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Nos ingénieurs qualifiés IPC utilisent les derniers logiciels de CAO pour concevoir des circuits imprimés optimisés pour être fabriqués. Le processus de conception de PCB combine le placement des composants, le suivi, la sélection des matériaux et la gestion thermique pour obtenir une connectivité électrique sur une carte de circuit imprimé fabriquée.

Placement des composants – nous ne nous contentons pas de les lancer sur

Aussi tentant que cela puisse être de simplement lancer des LED et d’autres composants sur la carte, c’est le processus de placement intelligent des composants qui réduit les coûts, facilite la fabrication (ou la plus simple possible) et garantit une qualité élevée. Nous concevons toujours de manière optimale: fabricabilité, performances thermiques et optiques – et un bon placement en est la base. La disposition des pièces peut avoir un impact sur la fiabilité, les processus d’assemblage, l’intégrité des joints de soudure et les tests. De nombreux aspects de la conception de circuits imprimés à LED sont uniques aux LED et généralement inconnus de l’industrie électronique au sens large. Les circuits imprimés à LED doivent être conçus pour limiter le mouvement des LED lors de la soudure par refusion et le remplissage par inondation de la piste doit être optimisé pour les performances thermiques et le couplage capacitif par exemple.

En plus des LED, nous plaçons des connecteurs, des composants actifs et passifs, des thermistances et plus encore sur des circuits imprimés à LED tout en considérant les trous de montage, via les vias et le placement optique. Avec autant de considérations, il n’est pas étonnant que la conception de circuits imprimés ressemble à la résolution d’un puzzle.

Nous n’avons même pas mentionné les contraintes de taille physique des PCB et les tolérances de fuite et de dégagement qui ont un impact sur le placement, les exigences de test électrique (accessibilité) et les limitations d’assemblage. Un jeu approprié entre les composants est nécessaire pour éviter un événement de surtension sur la carte. Le fluage est la distance la plus courte entre les composants mesurée le long de la surface du matériau isolant – le jeu, en revanche, est la distance entre les composants mesurée à travers l’air. Plus il y a de composants à placer, plus il peut être difficile d’obtenir une fuite et un dégagement. Notre équipe prend en compte le matériau du PCB, l’isolation et la pollution qui pourraient survenir lorsque le PCB est dans l’application, puis applique les tolérances pertinentes pour le fluage et le dégagement pour des performances durables.

Fig.1- Mesure de la fuite et du dégagement

Matériaux de PCB

Le PCB sert à un certain nombre de fins dans les conceptions de circuits à base de LED; il assure notamment les connexions électriques entre les composants individuels et l’isolation électrique des conducteurs les uns des autres, mais souvent le circuit imprimé constitue également l’un des tout premiers éléments de la voie thermique entre le composant LED et l’air ambiant, tandis que le circuit imprimé peut également former une fondation sur laquelle sont également montés des composants non électroniques, c’est-à-dire des lentilles et des réflecteurs.

Il existe différents matériaux de PCB qui peuvent être utilisés pour des applications LED: le FR4 et le substrat métallique isolé (IMS) sont des choix populaires. Chaque matériau a ses propres avantages relatifs, allant du coût à la performance thermique.

L’IMS en tant que matériau PCB est composé de trois éléments principaux: une couche de base métallique, un film diélectrique et une couche supérieure en cuivre. La couche de base métallique forme la majeure partie de l’épaisseur de la carte PCB et donne une structure mécanique et une masse thermique, généralement le métal utilisé sera l’aluminium car il offre de bonnes performances thermiques par rapport au coût. Tous les PCB IMS ne sont pas identiques, les matériaux IMS haute performance ont des diélectriques à conductivité thermique plus élevée, ce qui peut finalement donner un produit à durée de vie nettement plus longue.

En résumé, les PCB IMS sont intrinsèquement très bons pour dissiper la chaleur car ils sont presque entièrement en métal; cependant, ils sont généralement plus coûteux que le matériau FR4

FR4 est ce à quoi la plupart des gens pensent quand vous dites « matériau PCB ». Il est largement utilisé dans toutes sortes d’électronique et c’est donc un matériau très familier pour les concepteurs de circuits. Le matériau FR4 est fabriqué à partir de résine renforcée sur laquelle une feuille de cuivre a été montée. Comme le matériau en résine est un isolant, il est possible de créer un stratifié de plusieurs couches de circuit placées les unes sur les autres, interconnectées selon les besoins. Compte tenu des performances thermiques de l’IMS, le FR4 est-il sûrement inférieur? Pas nécessairement. Avec une conception intelligente de PCB, il est possible d’obtenir une bonne conductivité thermique à travers les matériaux FR4, créant essentiellement des voies thermiques à travers la résine qui n’affectent pas la fonctionnalité électrique du PCB.

