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EINRICHTUNG ZUR ELEKTRISCHEN VERBINDUNG VON ELEMENTEN ELEKTRONISCHER
UND ELEKTRISCHER SCHALTUNGEN UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtung zur olektrischen Verbindung von elektronischen
und elektrischen Schaltungen und Verfahren zu deren Herstellung. Sie kann in der
Elektronik @, der Funktechnik, der Radartechnik und auf anderen Gebieten zur Ausführung
von komplisierten elektrichen Verbindungen verwendet werden.
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Bekannt sind Verbindungen von Elementen in elektrischen er Schaltungen
mittels isoliert/und nichtisolierter Stromleiter,
die in der sogenannten
klassischen Montageweise ausgeführt sind. Diese Verbindungen sind sperrig, arbeitsaufwendig
und für die Erzeugnisse der Mikroelektronik wenig geeignet.
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In der Praxis sind gut bekannt gedruckte
ten, Jedoch erfordert die Anordnung der Verbindungsstellen der Leiter, die in zwei
Koordinaten angeordnet werden, eine große Anzahl von Schichten, eine genaue Geometrie
der Kontaktelemente und Signallinien. ein genaues Übereinander-
legen der Schichten und komplizierte Fertigungsteehnologie der elektrischen Übergänge
zwischen den Schichten, die unzuverlässige Elemente der Platte darstellen.
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All dies macht den Herstellungspro?jeß dieser Platten recht kompliziert,
erhöht ihren Preis und verringert ihre Zuverlässigkeit.
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Bekannt sind Einrichtungen zur elektrischen Verbindung von Elementen
von elektronischen und elektrischen Schaltun-
gen, die in Gestalt einer Zweikoordinaten-Schalmatrix ausgeführt sind, die eine
Verkreuzung von zweischichtigen Bändern aus atromleitendem und Isolationsmaterial
darstellt.
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Der elektrische Kontakt in derselben wird dank entsprechender gegenseitiger
Anordnung der stromleitenden Bandflächen geschaffen, die lK verschiedenen Koordinaten
angeordnet sind (siehe Urheberschein der UdSSR No. 174832).
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Bei der Herstellung dieser Matrizen auf automatischem Wege müssen
die Schichten jedes Bandes längs seiner Achse
orientiert werden,
was sehr umständlich ist.
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Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwahnten Nachteile.
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Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, eine Einrichtung zur
elektrischen Verbindung von Elementen Voh elektronischen und elektrischen Schaltungen
zu schaffen, die einfach zu fertigen ist und die Automatisierung ihrer Fertigung
zuläßt, Dublierungsmöglichkeiten der Schaltverbindungen, Verdichtung und Verbindung
der Schaltungsmontage gewährleistet, eine Elastizität besitzt, wobei sie nach der
Verlegungsdichte der Kontakte an die Parameter der mehrschichtigen gedruckten Schaltungen
anschließt, sowie bedeutend billiger als gedruckte latten ist. Es ist ferner die
Aufgabe gestellt, ein einfaches und zuverlässiges Festigungsverfahren für die Einrichtungen
in der Serienproduk tion zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur elektrischen
Verbindung von Elementen elektronischer und elektrischer Schaltungen, die in Gestalt
einer
Zweikoordinaten-Schalt matrix aus verkreuzten Stromleitern ausgeführt ist, erfindungsgemäß
eine Bindung wie bei einem Gewebe aufweist, die als Isolationsfäden und einsnder
nicht berührenden Stromlinien besteht, von denen jede durch
mindestens zwei parallele Stromleiter gebildet
und in zwei Gruppen
jede von denen einer oordinate entspricht und parallele Stromlinien besitzt, wobei
jeder Knotenpunkt des elektrischen Kontaktes durch Verkreuzung von Stromleitern
der Stromlinien gebildet ist, die zu verschiedenen Gruppen gehören.
