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3augruppenträger für Steuer- bzw. Rege lagern Die Erfindung bezieht
sich auf Baugruppenträger für Steuer bzw.
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Regelanlagen. Solche Träger bestehen im allgemeinen aus einer Isolierstoffplatte,
deren eine Oberfläche mit Leiterbahnen besetzt ist und deren zweite Oberfläche in
der Regel für die Bestückung mit Bauelementen herangezogen wird. Die elektrischen
Anschlüsse der Bauelemente greifen bei bekannten Trägeranordnungen durch Löcher
in der Platte hindurch und sind mit den Leiterbahnen auf der Rückseite der Platte
verlötet.
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In der modernen Steuerungs- und Regelungstechnik- werden Steuerbausteine
verwendet, von denen weder eine Vielzahl integrierter Schaltkreise enthalten kann.
Die Kompakt-Steuerbausteine, von denen wiederum eine Vielzahl auf eine einzige Trägerplatte
aufgesetzt werden, sind empfindlich gegen Störbeeinflussungen. Es ist deshalb erforderlich,
zumindest die Stromversorgungsleitungen der einzelnen Bausteine bzw. 3aus-teingruppen
niederohmig zu halen und außerdem gegebenenfalls gegen äußere Störer absuschirmen.
Eine niederohmige Stromzuführung bei schnellen integrierten Schaltkreisen bereitet
jedoch Schwierigkeiten, und nur durch eine entsprechende auslegung der Stromschienen
bzw. -drähte läßt sich der ohmsche Spannungsabfall klein halten. Der induktive Spannungsabfall
aber läßt sich nur durch eine Verkleinerung der Schleifen der Stromzuführungsdrähte
bzw. der Leiterbahnen erniedrigen. Zur Verkleinerung der in der Regel stets vorhandenen
Leiterinduktivitäten und zur Erzielung zuführung ist es bekannt, den aus Isolierstoff
bestehenden Baugruppenträgern, die einseitig mit Leiterbahnen und auf der anderen
Seite mit Steuerbausteinen bestückt sind, sogenannte Erdungsplatten zuzuordnen,
um möglichst kurze Leitungsführungen wenigstens zu dieser auf Beeugepotential (Masse)
liegenden Metallplatte
zu erhalten Bei dieser bekannten Maßnahme
ergeben sich aber immer noch Leiterschleifen gegenüber den Betriebspotentialen.
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Eine wesentlich bessere Wirkung wird - wie ebenfalls bekannt ist -
dann erzielt, wenn dem Baugruppenträger noch eine weitere Metallplatte zugeordnet
wird, welche an das Betriebspotential angeschlossen ist, welches die Kollektorspeisespannung
für die in den Schaltkreisen der Steuerbausteine verwendeten Transistoren bereitstellt.
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Wenngleich solche einerseits das Bezugspotential und andererseit.
das Kollektorspeisepotential führenden Platten nur in geringem Abstand von der Trägerplatte
angeordnet sind und sozusagen eine teilweise Unhüllung der Trägerplatten bilden,
ergeben sich doch bei starken Fremdstörern in unmittelbarer Nachbarschaft einer
solchen Trägerplatte (Print) gewisse "Durchgriffe" von Störspannungen, die vermieden
werden müssen. Untersuchungen und Erkenntnisse daraus haben ergeben, daß die Entstörwirkungen
ein Optimum dann erreichen, wenn nicht nur die das Bezugapotential führenden Sohaltungsetellen
und die das Kollektorspeisespannungspotential der Transistoren führenden Leitungen
je zu metallischen Schirmen geführt werden, sondern noch darüberhinaus kurze Leitungsführungen
zu der z.B. das Sperrpotential der Transistoren bereitstellenden Versorgungespannung
bzw. zu weiteren höheren oder niedrigeren Versorgung. spannungen angestrebt werden,
die ebenfalls an einer entsprechenden Schirmplatte anliegen, und überdies noch dazu
dafür gesorgt wird, daß sämtliche metallischen Schirme, also der Schirm iiir das
Bezugspotential, der Schirm für das Speisepotential der Schirm für das Sperrpotential
und die Schirme für die übrigen Potentiale räumlich möglichst dicht beieinander,
aber natürlich isoliert voneinander, angeordnet sind.
