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Wege zur Integrierten Schaltung

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Papers » Principles of schematics etc. » Wege zur Integrierten Schaltung
           
Dietmar Rudolph
Dietmar Rudolph
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08.Jul.19 10:08
 
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Zu Beginn des "elektronischen Zeitalters" gab es einerseits Firmen, die Bauteile produzierten und andererseits weitere Firmen - aber auch Bastler - die daraus anfänglich (aus heutiger Sicht primitive) Radios herstellten.

Die so entstandenen Komponenten, Schaltungen und Geräte sind "bunt" und ein reizvolles Gebiet für den Sammler.

Jedoch war die Entwicklung und Realisierung der Geräte mit großem Aufwand und hohen Kosten verbunden. Der Konkurenz-Druck einerseits, aber auch die Forderung nach höherer Zuverlässigkeit führte dazu, daß Spezialfirmen komplette Baugruppen als wesentliche Teile der Geräte entwickelt haben. Diese kamen insbesondere bei kommerziellen Anwendungen und beim Miltär zum Einsatz.

Einen Überblick über "Erste Integrierte Schaltungen in der EDV" gab es bereits 2008. Siehe auch "Frühe digitale Bausteine der Firma Valvo".

Tinkertoy Module

In [1] wird das Tinkertoy Projekt angesprochen und mit einem Beispiel belegt, Fig. 4.6.

 

 

Solche Baugruppen, wie die "Tinkertoy" Module (in Röhrentechnik) können als die ersten "Integrierten Schaltungen" betrachtet werden.

Das Tinkertoy Projekt startete in USA zu Beginn der '50er Jahre.

Eine Beschreibung auf Deutsch stammt von Georg Richter und Joe Sousa hat eine Ergänzung und Erweiterung dazu auf Englisch geschrieben.
Siehe dort für Details zu Tinkertoy.

Ein Beispiel für ein Radio, das Tinkertoy Technik verwendet, ist das 5P31A von Motorola.

Die auf dem Modul in Fig. 4.6 steckende Röhre ist die 3A5 (DCC90).

 

 

Potted Circuits

 

Eine weitere kommerzielle bzw. militärische Lösung stellen die "potted circuits" dar, Fig. 4.11,  [1], bei denen es darauf ankam, die Schaltungen unempfindlich gegen Feuchte, Stöße und Vibrationen zu machen.

 

Die ganze Einheit wird zum Schluß mit Epoxydharz vergossen und erhält dadurch die gewünschte Unempfindlichkeit.

Die Auswahl geeigneter Epoxydharze erfolgte nach den Eigenschaften hinsichtlich Temperaturverhalten, dielektrischen Eigenschaften und Verlusten.[1]

Eine solche "Einheit" kann im Fehlerfall daher praktisch nicht repariert werden.

Diese Eigenschaft und die hohen Kosten verhinderten den Einsatz von "potted circuits" in Radios und Fernsehern.

 

 

 

 

 

"Potted circuits" gab es nicht nur in Röhren-Technik, sondern auch in Transistor-Technik.[1]

 

Entsprechende Bausteine gab es in den '60er Jahren z.B. auch von VEB Keramische Werke Hermsdorf (KWH; HESCHO). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 4.18 ist ein Beispiel für einen dreistufigen Transistor-Verstärker. Hier mit Beispielen für die Ausführung in einem Al-Gehäuse (pot) und ohne Gehäuse, nur mit Epoxydharz vergossen. [1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Technik der potted circuits eignet sich auch gut für die Realisierung in Sub-Miniatur-Technik, Fig. 4.20.[1]

 

 

 

 

 

 

Im Beispiel Fig. 4.8 [1] ist rechts die Schaltung nicht in einem Block in Gießharz eingebettet, sondern "nur" mit diesem überzogen, woduch die Bauteile rüttelfest fixiert werden.

Die geringere Menge an umgebendem Epoxydharz reduziert dessen Einfluß bezüglich seiner dielektrischen Eigenschaften. Damit kann die nutzbare obere Grenzfrequenz einer solchen Schaltung erhöht werden.

 

 

Passive Module

 

 

 

Module mit mehreren Widerständen und/oder  Kondensatoren (also z.B. ohne Halbleiter) gab es ursprünglich aus entsprechenden Komponenten zusammengefügt und vergossen, wie Fig. 5.2 zeigt.[1]

 

 

 

 

 

Fig. 5.3 [1] zeigt Module mit Träger-Platte und aufgelöteten Komponenten.

 

 

 

 

 

Dünnfilm-Technik

 

Bei dem Beispiel Fig. 5.15 [1] werden Leiterbahnen und Widerstände direkt auf das Trägermaterial aufgebracht. Kondensatoren und (Ge-) Transistoren werden anschließend montiert.

