Дизайн светодиодной печатной платы

Что такое печатная плата со светодиодами и конструкции светодиодных печатных плат?

Светодиод — это аббревиатура от светоизлучающего диода, который является полупроводниковым диодом. Светодиод припаян к печатной плате и имеет микросхему, которая создает свет при электрическом подключении. Для соединения чипа используется тепловой радиатор и керамическое основание. Излишне говорить, что светодиодная печатная плата является основой светодиодного освещения, а светодиодная печатная плата легко выделяет большое количество тепла, но затрудняет охлаждение традиционными методами. Таким образом, печатная плата с металлическим сердечником широко используется в светодиодах благодаря их повышенной способности рассеивать тепло, особенно алюминий часто используется для изготовления печатных плат для светодиодных ламп. Как правило, алюминиевая печатная плата содержит тонкий слой теплопроводного диэлектрического материала, который может передавать и рассеивать тепло с гораздо большей эффективностью, чем традиционная жесткая печатная плата.

В настоящее время тип упаковки SMD является наиболее широко используемой формой упаковки в светодиодных приложениях. Как правило, он ограничен светом, излучаемым одним светодиодным компонентом. Таким образом, для достижения достаточного количества света в одном светильнике будет использоваться несколько светодиодных компонентов. Как и другие полупроводниковые устройства, печатная плата является лучшим способом электрического соединения светодиодных компонентов. А печатная плата с припаянными светодиодными компонентами обычно называется «светодиодной печатной платой».

Преимущества светодиодной печатной платы

Электронные продукты становятся все меньше и тоньше, что делает использование светодиодных печатных плат популярным, и использование светодиодных печатных плат дает следующие преимущества:

· Легкий, низкий профиль

· стабильность размеров

· тепловое расширение

· рассеивание тепла

· Недорогой мембранный переключатель с подсветкой

· Пыле- и влагостойкий

· Упростить интеграцию в сложные интерфейсные сборки

· Эффективное низкое энергопотребление

· Доступны в различных размерах, цветах и интенсивности

· Может использоваться в серебряных гибких мембранных переключателях и медных гибких мембранных переключателях.

Есть две основные причины, по которым светодиодные печатные платы популярны в дополнение к увеличению светоотдачи светильника за счет интеграции нескольких светодиодных компонентов.

1. Легко настроить функцию цвета, интегрировав светодиодные компоненты с разной цветовой температурой или разными цветами в одну и ту же печатную плату.

2. Он может производить различные осветительные приборы для удовлетворения различных требований к освещению с панелями, которые имеют разные формы, размеры и материалы.

Индустрия светодиодного освещения

Светодиодное освещение или светоизлучающий диод становится все более популярным решением для освещения, поэтому оно популярно для увеличения срока службы и снижения воздействия на окружающую среду. Есть некоторые преимущества светодиодного освещения для традиционных методов:

Низкое энергопотребление: великолепные светодиодные лампы высокого качества могут быть в шесть-семь раз эффективнее традиционных ламп накаливания. В среднем, переключение вашего дома с ламп накаливания на светодиодные лампы может сократить потребление энергии более чем на 80 процентов.

Более длительный срок службы: светодиодные лампочки могут иметь срок службы более 25 000 часов или три года при круглосуточном использовании, что в 25 раз больше, чем у любой традиционной лампочки. Таким образом, вы экономите время, деньги и усилия, связанные с покупкой и установкой новых ламп.

Более эффективный: традиционные лампы накаливания выделяют 90 или более процентов своей энергии в виде тепла. Светодиодные лампы сокращают этот показатель до двадцати процентов. Это означает, что больше энергии уходит на освещение дома, а не на его ненужное отопление.

Очень компактный: светодиодные фонари имеют различные размеры и типы в приложениях благодаря их небольшого размера. Это означает, что производители могут вставлять светодиоды во что угодно, от компьютеров и смартфонов до автомобилей и светофоров.

Без ртути: светодиодные лампы не содержат ртути, в отличие от более традиционных вариантов. Таким образом, светодиоды оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем традиционные лампы, и их легче утилизировать без специальных процедур утилизации.

Применение светодиодной печатной платы

Светодиодные светильники на печатных платах обладают превосходной энергоэффективностью, низкой стоимостью и максимальной гибкостью конструкции, поэтому их можно использовать во множестве осветительных приборов.

