principy návrhu LED PCB
naši kvalifikovaní inženýři IPC používají nejnovější CAD software k navrhování desek plošných spojů, které jsou optimalizovány pro výrobu. Proces návrhu PCB kombinuje umístění komponent, sledování, výběr materiálu a tepelné řízení pro dosažení elektrické konektivity na vyráběné desce s plošnými spoji.
umístění komponent-nechceme jen hodit je na
jako lákavé, jak to může být jen hodit led a další komponenty na desce, je to proces chytré umístění komponent, který udržuje náklady dolů, výroba snadné (nebo tak jednoduché, jak je to možné) a kvalita vysoká. Vždy navrhujeme optimální: vyrobitelnost, tepelný a optický výkon – a dobré umístění je základem toho. Uspořádání dílů může ovlivnit spolehlivost, montážní procesy, integritu pájeného spoje a testování. Mnoho aspektů LED PCB design jsou jedinečné pro led a obecně neznámé pro širší elektronický průmysl. LED desky plošných spojů musí být navrženy tak, aby omezovaly pohyb LED během pájení přetavením a je třeba optimalizovat naplavené stopy například pro tepelný výkon a kapacitní spojku.
kromě LED diod umísťujeme konektory, aktivní a pasivní komponenty, termistory a další na LED PCB, přičemž zvažujeme montážní otvory, průchody a umístění optiky. S tolika úvahami není divu, že design PCB je jako řešení hádanky.
nezmínili jsme ani omezení fyzické velikosti PCB a tolerance creepage a clearance, které mají dopad na umístění, požadavky na elektrické zkoušky (přístupnost) a omezení montáže. Vhodná vůle mezi součástmi je nutná, aby se zabránilo přepěťové události na desce. Creepage je nejkratší vzdálenost mezi součástmi měřená podél povrchu izolačního materiálu-na druhé straně je vzdálenost mezi součástmi měřená vzduchem. Čím více komponent je třeba umístit, tím obtížnější může být dosažení creepage a clearance. Náš tým zvažuje Materiál PCB, izolaci a znečištění, ke kterému by mohlo dojít, když je PCB v aplikaci, pak použijí příslušné tolerance pro creepage a clearance pro dlouhodobý výkon.
obr.1-Měření Creepage a clearance
PCB materiály
PCB slouží řadě účelů v návrzích obvodů založených na LED; zejména poskytuje elektrické spojení mezi jednotlivými součástmi a elektrickou izolaci vodičů od sebe navzájem, ale často PCB také tvoří jeden z prvních prvků tepelné dráhy mezi komponentou LED a okolním vzduchem, zatímco PCB může také tvořit základ, na který jsou také namontovány neelektronické komponenty, tj. čočky a reflektory.
existují různé materiály PCB, které lze použít pro LED aplikace: FR4 i izolovaný kovový substrát (IMS) jsou populární volbou. Každý materiál má své vlastní relativní zásluhy, od nákladů až po tepelný výkon.
IMS jako materiál PCB se skládá ze tří hlavních prvků; kovová základní vrstva, dielektrický film a měděná horní vrstva. Kovová základní vrstva tvoří většinu tloušťky PCB a poskytuje mechanickou strukturu a tepelnou hmotnost, obvykle použitý kov bude hliník, protože nabízí dobrý tepelný výkon versus náklady. Ne všechny IMS PCB jsou stejné, vysoce výkonné IMS materiály mají dielektrika s vyšší tepelnou vodivostí, což nakonec může přinést produkt s výrazně delší životností.
Stručně řečeno, IMS PCB jsou ze své podstaty velmi dobré v odvádění tepla, protože jsou vyrobeny téměř výhradně z kovu; nicméně, oni jsou obvykle dražší než FR4 materiál
FR4 je to, co většina lidí myslí, když říkáte, „PCB materiál“. Používá se široce ve všech druzích elektroniky, a proto je velmi známým materiálem pro konstruktéry obvodů. Materiál FR4 je vyroben z vyztužené pryskyřice, na kterou byla namontována měděná fólie. Vzhledem k tomu, že pryskyřičný materiál je izolátor, je možné vytvořit laminát z mnoha vrstev obvodu umístěných jeden na druhého, vzájemně propojených podle potřeby. Vzhledem k tepelnému výkonu IMS je FR4 určitě nižší? Ne nutně. Díky chytrému designu PCB je možné dosáhnout dobré tepelné vodivosti pomocí materiálů FR4, což v podstatě vytváří tepelné dráhy pryskyřicí, které neovlivňují elektrickou funkčnost PCB.
