DE3321321A1 - Elektrische schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dr. ror. nat. Thomas Bcrendt

Dr.-Ing. Ken8 Ley 31 Innere Wiancr Gtr. 20 - D 8000 München 00

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

Ferranti plc

Bridge House_s Park Road

Gatley, Cheadle, Cheshire, England

Elektrisehe Schaltungsanordnung

/L Ferranti pic

- A 14 670 -

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung und insbesondere eine solche Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl von Stapel auf einem gemeinsamen, wenigstens im wesentlichen planaren Träger, wobei jeder Stapel eine Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen gleich aufgebauten Modulen aufweist und jedes Modul wenigstens im wesentlichen ein planares Substrat hat, das rechtwinklig zur Längssymmetrieachse des zugehörigen Stapels angeordnet ist, wobei ferner Schaltungselemente auf wenigstens einer Hauptfläche jedes Substrates angeordnet sind und elektrische Verbindungen zwischen den Modulen jedes Stapels und zwischen jedem Stapel vorhanden sind, um den Schaltkreis zu vervollständigen. Die Schaltkreiselemente auf den Substraten können Leiter aufweisen, die einzelne Schaltungskomponenten verbinden, z.B. verpackte, oder nicht eingekapselte Halbleiterelemente, die auf den Substraten angeordnet sein können.

Die Stapel jeder Schaltungsanordnung können in beliebig geeigneter Weise auf dem zugehörigen gemeinsamen Träger angebracht sein. Die Module jedes Stapels können an ihren Positionen innerhalb des Stapels in geeigneter Weise befestigt sein. Zweckmäßigerweise ist eine Mehrzahl von Bauteilen vorgesehen, die parallel zur Längssymmetrieachse des Stapels liegen und wenigstens teilweise die Module in ihren erforderlichen Positionen im Stapel halten, wobei jedes Substrat mit den Bauteilen in geeigneter Weise zusammenwirkt. Weitere Haltemittel geeigneter Form können im Stapel vorgesehen sein. In jeder derartigen Schaltungsanordnung ist die Verwendung solcher Halteteile vorteilhaft, da sie die Module in ihren erforderlichen Positionen im Stapel problemlos während des Zusammenbaus des Stapels halten.

Es kann erwünscht sein, daß fehlerhafte Module leicht austauschbar sind und insbesondere, daß die Module federnd oder elastisch durch die Halteteile im Stapel gehalten sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Modulen jedes Stapels können jede geeignete Form haben und sie können beispielsweise wenigstens z.T. durch die Bauteile gebildet sein, die die Module in ihren Positionen im Stapel halten. Die elektrischen Verbindungen können daher wenigstens teilweise gleichzeitig die Halteteile für die Module im Stapel bilden.

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Für jeden Stapel der elektrischen Schaltungsanordnung können geeignete Anschlüsse vorgesehen sein, welche Schaltungselemente auf wenigstens einer Hauptfläche wenigstens eines Substrates umfassen können und/oder Endabschnitte der elektrischen Verbindungen zwischen den Modulen, sowie die Bauteile, die wenigstens teilweise die Module in ihren Positionen im Stapel halten.

In komplexen elektrischen Schaltungen, die dicht gepackte Module und/oder Schaltelemente auf den Modulen aufweisen, ist es ein Problem, die erzeugte Wärme abzuführen, ehe sie die elektrischen Schaltungselemente beschädigen kann. Gewöhnlich wird die Wärme von einigen der Bauteile oder Komponenten der Schaltungen erzeugt und sie wird, wenn möglich, von benachbarten Schaltungselementen, z.B. Leitern und/oder den Substraten abgeführt, wenn die letzteren aus einem Material mit hohem Wärmeleitwert bestehen, wobei die Substrate ggf. Kühlkörper aufweisen können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine Vielzahl von Stapeln auf einem gemeinsamen, wenigstens im wesentlichen planaren Träger aufweist, wobei jeder Stapel eine Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen gleich aufgebauten Modulen besitzt, von denen jedes ein wenigstens im wesentlichen planares Substrat hat, das rechtwinklig zur Längssymmetrieachse des zugehörigen Stapels liegt, wobei Schaltungselemente auf wenigstens einer Hauptfläche jedes Substrates aufgebaut sind, wobei nach der Erfindung zu Punkten der elektrischen Schaltungsanordnung, von denen die Wärme abgeführt werden soll, ein Kühlfluid, z.B. Luft, zugeführt werden kann.

Vorzugsweise strömt das Kühlfluid zwischen benachbarten Paaren oer Substrate, durch jeden Stapel, in Ebenen im wesentlichen rechtwinklig zu den Längsachsen der Stapel, wobei das Kühlfluid nacheinander durch wenigstens zwei der Stapel strömen kann.

Durch den Fluß des Kühlfluids über die Schaltkreiselemente und/oder über die Substrate, insbesondere wenn die letzteren aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen, wird die Wärme von der elektrischen

Schaltungsanordnung abgeführt.

Das Kühlfluid kann zweckmäßigerweise Luft sein. Die Subatrate der Stapel sind zweckmäßigerweise identisch. Die Leiter oder Anschlüsse, die Schaltungselemente umfassen und innerhalb der Module ausgebildet sind, können in jeder geeigneten Form hergestellt sein, beispielsweise unter Verwendung bekannter Dickfilmtechniken.

