DE2453419A1

DE2453419A1 - Elektronische mikroelementbaugruppe

Info

Publication number: DE2453419A1
Application number: DE19742453419
Authority: DE
Inventors: Jun John Joseph Doherty
Original assignee: IFE CO
Current assignee: IFE CO
Priority date: 1973-11-16
Filing date: 1974-11-11
Publication date: 1975-05-28
Also published as: JPS5083756A; US3866999A; SE7412350L

Description

DipWng. Heinz Eardahle

München 22, ^--^

München, den 11« November 1974

Mein Zeichen: P1994

Anmelder : IFE Division pf

Plastic Mold & Engineering Company

25 Tripps Lane

East Providence, Rhode Island

Elektronische Mikroelementbaugruppe.

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe mit einem sogenannten Mikromodul bzw. einem integrierten Mikroschaltkreiselement und ist insbesondere auf Mittel zum Halten eines elektronischen Schaltkreismikroelementes sowie auf die Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dessen Anschlüssen gerichtet.

Mikromoduln bzw. Mikroelemente sind miniaturisierte elektronische Halbleiterbauelemente, die verschiedene Unterfunktionen in einem elektronischen Schaltkreissystem, wie z.B. Ver-

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Stärkung, Integrierung und ähnliches durchzuführen vermögen. Ein einzelner Mikromodul kann sehr kleine Abmessungen aufweisen, nichts desto weniger jedoch Funktionen ausführen, für die früher räumlich aufwendigere und komplexe Kombinationen von einzelnen Vakuumröhren oder Transistoren mit anderen elektronischen Bauelementen erforderlich waren.

Wegen ihrer geringen Größe werfen die Mikromoduln bezüglich der Herstellung der elektrischen Verbindungen zwischen ihren einzelnen Anschlüssen und anderen Bauelementen, mit denen sie zusammenarbeiten, Probleme auf. Ein Mikromodul kann insbesondere beschädigt werden, wenn er Temperaturen der Größenordnung ausgesetzt ist, wie sie bei der Herstellung üblicher Lötverbindungen auftreten, weswegen bestimmte Löttechniken zur Herstellung von Verbindungen mit den Anschlüssen eines Mikromoduls nicht zur Anwendung kommen können.

Ein Schritt in Richtung einer Lösung dieses Problems besteht darin, daß direkte Lötverbindungen mit den Mikromodulanschlüssen vermieden werden. In der US-PS 3 311 790 z.B. ist eine Anordnung beschrieben, bei der Verbindungselemente in Form von Blattfedern unter Vorspannung an den Anschlüssen der Mikromoduln zur Anlage gebracht werden.

Es sind jedoch Lötverbindungen offensichtlich günstiger als reine Druckkontaktverbindungen, und der am meisten zufriedenstellende und wirtschaftliche Weg Lötverbindungen herzustellen besteht in der Tauchlöttechnik, bei der eine ganze Reihe von Verbindungsstellen gleichzeitig direkt in das schmelzflüssige Lötmittel eingetaucht werden kann. In der US-PS 3 701 075, angemeldet am 24»Oktober 1972 ist eine Konstruktion angegeben, die sich für die Tauchlöttechnik eignet. Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung der in den US-Patenten 3 311 790 und 3 701 075 angegebenen Lösungen dar.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Baugruppe anzugeben, zu der ein Mikromodul, eine Schaltungsplatte bzw. ein Chassis, das als Halterung für den Mikromodul dienen kann, sowie eine Mehrzahl von Verbindungsstücken gehört, von denen jedes eine elektrische Verbindung, zwischen einem Anschluß des Mikromoduls und einem anderen Leiter herstellt, wobei die elektrische Verbindung mit den Anschlüssen des Mikromoduls entweder unter Federklemmwirkung oder durch Tauch- oder Wellenlötverfahren hergestellt werden kann, ohne daß eine Beschädigung des Mikromoduls zu befürchten ist, und wobei die Verbindungsstücke den Mikromodul an der Schaltungsplatte oder an dem Chassis halten.

Aufgabe der Erfindung ist es darüberhinaus,eine Baugruppe der oben erwähnten Art anzugeben, bei der die Verbindungsstücke in der Weise ausgebildet und angeordnet sind, daß im Bedarfsfalle eine Verbindung durch Tauchlöten zwischen ihnen und weiteren Leitern hergestellt werden kann, und daß ausserdem zwischen der Mikroelementbaugruppe und weiteren Bauelementen, sofern dies vorteilhaft ist, auch eine Steckerverbindung hergestellt werden kann. Darüberhinaus soll durch die Erfindung ein besserer elektrischer Kontakt zwischen der Mikroelementbaugruppe und weiteren Bauelementen gewährleistet sein, indem die Mikroelemente die Oberfläche von zugeordneten Bauelementanschlüssen beim Einsetzen von Rückständen elektrischer Korrosion befreien.

