atmosphäre hat, um eine Oxidation zu vermeiden. Die Verwendung von heißem Gas wird bevorzugt, da die Einwirkung von Druck auf die Verbindungsstelle vermieden werden kann und auch Verbindungen an Stellen herstellbar sind, die mit einem Lötkolben z. B. nicht zu erreichen sind.

Ein komplett montiertes Montagemodul lOjLst inFig. 6 in Perspektive dargestellt. Diskrete Schaltkreiskomponenten 40, 41, 42, 43 und 44 sind auf der Oberfläche der Trägerplatte 13 angeordnet. Diese diskreten Schaltkreiskomponenten sind mit mikrodiskreten und integrierten Schaltkreiskomponenten auf der Unterseite der Trägerplatte 13, welche nicht sichtbar sind, durch die Bohrungen 33 verbunden. Diese Bohrungen 33 verlaufen durch die Trägerplatte 13 zur Unterseite und stehen über die Leitungen 30 mit den Anschlußleitungen 16 bzw. 17 in Verbindung. Zu diesem Zweck sind die Bohrungen 33 außerhalb der Auflagefläche der Trägerplatte 13 auf den Abstandselementen 20 und 21 angeordnet, so daß durch diese Bohrungen geführte Anschlußdrähte leicht mit den zugeordneten Leitungen im Rückfluß-Verlötungsverfahren verlötet werden können. Dieser Aufbau geht auch aus den Fig. 7 und 8 hervor.

Das Montagemodul 10 kann sehr einfach und schnell für Reparaturzwecke aus einander gebaut werden, indem nämlich das Montagemodell auf den Kopf gestellt und heißes Gas längs des Trennbereiches zwischen dem Abstandselement und der Trägerplatte zugeführt wird. Dadurch ist die Trägerplatte abnehmbar und die Schaltungsmatrizen sind frei zugänglich.

Aus dem Vorstehenden geht klar hervor, daß durch die Erfindung ein Montagemodul geschaffen wird, das in mehrfacher Hinsicht wesentliche Vor-

- 7 - teile

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teile aufweist. Das Montagemodul stellt einen festen und stabilen Aufbau dar und läßt eine dichte Packung von elektrischen bzw. elektronischen Elementen zu. Es kann ohne großes Risiko, daß beim Zusammenbau oder beim Auseinanderbau durch Wärmeeinflüsse Beschädigungen entstehen, gehandhabt werden. Aufgrund dieser Tatsache ist das erfindungsgemäße Montagemodul wesentlich zuverlässiger und zweckmäßiger als bisher bekannte Montagemoduls, die auf Stiftverbindungen aufgebaut sind.

- 8 - Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Montagemodul für elektrische Schaltkreise mit einer Vielzahl von mit Leitungen versehenen und elektrische Bauteile aufnehmenden Trägerplatten, welche durch zumindest ein Abstandselement voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem isolierenden Abstands,-element (20; 21) Leiterstreifen (30; 31) angebracht und mit den Anschlußleitungen (16, 17) der Trag er platten verbunden sind.
2. Montagemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Trägerplatten parallel zueinander angeordnet und durch zwei senkrecht dazu verlaufende Abstandselemente an gegenüberliegenden Kantenbereichen verbunden sind.
3. Montagemodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl elektrischer Anschlußstifte mit den Anschlußbereichen der einen Trägerplatte (12) verbunden sind.
4. Montagemodulnach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen auf den Abstands elementen vorzugsweise als Dickschichtleitungen ausgebildet und mit herkömmlichen Metallisationsverfahren aufgebracht sind.
5. Montagemodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leitungen Lötverbindungen vorgesehen sind.
6. Montagemodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen auf der Basisträgerplatte

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mit die Anschlußstifte 24 und 25 umgebenden Bereichen ausgebildet sind, in welchen eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlußstiften und den Anschlußleitungen durch Löten herstellbar ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Montagemoduls für elektrische Schaltkreise, wobei eine Vielzahl von Trägerplatten mit elektrischen Leitungen versehen und durch Abstandselemente miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein isolierendes Abstandselement mit einem Leitungsmuster versehen und derart zwischen die Trägerplatten montiert wird, daß Kontaktverbindungen zwischen Leitungsmuster und den elektrischen Leitungen der Trägerplatten entstehen, und daß die Kontaktbereiche mit Lötpaste versehen und erwärmt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstifte mit den Abstands elementen fest verbunden werden.

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