Die Komponenten, wie z.B. Halbleiterelemente, die in den Modulen ausgebildet sind, können jede geeignete Form haben und in jeder geeigneten Weise auf den Substraten montiert sein. Eine Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen gleich aufgebauten Stapeln kann für jede Schaltungsanordnung vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise werden beide Stapel eines benachbarten Paares von dem Kühlmedium im Wechsel durchflossen, wobei die im Abstand angeordneten Substrate eines Stapels des benachbarten Paares gestaffelt oder versetzt zu den Substraten des anderen Stapels des Paares angeordnet sind. Jede Schaltungsanordnung kann eine Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen gleich aufgebauten Stapeln aufweisen. Es ist bei einem Stapel nicht Voraussetzung, daß das Kühlmedium über jedes Modul strömt; ferner kann der Strom des Kühlmediums durch den Stapel so reguliert werden, daß die Kühlwirkung für einige Module größer ist, als für andere Module.

Wenn die Schaltungselemente auf nur einer Hauptfläche jedes, oder wenigstens einiger der Substrate, ausgebildet sind, können benachbarte Paare der Substrat* eines Stapels so angeordnet sein, daß die Schaltungselemente auf gegenüberliegenden Hauptflächen der Substrate liegen. Ferner kann die Anordnung so getroffen werden, daß das Kühlmedium nur zwischen alternierenden, benachbarten Paaren der Substrate eines Stapels strömt, entweder direkt über die Schaltungselemente, oder nur über die Hauptflächen der Substrate, die keine Schaltungselemente tragen. Zweckmäßigerweise sind innerhalb eines Stapels im Abstand angeordnete, benachbarte Paare von Substraten in gleichem Abstand angeordnet.

Wenn Schaltungselemente in einem Stapel auf nur einer Hauptfläche jedes, oder wenigstens einiger der Substrate angeordnet sind, und die Substrate aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen, die ggf.

Kühlkörper enthalten, kann eine wärmeleitendes Element auf der anderen Hauptfläche vorgesehen werden, derart, daß das Kühlmedium über das wärmeleitende Element strömt und Wärme aus diesem abzieht, wobei das wärmeleitende Element so geformt ist, daß das Kühlmedium über einen ausgedehnten Oberflächenbereich desselben strömt, das beispielsweise mit Rippen versehen sein kann. Wenn benachbarte Paare solcher Substrate so angeordnet sind, daß die Schaltungselemente auf gegenüberliegenden Hauptflächen ausgebildet sind, können die wärmeleitenden Teile auf den anderen Hauptflächen der Substrate alternierender, benachbarter Paare der Substrate interdigitiert zueinander sein, und sie können zwischen sich Durchgänge oder Kanäle für das Kühlmedium bilden.

Alternativ können Schaltungselemente auf beiden Hauptflächen jedes, oder wenigstens einiger Substrate ausgebildet sein und die wärmeerzeugenden Komponenten können auf beiden Hauptflächen wenigstens einiger der Substrate liegen.

Wenigstens einige der elektrischen Verbindungen können Teile enthalten oder bilden, die wenigstens teilweise die Module in ihren erforderlichen Positionen innerhalb des zugehörigen Stapels halten, wobei Endabschnitte dieser Teile Anschlüsse für den Stapel bilden können. Alternativ oder zusätzlich sind wenigstens einige der elektrischen Verbindungen durch Teile gebildet, die wenigstens teilweise die Module in ihren erforderlichen Positionen im Stapel halten, wobei jedes derartige Teil einen elektrisch isolierenden Träger für die zugehörigen elektrischen Verbindungen aufweist.

Teile, die wenigstens teilweise die Module in ihren Positionen im zugehörigen Stapel halten und die ggf. elektrische Verbindungsleitungen zwischen den Modulen bilden, sind zweckmäßigerweise so angeordnet, daß sie keine merkliche Beschränkung der Strömung des Kühlmediums längs der gewünschten Richtungen oder Wege durch den Stapel darstellen. Wenn beispielsweise jedes Modul quadratische oder rechteckige Form in Draufsicht hat und wenn der Stapel entsprechend quadratisch oder rechteckig im Querschnitt ist, sind diese Teile, die die Module in ihren Positionen im Stapel halten und die keine elektrischen Verbindungen zwischen den Modulen aufweisen, jeweils mit einem Eckstück oder

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Winkelstück für den Stapel versehen, oder in Form eines solchen Winkelstückes ausgebildet. Alternativ sind zwei planare Teile vorgesehen, um eine Strömung des Kühlmediums durch zwei zugehörige, gegenüberliegende Flächen des zugehörigen Stapels zu verhindern. Wenigstens einige der elektrischen Verbindungen zwischen den Modulen können durch Teile dieser planaren Elemente gebildet sein, die die Module in ihren Positionen im Stapel halten, wobei jedes solches Teil oder Element einen elektrisch isolierenden Träger für die zugehörige elektrische Verbindungsleitung aufweist.

Der Stapel kann so ausgebildet sein, daß der Strom des Kühlmediums durch Zwischenräume zwischen wenigstens einiger der elektrischen Xerbindungen zwischen den Modulen läuft, wobei das Kühlmedium nicht merklich hierdurch beeinträchtigt wird, wobei ferner die elektrischen Verbindungen für sich den Strom des Kühlmittels längs jeder gewünschten Richtung durch den Stapel nicht merklich hindern.

Der gemeinsame Träger der elektrischen Schaltungsanordnung kann eine gedruckte Schaltungsplatte sein, wobei Anschlüsse jedes Stapels elektrisch an die Schaltungsplatte angeschlossen sind, leiche die erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen den Stapeln enthält, um den Schaltkreis zu vervollständigen.

