DE3011068A1

DE3011068A1 - Elektrische gegenplatte und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3011068A1
Application number: DE19803011068
Authority: DE
Inventors: Ernest M Feo; John J Klimek; Ronald W Lesky; Charles L Tesch
Original assignee: Methode Electronics Inc
Current assignee: Methode Electronics Inc
Priority date: 1979-03-23
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1980-10-02
Also published as: JPS55128896A; GB2045538A; GB2045538B; US4250616A; JPS5751279B2; DE3011068C2

Description

- 6 Patentanwälte

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

21. März 1980

METHODE ELECTRONICS, INC.
7447 West Wilson Avenue
Chicago, Illinois

V.St.A.

Unser Seichen: M 1497

Elektrische Gegenplatine und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Gegenplatine uriä ein Vorfahren 211 ihrer Herstellung. Insbesondere befaßt sie sich mit einer neuartigen elektrischen Gegenplatine oder "Mutterplatine" und einem Verfahren zu ihrer Herstellung.

In der Nachrichtenvermittlunq, bei biomedizinischen Geräten,, für Rechnersysteme und Datenverarbeitungsanwendungen werden üblicherweise zur Zusammenschaltung solche Gegenplatinen bzw. "Mutterplatinen" oder Hauptplatinen verwendet, die jeweils mit darauf angeordneten Steckverbindern versehen sind, in die gedruckte Schaltungsplatinen eingesteckt werden können. Jede gedruckte Schaltungskarte oder -platine ist allgemein rechtwinkelig zu der Gegenplatine angeordnet und kann in ihren jeweiligen Steckverbinder nur eingeschoben oder daraus herausgezogen werden.

030040/0824

Federkontakte in den Steckverbindern auf der Gegenplatine stellen üblicherweise den elektrischen Kontakt mit voneinander getrennten Anschlußflächen der gedruckten Schaltungskarte her. Die gedruckten Schaltungskarten können auf einer oder beiden Seiten mit einer gedruckten Schaltung versehen sein, so daß der Steckverbinder entsprechend einen oder zwei Sätze von einander gegenüberliegenden Federkontakten aufweist, die mit den Anschlußflächen der entsprechenden Oberfläche der gedruckten Schaltungskarte in Eingriff sind.

Eine Gegenplatine weist im allgemeinen eine Vielzahl von Aufnahmekontakten auf, die in Form eines Gitternetzwerkes angeordnet sind, und eine Anzahl von Steckverbindern ist im allgemeinen über getrennte Gruppen dieser Kontakte aufgesetzt und damit verbunden, so daß verschiedene gedruckte Schaltungskarten an die Gegenplatine und die Schaltungsanordnung der Vorrichtung angeschlossen werden können. Wenn viele gedruckte Schaltungsplatinen über die Gegenplatine angeschlossen sind, wird jedoch das Stromleitungsvermögen der Gegenplatine schnell erreicht, so daß mehr als nur eine Gegenplatine und häufig viele von ihnen verwendet werden müssen. Durch verschiedene voneinander getrennte Gegenplatinen, die dann erforderlich werden, entstehen zusätzliche Kosten für die Vorrichtung, ebenso wie aufgrund der dann erforderlichen Zwischenverbindungen zwischen den Gegenplatinen.

Es ist jedoch leicht einzusehen, daß durch die geringe Stromleitungsfähigkeit der Gegenplatinen Schwierigkeiten auftreten, denn bei vielen bekannten Gegenplatinen sind die Masse- und Potentialplatten dadurch gebildet, daß auf einer Platine in Form einer gedruckten Schaltungskarte eine Kupferschicht aufgezogen wird, und dieser überzug ist sehr dünn. Dadurch wird das Stromleitungsvermögen im allgemeinen auf einige wenige Ampere begrenzt.

030040/0824

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Gegenpiatine und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, bsi denen die Mängel bekannter Anordnungen vermieden sind und insbesondere sine hohe Stromführungskapazität gewährleistet ist.

Die zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagenen Verfahren und elektrischen Gegenplatinen sind in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Durch die Erfindung wird also eine Anschluß-Gegenplatine mit Stap^laufbau und/oder Druckschaltungsplatinenkonstruktion geschaffen, die aus Potential- und Masseplatten aus massivem Metall hergestellt ist, welche voneinander getrennt sind und zwischen isolierenden dielektrischen Schichtaufbauplatten sandwichartig eingefügt sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Gegenplatine, Mutterpiatine oder Hauptplatine wire: vor der Herstellung des Schichtaufbaus jede Platte mit Übergröße ausgebildet, mit Umfangsrandberei-'hen um die endgültigen Abmessungen der Gegenpiatine herum? diese Pia„tan mit Übergröße werden am Umfang entlang den angenäherten .fertigen Abmessungen der Gegenplatine geschlitzt, und zwar mit gestaffelten, miteinander fluchtenden Sägeschnittenf wobei die Übergröße-Randbereiche mit dem Körper der Platte jeweils durch Verbindungsstege zwischen den Sägeschnitten verbunden sind. Die Sägeschnitte sind so gestaffelt, daß beim Aufeinanderstapeln der Platten die Schütze der einen Platte sich mit den Verbindungsstegen der gegenüberliegenden Platte überlappen und darüber hinaus erstrecken. Ferner v/erden Abstands- oder Zwischenraumlöcher mit Übergröße an bestimmten Stellen der Potential- bsw. Masseplatte durchgebohrt, wo keine elektrische Verbindung zwischen einem eingesetzten Kontakt und der jeweiligen Potential- bzw. Masseplatte gewünscht ist.

