DE2114023A1 - Matrixanordnung mit elektrischen Bauelementen und Verfahren zur Herstellung solcher Anordnungen - Google Patents

Description

Dr. rer. nah Horst Schüler PATENTANWALT

6 Frankfurt/Main 1, den

Niddastraße 52 WK/di

Telefon (0611) 237220 Postscheck-Konto: 282420 Frankfurt/M. Bank-Konto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

18. März 1971

17 Μ 5- JJ 5-SL-O1O8O

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.

Matrixanordnung mit elektrischen Bauelementen und Verfahren sur Herstellung solcher Anordnungen

Die Erfindung betrifft eine Matrixanordnung mit elektrischen Bauelementen und ein Verfahren zur Herstellung solcher Anordnungen, wobei jede gewünschte Zahl elektrischer Bauteile im Inneren einer Matrix in ausgewählten Positionen angeordnet ist,

Es ist bereit! bekannt, Dioden und andere elektrische Bauteile starr in. eine Matrixanordnung zu befestigen. Eine solche Anordnung beinhaltet die Verwendung einer Trägerplatte,

109841/1703

auf der die verschiedenen Elemente in ihrer Lage gehalten werden. In einigen Fällen werden mehrere dieser Trägerplatten übereinander angeordnet, und in anderen Fällen besitzt die Trägerplatte die Form eines Einschiebteils, welches zwischen ebene Elemente eingefügt werden kann, die in bestimmter Weise verteilte Lei^tungsmittel enthalten. Bisher haben solche Matrixanordnungen eine Anzahl von Nachteilen besessen. Hierzu "gehören: ein übermäßig großer Platzbedarf, eine relative Unbeweglichkeit der Anordnung bezüglich der elektrischen Schaltung, die Verwendung von mehr Bauelementen pro Schaltungseinheit als vom Standpunkt der Schaltungstechnik her erforderte lieh sind und eine übermäßige Kompliziertheit der Zwischenverbindungen der Schaltung.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, eine Matrixanordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung zu finden, welche sowohl hinsichtlich der Verwendung von elektrischen Bauteilen als auch der elektrischen Zwischenverbindungen eine große Beweglichkeit aufweisen. Auf diese Weise werden viele Nachteile früher bekannter Anordnungen überwunden.

Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Einfügung und. Verbindung elektrischer Bauteile untereinander im Innern einer Matrixanordnung zu schaffen.

Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Matrixstruktur zu erhalten, welche eine größere Beweglichkeit bezüglich der Zwisehenverbindung der Schaltung und der Verwendung von Bauelementen gestattet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Matrixanordnung mit elektrischen Bauteilen zu erhalten, bei der die Bauteile "weich" (soft) gehaltert sind und leicht entfernt und eingesetzt werden können.

10 9 8 41/17 0 3

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Matrixstruktur mit elektrischen Bauteilen zu erzielen, bei der die Bauteile in der Matrix gemäß einem erwünschten Schaltprogranutt beliebig eingefügt werden können.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren angegeben, um elektrische Bauteile in beliebigen Lagen im Innern einer vorgegebenen Matrix miteinander zu verbinden, wobei die Bauteile eine vorgegebene Länge aufweisen und Endanschlußmittel besitzen. Dazu wird eine erste Anordnung von geometrisch in Beziehung miteinander stehenden Leitern in einer ersten Ebene geschaffen, wobei diese Leiter einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweisen. Dann wird eine zweite Anordnung von in geometrischer Beziehung zueinander stehenden Leitern in einer zweiten Ebene hergestellt, welche ebenfalls einen vorgegebenen Abstand untereinander besitzen. Diese erste und zweite Anordnung werden in jeweiligen Flächen angebracht, welche einen Abstand untereinander besitzen, der etwas geringer ist als die vorgegebene Länge der Bauteile. Dann werden die ba^sei..? zwischen die ausgewählten Schnittpunkte der Leiter in den ersten und zweiten Anordnungen angebracht und die Bauteile vervollständigen dadurch einen Schaltkreis zwischen den Leitern an den ausgewählten Kreuzungspunkten.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Matrixanordnung für elektrische Bauteile vorgegebener Länge mit Verbindungsmitteln an den Enden geschaffen, welche folgende Teile umfaßt: Eine Trägerplatte mit in Reihen und Spalten angeordneten öffnungen und einer Dicke, die etwas geringer ist als die Länge der elektrischen Bauteile, eine nichtleitende obere Platte, auf der elektrisch leitendes Material in Reihen so angeordnet ist, daß es einer Fläche der Trägerplatte zugewandt ist und jede Reihe des elektrisch leitenden Materials einer Reihe der öffnungen gegenüberliegt, eine nichtleitende untere Platte mit elektrisch leitendem Material, das in Spalten auf dieser Platte angeordnet ist und

