LED PCB designprinciper
våra IPC-kvalificerade ingenjörer använder den senaste CAD-programvaran för att designa kretskort som är optimerade för att tillverkas. PCB-designprocessen kombinerar komponentplacering, spårning, materialval och termisk hantering för att uppnå elektrisk anslutning på ett tillverkat kretskort.
Komponentplacering-vi slänger dem inte bara på
så frestande som det kan vara att bara kasta lysdioder och andra komponenter på brädet, det är processen med smart komponentplacering som håller kostnaderna nere, tillverkning lätt (eller så enkelt som möjligt) och kvalitet hög. Vi designar alltid för optimal: tillverkbarhet, termisk och optisk prestanda – och bra placering är grunden för detta. Arrangemanget av delar kan påverka tillförlitlighet, monteringsprocesser, lödfogens integritet och testning. Många aspekter av LED PCB design är unika för lysdioder och i allmänhet okända för den bredare elektronikindustrin. LED-PCB måste utformas för att begränsa LED-rörelse under återflödeslödning och spårflödesfyllning måste optimeras för termisk prestanda och kapacitiv koppling till exempel.
förutom lysdioder placerar vi kontakter, aktiva och passiva komponenter, termistorer och mer på LED-PCB samtidigt som vi överväger monteringshål genom vias och optisk placering. Med så många överväganden är det inte konstigt att PCB-design är som att lösa ett pussel.
vi har inte ens nämnt PCB fysiska storleksbegränsningar och krypning och clearance toleranser som påverkar placering, elektriska testkrav (tillgänglighet) och monteringsbegränsningar. Lämpligt avstånd mellan komponenter krävs för att undvika en överspänningshändelse på brädet. Krypning är det kortaste avståndet mellan komponenter som mäts längs isoleringsmaterialets yta-clearance är å andra sidan avståndet mellan komponenter som mäts genom luft. Ju fler komponenter det finns att placera desto svårare kan det vara att uppnå krypning och clearance. Vårt team anser att materialet i PCB, isolering och föroreningar som kan uppstå när PCB är i ansökan, de sedan tillämpa relevanta toleranser för krypning och clearance för långvarig prestanda.
Fig.1-Creepage och clearance mätning
PCB material
PCB tjänar ett antal syften i LED-baserade krets mönster; framför allt ger den de elektriska anslutningarna mellan enskilda komponenter och den elektriska isoleringen av ledare från varandra, men ofta utgör kretskortet också ett av de allra första elementen i den termiska vägen mellan LED-komponenten och den omgivande luften, medan kretskortet också kan bilda en grund på vilken icke-elektroniska komponenter också är monterade, dvs lins och reflektorer.
det finns olika PCB-material som kan användas för LED-applikationer: både FR4 och isolerat metallsubstrat (IMS) är populära val. Varje material har sina egna relativa fördelar, allt från kostnad till termisk prestanda.
IMS som PCB-material består av tre huvudelement; ett metallbasskikt, en dielektrisk film och ett koppar Toppskikt. Metallbasskiktet bildar huvuddelen av PCB-tjockleken och ger mekanisk struktur och termisk massa, vanligtvis kommer den använda metallen att vara aluminium eftersom den ger god termisk prestanda kontra kostnad. Inte alla IMS-PCB är desamma, högpresterande IMS-material har dielektrikum med högre värmeledningsförmåga, vilket i slutändan kan ge en produkt med betydligt längre livslängd.
Sammanfattningsvis är IMS PCB i sig mycket bra på att avleda värme eftersom de är gjorda nästan helt av metall; men de är vanligtvis dyrare än FR4-material
FR4 är vad de flesta tycker om när du säger ’PCB-material’. Det används i stor utsträckning i alla typer av elektronik och så är det ett mycket välbekant material för designers av kretsar. FR4-materialet är konstruerat av förstärkt harts på vilket en kopparfolie har monterats. Eftersom hartsmaterialet är en isolator är det möjligt att skapa ett laminat av många kretsskikt placerade ovanpå varandra, sammankopplade efter behov. Med tanke på IMS termiska prestanda är FR4 säkert sämre? Inte nödvändigtvis. Med smart PCB-design är det möjligt att uppnå god värmeledningsförmåga genom FR4-material, vilket i huvudsak skapar termiska vägar genom hartset som inte påverkar kretskortets elektriska funktionalitet.