Die Schaltungsplatinen, die ggf. verwendeten Isolierplatten

030040/0824

und die Potential- und Masseplatten werden in der gewünschten Stapelanordnung zu einem Schichtaufbau vereinigt/ und alle Schlitze und überdimensionierten Abstandslöcher werden völlig mit dem Isoliermaterial ausgefüllt. Das Netzwerk von Öffnungen zur Aufnahme der einzelnen Kontakte wird dann gebohrt, und die Öffnungen, die sich durch die vorgebohrten, jedoch nicht ausgefüllten Abstandslöcher erstrecken, liegen im Abstand von der jeweiligen Platte, so daß der eingesetzte Kontakt elektrisch von der Platte isoliert ist. Die Umfangsrandbereiche werden dann entlang der Mitte der miteinander fluchtenden Schlitze abgearbeitet; da die mit Isolierstoff gefüllten Schlitze einer Platte über den Verbindungsstegen der anderen Platte liegen, befinden sich jedoch keine Metallränder einer Platte angrenzend an Metallränder der anderen Platte. Auf diese Weise werden Bogenentladungen zwischen den Platten aufgrund von Bearbeitungsspänen o.dgl. vermieden.

In den Rand- und Körperbereichen der Platten sind Einrichtungen zur Gewährleistung der gegenseitigen Ausrichtung der Platten beim Aufeinanderstapeln der einzelnen Bestandteile vorgesehen, ebenso während der Schlitzbildung, beider Bohrvorgänge und der Schichtaufbauvorgänge sowie während der Endbearbeitung der Ränder.

Vorzugsweise werden alle vier Ränder der Masse- und Potentialplatten in Übergröße vorgesehen, und die überschüssigen Randbereiche werden abgeschnitten; durch selektive Anordnung der Verbindungsstege und durch zusätzliche Querschlitze in der Potentialplatte können nämlich viele elektrisch isolierte Potentialplatten in dem einheitlichen Gegenplatinengebilde erzeugt werden. Es können ferner gedruckte Schaltungsplatinen angrenzend an die Außenoberfläche bzw. Außenoberflächen der Gegenplatine im Schichtaufbau angeordnet werden, um Leiterbahnen auf den gedruckten Schaltungsplatinen für die Zwischenverbindungen der verschiedenen Kontakte in der einheitlichen

030040/0824

Gegenplatine zu schaffen. Feldverbindungen mit Potential- und Masseplatten sind um die Gegenplatine herum an selektiven Abgriffen bzw. Anschlüssen vorgesehen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Gegenplatine, wobei drei getrennte Steckverbinder darauf und zwei getrennte gedruckte Schaltungskarten gezeigt sind, von denen eine in einen Steckverbinder eingesetzt und die andere dazu vorbereitet ist;

Fig. 2 einen Querschnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1 , wobei besondere Einzelheiten des Aufbaus von Gegenplatine und Steckverbinder gezeigt sind;

Fig. 3 eine Perspektivansicht der Hauptkomponenten, aus denen die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Gegenplatine gebildet ist, gezeigt in einem vorgefertigten, jedoch allgemein aufeinander gestapelten Zustand, wobei Teile der Elemente zur klareren Darstellung fortgebrochen sind;

Fig. 4 eine Perspektivansicht der Hauptbestandteile zur Bildung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gegenplatine, gezeigt in einem aufeinandergeschichteten, vorgefertigten Zustand, wobei zur klareren Darstellung Teile der Elemente fortgebrochen sind;

Fig. 5 eine Perspektivansicht ähnlich Fig. 4, mit der Ausnahme, daß die Gegenplatine im fertigen Zustand dargestellt ist, wobei wiederum zur klareren Darstellung Teile fortgebrochen sind;

030040/0824

Fig. 6 eine Schnittansicht längs Linie 6-6 in Fig. 1, die besondere Konstruktionseinzelheiten der Gegenplatine und des Verbindungsanschlusses für eine äußere Leitung zeigt;

Fig. 7 eine Draufsicht der Potentialplatte bzw. in der gezeigten Gegenplatine verwendeten Platte, wobei besondere Einzelheiten des Querschlitzes dargestellt sind; und

Fig. 8 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 2, wobei jedoch eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, die zwei doppelseitige gedruckte Schaltungsplatinen aufweist, die sandwichartig auf die in den übrigen Figuren dargestellte Gegenplatine aufgebracht und mit dieser zu einem Schichtaufbau vereinigt sind.

Fig. 1 zeigt eine Gegenplatine 10, die eine Masseplatte G (Fig. 2), eine Potentialplatte P und trennende und einen Sandwichaufbau bildende Isolierplatten 12, 13, 14 enthält, die alle zu einem Schichtaufbau vereinigt sind. Diese Gegenplatine 1O ist mit einem Netzwerk oder einer gitterähnlichen Anordnung von öffnungen 20 versehen, die allgemein als Mehrzahl von parallelen Reihen 17 und parallelen Spalten 18 angeordnet sind. Die Öffnungen 20 erstrecken sich vollständig durch die Gegenplatine 10 hindurch und sind vorzugsweise rund; sie werden mittels einer bandgesteuerten automatischen Bohrvorrichtung o.dgl. gebohrt. Die öffnungen haben einen recht geringen Abstand voneinander, der z.B. nur 3,2 mm (1/8") betragen kann. Eine Gegenplatine 10 mit einer Abmessung von nur etwa 380 χ 500 mm (15 χ 20") kann also weit über 15 000 getrennte Öffnungen 20 aufweisen.

