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Verfahren und Vorrichtung sur Verankerung und Verbindung von Zuführungsdrähten
an elektrischen Komponenten.
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Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Komponenten und insbesondere
auf eine Vorrichtung zur Verankerung und Verbindung von Zuführungsdrähten an einer
elektrischen Vorrichtung, beispielsweise an einem aktiven Element (Vorrichtung)
wie beispielsweise einem Transistor oder an eines passiven Element (Vorrichtung)
wie belspielsweiee elneia Widerstandselement oder einem Kondensator, die von der
Oberfläche eines Substrate getragen werden, welches einen Teil der elektrischen
Komponente bildet.
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Zum völligen Verständnis der in dieser Anmeldung verwendeten Terminologie
werden bestimmte Ausdruck wie folgt definiert: der Begriff elektrische Vorrichtung
umfaßt sowohl aktive als auch passive Vorrichtungen. Mit dem Begriff aktive Vorrichtung
wird ein elektrisches Schaltungeelement, beispielsweise eine Diode oder ein Transistor,
bezeichnet, das Verstärkunge- oder Regeliunktionen durchführen kann.
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Der Begriff passive Vorrichtung bezeichnet ein elek trisches Schaltungselement,
welches keine Verstärkunge- oder Regelfunktionen ausführen kann, also beispielsweise
einen Widerstand oder einen Kondensator.
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Bei bestimmten elektronischen Ausrüstungen muß die Verankerung von
Zuführungedrähten am Substrat einer elektrisehen Komponents hinreichend fest sein,
damit die Zuleitungsdrähte nicht vom Substrat gelöst oder entfernt werden, wenn
die elektrische Komponente in eine Klemmenplatte
eingesetzt oder
aus dieser entfernt wird. In der kansdischen Patentanmeldung Ser.No. 934 064 von
Brady et al (diese Anmeldung ist auf den gleichen Anmelder übertragen worden, wie
die vorliegende Anmeldung) ist eine elektrische Komponente mit Zuführungsdrähten
gezeigt, die direkt im Substrat vorgesehenen Hohlräumen verankert sind, und zwar
durch axialen Eindrücken der Zuleitungedrähte in die Hohlräume hinein obwohldie
auf diese Weise erfolgte Vorankerung der Zuleitungsdrähte bei bestimmten elektronischen
Ausrüstungen zufriedenstellend ist, so wird doch bei anderen elektronischen Ausrüstungen
eine axiale Herausziehfestigkeit der Zurführungsdrähte gefordert, die wesentlich
größer ist als diejenige, die man nach der genannten kanadischen Pateutanmeldung
erreichen kann. Die vorliegende Erfindung vergrößert die Herausziehkraft, die erforderlich
ist, um den Zuführungedraht axial aus dem Substrat herauszusiehen.
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Wenn die Offtung eine Aunnehnung nur mit der vorderen Oberfläche des
Substrate in Verbindung steht, soist/es erfordersich, daß man eine leitende Unterlage
(Kissen) an der vorderen Oberfläche um die Öffnung hertun und einen leitenden Pfad
um die Kante des Substrats herum ablagert, bevor die leitende Unterlage mit einer
elektrischen Vorrichtung verbunden werden kann, die an der oberen Oberfläche des
Substrate abgelagert ist. Häufig tritt im leitenden Pfad ein Bruch oder eine Ofinung
an der Kante des Substrate auf, wenn nicht bei der Ablagerung des leitenden Materials
mit großer Sorgfalt vorgegangen wird.
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Durch das Vorsehen von Hohlräumen oder Ausnehmungen mit vorderen und
oberen Öffnungen ist es nicht notwendig,den leitenden Pfad um die Kante des Substrate
zu erstrecken.
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Die obere Öffnung in der Ausnehmung erleichtert auch das Einsetzen
und die Deformation des Zuführungsdrahtes zur Verbesserung der Verankerungsvorrichtung.
Es ist daq her wünschenswert, die Verankerung von Zuleitungsdrähten su einem keramischen
dielektrischen Substrat zu verbessern; ferner ist es erwünscht, die Verbindungsmittel
zwischen den Zuführungsdrähten und der an einer Oberfläche des Substrates getragenen
elektrischen Vorrichtung zu verbessern.