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Bei einem Baugruppenträger für Steuer- bzw. Regelanlagen, der Je mit
einer Mehrzahl von untereinander und mit der Stromversorgung verbundenen kontaktlosen
Steuerbausteinen oder Bausteingruppen und überdies mit gedruckten Leiterbahnen besetzbar
ist, besteht die Erfindung demgemäß darin, daß den Trägerplatten aus I.olierstoff
mehrere voneinander isolierte metallische Schichten oder Folien zugeordnet sind,
von denen mindestens eine mit dem
Bezugspotential, die anderen mit
den Betriebspotentialen der Stromversorgung verbunden sind und daß die an diese
Potentiale anzuschließenden Stift- oder Drahtansehlüas« der Bausteine durch bis
zu der entsprechenden Metallschicht hindurchgreifende Löcher direkt jeweils mit
einer dieser Metallschichten verbunden sind.
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Die Wirkung derartig aufgebauter Baugruppenträger bezüglich der Störsicherheit
ist erheblich: Die kurze direkte Leitungsführung zu den entsprechenden Potentialen
an den eingearbeiteten Metallschichten vermindert Schleifenbildungen und gewährleistet
minimale induktive Kopplungen. Ferner werden die effektiven Leitungslängen wesentlich
verkleinert, und damit werden Laufzeiteffekte auf ein Minimum reduziert. Ein weiterer
Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Wellenwiderstand eines solchermaßen aufgebauten
Baugruppenträgers auf wenige Ohm gesenkt werden kann. Für Störimpulse stellt ein
solcher niedriger Wellenwiderstand eine hohe Belastung dar, so daß die Störspannungen
verringert werden. Die Folge davon ist, daß damit im Bedarfsfalle größere zusätzliche
Verdrahtun-gslängen ermöglichst werden und daß sich der Abstand der Bausteine voneinander
vergrößern läßt. Mit der Erniedrigung des Wellenwiderstandes der Stromversorgung
geht vorteilhaft ein weiterer Abbau der Störstromspitzen einher. Vorteilhaft ist
weiter, daß die Metallschichteinlagerungen in der Printplatte je-.weils einen sehr
wirksamen Stützkondensator bilden. Damit ist eine Einsparung entsprechender Stützkondensatoren
auf dem Print möglich. Durch die starke kapazitive Bindung der Versorgungspotentiale
werden dynamische Spannungsabfälle zum Be.zugspotential wesentlich vermindert. Nach
bekannten Regeln ist die Kapazität zwischen den metallischen Belegungen bei gegebener
Fläche um so größer, je geringer der Abstand zwischen den-Belegungen ist. Es ist
deshalb dafür zu sorgen, daß die isolierende Zwischenschicht zwischen jeweils zwei
metallischen Belegungen so dünn wie möglich gehalten wird.
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Bilden zwei auf Bezugspotential geschaltete metallische Belegungen
jeweils die äußersten Oberflächen der Printplatte, so ist ein erheblicher Schutz
des Bausteinträgers gegen Störer gegeben, und zusätzliche Schirmungsmaßnahmen sind
meist entbehrlich) besonders dann, wenn auch die Führungsschienen bzw. Rahmen, in
denen
solche Printplatten gehaltert sind, ebenfalls mit metallic schen, an die entsprechenden
Potentiale angeschlossenen Schichten beleg;t sind oder solche metallische Schichten
in diese eingearbeitet sind. Auch die Führungsschienen und Rahmen sollten des halb
bereits metallische Schirmungsteile, wie zu den Baugruppenträgern (Prints) erläutert,
in Kunststoff eingegossen, enthalten.
