LED PCB Design Principles
onze IPC gekwalificeerde ingenieurs gebruiken de nieuwste CAD-software om printplaten te ontwerpen die geoptimaliseerd zijn om te worden vervaardigd. Het PCB-ontwerpproces combineert componentplaatsing, tracking, materiaalkeuze en thermisch beheer om elektrische connectiviteit op een vervaardigde printplaat te bereiken.
Componentplaatsing-we gooien ze niet alleen op
hoe verleidelijk het ook is om LEDs en andere componenten op het bord te gooien, het is het proces van slimme componentplaatsing dat de kosten laag houdt, de productie eenvoudig (of zo eenvoudig mogelijk) en de kwaliteit hoog. Wij ontwerpen altijd voor optimaal: maakbaarheid, thermische en optische prestaties – en goede plaatsing is de basis hiervan. De opstelling van onderdelen kan invloed hebben op betrouwbaarheid, assemblageprocessen, soldeerverbinding integriteit en testen. Veel aspecten van LED PCB ontwerp zijn uniek voor LED ‘ s en over het algemeen onbekend voor de bredere elektronica-industrie. LED-PCB ‘ s moeten worden ontworpen om LED-beweging tijdens reflow solderen te beperken en track flood-fill moet bijvoorbeeld worden geoptimaliseerd voor thermische prestaties en capacitieve koppeling.
naast LED ’s plaatsen we connectoren, actieve en passieve componenten, thermistoren en meer op led-pcb’ s terwijl we overwegen om gaten te monteren, via vias en optische plaatsing. Met zoveel overwegingen is het geen wonder dat PCB ontwerp is als het oplossen van een puzzel.
we hebben het niet eens gehad over de fysieke afmetingen van PCB ‘ s en kruip-en vrijheidstoleranties die van invloed zijn op de plaatsing, de eisen voor elektrische tests (toegankelijkheid) en de assemblagebeperkingen. Passende speling tussen de componenten is vereist om een overspanning op het bord te voorkomen. Kruip is de kortste afstand tussen componenten gemeten langs het oppervlak van het isolatiemateriaal – speling, anderzijds, is de afstand tussen componenten gemeten door de lucht. Hoe meer componenten er zijn om te plaatsen, hoe moeilijker het kan zijn om kruip en speling te bereiken. Ons team rekening houden met het materiaal van de PCB, isolatie en vervuiling die kunnen optreden wanneer de PCB is in de toepassing, dan passen ze de relevante toleranties voor kruip en speling voor langdurige prestaties.
Fig.1-kruip-en vrijgavemeting
PCB-materialen
de PCB dient een aantal toepassingen in op LED gebaseerde Circuits; met name zorgt het voor de elektrische verbindingen tussen afzonderlijke componenten en de elektrische isolatie van geleiders van elkaar, maar vaak vormt de PCB ook een van de allereerste elementen van de thermische route tussen de LED-component en de omgevingslucht, terwijl de PCB ook een fundering kan vormen waarop ook niet-elektronische componenten zijn gemonteerd, namelijk lens en reflectoren.
er zijn verschillende PCB-materialen die gebruikt kunnen worden voor LED-toepassingen: zowel FR4 als geïsoleerde metalen substraten (IMS) zijn populaire keuzes. Elk materiaal heeft zijn eigen relatieve verdiensten, variërend van kosten tot thermische prestaties.
IMS als PCB-materiaal bestaat uit drie hoofdelementen: een metalen basislaag, een diëlektrische film en een koperen toplaag. De metalen basislaag vormt het grootste deel van de PCB-dikte en geeft mechanische structuur en thermische massa, meestal het metaal gebruikt aluminium als het biedt goede thermische prestaties versus kosten. Niet alle IMS-PCB ‘ s zijn hetzelfde, high-performance IMS-materialen hebben diëlektriciteit met een hogere thermische geleidbaarheid, wat uiteindelijk kan leiden tot een product met een aanzienlijk langere levensduur.
samengevat zijn IMS-PCB ’s van nature zeer goed in het afvoeren van warmte omdat ze bijna geheel van metaal zijn gemaakt; ze zijn echter meestal duurder dan FR4-materiaal
FR4 is wat de meeste mensen denken als je zegt: “PCB-materiaal”. Het wordt veel gebruikt in allerlei elektronica en dus is het een zeer vertrouwd materiaal voor ontwerpers van circuits. FR4 materiaal is opgebouwd uit versterkte hars waarop een koperfolie is gemonteerd. Aangezien het harsmateriaal is een isolator is het mogelijk om een laminaat van vele circuit lagen geplaatst op de top van een ander, onderling verbonden als nodig. Gezien de thermische prestaties van IMS is FR4 zeker inferieur? Niet noodzakelijk. Met een slim PCB-ontwerp is het mogelijk om een goede thermische geleidbaarheid te bereiken door FR4-materialen, waarbij in wezen thermische routes door de hars worden gecreëerd die geen invloed hebben op de elektrische functionaliteit van de PCB.