Eine elektrische Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann einen weniger komplexen elektrischen Schaltkreis aufweisen, wobei Anschlüsse des weniger komplexen elektrischen Schaltkreises an andere Schaltungselemente eines mehr komplexeren elektrischen Schaltkreises geschaltet sein können, wobei diese anderen Schaltungselemente des komplexeren Schaltkreises jede gewünschte Form haben können.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht ein mehr komplexerer elektrischer Schaltkreis aus einer Kombination einer Mehrzahl von weniger komplexen elektrischen Schaltkreisen, von denen jeder in einer der obenbeschriebenen Weisen ausgebildet und aufgebaut sein kann, und die weniger komplexen Schaltkreise auf einem gemeinsamen, wenigstens im allgemeinen planaren Mutter-Träger montiert sein können, wobei ein Schaltkreis, der zu

der Kombination gehört, durch die elektrischen Verbindungen zwischen den weniger komplexen Schaltkreisen vervollständigt wird und Anschlüsse für jede elektrische Schaltungsanordnung vorgesehen sind, wobei der Mutter-Träger rechtwinklig zu dem planaren Träger jeder elektrischen Schaltungsanordnung verläuft, und die Träger der elektrischen Schaltungsanordnungen parallel zueinander liegen, wobei das Kühlmedium unterteilt wird, so daß es im wesentlichen parallel zur Ebene des Mutter-Trägers durch jede der elektrischen Schaltkreisanordnungen strömt.

Der Mutter-Träger kann eine gedruckte Schaltungsplatte aufweisen, wobei die Anschlüsse jeder Schaltungsanordnung elektrisch an die Schaltungsplatte geschaltet sind und die letztere die erforderlichen Verbindungen zwischen den Schaltkreisen enthält, um die Schaltung zu vervollständigen. Zwischen jedem elektrischen Schaltkreis und der gedruckten Schaltungsplatte kann ein individuelles Anschlußstück vorgesehen sein.

Die Kombination kanneine Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen gleich aufgebauten elektrischen Schaltungsanordnungen umfassen.

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

Fig. 1 im Schnitt eine elektrische Schaltungsanordnung aus einer Mehrzahl von Stapeln auf einem gemeinsamen Träger zeigt, wobei jeder Stapä eine Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen identisch aufgebauten Modulen umfaßt und ein Kühlmedium nacheinander durch wenigstens zwei der Stapel der Schaltungsanordnung strömt.

Fig. 2 zeigt perspektivisch einen Stapel der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt perspektivisch eine andere Ausführungsform eines Stapels. Fig. 4 zeigt im Schnitt einen Teil noch einer Ausführungsform eines Stapels. Fig. 5 zeigt eine Modifikation des Stapels nach Fig. 4.

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Fig. 6 zeigt perspektivisch eine Kombination aus elektrischen Schaltungsanordnungen nach der Erfindung, wobei jede der Schaltungsanordnungen derjenigen nach Fig. 1 entspricht, und die Schaltungsanordnungen so montiert sind, daß ein Kühlmittel durch sie hindurchströmen kann.

Die elektrische Schaltungsanordnung nach Fig. 1 umfaßt eine Mehrzahl von Stapeln 10 auf einem gemeinsamen planaren Träger 10A, wobei jeder Stapel ausgebildet ist, wie in Fig. 2 gezeigt, und eine Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen gleich aufgebauten Modulen 11 enthält. Jedes Modul 11 hat ein planares Substrat 12 aus elektrisch isolierendem Material, wie z.B. Tonerde, und es hat eine quadratische oder rechteckige Form in Draufsicht. Jeder Stapel 10 ist somit im Querschnitt quadratisch bzw. rechteckig und die Substrate verlaufen rechtwinklig zur Längssymmetrieachse 13 des Stapels 10. Schaltkreiselemente sind auf einer Hauptfläche jedes Substrates 12 ausgebildet und sie umfassen Komponenten 14, z.B. gepackte oder nicht-eingekapselte Halbleiterelemente, die auf den Substraten in jeder geeigneten Weise angebracht und an Schaltungselemente in Form von Leitern (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Die Module 11 an jedem Ende des Stapels können mit Schaltkreiselementen versehen sein, die Anschlüsse (nicht gezeigt) für den zugehörigen Stapel aufweisen. Die Schaltkreiselemente in den Modulen können in jeder geeigneten Form ausgebildet sein, beispielsweise können Leiter und Anschlüsse durch Anwendung von Dickfilmtechniken hergestellt sein. Andere Arten von Schaltkreiselementen können ebenfalls in jeder geeigneten Weise in den Modulen angeordnet oder vorgesehen sein.

Die Anschlüsse für die Stapel, die keine Schaltkreiselemente auf den Substraten umfassen, können jede erforderliche Bauweise haben.

Bei dem Stapel nach Fig. 2, der sich zur Verwendung in der elektrischen Schaltungsanordnung nach Fig. 1 eignet, sind die Schaltkreiselemente jedes Moduls, außer bei einem Modul an einem Ende des Stapels, gegenüber einer Hauptfläche des Substrates eines benachbarten Moduls innerhalb des Stapels ausgebildet, wobei diese angrenzende Hauptfläche des Substrates keine Schaltkreiselemente trägt. Innerhalb des Stapels hat jedes benachbarte Paar von Substraten einen gleichmäßigen Abstand.

