DE3321320C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung, bestehend aus einem Stapel von Modulen, von denen jedes ein elektrisch isolierendes Substrat aufweist, das rechtwinklig zur Längsachse des Stapels angeordnet ist, mit Schaltungselementen auf einer Hauptfläche des Substrates und elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Modulen und Anschlüssen, wobei die Module im Stapel durch Halterungen gehalten sind, die sich parallel zur Längsachse über die Länge des Stapels erstrecken.

Aus der US-PS 32 43 661 ist eine derartige elektrische Schaltungsanordnung mit einem Stapel aus Modulen mit den zugehörigen Substraten, Schaltungselementen und elektrischen Verbindungsleitungen bekannt. Nachteilig hierbei ist, daß zwischen den Modulen keine elektrische Abschirmung vorgesehen ist.

Aus der FR 14 03 061 ist es bekannt, eine Fläche eines Substrates mit einer elektrisch leitfähigen Schicht zu versehen, die an Masse gelegt ist. Auch hier ist aber keine elektrische Abschirmung zwischen benachbarten Modulen vorgesehen.

Die US-PS 29 95 686 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Stapel von Modulen, wobei eine elektrische Abschirmung zwischen den Modulen mittels individueller Distanzplatten vorgeschlagen wird, die eine metallische Be­ schichtung tragen. Dies ist jedoch eine konstruktiv und materialmäßig sehr aufwendige Methode.

Die DE-OS 24 59 532 beschreibt ein mikroelektronisches Modul zur Montage und zum Kontaktieren von Schaltkreisplättchen, wobei die Laufzeitverzögerungen der Signale verringert werden sollen und auch sehr kleine Schaltkreisplätt­ chen kompakt und wirtschaftlich montiert werden können.

Schließlich betrifft die DE-AS 11 50 721 eine Miniatur-Baugruppe, die durch Aufeinanderschichtung von Mikro-Bauelementen tragender Isolierstoffplättchen aufgebaut ist. Die Plättchen sind in Halterungen angeordnet, zwischen denen die Verbindungsleitungen verlaufen.

Beide Druckschriften sagen jedoch nichts aus über eine etwaige elektrische Abschirmung zwischen den Modulen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer elektrischen Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art die Module untereinander in einfacher Weise elektrisch abzuschirmen.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß jedes Substrat auf seiner anderen Hauptfläche mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist, daß ferner wenigstens eine der Halterungen elektrisch leitend und mit den elektrisch leitenden Schichten der Substrate verbunden sowie im Betrieb der Schaltungsanordnung auf Null-Potential gehalten ist.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 perspektivisch eine elektrische Schaltungsanordnung zeigt mit einem Stapel aus Modulen, mit Halterungen, die wenigstens zum Teil die Module in ihren erforderlichen Plätzen im Stapel halten, sowie elek­ trisch leitende Schichten in den Modulen, die auf Null-Potential gehalten werden.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt eine Kombination aus einer Mehrzahl von elektri­ schen Schaltkreisen nach Fig. 1, mit einem gemeinsamen Träger, wobei die elektrischen Schaltkreise entfernt von dem gemeinsamen Träger zusammengeschaltet sind.

Fig. 3 zeigt perspektivisch eine Modifikation der Kombination nach Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der elektrischen Schaltungsanordnung und

Fig. 5 zeigt noch eine Ausführungsform der elektrischen Schaltungsanordnung.

Die elektrische Schaltungsanordnung 10 nach Fig. 1 umfaßt einen Stapel aus mehreren Modulen 11. Jedes Modul 11 hat ein ebenes Substrat 12 aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Tonerde, und es ist in Draufsicht quadratisch. Der Stapel ist damit im Querschnitt quadratisch und die Substrate 12 erstrecken sich rechtwinklig zur Längsachse 13 des Stapels 10. Auf einer Haupt­ fläche jedes Substrates 12 sind Schaltungselemente montiert, welche Komponenten 14 umfassen, die auf den Substraten angebracht sind und die mit Schaltungs­ elementen in Form von Leitern 15 verbunden sind. Für die Module 11 an jedem Ende des Stapels können Schaltungselemente mit Anschlüssen (nicht gezeigt) für die elektrische Schaltungsanordnung an diesen Modulen vorgesehen sein.

Eine Schicht 16 aus elektrisch leitendem Material überzieht die andere Hauptfläche jedes Substrates 12. Diese Schichten 16 können beispielsweise unter Verwendung bekannter chemischer Dampfnieder­ schlagstechniken aufgebracht werden.