Schließlich soll durch die Erfindung ein besserer elektrischer Kontakt zwischen der Mikroelementbaugruppe und weiteren Bauelementen dadurch bewirkt werden, daß den Anschlußleitungen der Mikroelemente eine größere Kontaktfläche bei sonst denselben Abmaßen wie bei bekannten Baugruppen gegeben wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und aus den Patentansprüchen.

Die Beschreibung nimmt Bezug auf die Zeichnung, in der einander entsprechende Teile durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet sind.

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In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Ansicht von erfindungsgemäßen Mikroelementbaugruppen zusammen mit einer Schaltungsplatte, wobei jedoch die Mikroelemente bis auf eines abgenommen dargestellt sind.

Fig. 2 die Vorderansicht, teilweise in Schnittdarstellung, eines Verbindungsstückes, das die Merkmale der Erfindung in sich vereinigt.

Fig. 3 den Querschnitt entsprechend der Linie 3-3 gemäß Fig. 2.

Fig. 4 die Seitenansicht, teilweise in Schnittdarstellung, des Verbindungsstückes gemäß Fig. 2.

Fig. 5 einen Querschnitt gemäß der Linie 5-5 in Fig. 1, der ein Mikroelement in "Rückenlage" angeordnet zeigt.

Fig. 6 einen Querschnitt entsprechend der Linie 6-6 in Fig. 1, der ein Mikroelement in "aufrechter Stellung" unter Zwischenfügung eines Abstandshalters angebracht zeigt.

Fig. 7 einen Querschnitt, der dem in Fig. 6 gezeigten ähnelt, wobei jedoch der Abstandshalter entfernt ist, und der dazu dient, die Wischwirkung der Anschlüsse auf den Aufnahmeenden der Verbindungsstücke zu veranschaulichen.

In den Figuren ist mit 5 ein Mikromodul bzw. ein Mikroelement bezeichnet, das einen Körper 6 sowie eine Mehrzahl von Anschlüssen 7 aufweist, die auf einander gegenüberliegenden parallelen Seiten des Körpers 6 von diesem wegragen, und dazu dienen, eine elektrische Verbindung des Mikroelementes 5 mit anderen Bestandteilen einer elektronischen Einrichtung herzustellen. Jeder Anschluß 7 weist einen schmalen äusseren Teil

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bzw. eine Zunge auf, die einen breiteren Teil bzw. eine Basis 2 fortsetzt, welche an dem Körper befestigt ist. Die Figuren zeigen die übliche Form eines Anschlusses, bei der die Verbindung der Zunge mit der Basis ein Paar von Schultern 7A, 7B bildet, die in Richtung der Zunge zeigen. Die vorliegende Erfindung soll jedoch im Zusammenhang mit ansonsten beliebig geformten Anschlüssen, die einen schmalen ausseren Teil oder eine Zunge aufweisen, zur Anwendung kommen, seien sie mit Schultern an der Verbindungsstelle mit der Basis versehen oder nicht, so daß die Zunge 7, wie noch näher erläutert werden wird, aufgrund einer durch das Aufnahmeende 12 erzwungene elastische Biegung und den dadurch bedingten Reibungskontakt in der Ausnehmung .4 gehalten wird.

Zu der Baugruppe gehört ausserdem eine Mehrzahl von Aufnahmeverbindungsstücken, die mit 10 bezeichnet sind und von denen jeder jeweils einem Anschluß 7 des Mikroelements 5 zugeordnet ist. Ein Verbindungsstück 10 kann, obwohl es vorzugsweise einstückig ausgebildet ist, als aus 4 Teilen bestehend aufgefaßt werden, nämlich aus einem Aufnahmeende 12, das so ausgebildet ist, daß es entweder durch Lötung oder unter Federwirkung mit einem Anschluß 7 verbunden ist, aus einem Schulterteil 13A, aus einem Mittel-oder Verankerungsteil 13, der in einer Schaltungsplatte oder einem Chassis 16 verankert ist und aus einem Kontaktteil 14, der zur Herstellung einer Steckoder Wickeldrahtverbindung (wire wrap) dient. Der Verankerungsteil 13 und der Kontaktteil 14 des Verbindungsstückes 10 können, wie dargestellt, als gerader Stift ausgebildet sein, während das Aufnahmeende 12 abgeflacht, verbreitert und in einer nachstehend noch näher beschriebenen Weise gebogen ist.