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Zweckmäßigerweise schneiden die Stromlinien in den Abschnitten, wo
keine elektrischen Kontaktknoten vorhanden sind, die Isolationsschicht, die durch
Verkreuzung von Isolationsfäden gebildet ist, mit einem konstanten Schritt, wobei
nebeneinander gelegene Stromlinien innerhalb jeder Gruppe um einen halben Schritt
versetzt sind, während die Stromlinien verschiedener Gruppen an den Schneidstellen
im Raum an verschiedenen Seiten der Isolationsschicht liegen.
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In den Abschnitten, wo keine elektrischen Kontaktknoten vorhanden
sind, können die Stromlinien jeder Gruppe an den entgegengesetzten Seiten der Isolationsschicht
liegen und lassen sich mittels Verkreuzung mit mindestens einem querverlaufenden
Isolationsfaden mit vorgegebenem Schritt darauf fixieren.
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Zweckmäf3igerweise
die Stromleiter einer Stromlinie durch zu ihnen parallel verlaufende zusätzliche
Isolationsfäden getrennt, die anker zusätzlichen Verkreuzung bei Bildung der elektrischen
Kontaktknoten beteiligt sind, wobei die Anzahl der Stromleiter, die eine Stromlinie
bilden und längs dem Schußfaden des Gewebes liegen, und die
Zahl
der sie trennenden zusätzlichen Isolationsfäden zweckmäßigerweise gerade gewählt
wird.
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Dies erlaubt es, eine festere und zuverlässigere Einrichtung zu schaffen,
sowie schon bekannte Ausrüstungen zu deren Fertigung zu verwenden.
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Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Kontaktknotens kann jeder Stromleiter
mit einer Schicht von Lot und.Flußmittel bedeckt
Zweckmäßigerweise
zur Festigkeitserhöhung die elektrischen Kontaktknoten nach dem Tauchlötverfahren
durchlötet.
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Als Isolationsfaden läßt sich Glasfaden verwenden.
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Zur i?estigkeitserhöhung der ganzen Einrichtung kann sie einen elastischen
Isolationsüberzug haben.
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Das Fertigungsverfahren für die Einrichtung zur elektrischen Verbindung
von Elementen von elektronischen und elektrischen Schaltungen besteht erfindungsgemäß
darin, daß
sie auf zwei- oder mehrschützigen Webmaschine gewebt wird, die mit einer Jacqardmaschine
versehen ist.
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Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und
Zeichnungen erläutert;
zeigt: Fig. 1 - Gesamtansicht der Einrichtung für die elektrische Verbindung gemäß
der Erfindung; Fig. 2 - Abschnitt der Einrichtung, in dem sich die
Stromlinien
im Raum schneiden, ohne einen elektrischen Kontaktknoten zu bilden, gemäß der Erfindung;
Fig. 3 - elektrischer Kontaktknoten gemäß der Erfindung; Fig. 4 - andere Ausführungsvariante
der Einrichtung im Abschnitteines elektrischen Kontaktknotens, gemäß der Erfindung;
Fig. 5 -
sich Stromlinien im Raum schneiden, ohne einen elektrischen Kontaktknoten zu bilden,
gemäß der Erfindung; Fig. 6 - Stromleiter im Schnitt gemäß der Erfindung; Fig. 7
- Schnitt nach der Linie VII-VII von Fig. 1; Fig. 8 - Stromleiter mit begleitendem
Isolationsfaden gemäß der Erfindung; Fig. 9 - Beispiel der Verbindung der Matrix
mit Schaltungselementen; Fig. 10 - gefaltete Matrix gemäß der Erfindung; Fig. 11
- doppeltgefaltete Matrix mit zu Ring geschlossenen gleichnamigen Stromlinien; Fig.
12 - Matrix mit geschnittenem Schalt feld.