Ein Leiteranschluß oder Kontakt 22 (Fig. 2) ist in jede der Öffnungen 20 eingesetzt und kann eine durchgehende elektrische Verbindung mit irgendeinem oder auch mehreren Bauteilen der Gegenplatine herstellen, wie im einzelnen noch

030040/0824

beschrieben wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat der Kontakt in Form eines Stiftes 23 einen quadratischen oder rechtwinkeligen Querschnitt, der etwas größer ist als die Öffnung 20, so daß ein Preßsitz erforderlich ist, um den Kontaktstift vollständig in die Öffnung einzuführen. Dadurch wird der Kontaktstift mechanisch in der Gegenplatine festgehalten und verschafft ferner, wie im einzelnen später erläutert wird, eine gute elektrische Verbindung mit dem jeweiligen Bauteil der Gegenplatine. Der Kontakt 22 steht

ferner am Anschlußende 24 über die Oberfläche der Gegenplatine hinaus, und dieses Anschlußende 24 wird in irgendeiner bekannten Weise dazu verwendet, eine Außenverbindung mit einem Draht, Anschlußstecker ο.dgl. (nicht dargestellt) herzustellen und eine elektrische Verbindung mit einem äußeren Bauteil oder mit einem anderen Kontaktanschluß herzustellen.

Das dem Anschlußende 24 gegenüberliegende Ende 25 des Kontaktes 22 ist zu irgendeiner bekannten Form aufgeweitet, um eine Kontaktoberfläche 25a zu bilden. Ein rohrförmiger Isolator oder Verbinder 28 ist passend über die vorstehenden Kontaktenden 25 einer Anzahl von nebeneinander angeordneten Kontakten 22 aufgesetzt und ist mit innenseitigen Kanten versehen, die über seitliche Schultern 29 aufschnappen, die an den Kontaktenden gebildet sind, so daß der Isolator bzw. Verbinder 28 eng an der Oberfläche der Gegenplatine festgehalten ist. Der Verbinder 28 ist mit einem gestreckten Schlitz 30 versehen, der zur Aufnahme einer gedruckten Schaltungskarte geeignet ist. Zwei solche gedruckte Schaltungskarten PC-a und PC-b sind in Fig. 1 gezeigt; die Karte PC-b ist vor ihrem Steckverbinder 28-b, jedoch aus diesem herausgezogen,dargestellt, während die Karte PC-a in den Steckverbinder 28-a eingesteckt dargestellt ist. Es ist keine zu dem Steckverbinder 28 gehörende Schaltungskarte gezeigt, dieser ist jedoch für eine solche bestimmt.

03004Q/Q824

Die Kontaktenden 25 sind durch ihre Elastizität in Richtung aufeinander zu vorgespannt und werden durch Anlage des Kontaktes an dem Randbereich 33 des Verbinders angrenzend an den Schlitz 30 zurückgehalten. Die eine Nockenfläche bildende Abwinkelung der Kontaktoberflächen 25a ermöglicht es, daß diese beim Eindrücken der gedruckten Schaltungskarte in den Schlitz des Verbinders auseinanderbewegt werden. Die Schaltungskarten können auf einer von beiden Seiten oder auf beiden Seiten mit Leiterbahnen versehen sein, von denen auf der Karte PC-b einige Leitungsbahnen 35 gezeigt sind, die in Anschlüssen 37 enden. Wenn die Schaltungskarte in den Steckverbinder eingesetzt ist, sind ihre Anschlüsse 37 elektrisch in Kontakt mit den voneinander getrennten Kontaktoberflächen 25a der nebeneinander angeordneten Kontakte 22, wodurch das Potential an dem Kontakt dasselbe wie an dem entsprechenden Anschluß 37 der Schaltungskarte wird. Die Gegenplatine enthält ferner Anschlüsse oder Abgriffe 40, 41, 42, 43 und 44, um Masse und Spannungen an die jeweiligen Platten der Gegenplatine heranzuführen, wobei Leitungen 40-a, 41-a und 44-a gezeigt sind, die mit den entsprechend numerierten Abgriffen oder Anschlüssen verbunden sind. Wie später im einzelnen erläutert wird, können verschiedene Potentialplatten vorgesehen sein und folglich auch verschiedene Potentiale dieser Platten, wodurch es verständlich ist, daß drei Drähte in Fig. 1 dargestellt sind, die mit der Masseplatte und den Potentialplatten verbunden sind.

Bei der gezeigten Gegenplatine 10 sind die Masse- und Potentialplatten G und P jeweils aus einer begrenzten Metallplatte, die nicht aus einem Kupferüberzug gebildet ist, wie er bei gedruckten Schaltungsplatten üblich ist. Die Platten sind vorzugsweise aus Kupfer und haben typischerweise eine Dicke von 0,25 - 3,2 mm; es können jedoch auch dickere Platten verwendet werden, sind jedoch im allgemeinen nicht erforderlich. Alle Platten können ferner auch aus einer eisenhaltigen bzw. Eisenlegierung gebildet sein, falls es notwendig sein sollte,

030040/0824

eine leitende Platte vorzusehen, die auch eine magnetische Abschirmung bildet. Die schweren Masse- und Potentialplatten können hohe Ströme führen, die in der Größenordnung von hunderten von Ampere liegen, und Spannungsabfalle oder Spannungsdifferenzen in der Masseplatte oder Potentialplatte werden praktisch völlig vermieden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Isolierplatten 12, 13 und 14 auf die Masse- und Potentialplatten aufgeschichtet bzw. dazwischen angeordnet, so daß die Gegenplatine eine hohe Steifigkeit erhält und ferner vermieden wird, daß Feuchtigkeit oder Schmutz zwischen die Berührungsflächen eindringt. Die Arbeitsdaten und Dauerhaftigkeit einer solchenSchichtaufbaukonstruktion sind besser als beim Aufbau von Gegenplatinen durch einfaches Aufeinanderstapeln, denn jegliche Verschiebung oder Veränderung des Abstands zwischen den aufeinandergestapelten Komponenten führt zu Änderungen der Betriebskapazität der Platinen. Es kann jedoch erwünscht sein, getrennte Isolierplatten (nicht dargestellt) zu verwenden und diese zwischen den Oberflächen der Masse- und Potentialplatten als Schichtaufbau in Verbund zu bringen.