10 9841/1703

. 2114Q23

- ircler zweiten Oberfläche der Trägerplatte so gegenüberliegt, daß jede Spalte in ihrer Lage mit einer Spalte der öffnungen übereinstimmt, elektrische Bauteile, die herausnehmbar in ausgewählten öffnungen eingesetzt sind und unter Druck zwischen der oberen und unteren Platte gehaltert sind, und Mittel zur Verbindung der Platten in einer geschichteten Anordnung (sandwich).

Ein besseres Verständnis der Erfindung und weitere Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.

™ Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer verschlossenen

Matrixanordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Darstellung einer Matrixstruktur und veranschaulicht Einzelheiten einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1 und zeigt einen Teil der Matrixstruktur, welcher verschiedene gemäß der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2 befestigte Diodenelemente enthält.

Fig. 4 ist eine, auseinandergezogene Darstellung der oberen

Elemente einer Matrixstruktur zur Veranschaulichung von Einzelheiten einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt der Ausfuhrung3form nach Fig. 4.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut geeignet für die Herstellung einer Diodenmatrix. Der Fachmann auf dem Gebiete der Elektronik wird jedoch sofort die Anwendbarkeit des Verfahrens und der Anordnung/gemäß der Erfindung auf andere elektrische Bauteile erkennen. Ein grundlegender Gesichts·

1 0 9 8 A 1 / 1 7 Π 3

punkt der Erfindung liegt in der Tatsache, daß die Bauteile eine vorgegebene Länge besitzen müssen und ihr Radius bzw. ihr Querschnitt bestimmte Abmessungen nicht überschreiten darf. Weiterhin muß jeder Bauteil bezüglich seiner Längsachse relativ starr und so beschaffen sein, daß ein elektrischer Kontakt an seinen Endteilen hergestellt werden kann.

Die Bauteile werden an gewählten Kreuzungsstellen einer Matrix, die durch eine Vielzahl von Zeilen und Spalten definiert ist, so angeordnet, daß ihre Achsen parallel sind. Eine erste Anordnung von parallelen Leitern, die jeweils in einer der Zeilen liegen, wird so angebracht, daß sie über einem Ende der Bauteile liegen. Eine zweite Anordnung von parallelen Leitern, die jeweils mit den Spalten zusammenfallen, wird so angebracht, daß sie über dem anderen Ende der Bauteile liegen. Die beiden Anordnungen werden in einer solchen Lage zueinander gehalten, daß ein gewisser Druck längs der Achsen der Bauteile ausgeübt wird. Auf diese Weise werden die Bauteile sicher und mit gutem elektrischen Kontakt mit den Leitern in den Anordnungen gehalten. Der Druck kann durch geeignete Maßnahmen bei der Herstellung der Leiter oder der Tragteile für die Leiter gesteigert werden.

Fig. 1 zeigt, eine grundlegende Struktur zur Halterung von Bauteilen mit einer oberen nichtleitenden Platte 11 und einer unteren nichtleitenden Platte 12, welche als Deckel für diese Anordnung dienen. Die nichtleitende Trägerplatte 10 dient dazu, die ausgewählten Dioden in den jeweils gewählten Stellungen zu halten. Dies ergibt sich deutlicher aus der Betrachtung der Fig. 2.

