DE2734819A1

DE2734819A1 - Elektrische leiterplatte

Info

Publication number: DE2734819A1
Application number: DE19772734819
Authority: DE
Inventors: Dominic Ralph Errichiello
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1976-08-26
Filing date: 1977-08-02
Publication date: 1978-03-02
Also published as: IT1079835B; SE7709349L; ES461902A1; NL7709361A; BR7705677A; AR213322A1; AU2743477A; FR2363260A1; AU506055B2; ZA775017B; JPS5326967A

Description

2734819 Wpl.-Phys. O.E. Weber ^ ^ w ο-β MOnch.n π

HofbrunnstraBe 47

Telefon: (069)7915050

Telegramm: monopolweber manchen

M 580

MOTOROLA INC.
East Algonquin Road
Schaumburg, 111. 60196
U.S.A.

Elektrische Leiterplatte

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Die Erfindung betrifft allgemein die Herstellung elektrischer Schaltungen und bezieht sich insbesondere auf eine in spezieller Weise hergestellte elektrische Leiterplatte.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Herstellung einer Platte für eine gedruckte Schaltung.

Die Herstellung von elektrischen Schaltungen unter Verwendung von elektrischen Leiterplatten oder Platten für gedruckte Schaltungen ist an sich bekannt. Herkömmlicherweise wird eine Leiterplatte aus isolierendem Material hergestellt, welches in der Weise bearbeitet wird, daß die elektrischen Bauelemente darauf angeordnet werden können, indem die elektrischen Anschlüsse zwischen den einzelnen Bauelementen durch metallisierte Bereiche gebildet werden, welche entweder auf einer oder auf beiden Seiten der Platte vorgesehen sind. Die Bearbeitung der Platte umfaßt das Bohren oder Stanzen von Löchern an vorgegebenen Stellen auf der Platte, üb Leitungsdrähte elektrischer Bauelemente aufzunehmen. Es können auch größere Offnungen verschiedener Größe und Form gebohrt oder gestanzt werden, um mechanische Elemente aufzunehmen, die in einer Beziehung mit anderen elektrischen Teilen stehen, so daß beispielsweise zylindrische Formen entstehen, welche Spulen aufnehmen können, so daß auf diese Weise eine Induktionsspule gebildet wird. Für solche Bauelemente, welche Sockel benötigen, werden entsprechende Offnungen in den Platten an den geeigneten Stellen angebracht, so daß getrennt hergestellte Sockel eingesetzt und an der Platte befestigt werden können. Wenn die Platte andere Anordnungen wie Potentiometer aufnehmen soll oder an einem Chassis befestigt werden sollen, ist es üblich, daß Flanschen an die Platte angebracht werden, um eine entsprechende Befestigung zu ermöglichen.

Die oben beschriebenen bekannten Leiterplatten haben sich in der Herstellung jedoch ale nachteilig erwiesen, da die

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Herstellung nit hohen Aufwand verbunden ist und entsprechend teuer ist. Die Bearbeitung der Platten, insbesondere die Anbringung von Befestigungsöffnungen an vorgegebenen Stellen hat sich als sehr schwierig erwiesen, weil dann, wenn die Offnungen nicht außerordentlich genau positioniert sind, die Bestückung der Platte schwierig wird, insbesondere bei der Verwendung vom automatischen Einrichtungen. Darüber hinaus hat sich das oben beschriebene herkömmliche Verfahren auch deshalb als nachteilig erwiesen, weil eine Öffnung nicht nur sehr genau positioniert sein muß, sondern auch ihre Größe innerhalb von engen Toleranzen eingehalten sein muß. Venn die Öffnung zu gering ist, wird das Einführen einer elektrischen Leitung su schwierig. Sollte die Öffnung jedoch ein Übermaß haben, so geht die zum Loten erforderliche Kapillarwirkung verloren, so daß keine einwandfreie Lotverbindung entsteht. Außerdem ist die herkömmliche Art der Herstellung von Leiterplatten deshalb teuer, weil Sockel, Flanschen und dergleichen getrennt hergestellt und anschließend an der Leiterplatte angebracht werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplatte der eingangs naher erläuterten Art zu schaffen, welche bei außerordentlich geringem Fertigungeaufwand zugleich eine besonders hohe Genauigkeit im Hinblick auf die Positionierung ihrer einzelnen Teile gewährleistet.