Da die Verankerungsteile 13 der einzelnen Verbindungsstücke in der Schaltungsplatte 16 durch Preßsitz verankert sind, und da die Aufnahmeenden 12 so ausgebildet sind, daß zwischen ihnen und den jeweils zugeordneten Anschlüssen 7 Lötverbindungen hergestellt werden können, dienen die Verbindungsstücke 10 dazu,

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die Mikroelemente 5 mit der Schaltungsplatte 16 fest zu verbinden. Die Schulter 13A gewährleistet die richtige relative Lage für die Aufnahme eines Anschlusses 7 zwischen dem Aufnahmeende 12 und der Schaltungsplatte 16.

Der Kontaktteil 14 jedes Verbindungsstückes 10 stellt vorzugsweise die geradlinige Fortsetzung von dessen Verankerungsteil 13 dar und verläuft von der Unterseite der Schaltungsplatte aus geradlinig nach unten, so daß alle Kontaktteile 14 zueinander parallel verlaufen und damit die Steckerteile bzw. Steckerstifte einer Steckverbindung darstellen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können natürlich nicht dargestellte Leitungen mit den einzelnen Kontaktteilen 14 in Verbindung gebracht werden, und da die Bereiche, an denen solche Leitungen mit den Kontaktteilen in Verbindung gebracht werden sollen, in einer Ebene liegen, können solche Verbindungen leicht durch Tauchlöten hergestellt werden.

Die Mikroelementmoduln 5 können an einer Schaltungsplatte bzw. an einem Chassis 16 befestigt werden, das ausserdem andere ähnliche Moduln trägt. Wenn zwischen Gruppen von Mikroelementen 5 eine große Anzahl von Verbindungen bestehen muß, ist eine Parallelanordnung der Moduln in Form von Quadraten oder Rechtecken vorteilhaft.

Die Schaltungsplatte 16 kann bekanntlich aus Isoliermaterial bestehen und geätzte oder gedruckte Leitungszüge aufweisen, ausserdem können für die Kontaktteile 14 entsprechend bekannter Techniken Aufnahmeteile vorgesehen sein.

Die Verbindungsstücke 10 sind so auf der Schaltungsplatte 16 angeordnet, daß bestimmte von ihnen sich mit ihren Aufnahmeenden 12 einander gegenüberstehen und zwar an den gegenüberliegenden Seiten eines Bereichs, der von dem Körper 6 des Mikroelements 5 eingenommen werden soll. Die Aufnahmeenden 12 an Jeder Seite des Körpers 6 sind seitlich selbstverständlich

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entsprechend dem Abstand der Anschlüsse 7» mit denen sie in Eingriff kommen sollen, voneinander beabstandet.

Jedes Aufnahmeende 12 bildet eine abgeflachte Feder, die mit einer Ausnehmung 4 versehen und der Länge nach eine Gegenkrümmung bzw. eine leichte S-Krümmung aufweist, so daß sie einen unteren konkaven Teil 20 bildet, der von dem Körper bzw. dem Verankerungsteil 13 weggebogen ist und im zusammengebauten Zustand von dem Anschluß 7 einen deutlichen Abstand aufweist. Ein in entgegengesetzter Richtung gebogener konvexer oberer Teil 21 schneidet die Ebene des zugeordneten nach oben stehenden Anschlußes 7. Jedes Aufnahmeende 12 ist der Länge nach mit einer Ausnehmung 4 versehen, in die der Zungenteil des Anschlusses 7 elastisch federnd eingreift. Die Aufnahmeenden 12 sind sinusförmig gekrümmt, damit sie eine gemeinsame Berührungszone mit dem jeweils an ihnen angreifenden Anschlüssen 7 haben. Sobald die Anschlüsse 7 in die jeweils zugeordneten Ausnehmungen 4 eingeführt werden, sorgen sie für einen Schleifvorgang, durch den Verunreinigungen beseitigt werden, so daß sich eine gute dauerhafte mechanische und elektrische Verbindung ergibt. Man erkennt, daß die Ausnehmung 4 die Anschlüsse 7 umgibt und damit für eine größere elektrische Kontaktfläche sorgt, als sie bei bekannten Anordnungen dieser Art vorhanden ist. Hinzu kommt, daß die Anschlüsse 7 von drei Seiten in der Ausnehmung 4 gehalten sind.