Die Bauteile 16, die wenigstens -teilweise die Module 11 in ihren erforderlichen Positionen innerhalb des Staples 10 halten, sind in Form eines Eckstückes oder Winkelstückes für den Stapel ausgebildet, wobei die Winkelstücke parallel zur Längssymmetrieachse 13 des Stapels verlaufen. Die Winkelstücke 16 wirken mit den Substraten 12 in jeder geeigneten Weise zusammen, beispielsweise mittels eines Preßsitzes zwischen zusammenwirkenden Paaren von Flanschen (nicht gezeigt), mit denen jedes der Winkelstücke ausgerüstet ist, wobei jedes Winkelstück ein solches Paar von Flanschen für jedes Substrat besitzt. Das Substrat kann ggf. auch mit den Flanschen verlötet sein.

Elektrische Verbindungen 17 sind zwischen den Modulen 11 des Stapels 10 ausgebildet, um den zugehörigen Teil des Schaltkreises zu vervollständigen. Die dargestellten elektrischen Verbindungen 17 haben jeweils ein Teil, das wenigstens teilweise die Module in ihren Positionen innerhalb des Stapels hält, und sie verlaufen parallel zur Längssymmetrieachse des Stapels. Die Endabschnitte der elektrischen Verbindungen 17 können Anschlüsse für den Stapel aufweisen. Die elektrischen Verbindungen 17 sind am Substrat 12 in jeder geeigneten Weise befestigt, beispielsweise sitzen sie in fluchtenden Bohrungen, die durch die Substrate verlaufen, und sie sind ggf. gegen die Module durch discoidale Kondensatoren entkoppelt, oder wie dargestellt, sind die elektrischen Verbindungen in fluchtenden Nuten 18 angebracht, die am Rand der Substrate ausgebildet sind, oder jede elektrische Verbindungsleitung besteht aus einem flexiblen Streifen, der mit Paaren elastischer Flansche versehen ist, beispielsweise durch Umbiegen des Streifens, um die Substrate der Module zu erfassen, wobei ggf. die Substrate auch angelötet sein können. In jeder Ausführungsform bilden die elektrischen Verbindungsleitungen Teile der Bauteile, die die Module im Stapel halten. Bei Verwendung elektrischer Verbindungsleitungen einer solchen Form, können die Eckstücke 16 weggelassen werden. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Modulen können jedoch jede geeignete Form haben und wenigstens einige von ihnen brauchen nicht Teil der Bauteile zu sein, die die Module in ihren Positionen im Stapel halten, sie können beispielsweise elastische, U-förmige Abschnitte aufweisen, oder U-förmig ausgebildet sein und jeweils nur mit zwei benachbarten Modulen des Stapels zusammenzuarbeiten.

Bei jedem Modul an den Enden des Stapels, das mit Anschlüssen für diesen versehen ist, können die Anschlüsse im wesentlichen dieselbe Form haben, wie die U-förmigen elektrischen Verbindungen zwischen den Modulen, statt jedoch U-förmig ausgebildet zu sein, sind die Anschlüsse mit Nasen oder Ansätzen versehen, die mit Fassungen von Teilen außerhalb des Stapels zusammenarbeiten.

In komplexen elektrischen Schaltungsanordnungen, die dicht gepackte Module und/oder Schaltkreiselemente auf den Modulen haben, entsteht das Problem, die erzeugte Wärme abzuführen. Gewöhnlich wird die Wärme durch einige der Schaltkreis-Komponenten der Schaltung erzeugt, die Ableitung der Wärme ist aber problematisch.

Nach der Erfindung wird die Wärme abgeleitet durch benachbarte Paare von Substraten jedes der im Abstand voneinander angeordneten Stapel und indem ein Kühlmedium, wie z.B. Luft, zwischen den im Abstand liegenden Paaren der Substrate in jedem Stapel hindurchströmt, ferner durch die Stapel in Ebenen rechtwinklig zur Längsachse der Stapel, worauf es nacheinander durch mehrere Stapel hindurchströmt. In der dargestellten Ausführungsform des Stapels nach Fig. 2 strömt das Kühlmittel über die Schaltkreiselemente. Das Kühlmittel kann sehr leicht und wirksam zugeführt und über die Punkte der elektrischen Schaltung geleitet werden, wo die erzeugte Wärme abgeführt werden soll.

Durch den Stapel nach Fig. 2 wird der Fluß des Kühlmittels durch den Stapel in Richtung des Pfeiles 19 von einer nicht-gezeigten Luftkammer aus, praktisch nicht beeinträchtigt. Insbesondere wird durch die Eckstücke 16 und die elektrischen Verbindungen 17, die Elemente enthalten, die wenigstens z.T. die Module in ihren Positionen im Stapel halten, der Strom des Kühlmittels durch den Stapel nicht merklich beeinflußt. Selbst wenn der Strom des Kühlmittels durch den Stapel rechtwinklig zum Pfeil 19 erfolgt, entsteht keine merkliche Beschränkung oder Behinderung der Strömung durch die Zwischenräume zwischen den elektrischen Verbindungsleitungen 17. Auch wenn die elektrischen Verbindungsleitungen keine solchen Elemente sind oder enthalten, die die Module in ihren Positionen im Stapel halten, wird der Strom des Kühlmittels durch

die Zwischenräume zwischen den elektrischen Verbindungen nicht merklich behindert.