Anwendung fanden diese Module bei frühen Hörgeräten.

 

 

 

 

Fig. 5.16 und Fig. 5.17 sind Beispiele für mehrstufige Verstärker in dieser Technik.[1]

 

 

 

 

 

 

In den Bildern Fig. 6.2 & 6.7 [1] sind Details zur Dünnfilm-Technik dargestellt.

 

Das Bild Fig. 6.30 zeigt schließlich ein Beispiel für ein Multilayer Dünnfilm Modul.

 

In Figure 1-3 [2] wird eine Explosions-Darstellung eines Dünnfilm-Moduls dargestellt.

Hier sind die Transisoren bereits im Si Substrat integriert.

Es stellt somit eine weitere Stufe auf dem Weg zur vollen Integration dar.

 

 

 

 

 

Die Figur 1-7 stellt die prinzipielle Ausführung eines solchen Dünnfilm-Moduls dar, während Figure 1-1 ein realisiertes Beispiel zeigt.

Während man in Dünnfilm-Technik noch (halbwegs) mit "konventionellen" Kondensatoren und Induktivitäten zurecht kam, mußten für die spätere "volle Integration" für diese konventionellen Bauelemente "Ersatz-Lösungen" gefunden werden, was dann z.T. auf grundsätzlich andersartige Schaltungen führte.

Die weitere Entwicklung zu der integrierten Technik am Beispiel von ICs von Texas Instruments, die mit dem Namen Kilby verbunden ist, ist unter "Zu Kilbys ICs" zu finden.

Beispiele für Radios mit "hybriden ICs"

Hier sollen nur einzelne Beispiele gezeigt werden, die typisch für "hybride ICs" in Radios sind.

NF Stufen

In mehreren Telefunken Radios (z.B. Banjo, Bandola) aus den Jahren 1967 - 1969 findet man folgenden fest vergossenen NF Modul vom Typ "Vr 301" bzw. "02 F". Nicht in allen Schaltbildern sind die Werte der darin verbauten Schaltelemente benannt, so daß ein Ersatz ggf. schwierig wird. (Es gibt auch den Typ "Vv 301", der nur 9 Pins hat.)

 

Bild links: der Modul Vr 301 ohne Werte; Bild rechts: der Modul Vr 301 aus einem Schaltbildausschnitt mit Werten. Die Angaben zu den Transistoren ändern sich, je nach Modelljahr. Allerdings ist es bei einer gut dimensionierten NF Schaltung ziemlich belanglos, welches "Dreibein" da genau als Transistor drin steckt.

In diesem Foto vom Chassis eines Banjo automatic ist der NF Modul "V v 301 Type 02F" von NSF (aus 1/68) deutlich zu sehen.

Stereo-Decoder

Im Stereo-Decoder vom Grundig RTV800 Baujahr 1971 sind insgesamt 3 (unterschiedliche) Hybrid-Module verbaut.

Im Bild sind diese Module mit roten Pfeilen markiert.

ZF-Verstärker

ITT (Schaub Lorenz), bzw. die schaltungsgleichen Geräte von Graetz, mußten 1968/69 einen hybriden ZF Verstärker für ihre Radios einsetzen, weil der geplante IC nicht fertig wurde.[3]

Da diese Schaltung eine "Notlösung" war, wurde sie als "Modul" konventionell auf einer kleinen Platine aufgebaut.

Beispiel für Fernseher mit "hybridem IC"

Wolfgang Bauer hat ergänzend Bilder von einem Fernseh-Chassis geschickt, wo ebenfalls ein "Hybrides IC" zum Einsatz kam. 

 

Das Modul ist Teil der Vertikalablenkung des Blaupunkt TV Chassis FM 120, das in den '80er Jahren in mehren Fernsehmodellen zum Einsatz kam.

 

 

 

 

 

Wie aus dem Foto hervorgeht, handelt es sich bei diesem Modul um eine Ausführung in "Dünnfilm-Technik". Die darin verwendeten Operationsverstärker befinden sich unter den beiden runden Abdeckungen. Es ist das eine Realisierung, die dem damaligen Stand der Technik entspricht.

 

[1]: Dummer, G.W.A.; Granville, J.W.: Miniature and Microminiature Electronics, Pitman & Sons, London, 1961

[2]: Stern, L.: Fundamentals of Integrated Circuits, Hayden Book Company, New York, 1968

[3]: Kuhrmeier, E.: Ein Breitband-ZF-Verstärker mit selektiver Demodulation, Funkschau 1968, Heft 24, pp. 761-763

In bewährter Weise wurde ich von verschiedenen Kollegen unterstützt, wofür ich mich herzlich bedanken möchte.

MfG DR

This article was edited 10.Jul.19 14:02 by Dietmar Rudolph .

  
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