Телекоммуникации: светодиодные индикаторы и дисплеи всегда используются в телекоммуникационном оборудовании из-за окружающего оборудования, и они обладают большой способностью теплопередачи. Таким образом, светодиодные печатные платы на основе алюминия оказывают полезное влияние на их применение.

Автомобильная промышленность: алюминиевые светодиоды для печатных плат также используются в автомобилях на указателях поворота, стоп-сигналах и в фарах, а также в других целях. Есть несколько факторов, которые делают алюминиевые печатные платы идеальными для автомобильной промышленности, например, долговечность и конкурентоспособные цены.

Компьютер: светодиодные дисплеи и индикаторы становятся все более популярными в компьютерных приложениях. И алюминиевые светодиоды для печатных плат являются идеальным решением из-за чувствительности компьютерной техники к нагреву. За исключением светодиодных приложений, алюминиевые печатные платы также используются для компонентов компьютеров, таких как силовые устройства и процессорные платы, благодаря их способности рассеивать и передавать тепло.

Медицина: в осветительных приборах, используемых в хирургии и медицинских осмотрах, обычно используются мощные светодиодные лампы, и в этих светодиодных лампах часто используются алюминиевые печатные платы, что в первую очередь связано с долговечностью и способностью теплопередачи алюминиевых светодиодов на печатных платах — это обеспечивает работу медицинского оборудования. должным образом, независимо от количества пациентов, проезжающих через медицинский кабинет. За исключением осветительных приборов, медицинские технологии сканирования также часто используют алюминиевые печатные платы.

SMD-светодиоды в печатной плате

Существует множество устройств, включая светодиоды на печатной плате, в которых используются компоненты поверхностного монтажа. Если провода достаточно тонкие, компоненты сквозного отверстия могут немного прогибаться, что со стороны выглядит дешево. Если правильно припаять SMD-светодиод, то он будет жестко сидеть на плате. Более того, SMD-светодиод также можно разместить за экраном, а более дешевые светодиоды, использующие лампочку, будут торчать сквозь упаковку. Таким образом, он может разместить светодиод SMD за небольшим экраном в вашей упаковке, чтобы быть чище для вашего устройства. Как вы знаете, многие печатные платы, содержащие светодиоды, изготавливаются на многослойных подложках из FR-4, поэтому вам необходимо иметь схему близко расположенных заполненных или покрытых металлом сквозных отверстий под каждым компонентом, чтобы он мог передавать тепло, а также попадать на ваши слои питания и заземления.

Если ваши светодиоды имеют небольшую площадь основания и монтируются на поверхность, для них можно использовать наши переходные отверстия. Вероятно, будет слабое паяное соединение или даже надгробие, потому что она не заполняет и не покрывает переходные отверстия, а затем припой может проникнуть в переходные отверстия во время сборки, поэтому причина, по которой лучше просто использовать светодиоды SMD в массиве светодиодного освещения, заключается в том, что с просачиванием. Один светодиод с приличной выходной мощностью не приведет к повреждению вашей платы из-за чрезмерного перегрева. Однако, если вы собираетесь использовать систему для освещения, плата, поддерживающая ваши светодиоды, должна сильно нагреваться, и ее будет трудно охлаждать традиционными методами для плат. Поскольку отдельные светодиоды слишком малы, вы не можете никуда прикрепить радиатор, а радиатор в любом случае будет блокировать излучаемый свет. Поскольку существует большой спрос на тепло, платы с металлическим сердечником обычно используются в светодиодном освещении благодаря их способности рассеивать большое количество тепла. Как правило, алюминий используется для светодиодного освещения в качестве металлического сердечника в печатной плате. Более того, алюминий чаще всего используется в качестве сердечника среди всех возможных печатных плат с металлическим сердечником. А также медь и железо используются для печатных плат с металлическим сердечником.

Принципы проектирования светодиодных печатных плат

Светодиодные печатные платы играют важную и почти незаменимую роль в современной жизни. Будь то игрушки, с которыми вы играете, или уличные фонари за вашим окном, светодиодные печатные платы повсюду. Технология, основанная на интеграции «светоизлучающих диодов» или светодиодов в «печатные платы», представляет собой интересную и почти инновационную технологию, которая произвела революцию в электронике.