Die Gegenplatine kann für unzählige Steuer- und/oder Anschluß- und Verbindungszwecke von Schaltungen verwendet werden; sie ist üblicherweise in einen geeigneten Rahmen (nicht dargestellt) eingebaut, in dem die einander gegenüberliegenden Seiten der Platine zugänglich sind. Dadurch können die Schaltungskarten in die Steckverbinder eingesteckt werden, und es können Außenverbindungen an den freiliegenden Enden mit Hilfe von Steckern o.dgl. vorgenommen werden. Die Gegenplatine kann senkrecht angeordnet werden, um eine Konvektionsluftströmung über die Bauteile und an diesen vorbei zur Kühlung derselben zu ermöglichen, und es kann günstig sein, auch die gedruckten Schaltungskarten senkrecht anzuordnen. Die Anordnung der Gegenplatine hängt jedoch hauptsächlich von den jeweiligen Einsatzzwecken ab.

030040/0824

Es wird nun auf die Fig. 3, 4 und 5 Bezug genommen. Die Masseplatte G, Potentialplatte P und die Isolierplatten 12, 13 und 14 sind in verschiedenen Herstellungsstufen dargestellt. In Fig. 3 sind die Masseplatte und die Potentialplatte seitlich voneinander getrennt dargestellt, so als seien sie aufeinandergestapelt, bevor der Schichtaufbau hergestellt wird. Fig. 7 zeigt in kleinerem Maßstab eine Draufsicht auf die Potentialplatte P, die miteinander fluchtenden Schlitzen 5O, 51, 52 und 53 am Umfang versehen ist. Insbesondere sind miteinander fluchtende Schlitze 50a, 50b, 50c und 5Od an einem Plattenrand vorgesehen, miteinander fluchtende Schlitze 51a, 51b, 51c und 51d erstrecken sich parallel zu diesen Schlitzen 50, jedoch an dem gegenüberliegenden Plattenrand; miteinander fluchtende Schlitze 52a, 52b, 52c und 52d und die entsprechenden miteinander fluchtenden parallelen Schlitze 53a, 53b, 53c und 53d sind am dritten bzw. vierten Plattenrand angeordnet und erstrecken sich senkrecht zu den Schlitzen 50 und 51. Diese Schlitze 50, 51, 52 und 53 sind als durchgehende Schnitte ausgebildet, die z.B. mit einer Kreissäge o.dgl. ausgeführt sind, derart, daß zwischen den Schlitzen Verbindungsstege stehenbleiben. Verbindungsstege 56a, 56b und 56c befinden sich also zwischen den Schlitzen 50a, 50b, 50c und 50d; Verbindungsstege 57a, 57b und 57c befinden sich zwischen den Schlitzen 51a, 51b, 51c und 51d; Verbindungsstege 58a, 58b und 58c befinden sich zwischen den Schlitzen 52a, 52b, 52c bzw. 52d; Verbindungsstege 59a, 59b, 59c befinden sich schließlich zwischen den Schlitzen 53a, 53b, 53c und 53d. Die gezeigten Schlitze sind allgemein miteinander fluchtend ausgebildet und erstrecken sich am Umfang, so daß Randbereiche 60, 61, 62 und 63 außenseitig an die Schlitze 50, 51, 52 bzw. 53 angrenzend gebildet sind. Die Verbindungsstege 56, 57, 58 und 59 verbinden die Randbereiche 60, 61, 62 und 63 mit dem Körper der Potentialplatte P, die innenseitig von den Umfangsschlitzen 50, 51, und 53 gebildet ist.

030040/0824

Die Masseplatte G ist in gleicher Weise mit gleichen Umfangsschlitzen versehen, wobei in Fig. 3 nur die Schlitze 65 und 66 als Beispiel gezeigt sind; diese Schlitze der Masseplatte sind am Umfang so gestaffelt, daß sie über den Schlitzen der Potentialplatte liegen. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, befindet sich also der Schlitz 65 der Masseplatte gegenüber dem Verbindungssteg 58c der Potentialplatte und erstreckt sich über die Enden dieses Steges hinaus, so daß er über den angrenzenden Schlitzen 52c und 52d der Potentialplatte liegt. In gleicher Weise befindet sich der Schlitz 66 gegenüber dem Verbindungssteg 57a und erstreckt sich über dessen Enden hinaus, um über den Schlitzen 51a und 51b zu liegen (Fig. 7). Der Schlitz 52c der Potentialplatte liegt ferner gegenüber dem Verbindungssteg 67a der Masseplatte und erstreckt sich über diesen hinaus, so daß er über dem gezeigten Schlitz 65 der Masseplatte und dem nicht dargestellten nächsten damit fluchtenden Schlitz liegt. Die Schlitze 52d und 51a der Potentialplatte liegen über den VerbindungsStegen 67b bzw. 68 der Masseplatte. Vergrößerte Randbereiche der Masseplatte befinden sich auf der Außenseite der entsprechenden Schlitze, wobei nur die an die Schlitze 65 bzw. 66 angrenzenden Randbereiche 70 bzw. 71 dargestellt sind. In den Bereichen 60, 61, 62 und 63 der Potentialplatte befinden sich vier Eck-Führungs öffnungen 72, 73, 74 und 75 (Fig. 7). Gleiche Führungsöffnungen sind in den Randbereichen der Masseplatte vorgesehen, und zwar genau ausgerichtet mit den Öffnungen der Potentialplatte, wobei in der Zeichnung nur Öffnung 72a mit Öffnung 72 ausgerichtet dargestellt ist. Durch die miteinander fluchtenden Führungsöffnungen in der Masseplatte und in den Potentialplatten sind Stifte passend einsetzbar, die eine einwandfreie Ausrichtung der Platten gewährleisten; in der Zeichnung ist nur ein Stift 76 dargestellt, der durch die öffnungen 72 und 72a eingesetzt werden soll. Zusätzlich sind Führungsöffnungen 78, 79, 80 und 81 im Körper der Potentialplatte und durch diese hindurch angeordnet, ebenso wie die entsprechend dazu ausgerichteten Öffnungen in der Masseplatte (wovon nur eine Öffnung 78a gezeigt ist), wobei diese Öffnungen dazu ver-