Halterungen 17 halten wenigstens teilweise die Module 11 in ihren erforder­ lichen Plätzen innerhalb des Stapels 10 und sie erstrecken sich parallel zur Längsachse 13 des Stapels und benachbart zu zwei gegenüberliegenden Seiten des im Querschnitt viereckigen Stapels. Ferner verbinden die Halterungen 17 leitend die elektrisch leitenden Schichten 16 auf den Hauptflächen der Substrate, wobei die Schichten und die Leiter zusammen einen Körper bilden. Im Betrieb der Schaltung wird dieser Körper, der in die elektrische Schaltungsanordnung eingebettet ist, auf Null-Potential gehalten. Durch diesen Körper werden unerwünschte elektrische Wechselwirkungen zwischen den Schaltungs­ elementen innerhalb der Schaltungsanordnung reduziert, was besonders dann von Vorteil ist, wenn die Schaltung einen linearen Schaltkreis enthält, der mit hohen Frequenzen arbeitet.

Der Körper 16, 17 ist an einem Punkt außerhalb der elektrischen Schaltungs­ anordnung angeschlossen und kann in bekannter Weise auf Null-Potential gehalten werden. Die Halterungen 17 erleichtern die Handhabung der elektri­ schen Schaltungsanordnung und reduzieren die Gefahr einer Beschädigung der Schaltung während der Handhabung. Die Halterungen 17 können ferner Wärme­ leiter bilden, um Wärme von den Schaltungselementen abzuführen.

In der dargestellten Ausführungsform sind Abschnitte jeder Halterung 17 im Querschnitt kanalförmig ausgebildet und bilden Nuten 18, die sich in einer Ebene rechtwinklig zur Längsachse 12 des Stapels erstrecken. Jedes Substrat sitzt mit Preßsitz in einer Nut 18 und es ist ggf. mit dieser Halterung auch verlötet. Insbesondere verbinden die Halterungen 17 die elektrisch leitenden Schichten 16 auf den Substraten wenigstens teilweise durch ihre Nuten 18, die in Eingriff mit den Schichten 16 stehen. Jede Halterung ist aus dünnem, ursprünglich ebenem Blech z.B. durch Pressen geformt und besteht z.B. aus Kupfer.

In dem Stapel ist jedes benachbarte Paar von Substraten 12 im gleichen Ab­ stand voneinander angeordnet.

Die Halterungen 17 sind ferner mit Schichten 19 aus leitendem Material ver­ bunden, die angrenzend an den Rand der Substrate 12 und auf derselben Haupt­ fläche der Substrate wie die Schaltungselemente angeordnet sind. Die Schichten 19 werden daher auf Null-Potential gehalten, und es sind Kompo­ nenten 14 der Module, die an einen auf Null-Potential gehaltenen Punkt geschaltet werden sollen, mit diesen Schichten 19 verbunden. Andererseits können diese Komponenten mit den Schichten 16 auf den anderen Hauptflächen der Substrate mittels elektrischer Verbindungen 19′ verbunden sein.

Elektrische Verbindungsleitungen 20 zwischen den Modulen 11 des Stapels 10 vervollständigen einen gewünschten Schaltkreis und jede besteht aus einem elastischen U-förmigen Teil aus Kupfer, der mit nur zwei benachbarten Modulen 11 im Stapel zusammenwirkt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur eine solche elektrische Verbindungsleitung 20 dargestellt. Die elektri­ schen Verbindungsleitungen 20 sind an den Modulen 11 befestigt. Die elek­ trischen Verbindungsleitungen liegen angrenzend an die beiden gegenüberliegen­ den Seiten des Stapels 10 und sie verlaufen parallel zur seiner Längsachse 13 auf den Seiten, die nicht durch die beiden Halterungen 17 besetzt sind.

Das Modul an einem Ende des Stapels ist mit Anschlüssen 22 für die Schaltungs­ anordnung versehen, wobei jeder Anschluß im wesentlichen dieselbe Form wie die U-förmigen Verbindungsleitungen zwischen den Modulen hat, jedoch an Stelle der U-Form haben die Anschlüsse Ansätze 23, die mit Fassungen eines außerhalb der Schaltungsanordnung liegenden Teiles zusammenwirken. Nur ein solcher An­ schluß ist dargestellt.