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Es ist demgemäß ein Ziel der Erfindung, Vorrichtungen zur Verankerung
und Verbindung von Zuleitungsdrähten in einer elektriechen Komponente vorzusehen.
Weiterhin bezweckt die Erfindung ein elektrisches Bauteil mit einem Substrat vorzusehen,
welches eine Vielzahl von. zur nehmungen (Nuten) aufweist, wobei jede Ausnehmung
einen beschränkten (eingeengten) Abschnitt und einen vergrössorten Abschnitt zur
Verankerung eines Teiles eines Zuführung@drahtes aufweist. Ein weiteres Ziel der
Erfindung ist das Vorsehen einer elektrischen Komponente mit einen Substrat mit
mchreren Ausnehmungen, wobei jede Ausneh@ung einen eingeschränkten und einen vergrößerten
Abschnitt aufweist, wobei Zuleitungsdrähte in den Ausneh@ungen verankert sind und
entsprechend den Abschnitten der Anenehnungen deformierte Endteile aufweisen. Zin
weiteres Ziel der Erfindung besteht im Vorschen einer elektrischen Komponente mit
einem Substrat, welches mehrere Ausnehmungen mit darin verankerten Zuleitungsdrähten
aufweist, wobei die Ausuehwungen mit oberen Öffnungen versehen sind, die ait der
Oberseite des Substrate in Verbindung stehen. um eine elektrische Verbindung zwischen
den Zufübrungsdrähten und einer von d.r Oberseite des Substrate getragenen elektrischen
Vorrichtung zu erleichtern.
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Kurz gesagt betrifft die Erfindung eine elektrische Komponente der
Modulbauart, d.h. einen Schaltungsmodul, wobei ein Substrat aus einem keramischen
dielektrischen Material auf mindestens einer Oberfläche eine elektrische Vorrichtung
trägt. Das Substrat ist mit einer Vielzahl von Auenehmungen (Nuten) versehen, wobei
Jede Ausnehmung eine obere Öffnung aufweist, die mit dar einen Oberfläche - beispielsweise
der Oberseite - in Verbindung steht, und wobei eine vordere Öffnung (Frontöffnung)
mit der vorderen Oberseite (Vorderseite) des Substrate in Verbinddung steht. Jede
der Ausnehmungen ist mit einem eingeschränkten Abschnitt und einem gegenfber dieeem
innen liegenden vergrößerten Abschnitt versehen, wobei ein Zuleitungedraht in Jeder
der Ausnehmungen verankert ie;t. Ein der Kontur der Ausnehmung entsprechender Teil
des Zuleitungsdrahtes vergrößert die Ausziehfestigkeit des Zuleitungsdrahtes in
aiialer Richtung um einen wesentlichen Betrag.
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Die leitenden Unterlagen sind mit Zonen der Oberseite des Substrates
um die oberen Öffnungen der Ausnehmungen herum verbunden und Metallkörper verbinden
die Zuleitungsdrähte elektrisch mit den leitenden Unterlagen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sioh aus der
Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer gemäß der Erfindung ausgebildeten elektrischen
Komponente für einen veränderbaren Wideratanderegier; Fig. 2 eine perspektivisohe
Ansicht eines Substrates, welches bei der Herstellung der elektrischen Kom -ponente
der Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie
III-III in Fig.
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Fig. 4 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 einen Teilschnitt längs der Linie V-V in Fig. 4; Fig. 6 eine Draufsicht auf
ain weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 7 einen Teilschnitt längs der
Linie VII-III in Fig.
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6.
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In den Figg. 1 und 2 der Zeichnung ist eine elektrische Komponente
10 dargestellt, die ein Substrat 11 aufweist, in dem eine Vielzahl von Ausnehmungen
(Nuten) 12 vorgesehen ist, in denen mehrere Zuführungsdrähte 13 verankert sind.
Ferner sind zwei nach vorne ragende Abstandsstücke 14 vorzugsweise einstückig mit
3er vorderen Oberfläche (Vorderseite ) des Substrates vorgesehen, und zur Anordnung
des Substrates mit Abstand von einer nicht gezeigten Befestigungsplatte zweckmässig.