030040/0824

wendet werden, die Platten während bestimmter Herstellungsschritte der eine Einheit bildenden Gegenplatine in Ausrichtung zu halten.

Wie bereits erwähnt wurde, sind die vielen Öffnungen 20 der Gegenplatine in Form eines Gitters oder Netzes aus Reihen und Spalten 18 angeordnet, wobei jede Öffnung zur Aufnahme eines Kontaktes 22 ausgebildet ist. Gemäß der Konstruktion der Gegenplatine sind bestimmte Kontakte elektrisch in Verbindung mit der Masseplatte G, bestimmte andere Kontakte sind elektrisch in Verbindung mit der Potentialplatte P, und weitere Kontakte können elektrisch sowohl von der Masseplatte als auch von der Potentialplatte isoliert sein. Da jeder Kontakt mit Preßsitz in seine Öffnung 20 eingesetzt ist, würde der eingesetzte Kontaktstift einen elektrischen Kontakt mit der Platte herstellen, wenn diese Öffnung direkt in die Gegenplatine 10 gebohrt wäre. Damit also der Kontaktstift elektrisch von der Potentialplatte und/oder der Masseplatte isoliert ist, sind diese Platten an der Kontaktstelle mit einem Abstandsloch 82 bzw. 82a bedeutend größeren Durchmessers als der Kontaktstift vorgebohrt. Dieses Vorbohren der Platte wird durchgeführt, bevor die Platten zu einem Schichtaufbau zusammengefügt werden und ein einheitliches Gebilde ergeben, vorzugsweise jedoch mittels derselben bandgesteuerten Maschine, die zum Bohren der öffnungen 20 verwendet wird. Folglich ist die öffnung 82 exakt genauso ausgerichtet bzw. zentriert wie die Öffnung 20. Diese Löcher sind in Fig. 3 an den verschiedenen Stellen des gitterförmigen Netzwerks dargestellt. Zur Erleichterung der Beschreibung sind die Reihen mit 17a, 17b, 17c usw. und die Spalten mit 18a, 18b, 18c usw. bezeichnet, in Richtung von der Ecke 84 der fertigen Masseplatte ausgehend.

Jedes Loch 82 wird während des Vorgangs der Schichtaufbaubildung mit einem Stopfen oder Kern 86, 86a (Fig. 4) aus Glasfaserharz-Schichtwerkstoff oder Epoxymaterial, z.B.

030040/0824

Spezifizierung FR4, wobei es sich um ein Isoliermaterial handelt, vollständig ausgefüllt. Wenn also die Öffnungen 20 der Gegenplatine in Form eines Netzwerkes gebohrt werden, werden bestimmte von diesen Öffnungen durch den Isolierkern oder -stopfen 86, 86a aus Glasfaserisolierung hindurch gebohrt, welcher den Kontaktstift jeweils von der Potentialplatte bzw- Masseplatte isoliert. Ferner wird die Möglichkeit, daß Späne oder andere metallische Splitter, die von der Platte mit der in diese gebohrten öffnung 2O abstehen, über die Isolierplatte 13 hinweg eine Brücke zu der anderen Platte bilden, praktisch ausgeschlossen. Das jeweilige Netzwerk von vorgebohrten Abstandslöchern 82 wird im voraus geplant und von den gewünschten elektrischen Verbindungen der Kontakte in der Gegenplatine abhängend bestimmt.

Es sind ferner Ausschnitte 90, 90a (Fig. 3) dargestellt, die in der gleichen Weise wie die Abstandslöcher 82 Anwendung finden, mit dem Unterschied, daß der Potential- oder Masseanschluß 92 (Fig. 6) der Abgriffe bzw. Anschlüsse 40, 41, 42, 43 und 44 (Fig. 1) von der anderen Platte isoliert wird. Jeder Ausschnitt 90, 90a befindet sich in der Potential- bzw. Masseplatte P, G direkt gegenüber einem nicht ausgeschnittenen Teil der jeweils gegenüberliegenden Masse- bzw. Potentialplatte. Wenn die Platten also zu einem Schichtaufbau vereinigt werden, füllt das isolierende Glasfaserharz den Ausschnitt mit einem Stopfen oder Kern 94 bzw. 94a (Fig. 4) aus, durch welchen hindurch ein kleineres Loch 96 bzw. 96a gebohrt werden kann, um den Abgriffanschluß 92 aufzunehmen. Eine selbstschneidende Schraube kann in die gebohrten Löcher 96, 96a eingeschraubt werden, die eine elektrische Verbindung mit dieser Platte herstellt, während der isolierende Kern 94 in dem Ausschnitt 90 den als Schraube ausgebildeten Anschluß 92 von der anderen Platte isoliert. Der in Fig. 6 gezeigte Anschluß 40a ist in elektrischer Verbindung mit der Potentialplatte P und elektrisch isoliert von der Masseplatte P darge-

030040/0824

stellt. Gewünschtenfalls kann der Ausschnitt 92 teilweise verdeckt oder maskiert sein, so daß bei der Herstellung des Schichtaufbaus das Isoliermaterial nicht vollständig bis an die Potentialplatte herangelangt, so daß die Anschlußschraube 92 durch das Loch eingesetzt werden kann und zwischen Schraubenkopf und einer Mutter festgehalten wird, die auf die Schraube aufgeschraubt und direkt gegen die Plattenoberfläche angezogen ist. Irgendein Schichtaufbaumaterial sollte jedoch dabei den Rand der anderen Platte bedecken, um zu verhindern, daß diese in direkte Berührung mit dem eingesetzten Anschluß 92 gelangt.