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Die Einrichtung zur elektrischen Verbindung von Elementen von elektronischen
u.nd elektrischen Schaltungen
stellt eine Zefflkoordinaten-schal trix dar, die in Gestalt einer Bindung wie bei
einem Gewebe ausgefiihrt
ist. An der Bindung nehmen Isolationsfäden
1 (Fig.l) und Stromlinien 2 und 21 teil, die in zwei Gruppen Unterteilt sind, jede
von denen parallel zu einer der Koordinaten liegt. innerhalb jeder Gruppe sind die
Stromlinien parallel zueinandar, berühren aber einander nicht Jede Stromlinie 2
ist zur Reserve und Zuverlässigkeitserhöhung des elektrischen Kontaktknotens von
zwei und mehr nichtisolierten parallelen Stromleitern 3 und 3' gebildet.
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Das Gewebemuster der Matrix ist sowohl in der Kettfaden-, wie auch
in der Schußfadenrichtung regelmäßig, ausgenommen die Anordnungsabschnitte der elektrischen
Kontaktknoten 4, 5, 6, 7 und 8. Das Isolationsgewebe stellt ein Gewebe aus Isolationsfäden
dar und ist nicht nur ein Isolations-, sondern auch ein Tragelement, in das während
der allgemeinen Verkreuzung die Stromlinien 2 und 2' der beiden Gruppen hineingekreuzt
sind.
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Alle Stromlinien 2 und 2' schneiden das Isolationsgewebe, das von
Isolationsfäden 1 gebildet ist, in '!« alternierenden Richtung.
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Zwei beliebige nebeneinanderliegende Stromlinien eincr Grurre schneiden
das Isolationsgewebe in verschiedenen Richtungen, d.h. dort, wo die eine von ihnen
in das Isolationsgewebe hineingeht, läuft die andere aus demselben heraus. Vereinbart
man, daß die Entfernung von einem Eingang
einer Stromlinie ins Gewebe
bis zum anderen Eingang dersell)en als Lageschritt der Stromlinie zu bezeichnen
ist, so wird der Eingang jeder beliebigen nebeneinanderliegenden Stromlinie einer
Gruppe ins Gewebe um einen halhen Schritt versetzt sein, während die Schneidstellen
des Isolationsgewebes durch die Stromlinien mit vorgegebenem Schritt gelegt werden.
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Die Stromlinien 9 und 10 (Fig. 2) vorschiedenor Gruppen in den Abschnitten,
wo sie sich im Raum schneiden, liegen an entgegengesetzten Seiten des Isolationsfeldes
innerhalb des Rechtecks A, das durch Verkreuzung von Isolationsfäden 11, 12, 13,
14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 ,22 23, 24, 25 und 26 gebildet ist, wobei die Stromlinie
9 über dem Rechteck A, die Stromlinie 10 aber unter diesem liegt.
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Eine Störung des regeimäßigen Musters der Stromlinlenanordnung auf
dem Isolationsgewebe erfolgt an den Stellen der Bildung von .elektrischen Kontaktknoten
4-8 (Fig. 1), die gemäß dem gewählten Verbindungskode der Stromlinien, d.h. gemäß
dem vorgegebenen elektrischen Verdrahtungssche ma plaziert werden. In der Zeichnung
liegen die elektrischen Kontaktknoten 4, 5 und 6 nebeneinander längs einer der Stromlinien,.
während der Enotenpunkt 8 abgesondert liegt.
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Damit Webmaschinen bekannter Typen zur Matrixfertigung verwendet
werden können und mit Rücksicht darauf,
da13 der SchUtsen,doppelten
Lauf besitzt, müssen die längs dem Schußfaden des Gewebes liegenden Stromlinien
aus einer gerader Anæahl von Stromleitern ausgeführt werden, genauso wie die Anzahl
von Isolationsfäden innerhalb eines Schrittes auch gerade sein muß. Die Anzahl von
Stromlinien und Isolationsfäden längs dem Kettfaden kann beliebig gewählt werden.
