principii de proiectare PCB LED
inginerii noștri calificați IPC folosesc cel mai recent software CAD pentru a proiecta plăci de circuite care sunt optimizate pentru a fi fabricate. Procesul de proiectare PCB combină plasarea componentelor, urmărirea, selecția materialelor și gestionarea termică pentru a obține conectivitate electrică pe o placă de circuit fabricată.
plasarea componentelor – nu le aruncăm doar pe
oricât de tentant ar fi să aruncăm doar LED-uri și alte componente pe placă, este procesul de plasare inteligentă a componentelor care menține costurile în jos, fabricând ușor (sau cât mai simplu posibil) și de înaltă calitate. Proiectăm întotdeauna pentru o performanță optimă: manufacturabilitate, performanță termică și optică – iar plasarea bună este fundamentul acestui lucru. Dispunerea pieselor poate afecta fiabilitatea, procesele de asamblare, integritatea îmbinărilor de lipit și testarea. Multe aspecte ale designului PCB cu LED-uri sunt unice pentru LED-uri și, în general, necunoscute industriei electronice mai largi. PCB-urile cu LED-uri trebuie să fie proiectate pentru a constrânge mișcarea LED-urilor în timpul lipirii prin reflow și pentru a urmări umplerea inundațiilor trebuie să fie optimizată pentru performanțe termice și cuplare capacitivă, de exemplu.
în plus față de LED-uri, plasăm conectori, componente active și pasive, termistori și multe altele pe PCB-uri LED, luând în considerare găurile de montare, prin vias și plasarea optică. Cu atât de multe considerații, nu este de mirare că designul PCB este ca rezolvarea unui puzzle.
nici măcar nu am menționat constrângerile de dimensiuni fizice ale PCB și toleranțele de fluaj și degajare care au impact asupra plasării, cerințelor de testare electrică (accesibilitate) și limitărilor de asamblare. Este necesară o distanță adecvată între componente pentru a evita un eveniment de supratensiune pe placă. Creepage este cea mai scurtă distanță dintre componente măsurată de – a lungul suprafeței materialului izolant-clearance-ul, pe de altă parte, este distanța dintre componente măsurată prin aer. Mai multe componente sunt de a plasa mai dificil poate fi pentru a realiza creepage și clearance-ul. Echipa noastră ia în considerare materialul PCB, izolația și poluarea care ar putea apărea atunci când PCB-ul este în aplicație, apoi aplică toleranțele relevante pentru creepage și clearance-ul pentru performanțe de lungă durată.
Fig.1-Măsurarea Creepage și clearance-ul
PCB materiale
PCB servește un număr de scopuri în modele de circuite bazate pe LED-uri; în special, asigură conexiunile electrice dintre componentele individuale și izolarea electrică a conductorilor unul de celălalt, dar adesea PCB formează, de asemenea, unul dintre primele elemente ale căii termice dintre componenta LED și aerul înconjurător, în timp ce PCB poate forma, de asemenea, o fundație pe care sunt montate și componente neelectronice, adică lentile și reflectoare.
există diverse materiale PCB care pot fi utilizate pentru aplicații cu LED-uri: atât FR4, cât și substratul metalic izolat (IMS) sunt alegeri populare. Fiecare material are propriile sale merite relative, variind de la costuri până la performanțe termice.
IMS ca material PCB este compus din trei elemente principale; un strat de bază metalic, un film dielectric și un strat superior de cupru. Stratul de bază metalic formează cea mai mare parte a grosimii PCB și oferă structură mecanică și masă termică, de obicei metalul utilizat va fi aluminiu, deoarece oferă performanțe termice bune față de cost. Nu toate PCB-urile IMS sunt aceleași, materialele IMS de înaltă performanță au dielectrice cu conductivitate termică mai mare, care în cele din urmă pot produce un produs cu o durată de viață semnificativ mai lungă.
pe scurt, PCB-urile IMS sunt în mod inerent foarte bune la disiparea căldurii, deoarece sunt fabricate aproape în întregime din metal; cu toate acestea, ele sunt de obicei mai costisitoare decât materialul FR4
FR4 este ceea ce cred majoritatea oamenilor când spui ‘Material PCB’. Este utilizat pe scară largă în toate tipurile de electronice și, prin urmare, este un material foarte familiar pentru proiectanții de circuite. Materialul FR4 este construit din rășină armată pe care a fost montată o folie de cupru. Deoarece materialul de rășină este un izolator, este posibil să se creeze un laminat din mai multe straturi de circuit plasate unul peste altul, interconectate după cum este necesar. Având în vedere performanța termică a IMS cu siguranță FR4 este inferior? Nu neapărat. Cu un design PCB inteligent, este posibil să se obțină o bună conductivitate termică prin materiale FR4, creând în esență căi termice prin rășină care nu afectează funcționalitatea electrică a PCB-ului.
