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I nostri ingegneri qualificati IPC utilizzano il software CAD più recente per progettare circuiti stampati ottimizzati per essere fabbricati. Il processo di progettazione PCB combina il posizionamento dei componenti, il tracciamento, la selezione dei materiali e la gestione termica per ottenere la connettività elettrica su un circuito stampato fabbricato.

Posizionamento dei componenti-non li buttiamo solo su

Per quanto possa essere allettante lanciare solo LED e altri componenti sulla scheda, è il processo di posizionamento intelligente dei componenti che mantiene bassi i costi, la produzione facile (o il più semplice possibile) e la qualità elevata. Progettiamo sempre in modo ottimale: producibilità, prestazioni termiche e ottiche-e un buon posizionamento è il fondamento di questo. La disposizione delle parti può influire sull’affidabilità, sui processi di assemblaggio, sull’integrità del giunto di saldatura e sui test. Molti aspetti della progettazione di PCB a LED sono unici per i LED e generalmente sconosciuti all’industria elettronica più ampia. I PCB LED devono essere progettati per limitare il movimento dei LED durante la saldatura a riflusso e per ottimizzare le prestazioni termiche e l’accoppiamento capacitivo, ad esempio.

Oltre ai LED, stiamo posizionando connettori, componenti attivi e passivi, termistori e altro ancora sui PCB LED considerando i fori di montaggio, attraverso vie e posizionamento ottico. Con così tante considerazioni non c’è da meravigliarsi che il design PCB sia come risolvere un puzzle.

Non abbiamo nemmeno menzionato i vincoli di dimensione fisica del PCB e le tolleranze di creepage e clearance che influiscono sul posizionamento, sui requisiti di test elettrici (accessibilità) e sulle limitazioni di assemblaggio. È necessario un adeguato spazio tra i componenti per evitare un evento di sovratensione sulla scheda. La dispersione è la distanza più breve tra i componenti misurata lungo la superficie del materiale isolante – il gioco, d’altra parte, è la distanza tra i componenti misurata attraverso l’aria. Più componenti ci sono da posizionare, più difficile può essere raggiungere la dispersione e la clearance. Il nostro team considera il materiale del PCB, l’isolamento e l’inquinamento che potrebbero verificarsi quando il PCB è nell’applicazione, quindi applica le tolleranze pertinenti per la dispersione e lo spazio per prestazioni di lunga durata.

Fig.1-Creepage and clearance measurement

Materiali PCB

Il PCB serve a una serie di scopi nei progetti di circuiti basati su LED; in particolare fornisce i collegamenti elettrici tra i singoli componenti e l’isolamento elettrico dei conduttori l’uno dall’altro, ma spesso il PCB costituisce anche uno dei primissimi elementi del percorso termico tra il componente LED e l’aria ambiente, mentre il PCB può anche formare una base su cui sono montati anche componenti non elettronici, ad esempio lenti e riflettori.

Ci sono vari materiali PCB che possono essere utilizzati per applicazioni LED: sia FR4 che insulated metal substrate (IMS) sono scelte popolari. Ogni materiale ha i suoi meriti relativi, che vanno dal costo fino alle prestazioni termiche.

IMS come materiale PCB è composto da tre elementi principali; uno strato di base in metallo, un film dielettrico e uno strato superiore in rame. Lo strato di base in metallo forma la maggior parte dello spessore del PCB e dà struttura meccanica e massa termica, in genere il metallo utilizzato sarà in alluminio in quanto offre buone prestazioni termiche rispetto al costo. Non tutti i PCB IMS sono uguali, i materiali IMS ad alte prestazioni hanno dielettrici con una maggiore conduttività termica, che alla fine possono produrre un prodotto con una durata significativamente più lunga.

In sintesi, i PCB IMS sono intrinsecamente molto bravi a dissipare il calore perché sono fatti quasi interamente di metallo; tuttavia, sono in genere più costosi del materiale FR4

FR4 è ciò che la maggior parte delle persone pensa quando si dice “materiale PCB”. È ampiamente utilizzato in tutti i tipi di elettronica e quindi è un materiale molto familiare per i progettisti di circuiti. Il materiale FR4 è costruito in resina rinforzata su cui è stata montata una lamina di rame. Poiché il materiale in resina è un isolante è possibile creare un laminato di molti strati circuitali posti uno sopra l’altro, interconnessi secondo necessità. Date le prestazioni termiche di IMS sicuramente FR4 è inferiore? Non necessariamente. Con un design intelligente del PCB, è possibile ottenere una buona conduttività termica attraverso i materiali FR4, creando essenzialmente percorsi termici attraverso la resina che non influiscono sulla funzionalità elettrica del PCB.