In Fig. 7 ist ferner ein Querschnitt oder Schlitz 100 zu beachten, der sich zwischen den Schlitzen 50, 51 allgemein parallel zu den Schlitzen 52 und 53 erstreckt. Dieser Schlitz 1OO erstreckt sich vollständig über den Körper der Platten in die jeweiligen Randbereiche 60, 61 hinein und durch die einander gegenüberliegenden Schlitze 50, 51 hindurch. Nachdem die Potentialplatte und Masseplatte übereinandergestapelt und zu einem Schichtaufbau vereinigt sind, und nachdem die Randbereiche 60, 61, 62 und 63 entlang den Schlitzen 50, 51, 52 und 53 abgeschnitten sind, die also die innenliegenden "Inselflächen" 102, 104 der Potentialplatte vollständig voneinander getrennt und elektrisch voneinander isoliert durch eine Glasfaserfüllung des Schlitzes 100. Wenn Außenanschlüsse 40, 44 an den voneinander getrennten Potentialplatten 102 bzw. 104 vorgesehen werden, wird also auf einfache Weise eine Mehrfachpotential-Gegenplatine geschaffen. Der Anschluß bzw. Abgriff 41 soll elektrisch mit der Masseplatte G verbunden sein. In der Zeichnung sind nur zwei solche getrennte Potentialplattenabschnitte 102, 104 dargestellt, diese Anzahl kann jedoch beliebig vergrößert werden.

Es wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Die vier gezeigten Kontakte 22a, 22b, 22c und 22d haben die im folgenden erläuterten

0300AO/0824

Besonderheiten. Der Kontakt 22a ist elektrisch mit der Masseplatte G verbunden und von der Potentialplatte P isoliert gehalten, und zwar aufgrund des Stopfens 86 aus Glasfaser-Schichtaufbaumaterial, der die Abstandsöffnung 82 ausfüllt. Der Kontakt 22b ist wie Kontakt 22a ausgebildet, weist jedoch die freiliegende Kontaktoberfläche 25a auf. Der Kontakt 22c ist elektrisch von der Masseplatte G isoliert, während er elektrisch mit der Potentialplatte P verbunden ist. Der Kontakt 22d ist sowohl von Masse- als auch von Potentialplatte elektrisch isoliert und liegt also auf einem Potential, das von diesen beiden Platten verschieden oder zumindest unabhängig ist.

Während der Herstellung des Schichtaufbaus aus Masse- und Potentialplatten zur Herstellung der Gegenplatine werden also die Schlitze 50, 51, 52 und 53, die öffnungen 78 bis 82 und die Ausschnitte 90 sowohl in der Masse- als auch in den Potentialplatten mit dem isolierenden Schichtaufbaumaterial ausgefüllt. Durch den Schichtaufbau werden ferner die Masseplatte und die Potentialplatten zu einer Einheit miteinander in Verbund gebracht und sandwichartig aufgeschichtet, so daß ein gekapselter Block entsteht. Dadurch entfällt die Möglichkeit, daß Feuchtigkeit oder Schmutz oder irgendwelche anderen Verunreinigungen zwischen den Platten eindringen, und ferner werden die Platten relativ zueinander starr festgehalten. Dadurch wird die Dauerhaftigkeit der Gegenplatine verbessert. Selbst nach dem Bohren der Öffnungen 20 in Form des gewünschten Netzwerks entfällt die Gefahr der Verunreinigung durch Feuchtigkeit, Schmutz o.dgl., die durch die Öffnungen 20 zwischen den Platten eindringen würden, aufgrund des günstigen Schichtaufbaus. Das Einsetzen der Kontaktstifte mit Preßsitz in die Öffnungen 20 ergibt einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem eingesetzten Kontakt und der jeweiligen Potential- oder Masseplatte.

030040/0824

Fig. 8 zeigt eine zweite Ausfuhrungsform einer Masseplatte 110, wobei zwei doppelseitige gedruckte Schaltungsplatinen außenseitig und sandwichartig auf die Gegenplatine 10 der in den Fig. 1 bis 7 gezeigten Art aufgefügt sind, wobei gleiche Elemente in Fig. 8 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind wie zuvor. Bei dieser Ausführungsform sind eine erste gedruckte Schaltungsplatine PC-1 und eine zweite gedruckte Schaltungsplatine PC-2 gezeigt, die jeweils eine Substratplatine 112 bzw. 114 aufweisen, worauf in geeigneter Weise eine Mehrzahl von Leiterbahnen angeordnet sind. Auf der Außenoberfläche 116 des Platinensubstrates 112 sind Leiterbahnen 116a und 116b gezeigt; auf der Innenseite 118 dieses Substrates 112 sind Leiterbahnen 118a, 118b und 118c gezeigt. Auf der Innenseite 120 des Platinensubstrats 114 sind Leiterbahnen 12Oa und 12Ob gezeigt, und auf der Außenseite 122 dieser gedruckten Schaltungsplatine PC-2 sind Leiterbahnen 122a, 122b und 122c gezeigt. Die Kontaktbahnen 116a und 118a liegen auf demselben Potential und sind direkt durch einen eingesetzten Kontakt 22a verbunden. Es ist möglich, einen durchgehenden Anschluß vorzusehen, der ringförmig um das gebohrte Loch 20 erweitert ist, so daß ein zuverlässigerer Kontakt zwischen dem eingesetzten Kontaktstift 22 und der Leiterbahn hergestellt wird. Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß diese Kontaktbahnen sich senkrecht zur Betrachtungsebene erstrecken, mit Ausnahme der Kontaktbahnen 122b und 122c, die durch eine Brücke 122d verbunden sind.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform ist der Kontaktstift 22h elektrisch verbunden mit den Leiterbahnen 116a, 118a und 12Oa sowie mit der Masseplatte G. Der Kontaktstift 22m ist in gleicher Weise elektrisch verbunden mit den Kontaktbahnen 116a und 122a und elektrisch isoliert sowohl von der Masseplatte G als auch von der Potentialplatte P. Der Kontaktstift 22n ist elektrisch verbunden mit den Leiterbahnen 118b, 120b und 122b und in gleicher Weise isoliert sowohl von der Masse- als auch von den Potentialplatten. Der Kontaktstift 22p