obr.2-PCB složení FR4 a IMS
tepelné řízení
materiály jsou vybrány tak, aby poskytovaly konstrukční pevnost pro podporu elektronických součástek a pro odvádění tepla z vodičů a součástí. Nadměrné teplo je nepřítelem PCB a musí být řízeno pro spolehlivost a správnou funkci. Naši designéři se snaží maximalizovat odvod tepla pomocí tepelných průchodů, inteligentního umístění komponent a výběru materiálu PCB.
obr.3-Průřez tepelným průchodem v substrátu FR4
výměna tepla není účinná pouze s okolním vzduchem kolem horkého zařízení. Teplo však může být přenášeno pryč od kritických elektrických součástí pomocí tepelných průchodů. Teplo se přenáší do tepelného vedení pomocí vedení, což umožňuje, aby se teplo vzdálilo od součástí.
přidání průchodů zlepší tepelný odpor desky FR4 za předpokladu, že jsou vhodně umístěny a tloušťka desky byla považována za určující průměr otvoru. Silnější desky s velmi malými otvory jsou obtížnější vyrábět-a dražší. Přijatelný poměr stran je ≤6: 1. Zvýšení tloušťky pokovování během výroby PCB zvyšuje tepelnou odolnost.
umístění komponentů pro rovnoměrné rozložení tepla, chladiče a použití konečné LED PCB jsou všechny úvahy v celém návrhu PCB, aby bylo zajištěno efektivní tepelné řízení a spolehlivost.
sledování
jakmile jsou komponenty umístěny, sledování může začít. Úkolem sledování je vytvořit geometrie tak, aby všechny terminály přiřazené ke stejné síti byly efektivně připojeny, nebyly připojeny žádné terminály přiřazené různým sítím a dodržována všechna pravidla návrhu. Pečlivým sledováním se snažíme vyhnout otvorům, přeslechům a šortkám a zároveň zajistit kvalitní výrobu a spolehlivost. V této fázi naši designéři uvažují o šířce stopy, symetrii, prostoru a montážních otvorech.
přiměřená šířka dráhy zajišťuje, že požadované množství proudu je přepravováno po celé desce bez přehřátí. Odhadovaný proud a tloušťka mědi spolu s okolní teplotou, délka stopy a rozteč stopy určuje optimální šířku stopy.
ne všechny skladby budou vytvořeny na stejné šířky. Elektrické a pozemní stopy budou mít mnohem více proudu protékajícího jimi, takže tyto mnohem širší než průměrné stopy znamená, že nebude přebytečné teplo protékající tenčími stopami a poškození desky.
jak jsme již zmínili – naše desky plošných spojů jsou optimalizovány pro výrobu. To je důvod, proč naši designéři nechávají dostatek prostoru mezi všemi kolejemi a podložkami a poloměrnými rohy. Při použití 90 stupňových úhlů se stopami je vyšší pravděpodobnost, že leptaná stopa bude užší než požadovaná šířka stopy. Začlenění zkoseného nebo poloměrového rohu se této možnosti vyhýbá.
vícevrstvá PCB je PCB, která má více než 2 vrstvy – jsou ideální, když je prostor těsný-spíše než zvyšování fyzických rozměrů lze přidávat střídavé vrstvy mědi s izolačním materiálem, aby se ušetřilo místo, zlepšila montáž a zvětšila se plocha dostupná pro sledování.
povrchové úpravy
existují dvě základní funkce ochranných povlaků / povrchových úprav aplikovaných na PCB-chrání exponovanou měď a poskytují pájitelný povrch pro montáž. Po dokončení je také legenda, která umožňuje požadovaná označení, která mohou pomoci s výrobou a instalací v terénu. To nám také umožňuje začlenit vaše logo do PCBA pro velké povědomí o značce. Nejčastěji používané povrchové úpravy jsou:
HASL (horkovzdušné pájení), OSP (konzervační látka pro organickou pájitelnost), ponorný cín, elektrolytický nikl/galvanicky pokovené zlato, ponorný/stříbrný, ENIG, ENEPIG. Každá povrchová úprava má klady i zápory a naši designéři před výrobou určí nejvhodnější povrchovou úpravu. Ve většině případů se používá OSP, protože poskytuje rovný povrch potřebný pro komponenty s jemnou roztečí a proces aplikace je jednoduchý.
inteligentní PCB design je zásadní pro výrobu ideální LED řešení. Díky chytrému designu jsme schopni začlenit oboustranné pcb FR4 a vícevrstvé PCB pro optimální výkon, když je prostor těsný. Jádrem všech našich návrhů desek plošných spojů jsou vaše požadavky a aplikace. Pro více informací o našich odborných znalostech nebo pro získání rukou na vašem vlastním led řešení navrženém a vyrobeném námi nás kontaktujte ještě dnes.
zpět na Archiv