Zur Losung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Bach dem Grundgedanken der Erfindung wird eine Leiterplatte gespritzt, gegossen, gepreßt oder nach einem Spritzgußverfahren oder einem ähnlichen Verfahren hergestellt. Eine Verbindung zwischen einzelnen elektrischen Bauteilen wird dadurch

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erreicht, daß die Leiterplatte mit einem elektrisch leitenden Material wie Kupfer in einem entsprechenden Muster beschichtet wird, welches die Verbindung der einzelnen elektrischen Bauelemente herstellt.

Venn die erfindungsgemäße Leiterplatte vorzugsweise nach einem Spritzgußverfahren hergestellt ist, so wird dadurch eine außerordentlich genaue Positionierung von Offnungen wie Führungsöffnungen für die Anschlußleitungen elektrischer Bauelemente ermöglicht. Weiterhin wird es ermöglicht, solche öffnungen im Hinblick auf eine leichtere Einführung von Anschlußdrähten mit einer Einsenkung zu versehen. Weiterhin können Bauelemente wie Sockel, Befestigungsflanschen, Spulenformen, Bandbefestigungselemente und dergleichen als integraler Bestandteil der Platte in einem einzigen Stück mit außerordentlicher Präzision und Beproduzierbarkeit hinsichtlich Anordnung und Abmessungen hergestellt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

fig. 1 eine perspektivische Barstellung einer erfindungsgemäßen Leiterplatte,

Fig. 2 eine weggebrochene Teildarstellung, welche im Schnitt

eine Befestigungsöffnung und den Sockel einer integrierten Schaltung der Platte gemäß fig. Λ veranschaulicht, und

fig. 3 eine weggebrochene Teildarstellung, welche im Schnitt den Sockelanschluß für die Anordnung gemäß Fig. 1 veranschaulicht.

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Sie Fig. 1 veranschaulicht einen Abschnitt einer gespritzten oder gegossenen Leiterplatte 10 gemäß der Erfindung. In einer perspektivischen Darstellung ist insgesamt eine erste Leiterplatte 12 dargestellt, welche gemeinsam mit einer zweiten Leiterplatte 14 (die .nur teilweise dargestellt ist) in einer gemeinsamen Platte oder Palette 10 nach einem Preßverfahren, Gießverfahren oder Spritzgießverfahren hergestellt ist. Ein Paar von Bruchlinien 16 und 18 sind nebeneinander in der Platte 10 angeordnet, so daß die erste und die zweite Leiterplatte 12 bzw. 14 auf einfache Weise von der gemeinsamen Platte oder Palette abgenommen oder abgebrochen werden können. Eine Plattenkonstruktion oder Palettenkonstruktion, bei welcher eine Anzahl von Leiterplatten gemeinsam hergestellt werden, erweist sich deshalb als zweckmäßig, weil dadurch bei der Herstellung mit einem optimalen Wirkungsgrad bei der Herstellung von Leiterplatten mit vorgegebenen Dimensionen gearbeitet werden kann. Das oben genannte Plattenprinzip oder Palettenprinzip ermöglicht die Herstellung von mehreren Leiterplatten in einem Arbeitsgang, so daß dadurch die Zeitaufwendige Methode der Herstellung von Einzelplatten vermieden wird. Weiterhin ist es ökonomischer, eine Platte mit einer Standardgröße, beispielsweise beim Tauchlöten oder dergleichen weiterzuverarbeiten, im Gegensatz zu der Verarbeitung von einzelnen Leiterplatten. Gemäß der Erfindung kann eine Palette mit vorgegebenen Abmessungen verschiedene einzelne Leiterplatten aufweisen, von denen einige oder alle zwar auf derselben Palette angeordnet sind, jedoch unterschiedlich ausgebildet sein können.