Fig.2-PCB composizione di FR4 e IMS

Gestione termica

I materiali sono selezionati per fornire resistenza strutturale per supportare i componenti elettronici e per dissipare il calore dai conduttori e dai componenti. Il calore eccessivo è il nemico del PCB e deve essere gestito per affidabilità e corretto funzionamento. I nostri progettisti cercano di massimizzare la dissipazione del calore con l’uso di vie termiche, posizionamento intelligente dei componenti e scelta del materiale PCB.

Fig.3-Sezione trasversale della via termica nel substrato FR4

Lo scambio termico non è efficiente con solo l’aria ambiente attorno a un dispositivo caldo. Tuttavia, il calore può essere trasferito lontano dai componenti elettrici critici con l’uso di vie termiche. Il calore viene trasferito a una via termica per conduzione e questo consente al calore di allontanarsi dai componenti.

L’aggiunta di vias migliorerà la resistenza termica di una scheda FR4, a condizione che siano posizionate in modo appropriato e che lo spessore della scheda sia stato considerato per determinare il diametro del foro. Le tavole più spesse con fori molto piccoli sono più difficili da produrre e più costose. Un rapporto di aspetto accettabile è ≤6: 1. Aumentare lo spessore della placcatura durante la produzione di PCB migliora la resistenza termica.

Il posizionamento dei componenti per una distribuzione uniforme del calore, i dissipatori e l’applicazione del PCB LED finale sono tutte considerazioni in tutta la progettazione del PCB per garantire un’efficace gestione termica e affidabilità.

Tracking

Una volta posizionati i componenti, il tracking può iniziare. Il compito del tracciamento è quello di creare geometrie tali che tutti i terminali assegnati alla stessa rete siano collegati in modo efficiente, nessun terminale assegnato a reti diverse sia collegato e tutte le regole di progettazione siano rispettate. Attraverso un attento monitoraggio, stiamo cercando di evitare aperture, diafonia e pantaloncini, garantendo al contempo una buona qualità di produzione e affidabilità. In questa fase, i nostri progettisti stanno pensando carreggiata, simmetria, spazio e fori di montaggio.

Un’adeguata carreggiata assicura la quantità desiderata di corrente viene trasportato in tutta la scheda senza surriscaldamento. La corrente stimata e lo spessore di rame con la temperatura ambiente, la lunghezza della pista e la distanza della pista determinano la larghezza ottimale della pista.

Non tutte le tracce verranno create a larghezze uguali. Le tracce di potenza e di terra avranno molta più corrente che scorre attraverso di loro, rendendole molto più larghe delle tracce medie significa che non ci sarà calore in eccesso che scorre attraverso tracce più sottili e danneggia la scheda.

Un PCB multistrato è un PCB che ha più di 2 strati, sono ideali quando lo spazio è stretto-piuttosto che aumentare le dimensioni fisiche si possono aggiungere strati alternati di rame con materiale isolante per risparmiare spazio, migliorare l’assemblaggio e aumentare l’area disponibile per il tracciamento.

Finiture

Ci sono due funzioni essenziali di rivestimenti protettivi/finiture superficiali applicate al PCB – proteggere il rame esposto e fornire una superficie saldabile per il montaggio. Dopo la finitura, c’è anche la legenda che consente le marcature richieste che possono aiutare con la produzione e l’installazione sul campo. Questo ci consente anche di incorporare il tuo logo nel PCBA per una grande consapevolezza del marchio. Le finiture superficiali più comunemente utilizzate sono:

HASL (Hot Air Solder Levelling), OSP (Organic Solderability Preservative), stagno ad immersione, nichel elettrolitico/oro elettrolitico, immersione/argento, ENIG, ENEPIG. Ogni finitura superficiale ha pro e contro e i nostri progettisti specificheranno la finitura più adatta prima della produzione. Nella maggior parte dei casi, OSP viene utilizzato in quanto fornisce una superficie piana necessaria per i componenti a passo fine e il processo di applicazione è semplice.

Smart PCB design è fondamentale per la produzione di la vostra soluzione ideale LED. Con un design intelligente, siamo in grado di incorporare PCB FR4 bifacciali e PCB multistrato per prestazioni ottimali quando lo spazio è stretto. Al centro di tutti i nostri disegni PCB sono le vostre esigenze e applicazioni. Per ulteriori informazioni sulla nostra esperienza o per mettere le mani sulla tua soluzione LED progettata e prodotta da noi contattaci oggi.

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