030040/0824

ist elektrisch isoliert sowohl von den Potentialplatten als auch von der Masseplatte und elektrisch in Kontakt mit den Leiterbahnen 118c und 122c. Wegen der Kontaktbrücke 122d liegen jedoch die Kontaktstifte 22n und 22p auf demselben Potential.

Die gezeigten besonderen Ausführungsformen erläutern lediglich das Grundkonzept der Erfindung. Ein wesentliches Merkmal besteht darin, daß hohe Ströme über die Gegenplatine mit den leitenden Masse- und Potentialplatten aus Metall fließen können und daß gedruckte Schaltungsplatinen im Schichtaufbau auf die Außenoberflächen der Gegenplatine aufgebracht und mittels der durch die gebohrten Öffnungen 20 eingesetzten Kontaktstifte 22 leicht angeschlossen werden können. Der Schichtaufbau der Gegenplatine verbessert ferner die Zuverlässigkeit, indem die Steifigkeit der Platten und/oder Schaltungsplatinen gewahrt wird und die Wanderung von Schmutz, Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen zwischen den Platten verhindert wird.

Die mit Isoliermaterial gefüllten Abstandslöcher verhindern ferner die Möglichkeit von Kürzschlüssen aufgrund von Spänen o.dgl. von einer Potentialplatte durch die Isolierung hindurch zu der anderen Potentialplatte beim Bohren der Öffnungen 20. Die Herstellung der Gegenplatine mit anfangs überdimensionierten Platten, die dann in gestaffelter Weise geschlitzt werden, so daß Verbindungsstege einer Platte stets gegenüber den Schlitzen der anderen Platte und umgekehrt in Ausrichtung sind, ist ferner zuverlässig und wirtschaftlich. Beim Abschneiden der überflüssigen Randbereiche durch die Mitte der Schlitze hindurch entstehen ferner durch die fertiggestellten Ränder der Gegenplatine freiliegende, mit Epoxymaterial ausgefüllte Ausschnitte und Schlitze und die geschnittenen Verbindungsstege (Fig. 1 und 5) entlang den freiliegenden Rändern der Gegenplatine 10.

030040/0824

Da das herzustellende Metall sich gegenüber einem mit Schichtaufbaumaterial ausgefüllten Schlitz, Loch oder Ausschnitt
in der anderen Platte befindet, entfällt praktisch vollständig die Gefahr, daß elektrische Kurzschlüsse oder Bogenentladungen durch Späne, die beim Schneiden oder Bohren entstehen,
verursacht werden. Durch die Ausführung von Sägeschnitten zur
Trennung der übergroß ausgelegten Randbereiche von dem Körper
der Einheit werden die Außenabmessungen der Gegenplatine exakt mit rechtwinkeligen und glatten Rändern gewahrt. Ferner ist
es möglich, kleine Lokalisierlöcher 13O durch die Isolierkerne bzw. -stopfen in den Führungslöchern 78 hindurch zu bohren,
ohne einen Kontakt mit der Masseplatte oder den Potentialplatten herzustellen.

030Q4Q/0824

Leerseite

Claims

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. 3 U I I U O

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Erntibergerstrasse 19

8 München 60

21. März 1980

METHODE ELECTRONICS, INC.
West Wilson Avenue
Chicago, Illinois
V.St.A.

Unser Zeichen: M 1497

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung einer Gegenplatine mit elektrisch voneinander isolierten Potential- und Masseplatten und einer Mehrzahl von freiliegenden Kontakten, die transversal zu diesen Platten und selektiv mit diesen Platten elektrisch in Verbindung oder ohne Verbindung sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Jede der Platten wird an den den Kontakten entsprechenden Stellen mit einem Kreuznetzwerk versehen;

- ein Zwischenraum-bzw. Abstandsloch, das bedeutend größer ist als der Kontakt, wird selektiv durch jede der Platten an den Stellen des Kreuznetzwerkes vorgebohrt, wo kein elektrischer Kontakt zwischen der entsprechenden Platte und dem jeweiligen Kontakt geschaffen werden soll;

- die Platten werden zu einem einheitlichen Gebilde als Schichtaufbau zusammengefügt, mit einem isolierenden Schichtaufbaumaterial zwischen den Platten, wobei die Platten sandwichartig angeordnet werden und ferner jedes vorgebohrte Loch in den entsprechenden Platten mit einem Isoliermaterial ausgefüllt wird;