Fig.2-compoziția PCB a FR4 și IMS
managementul termic
materialele sunt selectate pentru a oferi rezistență structurală pentru a susține componentele electronice și pentru a disipa căldura de la conductori și componente. Căldura excesivă este inamicul PCB-ului și trebuie gestionată pentru fiabilitate și funcționare adecvată. Designerii noștri caută să maximizeze disiparea căldurii prin utilizarea vias termice, plasarea inteligentă a componentelor și alegerea materialului PCB.
Fig.3-secțiunea transversală a via termică în substratul FR4
schimbul de căldură nu este eficient doar cu aerul ambiant din jurul unui dispozitiv fierbinte. Cu toate acestea, căldura poate fi transferată departe de componentele electrice critice cu ajutorul vias termice. Căldura este transferată către o cale termică prin conducție și acest lucru permite căldurii să se îndepărteze de componente.
adăugarea vias va îmbunătăți rezistența termică a unei plăci FR4, cu condiția ca acestea să fie plasate corespunzător, iar grosimea plăcii a fost luată în considerare pentru a determina diametrul găurii. Plăcile mai groase cu găuri foarte mici sunt mai greu de fabricat – și mai scumpe. Un raport de aspect acceptabil este de 6:1. Creșterea grosimii placării în timpul producției de PCB îmbunătățește rezistența termică.
plasarea componentelor pentru distribuția uniformă a căldurii, radiatoarele și aplicarea PCB-ului LED final sunt toate considerente pe tot parcursul proiectării PCB pentru a asigura o gestionare termică eficientă și fiabilitate.
urmărirea
odată ce componentele sunt plasate, urmărirea poate începe. Sarcina urmăririi este de a crea geometrii astfel încât toate terminalele atribuite aceleiași rețele să fie conectate eficient, să nu fie conectate terminale atribuite diferitelor plase și să se respecte toate regulile de proiectare. Prin urmărirea atentă, căutăm să evităm deschiderea, crosstalk-ul și pantalonii scurți, asigurând în același timp o fabricație și o fiabilitate de bună calitate. În această etapă, designerii noștri se gândesc la lățimea șinei, simetria, spațiul și găurile de montare.
o ecartament adecvat asigură cantitatea dorită de curent este transportat în întreaga bord fără supraîncălzire. Grosimea estimată a curentului și a cuprului, împreună cu temperatura ambiantă, lungimea șinei și distanța șinei determină lățimea optimă a șinei.
nu toate piesele vor fi create la lățimi egale. Piesele de putere și sol vor avea mult mai mult curent care curge prin ele, ceea ce face ca acestea să fie mult mai largi decât pistele medii, ceea ce înseamnă că nu va exista exces de căldură care curge prin piste mai subțiri și va deteriora placa.
așa cum am menționat deja – plăcile noastre de circuite sunt optimizate pentru fabricație. Acesta este motivul pentru care designerii noștri lasă suficient spațiu între toate pistele și plăcuțele și colțurile de rază. Dacă se utilizează unghiuri de 90 de grade cu piste, există o probabilitate mai mare ca pista gravată să fie mai îngustă decât lățimea necesară a pistei. Încorporarea teșită sau a unui colț de rază evită această posibilitate.
un PCB cu mai multe straturi este un PCB care are mai mult de 2 straturi, acestea sunt ideale atunci când spațiul este strâns-mai degrabă decât creșterea dimensiunilor fizice se pot adăuga straturi alternative de cupru cu material izolant pentru a economisi spațiu, pentru a îmbunătăți asamblarea și pentru a crește suprafața disponibilă pentru urmărire.
finisaje
există două funcții esențiale ale acoperirilor de protecție/finisajelor de suprafață aplicate pe PCB – protejați cuprul expus și asigurați o suprafață lipită pentru asamblare. După finisare, există, de asemenea, legenda care permite marcajele necesare care pot ajuta la fabricarea și instalarea pe teren. Acest lucru ne permite, de asemenea, să încorporăm logo-ul dvs. în PCBA pentru o mare conștientizare a mărcii. Cele mai frecvent utilizate finisaje de suprafață sunt:
HASL (nivelare prin lipire cu aer cald), OSP (conservant de lipire organică), staniu de imersie, nichel electrolitic/aur galvanizat, imersiune/argint, ENIG, ENEPIG. Fiecare finisaj de suprafață are argumente pro și contra și designerii noștri vor specifica finisajul cel mai potrivit înainte de fabricație. În cele mai multe cazuri, OSP este utilizat deoarece oferă o suprafață plană necesară pentru componentele cu pas fin, iar procesul de aplicare este simplu.
proiectarea inteligentă a PCB este fundamentală pentru fabricarea soluției ideale cu LED-uri. Cu un design inteligent, suntem capabili să încorporăm PCB-uri FR4 față-verso și PCB-uri multistrat pentru performanțe optime atunci când spațiul este strâns. În centrul tuturor modelelor noastre de PCB sunt cerințele și aplicația dvs. Pentru mai multe informații despre expertiza noastră sau pentru a pune mâna pe propria soluție LED proiectată și fabricată de noi, Contactați-ne astăzi.
înapoi la arhivă