Fig.2-PCB-samenstelling van FR4 en IMS
thermisch beheer
materialen worden geselecteerd om structurele sterkte te bieden ter ondersteuning van de elektronische componenten en om de warmte van de geleiders en de componenten af te voeren. Overmatige hitte is de vijand van de PCB en moet worden beheerd voor betrouwbaarheid en goede werking. Onze ontwerpers willen de warmteafvoer maximaliseren met het gebruik van thermische vias, slimme plaatsing van componenten en de keuze van PCB-materiaal.
Fig.3-dwarsdoorsnede van thermische via in FR4-substraat
de warmteuitwisseling is niet efficiënt met alleen de omgevingslucht rond een hete inrichting. Echter, warmte kan worden overgedragen uit de buurt van de kritische Elektrische componenten met behulp van thermische vias. Warmte wordt overgebracht naar een thermische via door geleiding en dit maakt het mogelijk warmte te verplaatsen van de componenten.
het toevoegen van vias zal de thermische weerstand van een FR4-plaat verbeteren, mits deze op de juiste plaats is geplaatst en de dikte van de plaat is overwogen om de gatdiameter te bepalen. Dikkere platen met zeer kleine gaten zijn moeilijker te vervaardigen-en duurder. Een aanvaardbare beeldverhouding is ≤6: 1. Het verhogen van de plating dikte tijdens PCB productie verbetert de thermische weerstand.De plaatsing van componenten voor een gelijkmatige warmteverdeling, koellichamen en de toepassing van de uiteindelijke LED-printplaat zijn alle overwegingen bij het ontwerp van de printplaat om een effectief thermisch beheer en betrouwbaarheid te garanderen.
Tracking
zodra de componenten zijn geplaatst, kan de tracking beginnen. De taak van het volgen is om geometrieën te creëren die ervoor zorgen dat alle terminals die aan hetzelfde net zijn toegewezen efficiënt worden aangesloten, dat er geen terminals die aan verschillende netten zijn toegewezen, worden aangesloten en dat alle ontwerpregels worden nageleefd. Door zorgvuldige tracking proberen we openingen, kruisverwijzing en korte broeken te vermijden en tegelijkertijd een goede productie en betrouwbaarheid te garanderen. In dit stadium denken onze ontwerpers aan spoorbreedte, symmetrie, ruimte en montagegaten.
een adequate spoorbreedte zorgt ervoor dat de gewenste hoeveelheid stroom door het bord wordt getransporteerd zonder oververhitting. De geschatte stroom – en koperdikte samen met omgevingstemperatuur, spoorlengte en spoorafstand bepaalt de optimale spoorbreedte.
niet alle tracks zullen worden aangemaakt met gelijke breedtes. Stroom en grond tracks zullen veel meer stroom door hen, waardoor deze veel breder dan de gemiddelde tracks betekent dat er geen overtollige warmte stroomt door dunnere tracks en schade aan het bord.
zoals reeds vermeld – onze printplaten zijn geoptimaliseerd voor fabricage. Daarom laten onze ontwerpers genoeg ruimte tussen alle tracks en pads en radius hoeken. Bij gebruik van hoeken van 90 graden met sporen is de kans groter dat het geëtste spoor smaller is dan de vereiste spoorbreedte. Het opnemen van afgeschuinde of een radius hoek vermijdt deze mogelijkheid.
een meerlagige PCB is een PCB met meer dan 2 lagen, ze zijn ideaal wanneer de ruimte krap is – in plaats van de fysieke afmetingen te verhogen kunnen er afwisselende lagen koper met isolatiemateriaal worden toegevoegd om ruimte te besparen, de assemblage te verbeteren en het beschikbare gebied voor tracking te vergroten.
afwerkingen
er zijn twee essentiële functies van beschermende coatings/oppervlakteafwerkingen aangebracht op de PCB – beschermen het blootgestelde koper en zorgen voor een soldeerbaar oppervlak voor montage. Na de afwerking, is er ook legende die het mogelijk maakt voor de vereiste markeringen die kunnen helpen met de productie en installatie in het veld. Dit stelt ons ook in staat om uw logo op te nemen in de PCBA voor grote merkbekendheid. De meest gebruikte oppervlakteafwerkingen zijn:
HASL( Heteluchtsoldeer nivellering), OSP (conserveermiddel voor organische soldeerbaarheid), immersie tin, elektrolytisch nikkel/gegalvaniseerd goud, immersie/zilver, ENIG, ENEPIG. Elke oppervlakteafwerking heeft voors en tegens en onze ontwerpers zullen de meest geschikte afwerking voorafgaand aan de productie specificeren. In de meeste gevallen wordt OSP gebruikt omdat het een vlak oppervlak geeft dat nodig is voor fijne pitch-componenten en het toepassingsproces eenvoudig is.
slim PCB-ontwerp is van fundamenteel belang voor de productie van uw ideale LED-oplossing. Met een slim ontwerp kunnen we dubbelzijdige FR4-PCB ’s en meerlagige PCB’ s opnemen voor optimale prestaties wanneer de ruimte krap is. De kern van al onze PCB ontwerpen zijn uw eisen en toepassing. Neem vandaag nog contact met ons op voor meer informatie over onze expertise of om uw eigen LED-oplossing in handen te krijgen die door ons is ontworpen en vervaardigd.
terug naar Archief