Für den Fachmann dürfte offensichtlich sein, daß verschiedenste Materialien und Herstellungsverfahren angewandt werden können, um die erfindungegemäßen Leiterplatten su fertigen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird jedoch eine Glasepoxyharzverbindung bei einem Spritzgußverfahren verwendet.

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Derartige Materialien und Verfahren sind an sich grundsätzlich bekannt.

Es ist ein besonders vorteilhaftes Merkmal der Erfindung, daß eine vorzugsweise im Spritzgußverfahren hergestellte Leiterplatte vorab derart ausgebildet ist, daß sie zur Aufnahme und Befestigung elektrischer Bauelemente vorbereitet ist. Wie nachfolgend im einzelnen näher orllutert wird, können die elektrischen Bauteile, welche auf einer erfindungsgemäßen Leiterplatte angeordnet und befestigt werden, daß sie über ein aus herkömmlichem Material gebildetes Leitungsmuster miteinander verbunden werden, welches auf der Unterseite der Platte hergestellt wird.

Viele elektrische Bauelemente sind mit Anschlußleitungen versehen, welche sich von den Bauelementen aus erstrecken und welche üblicherweise mit Hilfe von uffnungen an einer Leiterplatte befestigt werden, welche durch die Leiterplatte gebohrt oder gestanzt sind. Gemäß der Erfindung werden jedoch, wie es beispielsweise bei 20 dargestellt ist, Befestigungsöffnungen für die Anschlußleitungen elektrischer Bauelemente bei dem Herstellungsverfahren der Leiterplatte selbst gefertigt. Infolge der ausgezeichneten Genauigkeit und der guten Reproduzierbarkeit eines Vorganges wie eines Spritzgußvorganges können die Öffnungen für die Bauelemente von einer Leiterplatte zur nächsten außerordentlich präzise angeordnet werden, und es kann die Größe einer Öffnung innerhalb sehr enger Toleranzen gehalten werden. Dieses Merkmal erweist eich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die elektrischen Bauelemente in die Leiterplatte mit Hilfe automatischer Einrichtungen eingesetzt werden sollen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Leiterplatte besteht darin, daß die Offnungen für die Anschlußleitungen elektrischer Bauelemente mit einer Vertiefung in der Art einer Einsenkung ausgestattet sein können. Eine derartige Anordnung wird in der Fig. 2 veranschaulicht, in welcher

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ein Widerstand 24 nur teilweise dargestellt ist, welcher eine Anschlußleitung 26 aufweist, die in die Führungsöffnung 20 einzuführen ist. Die Führungsöffnung 20 ist gemäß der Darstellung derart ausgebildet, über eine Einsenkung in die Öffnung 20 übergeht, wodurch die Anschlußleitung 26 des Widerstandes 24 in die öffnung 20 leichter eingeführt werden kann. . Die Größe der öffnung 20 auf der Unterseite der Platte 12 ist aus zwei Gründen kritisch. Wenn die öffnung 20 zu klein ist, wird das Einführen der Anschlußleitung 26 schwierig, und dadurch wird die Herstellung verteuert. Wenn die öffnung 20 zu groß ist, kann nach dem Einführen der Anschlußleitung 26 in die öffnung beim Löten die Kapillarwirkung unter Umständen nicht ausreichend sein, um im Hinblick auf eine ausreichend feste Lötverbindung eine hinreichend große Menge an Lötzinn um die Anschlußleitung 26 herum einzusaugen. Auf diese Weise kann ein unzureichender elektrischer Kontakt entstehen. Zusammenfassend läßt sich somit feststellen, daß dadurch, daß gemäß der Erfindung die öffnung 20 nach einem Spritzgußverfahren oder einem ähnlichen Verfahren hergestellt wird, bei einer gedruckten Leiterplatte 12 gegenüber herkömmlichen Leiterplatten erhebliche Vorteile erreicht werden, bei denen entsprechende öffnungen gebohrt oder gestanzt werden. Zunächst ist nämlich jede Öffnung auf der Platte besonders genau positioniert. Weiterhin behält die Öffnungsgröße bei praktisch sämtlichen Platten ihre genaue Größe bei. Schließlich kann die öffnung derart ausgebildet werden, daß sie eine Einsenkung oder eine Verjüngung aufweist, so daß eine Anschlußleitung leichter eingeführt werden kann. Alle diese Vorteile sind außerordentlich wesentlich, um bei wirtschaftlicher Herstellung eine zuverlässige Konstruktion elektrischer Schaltungen auf elektrischen Leiterplatten zu gewährleisten.