030040/0824

an jeder der Kreuznetzwerkstellen werden Öffnungen durch das einheitliche Gebilde hindurch-gebohrt, deren Größe in etwa derjenigen der Kontakte entspricht;

die Kontakte werden durch die Öffnungen hindurch eingesetzt, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen jedem eingesetzten Kontakt und den entsprechenden Platten nur an den Öffnungen hergestellt wird, wo kein Zwischenraum- bzw. Abstandsloch vorgebohrt und mit Isoliermaterial ausgefüllt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende weitere Verfahrensschritte:

die Potential- und Masseplatten werden ursprünglich in Übergröße gebildet, so daß Randbereiche über die Teile hinausstehen, die dazu bestimmt sind, wenigstens einen fertigen Rand des einheitlichen Gebildes zu formen;

- die Platten werden zueinander ausgerichtet, wie dies für die Gegenplatine angestrebt wird, und zwar mittels an den Randbereichen gebildeten Führungseinrichtungen;

- sowohl durch die Potentialplatte als auch durch die Masseplatte werden miteinander fluchtende Schlitze auf der Innenseite der Randbereiche in gestaffelter Anordnung geschnitten, so daß Verbindungsstege zwischen den Randbereichen und dem Körper der Platte zwischen aneinander angrenzenden Schlitzen stehenbleiben und daß die Schlitze in einer Platte in einer Linie gegenüber den Verbindungsstegen der anderen Platte und mit diesen überlappend und umgekehrt angeordnet sind, wenn die Platten zueinander ausgerichtet sind;

jeder Schlitz wird während der Schichtaufbaubildung mit dem Isoliermaterial ausgefüllt; und

- das einheitliche Gebilde wird entlang der Mitte der ausgefüllten Schlitze und durch die Verbindungsstege geschnitten.

0300A0/0824
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Potential- und Masseplatten aus dauerhaftem Material mit hoher Leitfähigkeit und einer Dicke in der Größenordnung von wenigstens 0,25 mm verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine gedruckte Schaltungsplatine auf eine Außenoberfläche des einheitlichen Gebildes aufgestapelt und damit zu einem Schichtaufbau vereinigt wird, wobei die Schaltungsplatine eine Mehrzahl von Leiterbahnen aufweist, von denen wenigstens eine sich an einer Kreuznetzwerkstelle befindet, und daß die Öffnung ferner durch die Schaltungsplatine und diese Leiterbahn hindurch gebohrt wird, wobei diese Leiterbahn dann elektrisch mit dem an dieser Stelle eingesetzten Kontakt in Verbindung ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtaufbau mittels eines Isoliermaterials erfolgt, das ein Glas-Epoxy-Material enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Potentialplatte verwendet wird, die wenigstens einen Schlitz darin aufweist, der sich frei über den Körper der Platte bis in die gegenüberliegenden Randbereiche hinein und auch durch die miteinander fluchtenden Schlitze einwärts von den Randbereichen erstreckt, und daß dieser Querschlitz während der Bildung des Schichtaufbaus mit Isoliermaterial ausgefüllt wird, wobei das einheitliche Gebilde nach dein Abschneiden der Randbereiche durch die vorstehend erwähnten, miteinander fluchtenden Schlitze hindurch aus einer Potentialplatte mit zwei Potentialplattenteilen auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Kreuz Schlitzes und mit elektrischer Isolierung voneinander gebildet ist.

030040/0824

-A-
7. Gegenplatine, gekennzeichnet durch die Kombination aus voneinander beabstandeten, jedoch aneinander angrenzenden Potential- und Masseplatten, die jeweils eine Dicke von wenigstens etwa 0,25 mm aufweisen, Isolierplatten, die als Schichtaufbau zwischen diese Platten und auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen dieser Platten eingefügt sind„ so daß ein einheitliches Gebilde mit einem glatten Außenrand geschaffen wird, wobei die Platten unregelmäßige Umfangskanten aufweisen, mit ersten Teilen, die einen Teil des Gegenplatinenrandes bilden, und zweiten Teilen, die von dem Rand der Gegenplatine nach innen beabstandet sind, wobei die ersten und zweiten Teile jeder Platte in einer Linie mit jexveils gegenüberliegenden zweiten und ersten Teilen der anderen Platte angeordnet sind, und das isolierende Schichtaufbaumaterial die Räume auf der Außenseite der zweiten Teile der Platten ausfüllt und den verbleibenden Teil des Gegenplatinenrandes bildet.
8. Elektrische Gegenplatine, gekennzeichnet durch:

- eine elektrisch leitende Potentialplatte;

eine elektrisch leitende Masseplatte, die von der Potentialplatte beabstandet ist;

- ein isolierendes Schichtaufbaumaterial, das zwischen der Potentialplatte und der Masseplatte angeordnet ist;

- ein Paar isolierender Schichtaufbauelemente, welche die Potentialplatte und die Masseplatte zu einem sandwichartig vereinigten, einheitlichen Schichtaufbaustapel zusammenfügen, der jeweils ein isolierendes Schichtaufbauelement, die Masseplatte, ein isolierendes Schichtaufbauelement, die Potentialplatte, und ein weiteres isolierendes Schichtaufbauelement enthält;

wobei jede elektrisch leitende Platte Löcher zur Aufnahme von Kontakten aufweist, wobei ferner einige der Löcher in der Masseplatte von Isolierelementen umgeben sind und einige dor Löcher dor Potentialplatte von Isoliorelomontcn

0300A0/0824

-m IT _mml

umgeben sind und wobei ferner die umgebenen Löcher der Masseplatte mit nicht umgebenen Löchern der Potentialplatte in einer Linie ausgerichtet sind und die umgebenen Löcher der Potentialplatte in einer Linie mit nicht umgebenen Löchern der Masseplatte ausgerichtet sind.

030040/0824