Der gemeinsame Träger 1OA der elektrischen Schaltungsanordnung nach Fig. 1 enthält eine konventionelle gedruckte Schaltungsplatte, die die erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen den Stapeln enthält, um den Schaltkreis zu vervollständigen, und die Längssymmetrieachse 13 jedes Stapels verläuft rechwinklig zur Ebene der gedruckten Schaltungsplatte 10A. Somit besitzt jeder Stapel nach Fig. 1 elektrische Verbindungsleitungen zwischen den Modulen, wobei die Verbindungsleitungen wenigstens teilweise die Module in ihren Positionen im Stapel halten,und Endabschnitte der Verbindungsleitungen 17 Anschlüsse in Form von Steckern oder Stiften aufweisen, die in mit ihnen zusammenwirkende, in Form von Fassungen ausgebildete Anschlüsse 17A eingesetzt sind, die in.der gedruckten Schaltungsplatte 10A ausgebildet sind. Ferner sind die Endabschnitte der Eckstücke jedes Stapels mit Nasen oder Ansätzen versehen, die in zusammenwirkende Fassungen eingesetzt werden, die in der gedruckten Schaltungsplatte ausgebildet sind, so daß der Stapel durch die Schaltungsplatte 10A getragen oder gestützt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Eckstücke 16 des Stapels und die Komponenten in Fig. 1 nicht gezeigt. Das Kühlmittel fließt nacheinander durch die Stapel, wie durch die Pfeile 19A angezeigt ist. Die Stapel sind in Richtung des Kühlmittelstromes abwechselnd auf Distanzelementen 17B auf der gedruckten Schaltungsplatte montiert. Bei jedem benachbarten Paar der Stapel sind daher die im Abstand liegenden Substrate eines Stapels versetzt zu den im Abstand liegenden Substraten des anderen Stapels angeordnet, wodurch die Kühlwirkung der elektrischen Schaltungsanordnung gesteigert wird.

Bei der alternativen Ausführungsform des Stapels 20 nach Fig. 3 bestehen die Bauteile, die wenigstens teilweise die Module 11 in ihren Positionen innerhalb des im=Querschnitt viereckigen Stapels halten, aus zwei planaren Platten 21, die parallel zur Längsachse 13 des Stapels liegen und auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Stapels angeordnet sind. Der Strom der Kühlluft durch den Stapel ist dadurch auf eine Richtung beschränkt, die durch den Pfeil 22 angezeigt ist, und zwar durch die beiden anderen gegenüberliegenden Seiten des Stapels, die parallel zur Längsachse 13 des Stapels liegen. Die Teile des Stapels 20 nach Fig. 3, die identisch oder im wesentlichen gleich den Teilen des Stapels

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nach Fig. 2 sind, sind mit denselben Bezugszeichen in beiden Figuren bezeichnet.

Die Platten 21 sind mit den Substraten 12 in beliebig geeigneter Weise verbunden, beispielsweise mittels Preßsitz in zusammenwirkenden Paaren von Flanschen (nicht gezeigt), wobei jede Platte ein Paar Flansche für jedes Substrat aufweist, wobei ggf. die Substrate 12 mit den Platten 21 auch verlötet sein können. Die Platten 21 tragen dazu bei, daß der Stapel ohne Beschädigung gehandhabt werden kann.

Zwischen den Modulen 11 des Stapels sind elektrische Verbindungen 24 in geeingeter Weise ausgebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 bilden die elektrischen Verbindungsleitungen Teile der Platten 21, wobei diese planaren Abschnitte 25 der Platten 21 elektrisch isolierende Träger für die elektrischen Verbindungsleitungen 24 bilden, welche Leiter haben oder aufweisen, die auf den elektrisch isolierenden planaren Platten 25 ausgebildet sind. Andere elektrische Verbindungen können in geeingeter Form im Bereich derSeiten des Stapels ausgebildet sein, durch welche das Kühlmittel strömt, welches durch Zwischenräume zwischen diesen elektrischen Verbindungen hindurchströmt, welche den Fluß des Kühlmittels nicht merklich behindern.

Auf den planaren Abschnitten 25 können Schaltungselemente montiert sein. Anschlüsse 26 für den Stapel 20 sind ebenfalls an den Platten 21 vorgesehen, wobei diese Anschlüsse Nasen oder Ansätze haben, die an den elektrisch isolierenden Teilen 25 der Platten 21 angebracht sind und diese direkt mit den elektrischen Verbindungsleitungen 24 verbunden sind.

Anstatt aus einem elektrisch isolierenden Material, können die Substrate auch aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen und sie können Kühlkörper aufweisen, wobei die Wärme von diesen durch das über die Module strömende Kühlmittel abgeführt wird.

In der Ausführungsform des Stapels 30 nach Fig. 4 sind Teile, die identisch oder ähnlich Teilen des Stapels 10 nach Fig. 2 sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

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In dem Stapel 30 nach Fig. 4 sind Schaltkreiselemente 14 auf nur einer Hauptfläche jedes, oder wenigstens einiger der Substrate ausgebildet, welche aus einem Material mit hohem Wärmeleitkoeffizienten bestehen und in diesen ein wärmeleitendes Bauteil 31 auf der anderen Hauptfläche des Substrates angeordnet ist. Das wärmeleitende Bauteil 31 hat eine große Fläche und in der dargestellten AusfUhrungsform ist es mit Rippen 32 ausgestattet. Das Kühlmittel strömt über die große Fläche des wärmeleitenden Bauteils 31 und führt wirksam die Wärme von diesem ab.