Die unteren Teile 20 der Aufnahmeenden 12 sind von den einander gegenüberliegenden Seiten des Mikroelementkörpers 6 beabstandet, ihre Krümmung ist jedoch so, daß die oberen Teile 21 jeweils gegenüberstehender Aufnahmeenden 12 einen geringfügig kleineren Abstand voneinander aufweisen, als es der Breite des Mikroelementkörpers 6 entspricht. Die Aufnahmeenden 12 werden jedoch elastisch auseinandergebogen wenn der Mikroelementkörper zwischen ihnen nach unten bewegt wird. Die Krümmung der oberen Teile 21 der Aufnahmeenden 12 sorgt dafür, daß sie von dem Mikroelement 5 bei dessen Abwärtsbewegung zur Seite gedrückt werden (siehe Fig. 5 und 7).

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Es sei auf den Umstand hingewiesen, daß die Aufnahmeenden 12 der Verbindungsstücke 10 eine Länge aufweisen, die deutlich größer als die Dicke des Mikroelementkörpers 6 ist» so daß sie um eine beträchtliche Strecke über diesen Körper 6 hinausragen wenn er auf der Schaltungsplatte bzw. dem Chassis 16 aufsitzt, (siehe die in Fig. 5 gezeigte Lage).

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Bemerkenswert ist weiter, daß die Bereiche,/denen die einzelnen Anschlüsse 7 des Mikroelementes an den Aufnahmeenden 12 zur Anlage kommen, im wesentlichen in derselben Ebene liegen, die parallel zu der Oberfläche der Schaltungsplatte 16 verläuft und beträchtlich oberhalb aes Mikroelementkörpers 6 liegt. Aufgrund dieser letzterwähnten relativen Lage können die Verbindungen zwischen den Anschlüssen 7 und den Aufnahmeenden 12 direkt durch Tauchlöten hergestellt werden, ohne daß für das Mikroelement die Gefahr eines Hitzeschadens besteht.

Ausser der in Fig. 5 dargestellten gegenseitigen Ausrichtung von Mikroelement 5 und Aufnahmeenden 12 gibt es noch die in den Fig. 6 und 7 dargestellte inverse Ausrichtung.

In der Ausrichtung gemäß Fig. 5 liegt das Mikroelement 5 auf der Schaltungsplatte 16 auf wenn die Anschlüsse 7 in die richtige relative Lage zu den Aufnahmeenden 12 gebracht sind.

Bei der inversen Ausrichtung gemäß den Fig. 6 und 7 ist das Mikroelement 5 von der Schaltungsplatte 16 beabstandet, so daß die Anschlüsse 7 aufgrund eines entsprechend manuell ausgeübten Druckes zum Eingriff in den Aufnahmeenden 12 gebracht werden, um eine Gleichheit der relativen Lage zwischen den Anschlüssen 7 der Mikroelemente 5 und den an der Schaltungsplatte 16 angebrachten Aufnahmeenden 12 zu gewährleisten, kann, wie in Fig. 6 dargestellt, zwischen Schaltungsplatte 16 und Mikroelement 5 ein Abstandshalter 100 eingelegt werden. Dieser Abstandshalter 100 ist aus elektrisch neutralem Kunststoff material hergestellt.

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Aus der vorstehenden auf die Zeichnung bezugnehmenden Beschreibung wird sichtbar, daß durch die Erfindung eine Baugruppe angegeben wird, die ein integriertes Schaltkreismikroelement bzw. einen Mikromodul, eine Schaltungsplatte sowie einfache Verbindungsstücke umfaßt, durch die das Mikroelement an der Schaltungsplatte gehalten wird, und die zur Herstellung einer Steckverbindung oder einer Lötverbindung zwischen den Anschlüssen des Mikroelementes und anderen Leitern dienen. Bei dieser Baugruppe können die Verbindungsstücke mit den Anschlüssen des Mikroelementes durch Tauchlötung verbunden werden, ohne daß die Gefahr von Hitzeschäden bei dem Mikroelement besteht.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich lediglich um Ausführungsbeispiele, die noch in den verschiedensten Arten abgewandelt werden können, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