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Um die gewünschte Störsicherheit gegenüber Fremdstörern zu erhalten,
ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung angebracht, zwei der metallischen
Schichten oder Folien jeweils auf den beiden Plattenoberflächen aufzubringen, und
eine dritte oder weitere Schicht bzw. Folie zwischen den beiden andern anzuordnen.
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Die metallischen Schichten oder Folien können auch in verschiedenen
Ebenen parallel zu den Plattenoberflächen in die Trägerplatten eingelassen sein.
Beim Aufbau eines Baugruppenträgers nach der Erfindung ist-es demgemäß zweckmäßig,
daß die Trägerplatten wechselweise aus Isolierstoffschichten und Metallschichten
aufgebaut sind. Mindestens eine der beiden, die Oberfläche der Trägerplatte bildenden
Metallschichten oder -folien kann mit einem isolierenden Kunststoff überschichtet
bzw. überspritzt sein, der als Träger für die Leiterbahnen dient. Bei etwa mittig
eingearbeiteter Metallschicht kann die Trägerplatte lediglich auf einer ihrer beiden
Oberflächen mit einem Metallbelag oder einer Metallfolie belegt sein, wobei diese
Metallschicht mit einem Isolierbelag versehen sein kann und die Isolierschicht wechselweise
mit weiteren Metallschichten oder -folien und Isolierschichten überschichtet ist*
Die meta'llschichtfreie, z.B. mit Isolierlack über zogene, Oberfläche der Trägerplatte
kann als Träger sowohl der Leiterbahnen-als auch der Bauelemente dienen. Die metallisierte
Oberfläche der Trägerp%attekann abwechselnd mit weiteren Isolierschichten und Metallschichten
bedeck sein und auf die abschließende Isolierschicht können weitere Leiterbahnen
und/oder Bauelemente aufgebracht sein. Die so ausgebildete Trägerplatte kann mit
Stecker- oder Anschlußstiften besetzbar sein, die jeweSs mit einer der Metallschichten
verbunden sind.
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Die metallischen Schichten können aus Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen
bzw. Silber oder silberhaltigen Legierungen bestehen.
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Zur Sicherung des Baugruppenträgers vorwiegend gegen magnetische Störer
können die metallischen Schichten auch aus magnetischem Material, z.B. Eisen, Nickel,
Kobalt oder deren Legierungen, be~ stehen.
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Ein wirksamer Schutz sowohl gegen elektrische als auch magnetische
Störer ist dann gewährleistet, wenn die jeweiligen metallischen Schichten aus je
zwei Stoffen plattiert sind, von denen die eine aus Silber oder Kupfer, die andere
dagegen aus magnetischem Material, z.B. Eisen, Nickel, Kobalt oder Legierungen aus
diesen, besteht.
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Ausführungsbeispiele nach der Erfindung seien nachstehend anhand von
fünf Figuren näher erläutert.
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Die Fig. 1 veranschaulicht in schematischer Darstellung, also nicht
maßstabgerecht, den Baugruppenträger (Print) T im Querschnitt. Der Träger g besteht
abwechselnd aus metallischen Schichten MS und Isolierschichten 1. Die Oberseite
der Trägerplatte T ist mit der Metallschicht MS1, die Unterseite mit der Metallschicht
MS4 belegt. Zwischen den metallischen Oberflächenschichten MS1 und MS4 befinden
sich abwechselnd die Isolierschicht I1, die Metallschicht MS2, die Isolierschicht
I2, die Metallschicht MS3 und die Isolierschicht I3. Die Metallschichten können
Beläge sein, die durch Aufspritzen auf die darunterliegenue Isolierschicht I aufgebracht
sind; sie können aber auch aus @@@@en bestehen, deren Dicke 0,1 mm und weniger betragen
kann.