Fig. 2 zeigt, daß die Trägerplatte 10 eine Vielzahl von öffnungen 13 besitzt, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Jede der Öffnungen 13 durchsetzt die Dicke der Trägerplatte 10 vollständig. Die öffnungen besitzen eine kreisförmigeJQestalt, um sich der äußeren Form der üblichen

1 0 9 B k 1 / 1 7 C) 3

elektrischen Bauteile anzupassen. Diese Bauelemente können zylindrische Formen aufweisen und Leiter besitzen,, die an jedem Ende des Zylinders herausragen. Dabei sollten die Zylinder und die Endleiter relativ starr sein und die Gesamtlänge jedes Bauteils mit den herausragenden Leitern sollte größer sein als die Dicke der Trägerplatte 10, wie im einzelnen noch nachstehend ausgeführt. Der äußere Durchmesser der Bauelemente ist geringer als der Durchmesser der Öffnungen 13. Es ist zu beachten, daß die Öffnungen 13 dazu dienen, die Bauteile in einer gewünschten Einbaulage zu halten. Sie befestigen jedoch nicht die Bauelemente in dieser Lage. Daher können die Bauelemente nach Wunsch herausgenommen werden.

Die obere Platte der Matrixanordnung enthalt eine Vielzahl von Leiterelementen 14, die auf der Platte in aufeinanderfolgenden Spalten angeordnet sind. Jeder Leiter 14 besitzt eine solche Lage, daß er unmittelbar über einer Spalte der Öffnungen in der Trägerplatte 10 zu liegen kommt. Mach einer ersten Ausführungsform der Erfindung sollen die Leiter 14 so beschaffen sein, daß sie eindrückbar sind und zu einem gewissen Grade in den anliegenden Teil des oberen Elementes eingedrückt werden können. Der Aufbau der unteren Schicht ist ähnlich dem Aufbau der Schicht 11. Die flexiblen Leiter 15 sind jedoch auf der Schicht 12 so angeordnet, daß sie den verschiedenen Zeilen der Öffnungen in der Struktur 10 gegenüberliegen. Wenn daher die Gesamtstruktur zusammengefügt wird, erscheinen die Leiter 14 und 15 an einem Ende bzw. am anderen Ende jeder Öffnung. Wie durch die Pfeile gezeigt, kann die Verbindung mit anderen Schaltungen über die Leiter 14 und 15 hergestellt werden. Aus der Schnittdarstellung der Fig. 3 ist ersichtlich, daß beim vollständigen Zusammenbau der Struktur die relative Länge der Diodenelemente 16 mit ihren herausragenden Endverbindungen so beschaffen ist, daß sie an den flexiblen Leiterelementen 14 und 15 anliegen, die absichtlich mit einem gewissen Maß von Elastizität ausgestattet sind. Bei einer Ausführungs-

1098A1/1703

21H023

form wurden die Leiterelemente Ik und 15 aus leitfähigen elastischen Gummistreifen gebildet. Die Diodenelemente bewirken daher eine geringfügige Deformation der Leiter an der Berührungsstelle; sie erzeugen dadurch einen Zustand, bei dem ein sicherer Sitz gewährleistet ist und bewirken außerdem eine zuverlässige elektrische Verbindung. Die Platten 11 und 12 werden durch beliebige geeignete Mittel lösbar in ihrer Lage gehalten. Aus der Fig. 3 ist ebenfalls ersichtlich, daß nicht jede Öffnung mit einem Diodenelement gefüllt sein muß, und daß gemäß den Schaltungsanforderungen für eine bestimmte Matrix Öffnungen leer belassen werden können. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Matrixstruktur werden elektrische Verbindungen zu irgendeinem der leitfähigen Streifen in gewünschter Weise vorgenommen.