Während als Beispiel eines Bauelementes mit einer Anschlußleitung oben ein Widerstand 24 genannt ist, dürfte offensichtlich sein, daß zahlreiche andere elektrische Bauelemente mit

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Anschlußleitungen ebenfalls von dem Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung Gebrauch machen können. Als weitere Beispiele seien nur Kondensatoren, Spulen, Kristalle, Dioden usw. genannt.

Ein auf einer Leiterplatte häufig verwendetes Element ist eine Spule. Eine typische Spule hat einen Kern, auf welchem eine Wicklung aus Draht angeordnet ist. Es ist an sich bekannt, daß die Spule dadurch hergestellt werden kann, daß eine öffnung ausreichender Größe in die Leiterplatte gebohrt oder gestanzt wird und anschließend eine Spule mit darauf angeordneten Windungen im Preßsitz in eine derartige öffnung eingebracht wird. Gemäß der Erfindung kann jedoch eine Spulenform, wie sie beispielsweise bei 30 dargestellt ist, direkt und in der richtigen Anordnung mit hoher Genauigkeit auf der Leiterplatte beim Herstellen wie beim Spritzgießen gefertigt werden. Aufgrund der Präzision des Herstellungsverfahrens kann die Spulenform nicht nur mit hoher Genauigkeit exakt positioniert werden, sondern sie kann auch mit hoher Genauigkeit mit dem richtigen Innendurchmesser und dem richtigen Außendurchmesser ausgestattet werden. Wenn die Spule mit Hilfe eines Kerns abgestimmt werden soll, kann die Innenseite der Spulenform 30 mit einer entsprechenden Hippung oder einem entsprechenden Gewinde ausgestattet werden, so daß der Kern in der gewünschten Weise positioniert werden kann.

Oft ist es zweckmäßig, daß die Leiterplatte einen Flansch aufweist, mit dessen Hilfe ein Bauelement an der Platte befestigt werden kann. Ein derartiger Flansch kann auch dazu verwendet werden, die Leiterplatte an einem anderen Bauteil zu befestigen. Dies ist nach dem Stand der Technik häufig dadurch geschehen, daß ein Metallflansch an der Leiterplatte angelötet wurde oder auf mechanischem Wege mit Hilfe einer Schraube und einer Kutter angeschraubt wurde. Wie aus der Darstellung der Fig. 1 hervorgeht, kann die erfindungsgemäße Leiterplatte

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angeformte Planschen aufweisen, von denen zwei bei 32 bzw. 34 dargestellt sind. Diese Flanschen sind bei der Herstellung der Leiterplatte beispielsweise in einem Spritzgußverfahren · angeformt worden. Dies bedeutet, daß die gewünschten Flanschen mit der Leiterplatte 12 ein einziges Stück bilden. Der bei 32 dargestellte Flansch soll zur Befestigung der Leiterplatte 12 an einem anderen Bauteil wie einem Chassis dienen, wobei herkömmliche Bauelemente wie Muttern und Schrauben verwendet werden können.