In der modifizierten Form des Stapels 30 nach Fig. 5, sind benachbarte Paare von Substraten 12 so angeordnet, daß die Schaltkreiselemente 14 auf gegenüberliegenden Hauptflächen der Substrate im Stapel 30 ausgebildet sind. Die wärmeleitenden Bauteile 32 auf den anderen Hauptflächen der Substrate alternierender, benachbarter Paare der Substrate sind einander direkt gegenüber angeordnet. Die gegenüberliegenden Paare der wärmeleitenden Bauteile 31 sind versetzt und mit ihren Rippen 32 ineinandergreifend , oder ineinandergeschachtelt angeordnet, so daß Kanäle 40 für den Durchfluß des Kühlmittels zwischen ihnen gebildet werden.

Die Schaltung kann so ausgebildet sein, daß das Kühlmittel direkt über die Hauptflächen der Substrate strömt, die die Schaltkreiselemente tragen. Wenn jedoch die Möglichkeit besteht, daß die Schaltkreiseiemente durch das Kühlmittel beschädigt werden könnten, wird zweckmäßigerweise der Kühlmittel strom nur über die anderen Hauptflächen der Substrate geführt, die keine Schaltkreiselemente tragen, wenn die Substrate aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen.

Auch wenn wärmeleitende Teile nicht in den Stapeln der Schaltung vorgesehen sind, wenn Schaltungselemente auf nur einer Hauptfläche jedes, oder wenigstens einiger der Substrate ausgebildet sind, sind zweckmäßigerweise die Schaltkreiselemente auf gegenüberliegenden Hauptflächen in den Stapeln angeordnet. Die Anordnung kann derart sein, daß das Kühlmittel nur zwischen abwechselnden benachbarten Paaren solcher Substrate strömt, entweder direkt über die Schaltungselemente, oder nur über die Hauptflächen der Substrate, die keine Schaltkreiselemente aufweisen.

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Alternativ können die Schaltkreiselemente auf beiden Hauptflächen jedes, oder wenigstens einiger Substrate ausgebildet sein, und die die Wärme erzeugenden Komponenten können auf beiden Hauptflächen wenigstens einiger der Substrate liegen.

In einer Ausführungsform einer elektrischen Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Kühlmittel nicht zwischen einigen der benachbarten Paare der Substrate der Stapel strömt, und ggf. können diese benachbarten Paare von Substraten nicht im Abstand angeordnet sein, insbesondere wenn diese Substrate keine wärmeerzeugenden Komponenten tragen.

Zusätzlich oder alternativ kann der Strom des Kühlmittels durch einen Stapel reguliert werden, so daS die Kühlwirkung für einige Module größer ist, als für andere Module, bei denen die Kühlwirkung geringer ist. Der Strom des Kühlmittels kann reguliert werden durch variieren seiner Geschwindigkeit und/oder der Menge des über ein Modul strömenden Kühlmittels, z.B. durch Variation des Abstandes zwischen benachbarten Paaren der Substrate.

Zweckmäßigerweise sind jedoch innerhalb eines Stapels die benachbarten Paare von Substraten in einem gleichmäßigen Abstand angeordnet.

Die Bauteile, die wenigstens teilweise die Module in ihren Positionen im Stapel halten, können jede geeignete Form haben. Diese Teile, einschl. der elektrischen Verbindungen zwischen den Modulen, können die letzteren während des Zusammenbaus halten und abstützen. Es kann erwünscht sein, daß fehlerhafte Module leicht austauschbar sind und insbesondere,daß die Module federnd oder elastisch von den Bauteilen oder Halteteilen gehalten und abgestützt sind. Ferner können auch die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Modulen federnd und elastisch mit den Modulen verbunden sein.

Die Module können aber auch fest in dem Stapel durch die Halteteile gehalten und befestigt sein. Beispielsweise können die Halteteile und die elektrischen Verbindungen aus verzinntem Kufper bestehen und mit den Substraten der Module im fertigen Stapel verlötet sein. Außerdem können zusätzliche Befestigungsmittel beliebiger, bekannter Form für den Stapel vorgesehen sein.

Die Substrate der Module der Stapel der elektrischen Schaltungsanordnung sind zweckmäßigerweise versetzt angeordnet, sie müssen aber nicht versetzt angeordnet sein. Die Substrate und/oder der gemeinsame Träger liegen im wesentlichen in einer Ebene, sie müssen aber nicht vollständig eben ausgebildet sein. Der gemeinsame Träger kann jede geeignete Form haben, er muß nicht mit einer gedruckten Schaltungsplatte versehen sein. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Stapeln können in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein, ebenso können die Stapel auf dem gemeinsamen Träger in geeigneter Weise befestigt sein. Die Substrate haben zweckmäßigerweise Rechteckform, sie können aber auch andere geeignete Formen aufweisen. Die Module der Stapel der elektrischen Schaltungsanordnung sind im wesentlichen gleich aufgebaut, sie müssen dies aber nicht sein, sondern können kleinere Variationen oder Unterschiede aufweisen. Für den Stapel kann ein Gehäuse vorgesehen sein, durch welches dann das Kühlmittel hindurchströmt. Es kann ferner ein Gehäuse für die elektrische Schaltungsanordnung vorgesehen werden. Das Kühlmittel kann in beliebig geeigneter Weise der elektrischen Schaltung zugeführt und von dieser abgeführt werden.