Praktisch wer w als optimale Anzahl von Stromleitern in der Stromlinie, die längs
dem Kettfaden liegt, drei Stromleiter und zwei Stromleiter in der Stromlinie, die
längs dem Schußfaden liegt gewählt, während die Anzahl von Isolationsfäden sowohl
längs dem Schußfaden, wie auch längs dem Kettfaden innerhalb eines Schrittes zweckmäßigerweise
gleich vier gewählt wird. Diese Verhältnisse ergeben eine ausreichend Reserve von
Stromleitern und eine hohe Zuverlässigkeit des elektrischen Kontaktknotens, wobei
ein kleiner Schritt der Stromlinienlage und folglich erhebliche Anordnungsdichte
der elektrischen Kontaktknoten erzielt wird.
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Man kann ungefähr annehmen, daß die Anwendung von Stromleitern und
Isolationsfäden mit einem Schnittdurchmesser von 0,06-0,1 mm einen Schritt der Stromlinienlage
von 1-2 mm gewährleisten kann.
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Das wichtigste Element in der Matrix sind die elektrischen Kontaktkncten
4-8, die eine Bindung vom Typ "Netz" 3' der Stromleiter 3 (Fig. 3) der einen und/der
zweiten Gruppe darstellen und zwischen den Isolationsfäden 1
liegen,
die längs dem Schuß- und dem Kettfaden des Gewebes laufen.
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Ein solcher Knotenpunkt liefert sechs Punkte 27 mechanischen und
elektrischen Kontaktes Die Stromleiter 3 und 3' sind mechanisch festgezogen, während
die Isolationsfäden 1 bezüglich des elektrischen Kontaktknotens so angeordnet sind,
daß sie die Stromleiter 3 und 3' aneinander andrücken.
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In Fig. 4 und 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Matrix dargestellt,
in der zwischen den Stromleitern 28 und 28' zusätzliche Isolationsfäden 29 und 29'
angeordnet sind, die an der gesamten Bindung beteiligt sind.
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Die Stromlinien 30, die längs dem Kettfaden des Gewebes verlaufen,
liegen an der einen Gewebeseite und werden durch Isolationsfäden 31 und 32 fixiert,
während die Stromlinien 30', die längs dem Schußfaden des Gewebes verlaufen, an
der anddren Gewsbeseite liegen und durch Isolationsfäden 33 und 34 fixiert werden.
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In Fig. 4 ist ein Abschnitt der Einrichtung mit einem elektrischen
Kontaktknoten und in Fig. 5 ein Abschnitt der Einrichtung dargestellt, in dem sich
die Stromlinien 30 und 30' im Raum schneidens ohne einen elektrischen Kontaktknoten
zu bilden.
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In Abhängigkeit von der konstruktiven Gestaltung der elektrlachen
Schaltung für die die Matrix verwendet wird, kann die Anordnung der elektrischen
Kontaktknoten auf irgendeine
Matrixfläche herausgeführt werden
oder aber an ein '2eil der Knotenpunkte an der einen Gewebeseite angeordr.et sein,
während der Rest an der anderen liegt.
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Dies macht es möglich , die Schaltungselemente an die Matrix nicht
nur längs ihrer Peripherie, sondern auch über die Fläche derselben anzuschließen.
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Gemäß dem in Fig. 4 angeführten Beispiel besitzt die M'itrix eine-
außerordentlich hohe Reserve an Stromleiternund eine sehr hohe Zuverlässigkeit der
elektrischen Kontaktknoten.
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Die Anzahl der mecnanischen und elektrischen Kontakt -
in der Matrix beträgt achtzehn, die längs dem Kett-
faden des Gewebes Stromlinie drei Stromleiter,
längs dem Schußfaden sechs Stromleiter
erhöht diese Lösung den Schritt zwischen den
Stromlinien beträchtlich,
die Zuverlässigkeit hierbei erheblich gesteigert.
