Fallstudie

Besondere Produkte für den besonderen Bedarf

Eine neue Hochspannungsplatine für Detektoren

Hintergrund

Die vorgestellte HS-Platine wurde für Nikhef in Amsterdam entwickelt.Sie wird im Detektor der äußeren Spurkammer (Outer Tracker) des LHCb (Large Hadron Collider beauty) eingesetzt, um das Signal der erfassten Teilchen zu verstärken.

HV-board

Die Messungen erfolgen bei Hochspannung. Zugleich spielen Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Signal-Rausch-Verhältnis bei der Teilchenerkennung eine wichtige Rolle.

Unsere Ziele

  • Entwicklung einer beständigen Detektorplatine
  • Bereitstellung eines Prototyps für HS-Platinen
  • Lieferung von 2.000 HS-Platinen

Herausforderung

  • Hochspannung (Leckströme bei 3 kV)
  • Miniaturisierung (zur Verbesserung der Auflösung)
  • Zuverlässigkeit / Alterung
  • Anforderungen bzgl. Signal-Rausch-Verhältnis und Ableitstrom
  • Menge (2.000 Leiterplatten mit 64.000 Kondensatoren)

Zuständigkeit von Nikhef Amsterdam für Montage und Prüfung

Konstruktion

Die übliche Vorgehensweise des Vergießens von Leiterplatten mit außenliegenden Bauteilen war aufgrund von potenziellen Luftblasen nicht anwendbar. Früher oder später würden aufgrund der hohen Spannung (3 kV) Leckströme an diesen Stellen auftreten.

Also haben wir das Fertigungsverfahren abgewandelt, um einen optimalen Schutz der Kondensatoren zu gewährleisten: Diese wurden im Inneren der Leiterplatte angebracht.

Durch eine derartige Einbettung wird verhindert, dass die Bauteile frühzeitig altern.Dies ist eine äußerst wichtige Voraussetzung für die langfristig einwandfreie Funktionsweise des Detektorkreises.

Aufgrund der geringen Toleranzen der Kondensatoren haben wir uns dazu entschieden, die Bauteile einzubetten, anstatt das Kondensatormaterial einem Ätzprozess zu unterziehen.

Circuit BoardCircuit Board

Unsere niederländische Filiale Q.P.I. hat ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich die Bauteile im Innern der Leiterplatte einbetten lassen. Für dieses neue Verfahren müssen die Kondensatoren mit dem Basismaterial der Leiterplatte verpresst werden.

Bei einem derartigen Verpressen dürfen die Keramikkondensatoren auf keinen Fall beschädigt werden.  Gelingt das Verpressen, sind die Kondensatoren bestens vor Feuchtigkeit, mechanischer Beanspruchung und Alterung geschützt.

Ergebnis

Das Projekt hat sich als großer Erfolg entpuppt und Q.P.I. wurde von CERN/LHCb Collaboration dafür mit dem LHCB Industry Award ausgezeichnet.

Nikhef:
„Die HS-Platine ist für das Signal-Rausch-Verhältnis derselbe Fortschritt wie der Sprung von der LP zur Audio-CD.“