Caso di studio

UN PRODOTTO SPECIALE PER ESIGENZE PARTICOLARI

Un nuovo PCB per rivelatori ad alta tensione

Premesse

Il circuito stampato HV raffigurato è stato sviluppato per l'Istituto Nikhef di Amsterdam. Viene usato per il rivelatore del tracker esterno LHCb (Large Hadron Collider beauty) per amplificare il segnale proveniente dalle particelle catturate.

HV-board

Le misurazioni vengono effettuate ad alta tensione mentre l'affidabilità, la durata e il rapporto segnale-rumore ricoprono un ruolo importante nel rilevamento delle particelle.

I nostri obiettivi

  • Sviluppare un circuito stampato stabile per il rivelatore
  • Fornire prototipi di circuiti stampati HV
  • Consegna di 2.000 circuiti stampati HV

Criticità

  • Alta tensione (interruzione a 3 kV)
  • Miniaturizzazione (per migliorare la risoluzione)
  • Affidabilità/invecchiamento
  • Rapporto segnale-rumore e requisiti per la corrente di dispersione
  • Volume (2000 PCB con 64.000 condensatori)

Assemblaggio e collaudo a carico di Nikhef Amsterdam.

Processo di costruzione

Per questo progetto, non è stato possibile utilizzare il solito metodo di incapsulamento dei circuiti stampati con componenti sul lato esterno per la possibile presenza di bolle d'aria. Prima o poi si sarebbe verificata un'interruzione per via dell'alta tensione (3 kV).

Il processo di produzione è stato modificato per garantire una protezione ottimale dei condensatori. Questi sono stati montati all'interno del circuito stampato.

L'integrazione dei componenti effettuata in questo modo ne previene l'invecchiamento. Questo è un requisito molto importante per garantire che il circuito del rivelatore continui a funzionare correttamente a lungo.

A causa dei rigorosi requisiti di tolleranza dei condensatori, si è scelto di integrare i componenti fisici piuttosto che optare per una soluzione in cui il materiale del condensatore viene inciso.

Circuit BoardCircuit Board

La nostra consociata olandese Q.P.I. ha sviluppato un nuovo processo per l'integrazione dei componenti fisici all'interno del circuito stampato. Questo nuovo processo prevede la pressione dei condensatori nel materiale di base del PCB.

Esercitando una pressione simile, è fondamentale non danneggiare i condensatori ceramici.  Grazie a questo metodo, i condensatori sono ben protetti dall'umidità, dalle sollecitazioni meccaniche e dall'invecchiamento.

Risultati

Il progetto si è rivelato un grande successo e a Q.P.I. è stato assegnato il riconoscimento LHCB Industry Award daCERN LHCb Collaboration.

Nikhef:
“Il circuito stampato HV ha migliorato il rapporto segnale-rumore su una scala paragonabile al miglioramento realizzato con il passaggio dal LP al CD Audio. “