DPS s velkým proudovým zatížením, odvodem tepla a 3D konstrukcí

Navrhnout a vyrobit desku plošných spojů s velkým proudovým zatížením, např. 400 A, vyžaduje přece jen jiný přístup k její konstrukci i výrobním postupům. U takových desek je potřeba zajistit vhodné tepelné poměry nejen u vlastních spojů, ale i u použitých výkonových součástek. A co teprve, když má několik vzájemně propojených desek vytvořit samonosnou prostorovou konstrukci?

Rakouská firma Häusermann se řešením těchto náročných desek zabývá a nabízí pomoc při jejich návrhu i výrobě. Vyvinula technologii nazvanou HSMtec [1], která umožňuje nejen přenést spoji velké proudy a zajistit vhodné teplotní poměry na desce, ale také dokonce vytvořit z desek 3D konstrukci.

Obr. 1 Řez deskou s profily a dráty (nahoře), vkládání měděných drátů (dole)

Technologie HSMtec zajišťuje přenos velkých proudů pomocí měděných profilů nebo drátů zabudovaných do struktury desky plošných spojů (obr. 1 nahoře). Jako materiál desky se přitom používá běžné FR4. Měděné profily vložené do desky také umožňují lepší odvod tepla výkonových součástek, které jsou k nim připevněny. Silné měděné dráty dovolují navíc vytvořit z několika desek prostorovou strukturu, protože fungují jako nosná a současně propojovací kostra.

Jak se taková deska vyrábí? Měděné dráty nebo profily jsou k plošným spojům jednotlivých vrstev desky připevněny pomocí patentovaného ultrazvukového sváření. Tímto způsobem lze vytvořit vícevrstvou desku, kde jsou dostatečně dimenzované měděné vodiče zabudovány uvnitř nebo na povrchu desky, jak je vidět na řezu deskou na obr. 1 nahoře. Proces vkládání měděných drátů na danou vrstvu desky je pak na obr. 1 dole.

Obr. 2 Realizace odvodu tepla na desce

Desky zhotovené technologií HSMtec plně odpovídají předpisům IPC A 600 class 2 a 3, UL pro USA a Kanadu a výrobní procesy jsou v souladu se standardy DIN EN 60068-2-14 a JEDEC A 101-A. Tato technologie je také ověřena pro použití na deskách určených pro automobilové a letecké aplikace.

Obr. 3 3D Sestava desek plošných spojů

Jako příklad použití desek zhotovených technologií HSMtec lze uvést např. veřejné osvětlení, kde je původní světelná trubice nahrazena řadou destiček s LED diodami, které jsou prostorově uspořádány a propojeny v jeden celek. Vložené měděné profily u LED diod zajišťují velmi dobrý odvod tepla, zatímco dráty drží a propojují jednotlivé, různě natočené destičky s diodami [2]. Na obr. 3 je další možnost použití: Příkladem desky, na které se kombinuje silnoproudá výkonová část s řídicí elektronikou, je deska pro elektrický moped, jejíž popis je uveden na webových stránkách [1], kde také naleznete další informace o technologii HSMtec.