Eine elektrische Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann einen weniger komplexen Schaltkreis aufweisen, wobei die Anschlüsse dieses Schaltkreises an andere Komponenten eines mehr komplexen elektrischen Schaltkreises angeschlossen sind. Die anderen Teile des mehr komplexen Schaltkreises können jede geeignete Form haben.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Kombination aus einer Mehrzahl von weniger komplexen Schaltkreisen auf einem gemeinsamen Träger, wobei die Kombination ferner einen mehr komplexen elektrischen Schaltkreis umfaßt. Eine solche Schaltung ist teilweise in Fig. 6 gezeigt, wobei nur einige der weniger komplexen Schaltkreise dargestellt sind, von denen jeder gemäß Fig. aufgebaut ist und eine Mehrzahl von Stapeln 10 auf einem gemeinsamen Träger aufweist, der eine konventionelle gedruckte Tochter-Schaltungsplatte 1OA besitzt. In dem dargestellten, mehr komplexen, elektrischen Schaltkreis umfaßt der gemeinsame Träger 60 für die Mehrzahl der weniger komplexen Schaltkreise eine konventionelle gedruckte Mutter-Schaltungsplatte. Die Ebene dieser Schaltungsplatte 60 verläuft rechtwinklig zur Ebene jeder Tochter-Schaltungs-

platte 1OA der weniger komplexen Schaltkreise, und diese Tochter-Schaltungsplatten verlaufen parallel zueinander.

Teile der weniger komplexen elektrischen Schaltkreise nach Fig. 6, die identisch mit, oder sehr ähnlich zu Teilen der Schaltung nach Fig. 1 sind, sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Komponenten 14 auf den Modulen, die Eckstücke 16 jedes Stapels und die Distanzelemente 17B sind in Fig. 6 nicht dargestellt. Die benachbarten Stapel der Schaltkreise sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 6 nicht versetzt zueinander dargestellt, dieses, in Fig. 1 gezeigte Merkmal gilt aber auch für den Aufbau der Kombination nach Fig. 6.

Ein konventionelles Eckanschlußstück 62 ist individuell an jeder Schaltungsplatte 10A angebracht und jedes Anschlußstück hat nicht-gezeigte Leiter, die sowohl an die Anschlüsse der zugehörigen Tochter-Schaltungsplatte und an entsprechende Fassungen der Mutter-Schaltungsplatte angeschlossen sind. Die weniger komplexen elektrischen Schaltkreise sind daher elektrisch mit Verbindungsleitungen verbunden, die auf der Mutter-Schaltungsplatte ausgebildet sind und die Fassungen enthalten die Anschlüsse für die elektrischen Verbindungen. Auf diese Weise werden die erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen den weniger komplexen Schaltkreisen geschaffen, um einen Schaltkreis innerhalb der Kombination zu vervollständigen. Ferner ist auf diese Weise jede der gedruckten Tochter-Schaltungsplatten mit der gedruckten Mutter-Schaltungsplatte verbunden.

Die Richtung des Kühlmittel stromes in der komplexeren Schaltung ist durch den Pfeil 64 in Fig. 6 angezeigt und sie läuft im wesentlichen parallel sowohl zur Ebene der Mutter-Schaltungsplatte 60 und zur Ebene jeder Tochter-Schaltungsplatte 10A, die rechtwinklig zur Ebene der Mutter-Schaltungsplatte liegen. Der Kühlmittelstrom wird daher geteilt und fließt durch jeden weniger komplexen Schaltkreis, wobei jeder solche Teil des Kühlmittels nacheinander durch Stapel des zugehörigen, weniger komplexen Schaltkreises hindurchfließt. Die Schaltkreise der Kombination werden daher durch das Kühlmittel wirksam gekühlt .

Die gedruckte Mutter-SchaltungspTatte braucht nicht vollständig eben ausgebildet zu sein, sie verläuft jedoch im allgemeinen in einer Ebene und sie kann jede geeignete Form aufweisen. Es ist nicht erforderlich, daß der Träger eine gedruckte Schaltungsplatte enthält, und die erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen den Schaltkreisen der Kombination können in jeder geeigneten Weise ausgebildet sein. Die Schaltung kann auf dem Mutter-Träger in jeder geeigneten Weise befestigt sein.

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Claims (18)

1. Ferranti pic - A 14 670 -

   Patentansprüche

   Elektrische Schaltungsanordnung, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Stapeln auf einem gemeinsamen, wenigstens im allgemeinen planaren Träger, wobei jeder Stapel eine Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen gleich aufgebauten Modulen aufweist, von denen jedes wenigstens teilweise in seiner Position im Stapel durch eine Mehrzahl von Bauteilen gehalten ist, die parallel zur Längssymmetrieachse verlaufen und sich wenigstens vollständig längs des Stapels erstrecken, und jedes Modul ein wenigstens im wesentlichen planares Substrat aufweist, das rechtwinklig zur Längssymmetrieachse des Stapels liegt, die ihrerseits rechtwinklig zur Ebene des gemeinsamen Trägers verläuft, daß Schaltungselemente auf wenigstens einer Hauptfläche wenigstens einiger Substrate ausgebildet sind und elektrische Verbindungsleitungen zwischen den Modulen jedes Stapels vorgesehen sind, und jeder Stapel der elektrischen Schaltungsanordnung mit Anschlüssen ausgestattet ist, daß ferner in jedem Stapel benachbarte Paare von Substraten im Abstand angeordnet sind, und daß ein Kühlmittel zwischen den benachbarten Paaren von Substraten durch jeden Stapel hindurchgeführt wird, in Ebenen rechtwinklig zur Längssymmetrieachse der Stapel, und daß das Kühlmittel nacheinander durch wenigstens zwei der Stapel hindurchfließt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einem benachbarten Paar von Stapeln das Kühlmittel nacheinander durch die beiden Stapel hindurchströmt, und daß die im Abstand angeordneten Substrate des einen Stapels versetzt gegenüber den im Abstand liegenden Substraten des anderen Stapels angeordnet sind.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen gleich aufgebauten Stapeln versehen ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Schaltkreiselemente auf nur einer Hauptfläche jedes, oder wenigstens