Alternativ kann, was nicht dargestellt ist, ein Modul mit Anschlüssen vor­ gesehen sein, das keine elektrisch leitende Schicht auf einer Hauptfläche des Substrates hat, sondern ein Muster aus Leitern auf dieser Hauptfläche. Das Leitermuster ist an die Schaltungselemente auf der anderen Hauptfläche des Substrates geschaltet mittels U-förmiger, elektrischer Verbindungsleitungen am Rande des Substrates. Die Anschlüsse in beliebiger Form sind integral mit dem Leitermuster. Die Anschlüsse können daher in jeder erforderlichen Form eines zweidimensionalen Feldes über der gesamten Hauptfläche des Substrates vorgesehen sein, das das Leitermuster trägt. Die Bildung einer Vielzahl von Anschlüssen für die elektrische Schaltungsanordnung wird damit erleichtert.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in den weiteren dargestellten Ausfü­ rungsformen die Leiter 15 auf den Substraten und die elektrischen Verbindungs­ leitungen 20 zwischen den Modulen nicht dargestellt. Ferner sind nur einige der Komponenten 14 und nur einige der Anschlüsse für jede Schaltungsanordnung gezeigt.

Eine elektrische Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann einen weniger komplexen elektrischen Schaltkreis aufweisen, wobei die Anschlüsse dieses weniger komplexen Schaltkreises an andere Teile eines mehr komplexen Schalt­ kreises geschaltet sind. Die anderen Elemente des komplexeren Schaltkreises können jede erforderliche Form haben, beispielsweise ist der weniger komplexe Schaltkreis vorgesehen, um mit einer konventionellen Schaltungsplatte mit ge­ druckter Schaltung zusammenzuwirken, wobei die Längsachse 13 des Stapels rechtwinklig zur Ebene der gedruckten Schaltungsplatte verläuft. Die An­ schlüsse 23 nach Fig. 1 mit ihren Steckern, die zu dem wenigerkomplexen Schaltkreis gehören, werden dann in entsprechende Fassungen der gedruckten Schaltungsplatte gesteckt. An den Halterungen 17 sind ferner Nasen 24 ausge­ bildet, welche in entsprechende Fassungen der gedruckten Schaltungsplatte eingesetzt werden, und die Halterungen sind außerdem mit Flanschen 25 ver­ sehen, so daß der weniger komplexe Schaltkreis sich auf der gedruckten Schaltungsplatte abstützen kann und mit ihr elektrisch verbunden ist.

Eine solche Anordnung mit zwei einander zugeordneten, weniger komplexen Schalt­ kreisen ist teilweise in Fig. 2 gezeigt. Die gedruckte Schaltungsplatte ist allgemein mit 27 bezeichnet. Die Halterungen 18, die Verbindungsleitungen 20 zwischen den Modulen und die Anschlüsse 22 sind wegen der Übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht dargestellt. Ferner sind die Anschlüsse der Schaltungsplatte und die elektrischen Verbindungen zwischen den Anschlüssen der Schaltungs­ platte und jedem der elektrischen Schaltkreise nicht dargestellt. Teile der elektrischen Schaltkreise nach Fig. 2, die identisch oder im wesentlichen gleich mit Teilen der Schaltkreise nach Fig. 1 sind, haben in beiden Figuren dieselben Bezugszeichen. Die gedruckte Schaltungsplatte 27 hat einen gemein­ samen Träger für die Stapel, wobei die Längsachsen 13 der Stapel parallel zueinander und rechtwinklig zur Ebene der gedruckten Schaltungsplatte 27 verlaufen. Die elektrischen Schaltkreise können in der gewünschten Weise durch die gedruckte Schaltungsplatte zusammengeschaltet werden. Andererseits können auch nur die Leiter jedes elektrischen Schaltkreises mit der gedruckten Schaltungsplatte verbunden werden.

Die Schaltungsplatte 27 hat eine zusätzliche leitende Platte 28, die zwischen den beiden elektrischen Schaltkreisen 10 angeordnet ist. Die Platte 28 verläuft parallel zu den Längsachsen 13 der Stapel und rechtwinklig zur allgemeinen Ebene der Schaltungsplatte. Die Platte 28 ist angeschlossen und wird als Teil des Körpers 16, 17 jedes zugehörigen Schaltkreises betrachtet und damit auf Null-Potential gehalten. Die Platte 28 reduziert somit unerwünschte elektrische Wechselwirkungen zwischen den Schaltkreiselementen der einzelnen Schaltkreise.