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@e Isolierstoffschichten I1, 12 und I3 können aus dünnen Platten der
ebenfalls aus Folien von sehr geringer Dicke, z.B. 1 mm und weniger, bestehen. Die
einzelnen Metallschichten MS sowie die Isolierschichten I werden zweckmäßig durch
Verkleben und Aufeinanderpressen ZU dem plattenförmigen Träger T paketiert. Die
einzelnen Schichten weisen an geeigneten Stellen Durchlässe D (Löcher) für die Auinahme
von'Steckerstiften St (Fig. 1) bzw. zur Durchführung der Drehtenden von Bauelementen
B (Fig. 2) auf. Die Durchlässe D (Löcher) in den Metallschichten MS sollen im Durchmesser
etwas größer gehalten sein als die entsprechenden -Löcher in den Isolierschichten
I,-um Kurzschlüsse zwischen den Metallschichten MS durch die Metallstecker St bzw.-
die Drahtanschlüsse
der Bauelemente B zu unterbinden.
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Während inder Fig. 1 die Trägerplatte T (Print) aus vier Metallschichten
und drei Isolierschichten zusammengesetzt ist, besteht die Trägerplatte T nach Fig.
2 aus vier Isolierschichten I1 bis I4 und drei Metallschichten MS1 bis MS3.
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In der Fig. 1 sind die metallischen Deckschichten MS1 und MS4 mit
dem Bezugspotential M der Stromversorgung, die Metallschicht MS2 mit dem positiven
Pol-P sowie die Metallschicht MS3 mit dem negativen Pol N der Stromversorgung verbunden.
Hierbei soll das Bezugspotential M auf Masse (Erde) liegen.
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Selbstverständlich können auf der Trägerplatte (Print) T gemäß Fig.
1 neben den Steckerstiften St auch Bausteine B, wie z.B.
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integrierte Schaltkreise, montiert sein. Die mit der Stromversorgung
zu verbindenden Klemmen dieser Schaltkreise können dann durch Löcher in der Platte
T hindurch auf kürzestem Wege mit den angegebenen Stromversorgungspotentialen P,
N und M oder weiteren Potentialen verbunden werden. Für die Leitungsführungen zwischen
den einzelnen Bauelementen bzw. Bausteinen werden dann in üblicher Weise sogenannte
gedruckte Leiterbahnen -L herangezogen. Da diese Leiterbahnen selbstverständlich
nur auf einer isolierenden Zwischenlage aufgebracht sein können, müßten bei einer
Baugruppenträgeranordnung nach Fig. 1 die metallischen Oberflächenschichten der
Trägerplatte T bzw. mindestens eine der beiden Trägerflächenschichten mit Isoliermaterial
belegt sein, wie dies in der Fig. 1 im einzelnen veranschaulicht ist. In dieser
Figur bildet die oberste Deckscjoht eine Isolierfolie I1, auf die in üblicher Weise
die Leiterbahnen L aufgebracht werden können. Auf der Unterseite der BautrSgerplatte
T (Print) nach Fig. 2 ist ebenfalls eine isolierende Schicht I4 aufgebracht, die
jedoch nur dann erforderlich ist, wenn die Bauelemente bzw. die Steuerbausteine
B einen auf Poteptial liegenden Körper -aufweisen. Die Anordnung nach Fig. 2 mit
drei eingearbeiteten Metallschichten MS1 bis MS3 wird im allgemeinen dann zu wählen
sein, wenn die Bauelemente B bzw. die Steuerbausteine nur ein einziges Betriebspotential
(P bzv. N) ei. fordern. In diesem Falle wird die Metallschicht
MS2,
die mittig im Träger T angeordnet ist, an dieses Betriebspotential angeschlossen,
während die äußeren Metallschichten MS1 und M53 mit dem Bezugspotential M (Erde,
Masse) verbunden werden.
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Die einzelnen Metallschichten bzw. -folien MS brauchen nicht, wie
die Figuren 1 und 2 veranschaulichen, symmetrisch, d.h. im gleichen Abstand, zueinander
angeordnet seien. Die Fig. 3 veranschaulicht eine Bausteinträgerplatte T (Print),
bestehend aus einer Isolierschicht Ii mit aufgesetzten Leiterbahnen L und 3austeinen
B. Die Unterseite der Trägerplatte T ist mit einer Metallschicht MS1 belegt, die
mit dem Betriebspotential N verbunden ist. Auf die Metallschicht MS1 ist eine weitere
Isolierschicht I2 und auf diese eine weitere Metallschicht MS2 aufgebracht sein.