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Claims

Patentansprüche

1J Elektronische Mikroelementbaugruppe mit einem elektronischen ^—** Schaltkreismikroelement, das einen Körper sowie eine Mehrzahl von auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten von dem Körper in dieselbe Richtung wegragenden Anschlüssen aufweist, die jeweils eine von einer Basis ausgehende Zunge bilden, mit einer Schaltungsplatte, über deren oberer Oberfläche das Mikroelement liegt, und mit einer Mehrzahl von Verbindungsstücken, die von der Schaltungsplatte gegeneinander isoliert und voneinander beabstandet gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke (10) einen in der Schaltungsplatte (16) verankerten Verankerungsteil (13) sowie ein Aufnahmeende (12) aufweisen, das im wesentlichen in derselben Richtung wie die Anschlüsse (7) verläuft, und das mit einer Ausnehmung in. Form eines in der Längsrichtung verlaufenden und über die ganze Länge gleich breiten Schlitzes (4) versehen 1st, von dem der äussere Teil eines Anschlusses (7) eng umschlossen aufgenommen werden kann und der zur Aufnahme der Zunge des Anschlusses sinusförmig verläuft, und daß die Verbindungsstücke (10) ausserdem einen Kontaktteil (14) aufweisen, der über die andere Oberfläche der Schaltungsplatte (16) hinausragt und für den Anschluß weiterer Leiter dient.
2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem der Verbindungsstücke (10) der Verankerungsteil (13) eine Schulter (13A) aufweist, die an der oberen Oberfläche der Schaltungsplatte (16) zur Anlage kommt.
3. Baugruppe nach Anspruch 1₉ dadurch gekennzeichnet, daß bei dem sinusförmig verlaufenden Teil der Aufnahmeenden (12) der Verbindungsstücke (10) der näher der oberen Oberfläche der Schaltungsplatte (16) liegend® Teil der Ausnehmung

(4) so gekrümmt ist, daß sein konvexer Bereich im wesentlichen zu dem Mikroel@m@nt (5) hin zeigt, daß doren von dieser Oberfläch® ©ntf@rnt liegende Teil in der entgegen»

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gesetzten Richtung gekrümmt 1st, um nahe dem äusseren Ende eines Anschlusses (7) eine Berührungszone mit einer Anschlußzunge zu bilden, und daß die Krümaungen aller Ausnehmungen (4) Im wesentlichen gleich sind, so daß die Berührungszonen mit den Anschlußzungen im wesentlichen zum Erleichtern der Herstellung einer Tauchlötverbindung von Anschlüssen (7) und Verbindungsstücken (10) in derselben Ebene liegen.

Anordnung zur Herstellung einer Verbindung zwischen elektrischen Leitern und einem elektrischen Schaltkreismikroelement, das einen Körper aufweist, von dem an einander gegenüberliegenden Seiten voneinander beabstandet Anschlüsse wegragen, die alle in dieselbe Richtung zeigen und jeweils einen zungenförmigen äusseren Teil und einen dem Körper benachbarten Basisteil aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Schaltungsplatte (16) mit einer von einem Mikroelement überlagerbaren ebenen ersten Oberfläche und aus einer Anzahl von Verbindungsstücken (10) besteht, die jeweils einem Anschluß (7) eines Mikroelementes (5) individuell zugeordnet, jeweils in der Schaltungsplatte verankert sind und jeweils einen von der anderen, zweiten Oberfläche der Schaltungsplatte wegragenden Teil (14) zur Verbindung mit einem elektrischen Leiter aufweisen, daß die Verbindungsstücke (10) einen weiteren Teil aufweisen, der im wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche der Schaltungsplatte verläuft und ein Aufnahmeende (12) bildet, das mit einer Ausnehmung (4) von über die gesamte Länge im wesentlichen gleicher Breite zur eng umschliessenden Aufnahme des schmalen, zungenförmigen, äusseren Teils der Anschlüsse (7) versehen ist, daß die Aufnahmeenden (12) sinusförmig gekrümmt sind, wobei der der ersten Oberfläche der Schaltungsplatte näher liegende Teil der Ausnehmung so gekrümmt ist, daß deren konkave Oberfläche zum Mikroelement hin zeigt, wobei ferner der von dieser ersten Oberfläche weiter entfernt liegende Teil in der entgegengesetzten Richtung gekrümmt ist, um eine Berührungszone mit einer Anschlußzunge zu bilden, und wobei die Krümmungen

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sämtlicher Ausnehmungen im wesentlichen gleichförmig verlaufen, so daß ihre Berührungszonen mit den Anschlußzungen, die Verbindungen von Anschlüssen und elektrischen Leitern durch Tauchlötung erleichtern, in einer gemeinsamen Ebene liegen, daß die Anschlußzungen die Berührungszonen von Verunreinigungen freisehaben, und daß die der Schaltungsplatte abgewendeten Krümmungen der Anschlußenden elastisch federnd an den Anschlußzungen anliegen und das Mikroelement zur ersten Oberfläche der Schaltungsplatte hindrücken.

Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ebenen^ ersten Oberfläche der Schaltungsplatte (16) und dem Körper (6) des Mikroelementes zur Begrenzung der Eindringtiefe der Zungen der Anschlüsse (7) in die Ausnehmungen (4) ein Abstandshalter (100) zwischengefügt ist.

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