Tipps für das Leiterplattendesign mit Kupferelementen (HSMtec) – Teil 1

HSMtec Querschnitt
Querschnitt einer HSMtec-Leiterplatte: Kupferprofile verstärken die Hochstromleiter

Beim Design von HSMtec-Leiterplatten mit integrierten Kupferelementen empfiehlt sich grundsätzlich das Design der Hochstromleiter vor dem Standardlayout. Der Entwicklungsprozess einer HSMtec-Leiterplatte läuft in 10 Designschritten ab:

  1. Mechanische Merkmale definieren: Größe und Kontur der Leiterplatte festlegen
  2. Leistungsbauteile platzieren: kurze und einfache Wege für die Hochstromleiterbahnen festlegen
  3. Stromstärken definieren: z.B. 80 oder 110 A
  4. Umgebungsbedingungen definieren: Umgebungstemperatur z.B. 60 °C und maximale Temperaturdifferenz Delta T von 40 K
  5. Lagenaufbau und Kupferlagen definieren: Es empfiehlt sich, bevorzugt mit Masse Innenlagen zu arbeiten und auch auf den Außenlagen alle freien Flächen mit Kupfer zu fluten
  6. Erforderliche Leitungsquerschnitte bezogen auf die Umgebungsbedingungen und Lagenaufbau berechnen
  7. Routing der Hochstromleiterbahnen
    Beim Routing gilt die Grundregel: Für jede Profilbreite muss die Leiterbahn umlaufend mindestens 1 mm breiter ausgelegt werden. Beispiel: Ein 8 mm Kupferprofil benötigt mindestens eine 10 mm breite Leiterbahn,  2mal 4 mm Profile parallel nebeneinander benötigen mindestens eine 12 mm breite Leiterbahn.
  8. Designen der Kupferprofile z.B. mit einer Hilfslage
    Bei der Auswahl der Kupferelemente ist das KSG-Team sehr gerne behilflich.
  9. Bohrungen für Hochstrom und Leistungsbauteile platzieren: Durchkontaktierungen, Thermovias – Microvias im Wärmepfad der MOSFETs auf den Kupferprofilen festlegen. In den Heatpads der MOSFETs werden Microvias mit 0,1 mm Durchmesser und einem Raster von 0,5 mm platziert, welche auf das darunterliegende Kupferprofil kontaktieren. Thermovias rund um das Heatpad der MOSFETs platzieren bei 0,5 mm Durchmesser der Thermovias z.B. ein Raster von 1,0 mm wählen.
  10. Routing des Logikteils der Schaltung

Die Schritte 1 bis 4 definiert der Entwickler, für die Schritte 5 und 6 bietet KSG einen Hochstromkalkulator beziehungsweise unterstützt Sie das KSG-Team sehr gern.

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