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Die in Fig. 4 und 5. dargestellte Matrix kann eine geringere Anahl
von Stromleitern längs dem Schußfaden d es Gewebes, beispielsweise vier, haben;
dann bietet eine solche Matrix günstigere Möglichkeiten für die Anordnung von elektrischen
Schaltungselementen über ihre Fläche als die Matrix, die in Fig. 1 gezeigt ist.
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Werden auf einer Webmaschine gleichzeitig mehrere Matrip zen hergestellt
und wird der Musterraport mehrfahr wiederso
so wird zwischen den
Matrizen eine Aussperrung von Stromlinien und Isolationsfäden vorgesehen, die längs
jeder Matrixkante verlaufen, derart, daß beim Schneiden längs der Mittellinie des
ausgesperrten Abschnittes die Lange der frei heraustretenden Stromlinien Jeder Matrix
den Längen entsprechen , die für die Schaffung eines Kontaktes notwendig sind. Die
heraustretenden freien Enden der Isolationsfäden werden abgeschnitten. Es ist erwünscht,
längs den Schnittlinien des Gewebes eine Bindung aus Isolationsfaden auszuführen,
die längs dem Schuß- und Kettfaden des Gewebes verlaufen, und-zwar in Gestalt eines
Stranges oder dichten nicht lösbaren Bandes; in diesem Falle wird die Matrix, die
aus dem gesamten Gewebe herausgeschnitten. ist, eine feste Umrandung haben, die
die Anordnungsgeometrie der Ausgangsenden der Stromlinien bei der Montage erhält.
Nach oder vor der Kontaktierung der Matrix.mit den Schaltüngs elementen kann die
Umrandung der Matrix * geschnitten werden.
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Zur bequemeren Zählung der Stromlinien soll nach einer bestimmten
Anzahl von Stromlinien, beispielsweise nach allen zehn, ein hellfarbiger Isolationsfaden
eingebracht werden, dessen Farbe sich von der Farbe der übrigen Isolationsfäden
unterscheidet.
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Die Einbringung von farbigen Isolationsfäden in den Kettfaden des
Gewebes bietet keine Schwierigkeiten, während die
Einbringung dieser
Fäden in den Schußfaden des Gewebes der Verwendung einer Webmaschine mit der entsprechenden
Schützenanzahl bedarf.
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Zur mechanischen Festigkeitserhöhung der elektrischen Kontaktknoten,
Verringerung und Stabilisierung des Übergangswiderstandes in ihnen müssen die elektrischen
Kontaktknoten nach der Tauchlötmethode durchflutet werden, wobei die Lottemperatur
eine solche ist, daß keine Zerstörung der Isolationsfäden erfolgt. Zur leichteren
Ausführung des Lötvorganges werden Stromleiter verwendet, die eine. Lötschicht 35
(Fig. 6) und eine Fluflmittelschicht- besitzen.
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Als bestes Material für die Stromleiter kann Rotkupferdraht dienen,
während als solches für die Isolationsfäden Glasfaden gewählt wird, Für die Erzeugnisse,
die unternormalen klimatischen Bedingungen arbeiten, können als Isolationsfäden
Seiden-, Baumwoll- und synthetische Fäden verwendet werden.
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Zum Schutz der Matrix vor äußeren Einwirkungen und zur Sicherung
vor zufälligen Kurzschlüssen und Verletzungen muß sie mit einer Schicht 37 (Fig.
7) aus elastischer Isoliermasse bedeckt oder mit einer elasgischen Sompoundmasse
getränkt werden.
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Zur Herstellung der Matrix wird zweckmäßigerweise eine Webmaschine
oder eine Bandwebmasohine mit aber darauf angeordneten Jacquardmaschine verwendet
werden, wobei sie mindestens
zweischützig sein soll.