Fig. k zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die gewünschte Kompression zur Gewährleistung der sicheren Halterung und des wirksamen elektrischen Kontaktes in einer etwas anderen Weise erreicht wird. Die Fig. k zeigt nur den oberen Teil der Anordnung und unterhalb der Tragstruktur 10 kann selbstverständlich eine ähnliche Anordnung von Elementen vorhanden sein. Die auseinandergezogene Darstellung zeigt nicht-kompressible Abstandsstücke 21 und 22, welche längs den gegenüberliegenden Kanten der Tragstruktur angebracht sind. Paarweise können die Abstandsstücke 21 und 22 einen integralen Bestandteil der Tragstruktur 10 oder des Deckelteiles 25 bilden. Zwischen diesen Abstandsstücken 21 und 22 befindet sich ein nichtleitendes flexibles Blatt 23, welches als Träger für die Aufbringung der Streifen Ik aus einem leitfähigen Film an seiner unteren Oberfläche dient. Diese Streifen Ik aus leitfähigem Film sind, wie zuvor beschrieben, in Zeilen und Spalten angeordnet. Das Element 2k ist ein nichtleitendes elastisches Teil und kann aus Gummi oder ähnlichem Material gebildet sein. Die Aufgabe dieses Elementes besteht darin, den notwendigen Axialdruck zu liefern, der zur Einhaltung der richtigen Lage und des zuverlässigen Kontaktes der elektrischen Bauelemente erforderlich

109841/1703

ist. Das letzte Element in dem Stapel der Fig. 4 ist ein Deckelteil 25, welcher so ausgebildet ist, daß er die anderen Elemente in konventioneller Weise zusammenhalten kann.

Fig. 5 zeigt, wie ein elektrischer Bauteil oder die mit der Bezugsziffer ίβ bezeichnete Verbindungsleitung aus der öffnung 10 herausragt und die flexiblen Leiter 14 und die dazu gehörige flexible isolierende Platte 23 auf den elastischen nichtleitenden Teil 24 drückt. Die durch die Elastizität des Teils 24 erzeugten Rückwirkungskräfte halten den notwendigen. Kontaktdruck zwischen den Zuleitungsenden und den flexiblen Leitern aufrecht, um die durch die Toleranz bedingten Differenzen in der Länge der Zuleitungen auszugleichen und einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten. Die Abstandsstücke sind so bemessen, daß sie etwas dünner sind als die Gesamtdicke des Gummiteils 24 und des Blattes 23 in dem ungepreßten Zustand. Hierdurch wird in dem zusammengedrückten Zustand der erwünschte Kontaktdruck eingestellt.

Im vorstehenden wurden verschiedene Strukturen zur Erzielung eines einzigartigen Diodenmatrixsystems beschrieben. Bei der Verwendung dieser Anordnungen wird es möglich, einzelne elektrische Bauelemente wahlweise an den verschiedensten Stellen in der Matrix anzuordnen. Außerdem kann es bei gewissen Anwendungsfällen erwünscht sein, in der ersten Anord- '■ nung eine Vielzahl von getrennten Leitern vorzusehen, die ein erstes geometrisches Muster bilden, beispielsweise schräg verlaufende oder schräg verlaufende parallele oder sogar gekrümmte Kurven oder eine Kombination dieser Formen. Die zweite Anordnung kann eine Vielzahl von einzelnen Leitern enthalten, die in einem zweiten geometrischen Muster angeordnet sind, welches ähnlich oder unähnlich dem ersten Muster sein kann. Die Bauteile für die elektrische Kopplung sind so angeordnet, daß sie bestimmte Leiter in der ersten Anordnung mit bestimmten Leitern in der zweiten Anordnung verbinden.

1 0 9 8 k 1 / 1 7 Π 3

In der Beschreibung von Ausführungsformen wurden insbesondere Anordnungen mit Dioden als Bauelemente beschrieben. Die erfindungsgemäße Matrixstruktur und die Verfahren zu ihrer Herstellung können jedoch auch für die Halterung und Festlegung anderer elektrischer Bauteile eingerichtet werden und Anordnungen mit solchen Bauteilen liegen ebenfalls im Bereich der Erfindung. Es können auch von dem Fachmann weitere Modifikationen vorgenommen werden, ohne die vorstehend offenbarte technische Lehre zu verlassen.