Предлагая широкий спектр преимуществ, таких как низкая стоимость, высокая эффективность, прочность конструкции и т. д., они быстро нашли применение в самых разных областях. Действительно, сама технология начала претерпевать изменения, учитывая проводимые исследования и разработки, направленные на улучшение ситуации. Что касается аспекта дизайна этих светодиодных печатных плат, то здесь учитывается несколько различных аспектов.

Наши квалифицированные инженеры IPC используют новейшее программное обеспечение САD для проектирования печатных плат, оптимизированных для производства. Процесс проектирования светодиодной печатной платы сочетает в себе размещение компонентов, отслеживание, выбор материала и терморегулирование для обеспечения электрического подключения на изготовленной печатной плате.

Размещение компонентов - мы не просто их размещаем

Как бы ни было заманчиво просто разместить светодиоды и другие компоненты на плате, именно процесс грамотного размещения компонентов позволяет снизить затраты, упростить производство (или максимально упростить его) и обеспечить высокое качество. Мы всегда разрабатываем для оптимального: технологичность, тепловые и оптические характеристики - и хорошее размещение является основой этого. Расположение деталей может повлиять на надежность, процессы сборки, целостность паяных соединений и испытания. Многие аспекты конструкции светодиодных печатных плат уникальны для светодиодов и, как правило, неизвестны широкой электронной промышленности. Печатные платы для светодиодов должны быть спроектированы так, чтобы ограничивать движение светодиодов во время пайки оплавлением, а отслеживание заливки должно быть оптимизировано, например, для тепловых характеристик и емкостной связи.

В дополнение к светодиодам мы размещаем разъемы, активные и пассивные компоненты, термисторы и многое другое на светодиодных печатных платах с учетом монтажных отверстий, сквозных переходных отверстий и размещения оптики. учитывая так много факторов, неудивительно, что проектирование печатной платы похоже на решение головоломки.

Мы даже не упомянули ограничения по физическим размерам печатных плат, а также допуски на пути утечки и зазоры, которые влияют на размещение, требования к электрическим испытаниям (доступность) и ограничения сборки. Во избежание возникновения перенапряжения на плате требуется соответствующий зазор между компонентами. Путь утечки — это кратчайшее расстояние между компонентами, измеренное вдоль поверхности изоляционного материала, а зазор — это расстояние между компонентами, измеренное по воздуху. Чем больше компонентов необходимо разместить, тем сложнее может быть обеспечение пути утечки и зазора. Наша команда рассматривает материал печатной платы, изоляцию и загрязнение, которые могут возникнуть, когда печатная плата находится в приложении, затем они применяют соответствующие допуски на утечку тока и зазор для долговечной работы.

Материалы для печатных плат

Существуют различные материалы для печатных плат, которые можно использовать для светодиодных приложений: популярны как FR4, так и изолированная металлическая подложка (IMS). Каждый материал имеет свои относительные достоинства, начиная от стоимости и заканчивая тепловыми характеристиками.

IMS как материал для печатных плат состоит из трех основных элементов; металлический базовый слой, диэлектрическая пленка и медный верхний слой. Металлический базовый слой составляет большую часть толщины печатной платы и придает механическую структуру и тепловую массу, обычно в качестве металла используется алюминий, поскольку он обеспечивает хорошие тепловые характеристики по сравнению с затратами. Не все печатные платы IMS одинаковы, высокоэффективные материалы IMS имеют диэлектрики с более высокой теплопроводностью, что в конечном итоге может привести к получению продукта со значительно более длительным сроком службы.

Таким образом, печатные платы IMS по своей природе очень хорошо рассеивают тепло, потому что они почти полностью сделаны из металла; однако они обычно дороже, чем материал FR4.

FR4 — это то, о чем большинство людей думают, когда говорят «материал для печатных плат». Он широко используется во всех видах электроники, поэтому это очень знакомый материал для разработчиков схем. Материал FR4 изготовлен из армированной смолы, на которую наклеена медная фольга. Поскольку полимерный материал является изолятором, можно создать ламинат из множества слоев схемы, размещенных один поверх другого и соединенных между собой по мере необходимости. Учитывая тепловые характеристики IMS, наверняка FR4 уступает? Не обязательно. Благодаря продуманной конструкции печатной платы можно добиться хорошей теплопроводности через материалы FR4, по существу создавая тепловые пути через смолу, которые не влияют на электрические функциональность печатной платы.