Eine elektrische Vorrichtung 15 ist auf der Oberseite 11a des Substrates abgelagert
und mit den Zuführungedrähten 13 elektrisch verbunden. ))as Substrat 11 ist aus
einem hochtemperatur-hitzebeständigen Werkstoff, vorzugsweise einem Keramikwerkstoff,
wie beispielsweise Aluminium -oxyd, Steatit, Porzellan, Bariumtitanat od.dgl. auageformt
und sodann gebrannt. Andere Substratwerkstoffe - wie beispielsweise Glas- können
ebenfalls solange verwendet werden, wie die Brenntemperatur zur Herstellung der
elektrischen Vorrichtung 15 - beispielsweise eines Widerstandselementes - niedriger
i ot, als die Erweichungstemperatur des Substratmaterials.
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Zur Ablagerung der elektrischen Vorrichtung 15 auf dem Substrat kann
irgendein geeignetes Verfahren und irgendeine geeignete Zusammensetzung verwendet
werden. Beispieleweise kann die im kanadischen Patent 735 808 beschriebene Widerstandszusammensetzung
auf die Oberseite 11a des Substrates aufgesiebt werden, um dann zur Erzeugung des
Widerstandselementes gebrannt zu werden. Es können auch andere passive Vorrichtungen,
wie beispielsweise Kondensatoren auf dem Substrat abgelagert werden. Derartige Vorrichtungen
können durch Zerstäubung, Photoätzen, Siebung und andere Verfahren der Tochnik der
gedruckten Sohaltungen erzeugt werden, wobei in konventioneller und bekannter Weise
vorgegangen wird. Es ist auch meglich, auf der Oberseite 11a des Substrats ein Transistor--oder
Kondensatorplättchen abzulagern. Das in Fig. 1 dargestellte Widerstandselement 15
ist bogenförmig, damit die Benutzung der Komponente 10 als Basis eines nicht gezeigten
veränderbaren Widerstandsreglers möglich ist. Ein Mittelkollektor 15a ist an der
Oberseite 11a des Substratee konzentrisch zum Widerstandselement 15 abgelagert;
eine nicht gezeigte drehbare Kontaktvorrichtung steht ferner schleifend mit dem
Widerstandselement 15 in Eingriff und der Mittelkollektor 15a wird zur Änderung
des Ohm'schen Widerstandes zwischen der Mittelklemme und den Ausßenklemmen verwendet.
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Im folgenden wird speziell Ruf die Ausnehmungen 12 eingegangen. Jede
Ausnehmung ist mit einer ersten oberen Öffnung 16 versehen, die mit der Oberseite
11a des Substrates in Verbindung steht; ferner ist jede Ausnehmung mit einer zweiten
oder Vorderöffnung 17 ausgestattet, die mit der Vorderseite lib des Substrates in
Verbindung steht. Die Ober seite 11a und die Vorderseite liegen senkrecht zueinander
und bilden eine Kante des Substrates. Die Ausnehmungen können
irgendeine
gewünschte Form aufweisen, solange nur Jede der Ausnehmungen mit einem eingeschränkten
Abschnitt 18 und mit einem vergrößerten Abschnitt 19 ausgestattet ist, wobei der
eingeschränkte Abschnitt immer näher zur Vorderseite des Subetrates hin liegt, als
der vergrößerte (erweiterte) Abschnitt. Jede Ausnehmung wird durch zwei Seitenwände
12a, eine Bodenwand 12b und eine Rückwand 12c begrenzt. Die Seitenwände 12a einer
jeden der Ausnehmungen sind mit zwei sich nach innen erstreckenden Vorsprtlngen
oder Erhebungen 20, 21, ausgestattet, die von der Bodenwand 12b jeder Ausnehmung
nach oben ragen.