Der bei 34 dargestellte Flansch ist ein Beispiel einer Anordnung, an welcher ein weiteres Bauteil angebracht werden kann. Beispielsweise könnte an dem Flansch ein Potentiometer, eine Anzeigelampe, ein Schalter oder ein anderes Bauteil befestigt werden, indem es an den Flansch 3^ niit Hilfe der Befestigungsöffnungen 36 angebracht wird. Es erübrigt sich ein näherer Hinweis darauf, daß die Öffnungen mit hoher Genauigkeit hergestellt werden können und eine beliebige gewünschte Größe haben, da die öffnungen 36 zusammen mit dem Flansch 3^ gefertigt werden.

Bei der Herstellung herkömmlicher Leiterplatten ist es oft wünschenswert, in der Platte Sockeljunterzubringen, welche elektrische Bauelemente aufnehmen. Dies ist in herkömmlicher Weise dadurch geschehen, daß Öffnungen geeigneter Größe in die Platte gebohrt oder gestanzt wurden, welche in ihrer Form und Größe derart beschaffen waren, daß ein Sockel eingepaßt werden konnte, der zuvor unabhängig von der Leiterplatte hergestellt wurde. Vie aus der Fig. 1 weiterhin hervorgeht, kann der Sockel 38 als integraler Bestandteil der Leiterplatte 12 hergestellt werden. In diesem Fall dient der Sockel 38 dazu, integrierte Schaltungen aufzunehmen, welche parallele Reihen von Leitungen haben. Es ist zu beobachten, daß der Sockel 38 ebenso wie andere Teile, die mit der Platte 12 hergestellt wurden, mit hoher Genauigkeit auf der Platte

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positioniert sein kann. Auch die öffnungen, welche in dem Sockel 38 ausgebildet sind, sind sehr präzise angeordnet, so daß eine reibungslose und zuverlässige Einfügung der integrierten Schaltung gewährleistet ist.

Während kommerziell erhältliche elektrische Kontakte in den Sockel 38 eingesetzt werden können, um einen elektrischen Kontakt mit der integrierten Schaltung zu bilden, ist in der Fig. 2 ein wirtschaftlicheres Verfahren dargestellt. Dort ist der gemäß der Erfindung hergestellte Sockel 38 in einer weggebrochenen Darstellung veranschaulicht, welche zwei öffnungen 40 zeigt, von denen jede eine Klemme einer integrierten Schaltung aufnimmt. Die Leiterplatte ist derart ausgebildet, daß sie ein leitendes Material wie Kupfer aufweist, welches die einzelnen Bauelemente elektrisch miteinander verbindet. Es stehen in der Industrie verschiedene bekannte Methoden zur Verfügung, um metallische Leitungsverbindungen auf gedruckten Leiterplatten zu fertigen. Bei einer bekannten Methode wird die gesamte Leiterplatte beispielsweise mit einer Kupferschicht versehen. Danach wird mit Hilfe eines Fotowiderstandsverfahrens das Kupfer selektiv weggeätzt, so daß dadurch die gewünschte Schaltungskonfiguration bleibt. Ein weiteres bekanntes Verfahren verwendet die Aufbringung eines Klebstoffes in entsprechend genauer Anordnung auf der Platte, so daß Kupfer an diesem Klebstoff haftet, wonach der Klebstoff mit Kupfer beschichtet wird. Dem Fachmann sind grundsätzlich weitere Methoden bekannt.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 2 kann die mit 46 bezeichnete Kupferschicht sich um die öffnungen 40 herum erstrecken, so daß eine elektrische Verbindung zwischen den Leitungen einer integrierten Schaltung und den übrigen Bauelementen auf der Leiterplatte geschaffen wird, ohne daß zusätzliche Anschlüsse

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verwendet werden. Dies führt zu einer sehr zuverlässigen, jedoch außerordentlich preiswerten Möglichkeit, Bauelemente wie integrierte Schaltungen, Transistoren usw. auf der Leiterplatte anzubringen.