Зачем использовать светодиодные печатные платы в дизайне?

Светодиодные печатные платы стали предпочтительным выбором для многих осветительных приборов по ряду причин:

Их легкий вес и низкий профиль облегчают их использование в современной электронике.

Светодиоды могут снизить потребление энергии до 80%

Они полезны для любого промышленного освещения, где освещение должно быть устойчивым к влаге и пыли.

Их долгий срок службы делает их привлекательными для производителей автомобилей и бытовой техники.

Насколько просты в проектировании и производстве светодиодные печатные платы?

Производители электроники должны учитывать не только светодиоды при создании платы, но и другие компоненты. Насколько близко расположены светодиоды к другим компонентам? Разметка твердой конструкции до начала производства снижает количество ошибок платы, обеспечивая надлежащие допуски между каждым компонентом.

Одной из проблем проектирования печатной платы со светодиодами является рассеивание тепла, поскольку светодиоды могут выделять значительное количество тепла. Стандартный материал платы FR-4 из эпоксидной смолы и стекла плохо передает тепло, а это означает, что светодиоды могут повредить соединения на плате.

MCPCB — это печатная плата с металлическим сердечником, которая может отводить тепло от чувствительных компонентов. Алюминий является наиболее популярным типом металла, используемого в этих приложениях.

Если вы хотите установить светодиоды на плату, вам необходимо определить, какой тип печатной платы использовать. Готовые модули уже разработаны и протестированы, но полностью индивидуальные конструкции требуют тщательного рассмотрения различных температурных диапазонов материалов и их стандартов термостойкости.

Использование светодиодных печатных плат должно в значительной степени стать повсеместным, поскольку они используются во многих приложениях. На самом деле, использование светодиодов в стандартных печатных платах - это настоящая технологическая революция. Они обладают рядом преимуществ, включая, но не ограничиваясь :

низкая стоимость.

Высокая эффективность с точки зрения энергопотребления.

Компактная структура, включая их легкий вес и небольшой размер.

Стойкость к пыли и влаге.

Увеличенный срок службы и многое другое.

Однако, чтобы воспользоваться многими преимуществами светодиодных печатных плат, необходимо помнить о некоторых ключевых аспектах проектирования. Вот краткий обзор некоторых из них.

Ключевые соображения при проектировании светодиодных печатных плат

Размещение компонентов

Одна вещь, которая имеет решающее значение, когда дело доходит до проектирования светодиодной печатной платы, это правильное размещение компонентов. При правильном размещении компонентов вы можете не только обеспечить простоту изготовления, но и качество.

Важно соблюдать определенное расстояние при размещении компонентов на плате, иначе это может привести к перенапряжению. Поэтому важно учитывать два аспекта:

Утечка или кратчайшее расстояние между компонентами.

Зазор или расстояние между компонентами, измеренное по воздуху.

Также важно следить за тем, чтобы компоненты не располагались рядом с контуром печатной платы. Размещение компонентов ближе к краю может привести к их смещению.

Кроме того, следует помнить, что все компоненты поверхностного монтажа соответствуют правилам проектирования печатных плат SMD. Компоненты со сквозными отверстиями аналогичным образом должны располагаться сверху платы, чтобы оптимизировать количество этапов, необходимых для сборки.

Что касается глухих и скрытых переходных отверстий для печатных плат, их не следует располагать слишком близко к контактным площадкам SMT, так как это может привести к тому, что припой может уйти от контактной площадки. В таких ситуациях есть вероятность неисправного соединения. Таким образом, как правило, между переходными отверстиями и контактной площадкой SMT должно сохраняться расстояние 0,025 дюйма или более.

Алюминиевая печатная плата для светодиодов

Алюминиевые печатные платы при правильном использовании являются высокоэффективными, блестящими теплораспределителями и обеспечивают превосходную передачу сигнала. Печатные платы в основном состоят из алюминия, но могут также содержать другие материалы, такие как кремний, магний и различные типы металлов. Когда производится алюминиевая печатная плата, она состоит из нескольких слоев, каждый из которых имеет свою функцию и применение:

Первый слой – этот слой состоит, как вы уже догадались, из алюминия! Как и первый слой, он должен быть твердым и долговечным. Остальные слои будут располагаться поверх алюминиевого слоя.