   einiger der Substrate ausgebildet sind, und daß benachbarte Paare von Substraten eines Stapels so angeordnet sind, daß die Schaltkreiselement auf gegenüberliegenden Hauptflächen liegen.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das KU mittel nur zwischen alternierenden, benachbarten Paaren der Substrate eines Stapels hindurchfließt.
6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreiselemente eines Stapels auf nur einer Hauptflache jedes, oder wenigstens einiger der Substrate ausgebildet sir daß die Substrate aus einem wärmeleitenden Material bestehen und ein wärmeleitendes Teil auf der anderen Hauptfläche der Substrate angeordnet ist, und daß das Kühlmittel über das wärmeleitende Teil fließt und aus diesem Wärme abführt, und daß das wärmeleitende Teil so geformt ist, daß das Kühlmittel über eine große Oberfläche des wärmeleitenden Teils strömt.
7. 7. Schaltungsanordnung nach*Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der wärmeleitenden Teile mit Rippen versehen ist.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und 6 oder 4.und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitenden Teile auf den anderen Hauptflächen der Substrate benachbarter, alternierender Paare der Substrate versetzt und ineinandergreifend angeordnet sind, so daß Kanäle für den Durchfluß des Kühlmittels gebildet werden.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreiselemente auf beiden Hauptflächen jedes, oder verigstens einiger der Substrate ausgebildet sind.
10. 10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Substrat quadratisch oder rechteckig ausgebildet ist, und daß der Stapel entsprechend im Querschnitt quadratisch oder rechteckig ist.
11. 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile, die wenigstens teilweise die Module in ihren Positionen im Stapel halten, jeweils ein Winkelstück für den Stapel aufweisen.
12. 12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei plattenförmige Teile vorgesehen sind, die wenigstens teilweise die Module in ihren Positionen im Stapel halten, um einen Fluß des Strömungsmittels durch die beiden gegenüberliegenden Seiten des Stapels zu verhindern.
13. 13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das¹ Kühlmittel durch Zwischenräume zwischen wenigstens einigen der elektrischen Verbindungen zwischen den Modulen fließt.
14. 14. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Träger eine gedruckte Schaltungsplatte umfaßt, und daß die Anschlüsse jedes Stapels elektrisch mit der Schaltungsplatte verbunden sind, welche mit den erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen den Stapeln zur Vervollständigung des Schaltkreises versehen ist.
15. 15. Schaltung, bestehend aus einer Mehrzahl von weniger komplexen Schaltungsanordnungen, die auf einem gemeinsamen, wenigstens im wesentlichen planaren Mutter-Träger aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede weniger komplexe elektrische Schaltungsanordnung eine Mehrzahl von Stapel auf einem gemeinsamen, wenigstens im allgemeinen ebenen Träger aufweist, daß jeder Stapel eine Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen gleich aufgebauten Modulen aufweist und jedes Modul wenigstens teilweise in seiner Position.im Stapel durch eine Mehrzahl von Bauteilen gehalten ist, die parallel zur Längssymmetrieachse des Stapels verlaufen und sich wenigstens über dessen Länge erstrecken, wobei jedes Modul ein wenigstens im wesentlichen planares Substrat aufweist, das rechtwinklig zur Längssymmetrieachse des Stapels liegt, die ihrerseits rechtwinklig zu der Ebene des gemeinsamen Trägers liegt, daß jede Schaltungsahordnung Schaltkreiselemente auf wenigstens einer Hauptfläche jedes Substrates·aufweist, und elektrische Verbindungen zwischen den Modulen jedes Stapels, zwischen jedem Stapel und zwischen jeder Schaltungsanordnung vorgesehen sind, daß Anschlüsse für jeden

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    Stapel jeder Schaltungsanordnung und für jede Schaltungsanordnung ausgebildet sind, daß in jedem Stapel jeder Schaltungsanordnung benachbarte Paare von Substraten im Abstand eingebaut sind, daß ferner die Ebene des Mutter-Trägers rechtwinklig zu dem planaren Träger jeder Schaltungsanordnung liegt, daß die Träger der Schaltungsanordnungen parallel zueinander liegen, daß ein Kühlmittel zugeführt und sein Strom unterteilt wird, derart, daß er im wesentlichen parallel zur Ebene des Mutter-Trägers durch jede Schaltungsanordnung strömt, daß ferner in jeder Schaltungsanordnung das Kühlmittel zwischen benachbarten Paaren der Substrate hindurchströmt, ferner durch jeden Stapel in Ebenen im wesentlichen rechtwinklig zur Längssymmetrieachse der Stapel, und daß das Kühlmittel nacheinander durch wenigstens zwei der Stapel hindurchströmt.
16. 16. Schaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Mutter-Träger eine gedruckte Schaltungsplatte aufweist, daß die Anschlüsse jeder Schaltungsanordnung elektrisch mit der gedruckten Schaltungsplatte verbunden sind, daß die gedruckte Schaltungsplatte die erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen den elektrischen Schaltungsanordnungen liefert, um die Schaltung zu vervollständigen.
17. 17. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußstück individuell zwischen jeder elektrischen Schaltungsanordnung und der gedruckten Mutter-Schaltungsplatte vorgesehen ist.
18. 18. Schaltung nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von wenigstens im wesentlichen gleich aufgebauten elektrischen Schaltungsanordnungen enthält.