Weiterhin ist in der Fig. 1 ein Leitungsstreifen oder Verbindungsstreifen 50 dargestellt, der einen integralen Bestandteil mit der Leiterplatte 12 bildet. Die Verbindungsschaltung oder Anschlußschaltung 50 kann eine Anzahl von Einstecksockeln aufnehmen, und sie kann weiterhin, da sie beispielsweise in einem Spritzgußverfahren hergestellt ist, eine beliebige Größe, Form und Anordnung auf der Platte 12 haben. Eine weggebrochene Darstellung des Anschlusses 50 ist in der Fig. 5 veranschaulicht. Gemäß dieser Darstellung sind in dem Anschlußstreifen 50 eine Reihe von Vertiefungen angebracht, von denen eine bei 52 bezeichnet ist. An der Basis der Vertiefung ist ein Kanal 54 angeordnet, der bis zu der Kupferschicht 46 führt, welche auf der Unterseite der Platte angebracht ist. Die Vertiefung 50 ist derart hergestellt, vorzugsweise in einem Spritzgußverfahren, daß sie eine geeignete Form und Größe aufweist, um eine vorgebbare Anzahl kommerziell erhältlicher Stifte und/oder Sockel aufzunehmen, die einfach in die Vertiefung 52 eingesetzt werden können und durch Reibung an Ort und Stelle gehalten werden, während die Platte gelötet wird oder in ähnlicher Weise bearbeitet wird, so daß dadurch der Stift oder Sockel mit dem vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Metall wie bei 46 verbunden wird.

Eine Anzahl von weiteren öffnungen und extrudierten Teilen wie einem Bandanschluß 60 sind in der Fig. 1 dargestellt, welche nur eine kleine Auswahl von vielfältigen anderen Formen darstellen, welche die erfindungsgemäße Leiterplatte annehmen kann, um elektrische Bauelemente oder dergleichen aufzunehmen.

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e e r s e i f e

Claims

Patentansprüche

Elektrische Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leiterplatte (12) als eine gepreßte, gegossene oder im Spritzgußverfahren oder dergleichen hergestellte Leiterplatte ausgebildet ist, welche in einer im wesentlichen ebenen Konfiguration (20, 30, 32, 34, 36, 38, 49, 50, 52, 54, 60) zur Aufnahme und Befestigung vorgebbarer elektrischer Bauelemente (24) vorgesehen ist und daß die Leiterplatte weiterhin derart ausgebildet ist, daß sie ein Muster (46) aus leitendem Material aufnimmt, welches dazu dient, die angebrachten elektrischen Bauelemente in einer gewünschten Schaltungskonfiguration anzuordnen.

Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der elektrischen Bauelemente (24) langgestreckte Anschlußleitungen (26) aufweist, welche derart ausgebildet sind, daß sie in einen Aufnahmesockel einsetzbar sind, und daß die Platte eine angespritzte oder in anderer Weise angeformte Sockelanordnung (38) aufweist, welche zur Aufnahme der Leitungen der elektrischen Bauelemente dient.

3· Leiterplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der angespritzte Sockel (38) derart ausgebildet ist, daß er ein leitendes Material (40) aufnimmt, so daß dann, wenn die Leitungen elektrischer Bauelemente in den Sockel eingesetzt sind, elektrisch leitendes Material damit in Berührung kommt, um die elektrische Anschlußverbindung herzustellen.

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4. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der elektrischen Bauelemente eine Spule ist, die einen Kern und einen darauf gewickelten Windungsteil hat, und daß die Platte einen mit der Platte ein Stück bildenden Kern (30) aufweist, welcher derart vorgegebene Abmessungen hat, daß der Windungsteil darauf angeordnet werden kann, so daß auf diese Weise die gewünschte Spule zu bilden ist.

5. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit ähnlichen Platten sämtliche Leiterplatten einen integralen Bestandteil bilden und auf einer einzigen Platte oder Palette (10) angeordnet sind.

6. Leiterplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Bruchlinien (16, 18) auf der Platte oder Palette vorgesehen sind, und zwar an vorgebbaren Stellen in bezug auf die einzelnen Leiterplatten, so daß dadurch die einzelnen Leiterplatten leicht von der gemeinsamen Platte oder Palette abgetrennt werden können.

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