Fig.2- Composition PCB de FR4 et IMS

Gestion thermique

Les matériaux sont sélectionnés pour fournir une résistance structurelle pour supporter les composants électroniques et dissiper la chaleur des conducteurs et des composants. La chaleur excessive est l’ennemi du PCB et doit être gérée pour sa fiabilité et son bon fonctionnement. Nos concepteurs cherchent à maximiser la dissipation thermique grâce à l’utilisation de vias thermiques, au placement intelligent des composants et au choix des matériaux de PCB.

Fig.3 – Section de via thermique dans le substrat FR4

L’échange de chaleur n’est pas efficace avec uniquement l’air ambiant autour d’un dispositif chaud. Cependant, la chaleur peut être transférée loin des composants électriques critiques avec l’utilisation de vias thermiques. La chaleur est transférée à un via thermique par conduction, ce qui permet à la chaleur de s’éloigner des composants.

L’ajout de vias améliorera la résistance thermique d’une carte FR4, à condition qu’elles soient placées de manière appropriée et que l’épaisseur de la carte ait été prise en compte pour déterminer le diamètre du trou. Les planches plus épaisses avec de très petits trous sont plus difficiles à fabriquer – et plus chères. Un rapport d’aspect acceptable est ≤6:1. L’augmentation de l’épaisseur du placage pendant la production de PCB améliore la résistance thermique.

Le placement des composants pour une distribution uniforme de la chaleur, les dissipateurs thermiques et l’application du circuit imprimé LED final sont autant de considérations tout au long de la conception du circuit imprimé pour assurer une gestion thermique et une fiabilité efficaces.

Suivi

Une fois les composants placés, le suivi peut commencer. La tâche du suivi est de créer des géométries telles que tous les terminaux affectés au même réseau soient connectés efficacement, aucun terminal affecté à des réseaux différents n’est connecté et toutes les règles de conception sont respectées. Grâce à un suivi minutieux, nous cherchons à éviter les ouvertures, les diaphonies et les courts-circuits tout en garantissant une fabrication de bonne qualité et une fiabilité. À ce stade, nos concepteurs pensent à la largeur de la piste, à la symétrie, à l’espace et aux trous de montage.

Une largeur de piste adéquate garantit que la quantité de courant souhaitée est transportée dans toute la planche sans surchauffe. L’épaisseur estimée du courant et du cuivre ainsi que la température ambiante, la longueur de la voie et l’espacement des voies déterminent la largeur optimale de la voie.

Toutes les pistes ne seront pas créées à des largeurs égales. Les pistes électriques et au sol auront beaucoup plus de courant qui les traverse, ce qui les rend beaucoup plus larges que les pistes moyennes, ce qui signifie qu’il n’y aura pas d’excès de chaleur circulant à travers des pistes plus minces et endommageant la planche.

Comme nous l’avons déjà mentionné, nos circuits imprimés sont optimisés pour la fabrication. C’est pourquoi nos concepteurs laissent suffisamment de place entre toutes les pistes et les pads et les coins de rayon. Si vous utilisez des angles de 90 degrés avec des pistes, il est plus probable que la piste gravée soit plus étroite que la largeur de piste requise. L’incorporation d’un coin chanfreiné ou radié évite cette possibilité.

Un PCB multicouche est un PCB qui a plus de 2 couches, elles sont idéales lorsque l’espace est restreint – plutôt que d’augmenter les dimensions physiques, des couches alternées de cuivre avec un matériau isolant peuvent être ajoutées entre pour économiser de l’espace, améliorer l’assemblage et augmenter la surface disponible pour le suivi.

Finitions

Les revêtements de protection / finitions de surface appliqués au PCB ont deux fonctions essentielles: protéger le cuivre exposé et fournir une surface soudable pour l’assemblage. Après l’arrivée, il y a aussi une légende qui permet les marquages requis qui peuvent aider à la fabrication et à l’installation sur le terrain. Cela nous permet également d’incorporer votre logo dans le PCBA pour une grande notoriété de la marque. Les finitions de surface les plus couramment utilisées sont:

HASL (Nivellement de soudure à l’air chaud), OSP (Conservateur de soudabilité organique), étain à immersion, nickel électrolytique / or électrolytique, immersion / argent, ENIG, ENEPIG. Chaque finition de surface a des avantages et des inconvénients et nos concepteurs spécifieront la finition la plus appropriée avant la fabrication. Dans la plupart des cas, OSP est utilisé car il donne une surface plane requise pour les composants à pas fin et le processus d’application est simple.

La conception de circuits imprimés intelligents est fondamentale pour la fabrication de votre solution LED idéale. Grâce à une conception intelligente, nous sommes en mesure d’incorporer des circuits imprimés FR4 double face et des circuits imprimés multicouches pour des performances optimales lorsque l’espace est restreint. Au cœur de toutes nos conceptions de PCB se trouvent vos exigences et votre application. Pour plus d’informations sur notre expertise ou pour mettre la main sur votre propre solution LED conçue et fabriquée par nos soins, contactez-nous dès aujourd’hui.

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