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Der eingeengte Abschnitt 18 jeder Ausnenmung ist durch den Abstand
zwischen gegenüberliegenden Vorsprüngen 20, 21 begrenzt; der erweiterte Abschnitt
der Ausnehmung ist durch den Teil der Ausnehmung begr@nzt, der von der Vorderseite
lib her gesehen, nach innen geriohtet von den Vorsprüngen liegt. Die Vorsprünge
20, 21 sind - wie man am besten in Fig. 3 sieht - verjüngt, um die Breite des eingeschränkten
Abschnittes an der Oberseite 11a zu vergrößern. Die Verjüngung erctreokt eich von
der Bodenwand 12b zur Oberseite 118. Wesentlicherweise sind die Seitenwände 12a
gezählt oder wellenförmig ausgebildet, wobei jeder der Vorsprünge 20, 21 die einzelnen
Zähnungen oder Wellungen der Seitenwände bildet. X,an erhält eine maximale Ausziehfestigkeit
der Zuleitungedrähte 13 in axialer Richtung, wenn man die Hauptachse eines jeden
Vorsprungs 20, 21 vertikal und in einer Ebene liegend anordnet, die in westlichen
parallel zur Vorderseite 11b verläuft.
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Bevor die Zu'eitungsdrähte 19 in den Au3nehmungen 12 vorankert werden,
werden um jede der oberen Öffnungen 16 der Ausnehmungen 12 herum leitende Überzüge
abgelagert, um leitende Unterlagen 22 zu bilden. Die leitenden Unterlagen
können
sich auoh in die Ausnehmungen hinein längs der Seiten- und Rückwände 12a und 12e
erstrecken, um so die elektrische Verbindung zwischen den Zuleitungsdrähten und
den leitenden'Unterlagen zu verbessern, Die leitenden Unterlagen können, abhängig
von den vielen Arten der vorfügbaren leitenden Überzüge nach der Ablage-rung auf
der Oberfläche des Substrates luf@getrocknet oder gebrannt werden. Nachdem die leitenden
Unterlagen 22 mit dem Substrat 11 verbunden sind, wird der Endteil eines der Zuleitungsdrähte
13 über einer der oberen Öffnungen 16 einer Ausnehmung angeordnet, wobei sich der
Rest des Zuleitungsdrahtes gegenüber der Vorderseite11b nach vorne erstreckt und
wobei die Achse des Endteiles des Zuleitungsdrahtes parallel zur Oberseite 11a des
die elektrische Vorrichtung 15 tragenden Substrats verläuft. Ein geeignetes Wer..zeug,wie
beispielsweise eine Stanzvorrichtung preßt dann das Ende des Zuleitungsdrahtes in
die Ausnehmung 12 und verankert diesen im Substrat. Vorzugsweise ist der Durchmesser
des Zuleitungsdrahtes im wesentlichen gleich groß, wie der Abstand zwischen entgegengesetzt
liegenden Vorsp rüngen 20, 21 im einem, schränkten Abschnitt, und der Endteil des
in dem erweiterten Abschnitt der Auenehmung eintretenden Zuleitungsdrahtes wird
deformiert oder abgeflacht, um die Breite des Zuleitungsdrahtes im erweiterten Abschnittzu/vergrößern
und den Zuleitungsdraht in der Ausnehmung zu verankern. Wen andererseits der Durchmesser
des Zuleitungsdrahtes größer ist als die Breite des eingeschränkten Abschnitts,
so wird der in den eingeschränkten Abschnitt eintretende Teil des Zuleitungsdrahtes
deformiert, was eine Verminderung des Durchmessers des Zueleitungsdrahtes auf die
Breite des eingeschränkten Abschnittes zur Folge hat, während der in den erweiterten
Abschnitt eintretende Teil des Zuleitungsdrahtes abgeflacht wird9 wodurch die Breite
des Zueleitungsdrahtes vergrößert und dieser in der Ausnehmung verankert wird. Es
liegt auf der Hand, daß eine übermässige Verminderung
oder Einschnürung
der Zuleitungsdrähte in den eingeschränkten Abschnitten die Ausziehfestigkeit der
Zuleitungsdrähte unnötig verringert.
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Nach der Verankerung der Zuleitungsdrähte in den Ausnehmungen werden
leitende Werkstoffe, wie beispieleweise Lötkörper 29 in den Ausnehmungen abgelagert,
die Enden der Zuleitungsdrähte mit den leitenden Unterlagen elektrisch zu verbinden.