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Bei Verwendung eines qualitativ unsulänglichen Drahtes für die Stromleiter
oder bei unqualifizierter Abstimmung der Webmaschine können während der Verkreuzung
Drahtbrüche auftreten; dann können, wenn die Ursachen nicht zu beseitigen sind,
die Brüche beträchtlich verringert werden, wenn man einen Stromleiter 38 (Fig, 8)
verwendet, der mit einem Isolationsfaden 39 verseilt ist.
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Die Güte des elektrischen Kontaktknotens wird von dem begleitenden
Faden 39 praktisch nicht beeinflußt. Nach der Herstellung der Matrix kann er durch
Ausbrennen oder Absätzen Je nach Eigenschaften des Materials des begleitenden Fadens
oder des Materials des Isolationsfadens entfernt werden.
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E5 müssen besonders die Möglichkeiten berücksichtigt werden, die
die Matrix bieten kann, wenn eine ihrer Haupteigenschaften- die Biegsamkeit - genut7.tlwird.
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Die Matrix kann in Gestalt einer biegsamen Schleife mit der vollständigen
Lösung der elektrischen Verbindungen ausgeführt sein. In diesem Falle kann eine
Einheit 40 (Fig, 9) ohne Schaltplatte ausgeführt sein. Bei der Montage genügt es,
an Herausführungen 41 der Schaltungselemente Herausführungen 42 des Gewebes der
Matrizen 43 anzuschließen und sie über eine Steckverbindung 44 zur Verbindung mit
einer anderen Einheit (nicht dargestellt) herauszuführen.
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Die Biegsamkeit der Matrix macht es möglich, sie zu einer Ziehharmonika
zusammenzufalten, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, was für die Erzeugnisse der Mikroelektronik
von großer Bedeutung ist.
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Wenn eine Matrix 45 (Fig. 11) doppelt gefaltet wird
und gleichnamige Stromlinien 46 zu Ring geschlossen werden, so wird sich die Matrixzuverlässigkeit
beträchtlich erhöhen.
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Die Anordnungsdichte der elektrischen Kontaktknoten kann durch Ausfahrung
von Teilschnitten 47 und 48, die unterschiedliche Länge haben, beträchtlich erhöht
werden, wobei Stromlinien 49 mehrfach benutzt werden.
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Die betrachtete Einrichtung zur elektrischen Verbindung von Elementen
von elektronischen und elektrischen Schaltungen, die ein dünnes elastisches Gewebe
darstellt, das in beliebiger Richtung zusammengerollt oder gebogen werden kann,
ermöglicht die Lösung des Problems, sowohl einen regeimäßigen, wie auch einen unregelmäßigen
Kode der Schaltverbindungen für beliebig kompli&ierte Schaltungen zu erhalten,
wobei die Verbindungen in einer Gewebe schicht ausgeführt werden, während die Arbeitselemente
an beliebige Seite sowohl an der Peripherie, wie auch über die Fläche der Matrix
angeschlossen werden.
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Die Verlegungsdichte der elektrischen Kontaktknoten ist groß und
hauptsächlich von Nenndurchmessern der Drähte und
Isolationsfäden abhängig, wobei die Schalt möglichkeiten mehrschichtiger gedruckter
Platten fast erreicht werden.
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Die Herstellung der Matrix ist mit der bekannten, allgemein angewandten
Webausrüstung möglich, die Iieistung dieser Ausrüstung bei der Matrixherstellung
ist der leistung bei der Herstellungeines Portierengewebes (Gobelingewebes) analog.
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Der Matrixpreis ist gegenüber dem Preis der mehrschichtigen gedruckten
Platten um Dutzende Male geringer. Die Ietrixzuverlässigkeit ist um Hunderte Male
höher als die der gedruckten Platten0 Die Biegsamkeit der Matrix erschließt'neue
NMöglichkeiten beim Konstruieren von Baugruppen, Baueinheiten und Maschinen, besonders
in der Mikroelektronik.