Bei dem dargestellten, einander zugeordneten Paar von elektrischen Schalt­ kreisen 10 ist es zweckmäßig, daß der Signalweg allgemein von der Schaltungs­ platte 27 über einen der Schaltkreise zum Modul 11′ dieses einen Schaltkreises verläuft und dann zum Modul 11′′ des anderen Schaltkreises, durch diesen hin­ durch und dann zurück zur Schaltungsplatte. Ein solcher Signalweg ist in Fig. 2 durch die Pfeile 29 angezeigt.Die elektrischen Verbindungen zwischen den beiden elektrischen Schaltkreisen auf der von der Schaltungsplatte entfernten Seite sind generell mit 30 bezeichnet. Die Anschlüsse an den Modulen der beiden Schaltkreise sind mit 31 bezeichnet. Eine Modifikation der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist teilweise in Fig. 3 gezeigt. In der Ausführungsform nach Fig. 3 teilen sich die weniger komplexen elektrischen Schaltkreise 10 ein gemeinsames Modul 35, das am Ende des Stapels entfernt vom gemeinsamen Träger 27 angeordnet ist. Das Modul 35 wird als Bestandteil jedes der Schaltkreise 10 betrachtet und es ist im wesentlichen gleich zu den anderen Modulen 11 aufgebaut. Insbesondere hat das Modul 35 ein Substrat 12′, das größer ist aber parallel zu jedem der anderen Substrate 12 der Schaltkreise. In Fig. 3 sind die Schaltungselemente innerhalb der Module nicht dargestellt. Eine der Halterungen 17′ ist jedoch gezeigt, und die beiden elektrischen Schaltkreise können sich in diese Halterung teilen. Der zusätzliche Leiter 28 ist mit jeder der elektrisch leitenden Halterungen 17′ verbunden und/oder mit der elektrisch leitenden Schicht 16′ des gemeinsamen Moduls 35.

In dem komplexeren Schaltkreis nach Fig. 3 kann auch nur eine Halterung 17′ für die beiden weniger komplexen Schaltkreise vorgesehen sein.

Fig. 4 zeigt eine modifizierte Form einer elektrischen Schaltungsanordnung 40.

In der Ausführungsform nach Fig. 4 haben die leitenden Halterungen 41 Teile, welche die Module 11 an ihren erforderlichen Plätzen innerhalb des Stapels halten, und sie bilden Winkelstücke, die parallel zur Längsachse 13 des Stapels verlaufen. Die Halterungen 41 wirken mit den Substraten 12 der Module zusammen, beispielsweise sitzen die Substrate mit Preßsitz innerhalb zusammen­ wirkender Paare von Flanschen (nicht gezeigt) an den Halterungen, wobei wenigstens ein Flansch jedes Paares elektrisch leitend ist.

Die dargestellten elektrischen Verbindungsleitungen 42 zwischen den Modulen 11 des Stapels 10 vervollständigen den Schaltkreis, und jede besteht aus einem Teil, das teilweise die Module in ihren erforderlichen Plätzen innerhalb des Stapels hält, und sie verlaufen parallel zur Längsachse 13 des Stapels. Die Enden jeder elektrischen Verbindungsleitung können Anschlüsse für die elek­ trische Schaltungsanordnung aufweisen. Die elektrischen Verbindungsleitungen 42 sind an den Substraten 12 der Module befestigt und sitzen z.B. in fluchten­ den Nuten 44, die im Rand der Substrate ausgebildet sind.

Die Halterungen 41 haben ferner Nasen 46, so daß der Stapel auf einem nicht­ gezeigten Träger montiert werden kann.

In der Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach Fig. 4, die in Fig. 5 mit 50 bezeichnet ist, haben identische oder sehr ähnliche Teile in beiden Figuren dieselben Bezugszeichen.

Die elektrische Schaltungsanordnung 50 nach Fig. 5 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 4 insofern, als die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Modulen 11 des Stapels Teile eines praktisch ebenen Elementes 51 bilden, das z.T. die Module an ihren Plätzen innerhalb des Stapels hält. Die ebenen Abschnitte 52 der Elemente 51 bilden elektrisch isolierende Träger für die elektrischen Verbindungsleitungen 53, welche Leiter darstellen, die an den elektrisch isolierenden, ebenen Abschnitten ausgebildet sind. Die Substrate 12 der Module wirken mit den Elementen 51 zusammen, beispielsweise sitzen die Substrate im Preßsitz in zusammenwirkenden Paaren von Flanschen (nicht gezeigt) , und sie können auch mit diesen Flanschen verlötet sein.