Durch das Überziehen von mindestens einem Teil der Seitenwände 12a der Ausnehmungen
12 mit dem leitenden Überzug vor dem Einsetzen der Zuleitungodrähte 13 erreicht
man verbesserte elektrische Vorbindungen zwischen den Zuleitungsdrähten und dan
leitenden Unterlagen, da die leitenden Materialien gut an den überzogenen Seitenwänden
und an den Zuleitungsdrähten haften. Vorgeformte Zuleitungsdrähte mit einem Kopfteil,
einem abgeflachten Endteil oder einem reduzierten Halsteil können verwendet und
in die Ausnehmungen mit einer geringeren Kraft eingesetzt werden. Obwohl derartige
vorgeformte Zuleitungsdrähte einer beachtlichen Ausziehkraft in axialer Richtung
widerstehen, so i8t doch die Auszihfestigkeit senkrecht zur Zuleitungsdrahtaohse
etwas erindert, wenn nicht eine hinreichende Verankerung des Zuleitungsdrahtes dann
erfolgt, wenn die Zuleitungsdrähte mit einem Lot mit den leitenden Unterlagen verbunden
werden. Die Ausziehfestigkeit senkrecht zur Achse des Zuleitungsdrahtes kann durch
Umkehrung der Erweiterung der Seitenwände 12a vergrößert werden, wobei die Vorsprünge
statt an der Bodenwand 12b an der Oberseite 11a dichter beieinander liegen.
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Bei dem ia den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel werden
die Zuleitungsdrähte 33 in die Auanehmungen 30 eingesetzt, und die Endteile 33a
der Zuleitungadrähte werden abgeflacht, um/die genuteten oder erweiterten Abschnitte
31
in den Seitenwänden 30a auszufüllen. Auf der Oberseite 32a des Substrates 32 werden
um jede der oberen Öffnungen 31a der Ausnehmungen 30 herum geeignete leitende Unterlagen
34 abgelagert. Ferner werden zwei Widerstandselemente 35 sowie Leitpfade 36 auS
dem Substrat abgeschieden, wobei letztere zur elektrischen Verbindung des Zuleitungsdrahtes
33 mit den Widerstandselementen 35 dien@n. In den Ausnehmungen werden um die Endteile
33 herum nicht gee zeigte Lötkörper abgelagert, um die Zuleitungadrähte 39 elektrisch
mit den Le itpfaden zu verbinden. Bei dem in den Figg. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel
haben die Ausnehmungen 40 im Substrat 41 eine schwalbenschwanzförmige Gestalt und
demgemäß begrenzt jeder der Vorderteile der schwalbenschwanzförmigen Ausnehmungen
benachbart zur Vorderseite 41a den eingeschränkten Abschnitt der Ausnehmung, während
der innere oder rückwärts angeordnete Teile der Ausnehmung 40 den verbreiterten
Abschnitt begrenzt. Die Zueitungsdrähte 42 sind in den schwalbensohwanzförmigen
Aunnehmungen des Substrates in der gleichen Weise befestigt (verankert), wie dies
für die in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausfübrungabei spielen beschrieben wurde.
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Die Seitenwände verjüngen sich verrugewelse leicht bei sämtlichen
Ausnehmungen der Pig. 1 bis 7 zur Bodenwand hin, um die Ausformung des Substrates
su erleichtern; die Verjüngungen können umgekehrt werden. Obwohl sämtliche in der
Zeichnung dargestellten Ausnehmungen symmetrisch sind, d.h. die eine Seitenwand
einer Ausnehmung liegt symmetrisch zur anderen Seitenwand, kann eine Ausnehmung
auch unsymmetrische Wände besitzen, beispielsweise braucht der Vorsprung oder die
Ausnehmung nur ein Teil von einer der Seitenwände so sein, und die andere Seitenwand
kann ii wesentlichen oben verlaufen.
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Aus der obigen Beschreibung ergibt sich daß die Erfindung eine in
einfacher Weise arbeitende Befestigungsvorrichtung für Zuleitungsdrähte an einem
Substrat voreieht. Die zur Herstellung der Auanehmungen in den Substraten und zur
Befeetigung der Zuleitungsdrähte in den Auenehmungen der Substrate erforderlichen
Schritte sind durch die obige Beschrelbung klar aufgezeigt.
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Zahlreiche Abänderungen an den dargestellten Ausführungsbeispielen
sind möglich, liegen Jedoch alle im Bereich der Erfindung wie er insbesondere durch
die Ansprüche dargestellt ist.
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Patentansprüche@