Второй слой состоит из теплоизоляционного материала, изготовленного из керамического полимера. Полимер предотвращает внешнее повреждение печатной платы из-за механических движущихся частей или тепла, выделяемого на плате и вокруг нее.

Слой схемы светодиодов, третий и последний слой. Этот слой состоит из макета пользовательского дизайна и схематического подключения. Этот слой содержит в основном медь, как и другие платы, разработанные для печатных плат.

Управление тепловым процессом

Высокая температура может повлиять на долговечность светодиодных ламп. Таким образом, для обеспечения теплового управления для отвода тепла используются следующие устройства:

Алюминиевые сердечники

Тепловые переходы

Радиаторы

Для управления температурным режимом также важно правильное размещение компонентов.

Отслеживание

Тщательное отслеживание является необходимым условием для обеспечения отсутствия коротких замыканий или перекрестных помех. При правильной маршрутизации трассировки вы можете быть уверены в отсутствии помех от других сетей. Правильная ширина колеи также имеет большое значение для предотвращения перегрева. Также важно уделить должное внимание:

Пространство отслеживания

Монтажные отверстия

Отделка

Отделка платы помогает защитить медь, а также обеспечивает поверхность для пайки. Некоторые из распространенных отделок включают:

HASL

OSP

Электролитический никель

Электролитическое золото

Иммерсионная банка

Иммерсионное серебро и многое другое.

Плюсы и минусы каждой отделки должны быть тщательно выяснены.

Подводить итоги

Когда дело доходит до светодиодных печатных плат, мы должны обеспечить надлежащее решение следующих проблем:

Тепло - Конструкция должна обеспечивать оптимальное управление температурой, чтобы сохранить долговечность. Это связано с тем, что температура цепи светодиода обратно пропорциональна долговечности светодиода.

Цвет света - Как только температура светодиодной цепи увеличивается, цвета светодиода могут измениться. Поэтому ключевым фактором является правильное рассеивание тепла.

Таким образом, эффективный дизайн печатной платы является ключевым аспектом производства правильного светодиодного решения. Крайне важно, чтобы вы выбрали правильного партнера, который обладает необходимыми отраслевыми знаниями, а также может гарантировать, что проекты печатных плат будут адаптированы к индивидуальным потребностям ваших приложений.

Легкая сборка печатной платы

Когда дело доходит до сборки светодиодной печатной платы, существует несколько вариантов. Печатная плата может иметь одинарную или двойную компоновку (односторонняя или двусторонняя сборка). Сам делается по двум стандартным техникам — SMT и DIP:

Сборка печатной платы SMT — SMT расшифровывается как поверхностный монтаж и является наиболее распространенным способом сборки печатной платы, и светодиодная печатная плата ничем не отличается. Мы можем заархивировать это, установив компоненты поверх печатной платы с помощью машины для подбора и установки. После того, как детали смонтированы на печатной плате, плата помещается в печь. Печь отрегулирует температуру и надежно соединит паяльную пасту с компонентами. Эффективная машина для сборки светодиодных печатных плат может склеивать тысячи печатных плат в день. Они делают этот процесс высокоэффективным для массового производства.

Сборка DIP - называется сборкой печатной платы со сквозным отверстием, компоненты DIP вставляются вручную в предусмотренные отверстия. Затем печатная плата попадет в машину для пайки волной припоя, которая припаяет компоненты на место. Этот процесс менее эффективен, чем SMT. Он имеет более высокий уровень отказов из-за ручной работы, связанной с размещением деталей вручную.

Сборка гибридной светодиодной печатной платы - некоторые конструкции не могут быть SMT или DIP и требуют обоих. В таком случае сначала будет выполняться SMT, а DIP-компоненты будут припаиваться вручную.

Независимо от метода сборки, используемого в процессе производства светодиодных печатных плат, фабрики по производству светодиодных печатных плат, производящие плату, обеспечат правильное функционирование платы с помощью визуального контроля и современного оборудования.

В Hitech Circuits мы полностью оборудованы для удовлетворения ваших требований к производству светодиодных печатных плат. Обладая более чем сорокалетнему опыту поставки высококачественной продукции в срок и по конкурентоспособным ценам, вы можете положиться на нас в удовлетворении ваших требований к печатным платам. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно печатных плат для светодиодов, свяжитесь с нами по электронной почте sales@hitechpcb.com или позвоните нам.