Die Anschlüsse für die elektrische Schaltungsanordnung 50 haben Stecker 54, die an den elektrisch isolierenden Abschnitten 52 der Elemente 51 angebracht sind. Die Stecker 54 sind direkt mit den elektrischen Verbindungsleitungen 53 ver­ bunden.

Es kann ein Leiter in der elektrischen Schaltungsanordnung vorgesehen sein, der nicht mit den elektrisch leitenden Schichten auf den Substraten der Module zusammenwirkt und somit nicht Teil des auf Null-Potential gehaltenen Körpers ist. Statt dessen kann dieser Leiter einen Teil eines elektrischen Weges bilden, über den die Energiezufuhr zu den Modulen der Schaltungsanordnung erfolgt.

Claims (14)

1. Elektrische Schaltungsanordnung, bestehend aus einem Stapel von Modulen, von denen jedes ein elektrisch isolierendes Substrat auf­ weist, das rechtwinklig zur Längsachse des Stapels angeordnet ist, mit Schaltungselementen auf einer Hauptfläche des Substrates und elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Modulen und An­ schlüssen, wobei die Module im Stapel durch Halterungen gehalten sind, die sich parallel zur Längsachse über die Länge des Stapels erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Substrat (12) auf seiner anderen Hauptfläche mit einer elektrisch leitenden Schicht (16) versehen ist, daß ferner wenigstens eine der Halterungen (17, 41) elektrisch leitend und mit den elektrisch leitenden Schichten (16) der Substrate (12) verbunden ist, sowie im Betrieb der Schaltungs­ anordnung auf Null-Potential gehalten ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (17) Nuten (18) haben, die in einer Ebene rechtwinklig zur Längsachse (13) des Stapels liegen und daß die Substrate (12) mit Preßsitz in den Nuten (18) sitzen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (41) mit Flanschen versehen sind, die rechtwinklig zur Längsachse (13) des Stapels verlaufen und daß die Substrate (12) mit Preßsitz in den Flanschen sitzen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate (12) in dem Stapel elastisch gehalten sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (17) eine flächige im wesentlichen ebene Form haben.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (53) aus einer elektrisch leitenden Schicht auf einem elektrisch isolierenden Träger (82) ge­ bildet sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (17) an zwei gegenüberliegenden Seiten des Stapels angeordnet sind, und daß die elektrischen Verbindungs­ leitungen (20, 42, 53) zwischen den Modulen (11) an den beiden anderen gegenüberliegenden Seiten des Stapels angeordnet sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (41) als Winkelstücke ausgebildet sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (17, 41) mit Nasen (24, 26) versehen sind zur Montage auf einer Schaltungsplatte (27), an welche die elektrischen Verbindungs­ leitungen (20, 42, 53) angeschlossen sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Montage von wenigstens zwei benachbarten Schaltungsanordnungen (10) auf einer gemeinsamen Schaltungsplatte (27) für beide Schaltungsan­ ordnungen (10) eine gemeinsame elektrisch leitende Halterung (17′) vorgesehen ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Schaltungsanordnungen (10) eine elektrisch leitende Platte (28) angeordnet ist, die mit der elektrisch leitenden Halterung (17′, 17, 41) verbunden und auf Null-Potential gehalten ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden benachbarten Schaltungsanordnungen (10) ein gemeinsames Modul (35) haben, das am Ende der Stapel entgegengesetzt zur gemeinsamen Schaltungsplatte (27) liegt und ein Substrat (12′) aufweist, das größer ist und parallel zu den anderen Substraten (12) der zugehörigen Schaltungs­ anordnungen (10) verläuft.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Platte (28) zwischen den Schaltungsanordnunqen (10) an eine elektrisch leitende Schicht (16′) des Substrates (12′) des gemeinsamen Moduls (35) angeschlossen ist.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate (11′, 11′′) an den Enden des Stapels entgegengesetzt zur gemeinsamen Schaltungsplatte (27) mit Anschlüssen (31) versehen sind, und daß die Anschlüsse (31) verschiedener Schaltungsanord­ nungen (10) zusammengeschlossen sind.