10 9 8 4 1 / 1 70 1

Claims (8)

1. 21U023

   - 10 Ansprüche

   Matrixanordnung für elektrische Bauteile von gegebener Länge mit Anschlußmitteln an den Enden, gekennzeichnet durch eine Trägerplatte (10) mit Öffnungen (13), die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Dicke der Trägerplatte etwas geringer ist als die Länge der elektrischen Bauteile (l6), eine nichtleitende obere Platte (11), auf der elektrisch leitendes Material (I¹O in Reihen so angeordnet ist, daß es einer Oberfläche der Trägerplatte (10) gegenüberliegt und jede Reihe in ihrer Lage einer Reihe von Öffnungen (13) zugeordnet ist, eine nichtleitende untere Platte (12), auf der elektrisch leitendes Material (15) in Spalten gegenüberliegend der zweiten Oberfläche der Trägerplatte (10) so angeordnet ist, daß jede dieser Spalten einer Spalte der Öffnungen (13) gegenüberliegt, elektrische Bauteile, die herausnehmbar in ausgewählten Öffnungen angeordnet und unter Druck zwischen der oberen und unteren Platte gehaltert sind und eine geschichtete Anordnung, in der die Platten (10, 11, 12) miteinander verbunden sind.
2. 2. Matrixanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Bauteile

   I^ (16) im wesentlichen zylindrische Form und bekannte Abmessungen in radialer Richtung aufweisen und die Abmessungen der Öffnungen (13) in der Trägerplatte (10) etwas größer sind als die entsprechenden radialen Abmessungen der Bauteile.
3. 3. Matrixanordnung nach Anspruch 2, aadurch gekennzeichnet , daß das leitfähige Material auf mindestens einer der beiden oben und unten angeordneten Platten (11, 12) so befestigt ist, daß es eine elastische Axialkraft auf jeden elektrischen Bauteil (16^ ausübt, der mit ihm in Kontakt steht.

   109841/1703

   21U023
4. 4. Matrixanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine der oberen und unteren Platten (11, 12) flexibel ist und mindestens eine der Platten (11, 12) ein elastisches Trägerteil (2k) aufweist und die Anordnung ein starres Deckelteil (25) auf einer Seite des Trägerteils besitzt, welche von der Platte (11, 12) abgewandt ist.
5. 5. Matrixanordnung nach Anspruch 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet , daß das leitfähige Material auf der oberen und der unteren Platte (11, 12) in bestimmter Weise mit elektrischen Leitungen verbunden ist.
6. 6. Verfahren zur Verbindung elektrischer Bauteile, die beliebig über eine vorgegebene Matrix verteilt sind und eine vorgegebene Länge sowie Endanschlußmittel aufweisen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

   es wird eine erste Anordnung von Leitern (14) in einer ersten Ebene hergestellt, wobei diese Leiter einen vorgegebenen Abstand untereinander besitzen, es wird eine zweite Anordnung von Leitern in einer zweiten Ebene hergestellt, welche ebenfalls einen vorgegebenen Abstand untereinander besitzen, die ersten und zweiten Leiteranordnungen werden in parallelen Ebenen angebracht, welche einen Abstand untereinander besitzen, der etwas geringer ist als die vorgegebene Länge der Bauteile (16), und die Bauteile werden rechtwinklig zwischen ausgewählten Kreuzungsstellen der Leiter in der ersten und der zweiten Anordnung angeordnet, wodurch die Bauteile zwischen den Leitern an dem jeweils gewählten Kreuzungspunkt einen Schaltkreis schließen.
7. 7. Verfahren zur Verbindung elektrischer Bauteile nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter in jeder Anordnung eine elastische Vorspannung gegenüber den Leitern der gegenüberstehenden Anordnung erhalten.

   1 0 9 8 U 1 / 1 7 Π -ί

   21U023
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß alle Leiter der ersten Anordnung
   so angeordnet werden, daß sie die Leiter der zweiten Anordnung unter einem Winkel kreuzen.

   109841 /1703