Es folgt dann die Isolierschicht I3 und schließlich die untere Oberflächendeckschicht
MS3. Die mit den entsprechenden Bezugs- bzw. Betriebspotentialen zu verbindenden
Anschlüsse der Bausteine B sind mit den entsprechenden metallischen Schichten MS
verbunden. Hierbei liegt die Metallschicht MS2 auS Bezugspotential M und die Metallschicht
MS3 auf dem Betriebspotential P.
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Die Isolierschicht 13 ist besonders dünn gehalten was eine große Kapazität
zwischen den Metallbelegungen MS2 und MS3 ergibt. Die Stromführungsdrähte zu den
Bausteinen 3 sind über Löcher D mit den entsprechenden Metallbelegungen bzw. Potentialen
verbunden, z.B. durch Verlöten, wie dies in der Nebenfigur 3a in vergrößerter Darstellung
veranschaulicht ist.
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Die Trägerplatte T nach Fig. 4 weist auf ihren Oberflächen Isolierstoffschichten
auf, wobei Leiterbahnen ii sowohl auf der Oberals auch auf der Unterseite der Trägerplatte
angebracht sein können, wenn dies im Bedarfsfalle erforderlich ist. Selbstverständlich
können im vorliegenden Falle beide Flächen der Trägerplatte mit Bausteinen B besetzt
sein. Die eingelagerten Metallschi'chten'-'MSl bzw MS3 sind, wie z.B.-zu Fig. 3
erläutert, mit den Betriebspotentialen N und P sowie mit dem Bezugspotential M verbund-en.
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Die Anordnung von Steckerstiften an Schichtplatten T der vorstehend
beschriebenen Art bereite, keine be-onderen SXhwierigkeiten,
wenn
der Aufbau der Trägerplatten in dem zu F'iE. 1 läuterten Sinne erfolgt. Die Fig.
5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel hierfür, wo die Steckerstifte St, die
das 3etriebs- bzw. Bezugspotential zu den auf der Trägerplatte T flantierbaren Bausteinen
B weiterleiten sollen, mit den entsprechenden metallischen Schichten MS1 bis MS3,
die an das Betriebspotential N, an das Betriebapotential P und an das Bezugspotential
M anschließbar sind, z.B. durch Löten verbunden sind. Die elettrische Lötverbindung
zwischen Steckerstift und zugehöriger Metall-.
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schicht MS kann während des Schichtaufbaus der Trägerpiatte oder auch
noch nach vollendetem Schichtaufbau durch die in den Schichten belassenen Löcher
D der fertigen Platte hindurch hergestellt werden.
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Die Störsicherheit gegen Fremdstörer ist an sich schon durch die relativ
kurzen Leitungsführungen zu den Betriebspotentialen wegen des dadurch eingetretenen
geringen Wellenwiderstandes: gegeben; sie läßt sich aber in hartnäckigen Fällen
noch steigern, wenn die Leiterbahnen, z.3. nach Fig. 4, und/oder die Bauelementgruppen
zunächst mit einem Isolierlack umspritzt und schließlich noch mit einer Metallschicht
übersprüht werden, die zweckmäßig auf Erdpotential, also das Bezugspotential M zu
legen ist. Die eta1lschichten MS bzw. die Schichtummantelungen sollen aus elektrisch
gutleitendem Material, z.3. Silber oder Kupfer, bestehen. ist dagegen zusätzlich
noch mit erheblichen magnetischen Störern zu rechnen, so sollen sämtliche Schichten
aus hochleitendem Material, wie Silber bzw. Kupfer, und magnetisierbarem Material,
z.B. aus Nickel, Eisen, Kobalt oder deren Legierungen, bestehen 5 Figuren 13 Patentansprüche