Fig.2-PCB-sammansättning av FR4 och IMS
termisk hantering
material väljs för att ge strukturell styrka för att stödja de elektroniska komponenterna och för att avleda värmen från ledarna och komponenterna. Överdriven värme är PCB: s fiende och måste hanteras för tillförlitlighet och korrekt funktion. Våra designers strävar efter att maximera värmeavledning med hjälp av termiska vior, smart komponentplacering och PCB-materialval.
Fig.3-tvärsnitt av termisk via i FR4-substrat
värmeväxling är inte effektiv med bara den omgivande luften runt en het enhet. Värme kan emellertid överföras bort från de kritiska elektriska komponenterna med hjälp av termiska vior. Värme överförs till en termisk Via genom ledning och detta gör att värmen kan röra sig bort från komponenterna.
att lägga till vias kommer att förbättra värmebeständigheten hos ett FR4-kort, förutsatt att de placeras på lämpligt sätt och skivtjockleken har beaktats för att bestämma håldiametern. Tjockare brädor med mycket små hål är svårare att tillverka – och dyrare. Ett acceptabelt bildförhållande är 6:1. Att öka pläteringstjockleken under PCB-produktion förbättrar värmebeständigheten.
Komponentplacering för jämn värmefördelning, kylflänsar och tillämpningen av den slutliga LED-kretskortet är alla överväganden i hela kretskortets design för att säkerställa effektiv termisk hantering och tillförlitlighet.
spårning
när komponenterna är placerade kan spårningen börja. Uppgiften att spåra är att skapa geometrier så att alla terminaler som tilldelats samma nät är effektivt anslutna, inga terminaler som tilldelats olika nät är anslutna och alla designregler följs. Genom noggrann spårning vill vi undvika öppningar, överhörning och shorts samtidigt som vi säkerställer god kvalitet och tillförlitlighet. I detta skede tänker våra designers spårbredd, symmetri, utrymme och monteringshål.
en tillräcklig spårbredd säkerställer att önskad mängd ström transporteras över hela kortet utan överhettning. Den uppskattade ström-och koppartjockleken tillsammans med omgivningstemperatur, spårlängd och spåravstånd bestämmer den optimala spårbredden.
inte alla spår kommer att skapas till Lika bredder. Kraft-och markspår kommer att ha mycket mer ström som strömmar genom dem, vilket gör dessa mycket bredare än de genomsnittliga spåren innebär att det inte kommer att bli överflödig värme som strömmar genom tunnare spår och skadar brädet.
som vi redan nämnt-våra kretskort är optimerade för tillverkning. Det är därför våra designers lämnar tillräckligt med utrymme mellan alla spår och kuddar och radiehörn. Om du använder 90 graders vinklar med spår finns det en högre sannolikhet att det etsade spåret är smalare än den önskade spårbredden. Inkorporering av avfasat eller ett radiehörn undviker denna möjlighet.
en flerskikts PCB är en PCB som har mer än 2 lager, de är idealiska när utrymmet är tätt – snarare än att öka fysiska dimensioner alternerande lager av koppar med isolerande material kan läggas mellan för att spara på utrymme, förbättra montering och öka det tillgängliga området för spårning.
ytbehandlingar
det finns två väsentliga funktioner för skyddande beläggningar/ytbehandlingar applicerade på PCB – skydda den exponerade koppar och ge en lödbar yta för montering. Efter målgången finns det också legend som möjliggör nödvändiga markeringar som kan hjälpa till med tillverkning och fältinstallation. Detta gör det också möjligt för oss att integrera din logotyp i PCBA för stor varumärkesmedvetenhet. De vanligaste ytbehandlingarna är:
HASL (varmlufts Lödnivellering), OSP (organisk lödbarhet konserveringsmedel), nedsänkning tenn, elektrolytisk nickel/galvaniserat guld, nedsänkning/silver, ENIG, enepig. Varje ytfinish har för-och nackdelar och våra designers kommer att ange den lämpligaste ytan före tillverkningen. I de flesta fall används OSP eftersom det ger en plan yta som krävs för fina tonhöjdskomponenter och applikationsprocessen är enkel.
Smart PCB-design är grundläggande för att tillverka din ideala LED-lösning. Med smart design kan vi integrera dubbelsidiga FR4-PCB och flerskikts-PCB för optimal prestanda när utrymmet är tätt. Kärnan i alla våra PCB-mönster är dina krav och applikationer. För mer information om vår expertis eller för att få tag på din egen LED-lösning designad och tillverkad av oss Kontakta oss idag.
tillbaka till arkivet