Kompaktní elektronika s keramickými deskami

Ač si to většina z nás ani neuvědomuje, jedny z nejlepších ukázek síly lidské mysli a zručnosti nosíme běžně po kapsách a zacházíme s nimi s takovou samozřejmostí, jako s oblečením. Řeč je o mobilních telefonech a přenosné elektronice obecně. Ta se stala natolik běžnou součástí našeho života, že už nám uniká, o jak sofistikované přístroje jde a kolik práce si vyžádal celý přechod od prvních telefonů k dnešním smartphonům. Těžko říct, který krok ve vývoji elektroniky byl tím nejzásadnějším, ke klíčovým objevům však lze bezesporu zařadit konstrukci desek plošných spojů.

 

Různě barevné desky se spoustou miniaturních cestiček připomínajících bludiště působí na první pohled dojmem, že jde pouze o jakýsi podklad, na který jsou teprve přidělány ty důležité součástky. Jde ovšem jen o velmi omezený pohled na věc – právě desky plošných spojů eliminují potřebu vedení drátů mezi jednotlivými prvky obvodu, čímž činí jejich fyzickou podobu podstatně přehlednější a spolu se svojí nosnou funkcí umožňují sestavovat obvody s podstatně menšími rozměry. Principiálně přitom nejde o žádnou složitou technologii, pouze o desku z izolačního materiálu, na níž jsou leptáním vytvořeny vodivé (zpravidla měděné) cesty spojující vývody daných součástek. Samotná deska do funkčnosti obvodu tedy nijak přímo nezasahuje, svým designem a vlastnostmi, například tepelnou vodivostí, však může jeho parametry částečně ovlivnit. A jak dokazuje inovativní deska vytvořená vývojáři společnosti Siemens, použitím vhodných materiálů lze zkonstruovat i jinak nerealizovatelné obvody.

Mědí pokrytá keramická deska je spolu s deskou kontrolní části měniče (modrá) integrována do jednoho celku. Výsledkem jsou kompaktnější rozměry a efektivnější chlazení bez negativního dopadu na výkon.

Dvě součástky na jedné desce

Cílem konstruktérů bylo sloučit měnič napětí s výkonovou elektronikou do jednoho celku, jenž by našel využití zejména v obvodech určených pro elektrické vozy, ale i dalších strojích využívajících elektrický pohon. Oba výše zmíněné prvky slouží k zajištění optimálního napájení daného stroje, výkonová elektronika tak však činí pomocí spínání, které vede k prudkým změnám v procházejícím proudu a tím pádem i ke vzniku elektromagnetického pole. To ovšem může ovlivňovat další součástky, a to včetně měniče. Při konstrukci podobných obvodů je tedy nutné počítat i s nutností dostatečného odstínění a navrhnout takový design, jenž by rušivé vlivy minimalizoval. Vývojáři proto umístili nejcitlivější kontrolní část měniče co nejblíže k výkonové elektronice, aby tak zmenšili dráhu vedení, na němž by mohlo docházet k rušení. Tímto způsobem sice snížili vliv rušivých polí, získali však větší množství elektrických součástek na menší ploše, což vede k výrazně vyšší tvorbě tepla. Kontrolní část měniče proto byla umístěna na speciální keramickou desku, jež může být připojena přímo na desku výkonové elektroniky. Tato deska je pak chlazena speciálním systém vodního chlazení, který zajišťuje její teplotní stabilitu. 

I přes své nesporné klady mají desky plošných spojů jednu velkou nevýhodu. Zatímco elektrické přístroje s klasickými dráty si dokáže s trochou elektronických znalostí a pájkou spravit kdejaký kutil, desky domácímu bastlení příliš nepřejí.

Výsledné řešení nabízí stejný výkon, jako obvod s oddělenými součástkami, ovšem při vyšší teplotní stálosti a výrazně menších rozměrech. Může tak být přímo integrováno do řídicích systémů pohonů například vozů či pohonů výrobních linek, kde je úspora místa jedním z klíčových parametrů.

Tiskové materiály SIEMENS