LED deska plošných spojů (PCB) je deska s plošnými spoji, která obsahuje a napájí světelné diody (LED). Je to fyzická platforma, ale také klíčová pro výkon, životnost a spolehlivost LED. V tomto článku se podíváme na jádro LED desek plošných spojů, související poznámky a aplikace.
1. Základní vlastnosti a požadavky na LED desky plošných spojů
Vzhledem ke specifickému použití LED diod se nosné desky plošných spojů liší od běžných desek plošných spojů:
● Vysoká tepelná vodivost: Když LED dioda vyzařuje světlo, pouze asi 15–25 % její elektrické energie se přemění na světlo a většina se přemění na teplo. Pokud nelze teplo odvést okamžitě nebo alespoň rychle, povede to ke zhoršení osvětlení, zhoršení teploty barev a dramatickému zkrácení životnosti. Proto je odvod tepla u LED desek plošných spojů primárním kritériem.
● Vysoká proudová únosnost: Zejména u vysoce výkonných LED diod a LED polí s vysokou hustotou musí být vodivé stopy na desce plošných spojů schopny odolat velkým proudům a nepřehřívat se.
● Optické aspekty: Rozložení desky plošných spojů (LED pole, rozteč atd.) přímo ovlivňuje rovnoměrnost světelného výstupu a optické efekty. Někdy se pro zlepšení účinnosti světelného výstupu používá bílá nebo vysoce odrazivá pájecí maska.
● Spolehlivost: LED diody se často používají v prostředích, která vyžadují dlouhodobý a nepřetržitý provoz (například osvětlení a displeje), a deska plošných spojů musí mít vynikající tepelnou odolnost, odolnost proti vlhkosti a mechanickou pevnost.
2. Běžné typy LED desek plošných spojů (kategorizováno podle materiálu substrátu)
Toto je nejdůležitější způsob kategorizace LED desek plošných spojů na základě odvodu tepla a výstupního výkonu.
| Typ | Podkladové materiály | Charakteristiky | Aplikace |
| DPS FR-4 | Epoxidová pryskyřice ze skelných vláken | Nízké náklady, dobře vyvinutá technologie, ale nízká tepelná vodivost (~0,3 W/mK) | Nízkoenergetické LED diody, kontrolky, LED pásky,
běžné vnitřní osvětlení. |
| Kovový substrát PCB | Hliník (hliníkový substrát), někdy měď. | Vynikající odvod tepla (tepelná vodivost hliníkového substrátu 1,0–4,0 W/mK).
Struktura: vrstva měděné fólie + izolační dielektrická vrstva + základní kovová vrstva. | Nejběžnější možnost, široce používaná pro vysoce výkonné LED pouliční osvětlení, světla vozidel, vysoce jasné vnitřní osvětlení a jevištní světla. |
| Keramický substrát PCB | Oxid hlinitý, nitrid hliníku atd. | Vynikající odvod tepla (nitrid hliníku může dosáhnout 170-230 W/mK), odolnost vůči vysokému napětí, odolnost vůči vysokým teplotám, dobrá izolace, ale vysoká cena a křehkost. | Ultravýkonné LED diody, automobilové světlomety, substráty pro pouzdra LED čipů, pokročilá optická zařízení. |
| Flexibilní deska plošných spojů | Flexibilní materiály, jako je polyimid | flexibilní, ohybatelné a tenké. Zatímco odvod tepla je obecně průměrný, u tvarů je volitelný a flexibilní | Flexibilní LED světelné pásky, nositelná zařízení,
podsvícené displeje a zakřivené osvětlení |
| Měděné desky plošných spojů | Měď | Lepší pro odvod tepla než hliníkové substráty, ale dražší a těžší. | Extrémní požadavky na odvod tepla, například u vysoce výkonných bodových světel. |
3. Klíčové návrhy a výrobní procesy
1) Tepelný návrh:
● Tepelné dráhy: Návrh přiměřené dráhy vedení tepla, která umožní teplo putovat z LED čipu → kontaktní plošky → měděná fólie desky plošných spojů → izolační vrstva → kovový substrát → a nakonec se rozptýlí do vzduchu přes chladič.
● Chladič/teplovod: Vysoce výkonné LED desky plošných spojů obvykle vyžadují další hliníkový profilový chladič namontovaný na zadní straně kovového substrátu.
● Tepelné průchodky: U vícevrstvých desek FR-4 se k odvádění tepla z LED diod na přední straně do podkladové měděné roviny nebo vrstvy chladiče používá pole tepelných průchodek.
2) Rozvržení a směrování:
● LED pole: rovnoměrné rozložení, aby se zabránilo lokálnímu přehřátí.
● Šířka trasy: Vypočítejte šířku trasy na základě proudu měniče, abyste snížili odpor a tvorbu tepla.
● Symetrické uspořádání: U více LED panelů navrhněte symetricky, aby byl zajištěn dostatečný proud a jas.
3) SMT a pájení:
● LED desky plošných spojů obvykle používají technologii povrchové montáže.
● Pájení reflow je nejčastěji používaný proces pájení. Aby se zabránilo poškození LED diod v důsledku přehřátí, je nutná přesná regulace teploty pece.
● Konstrukce kontaktních plošek: Odpovídá specifikacím pouzdra LED diod, aby byla zajištěna dobrá pevnost pájení a tepelná vodivost.
4) Speciální procesy (pro kovové substráty):
● V-Cut: Usnadňuje oddělení více malých desek od panelu.
● Imerzní zlato/OSP: Chrání pájecí plošky a zlepšuje pájitelnost.
4. Aplikace
● Všeobecné osvětlení: LED žárovky, panelová světla, pouliční osvětlení, průmyslová a důlní světla.
● Osvětlení automobilů: Denní světla, světlomety, ambientní osvětlení interiéru, brzdová světla.
● Podsvícení displejů: Podsvícení LCD displejů pro televizory, monitory a notebooky.
● Reklama a displeje: LED displeje, reklamní světla a cedule.
● Spotřební elektronika: Ambientní osvětlení, podsvícení klávesnice a kontrolky v chytré domácnosti.
● Speciální osvětlení: Světla pro pěstování rostlin, světla pro lékařskou sterilizaci a osvětlení pódia.
5. Shrnutí: Návrhy a výběr materiálů
1) Úroveň napájení a materiály substrátu:
< 1W / Nízká hustota: FR-4 je volitelný.
1W / Osvětlení s vysokou hustotou: Preferuje se hliníkový substrát.
>10W / Extrémní prostředí: Zvažte keramický nebo měděný substrát.
2) Definujte elektrické parametry: pracovní napětí/proud LED, způsob řízení (konstantní proud/konstantní napětí), řídicí signály (např. PWM stmívání, RGB).
3) Systémová integrace odvodu tepla: Deska plošných spojů musí být navržena společně s pouzdrem a chladičem s ohledem na materiály tepelného rozhraní (teplovodivá pasta/podložky).
4) Optika: Rozvržení desky plošných spojů musí odpovídat optickému designu čočky, reflektoru nebo světlovodné desky a trubice.
5) Dodavatelský řetězec a náklady: Vyberte si cenově nejvýhodnější řešení a zároveň dobré z hlediska výkonu a spolehlivosti (hliníkové substráty jsou jednou z nejlepších možností).
Trendy v budoucnosti:
1. Integrace: Integrace čipů ovladače LED, řídicích obvodů a LED čipů na stejnou desku plošných spojů (např. COB pouzdro), což vede k menší velikosti a stabilnějšímu výkonu.
2. Inteligence: Integrace senzorů (jas, teplota, vlhkost, RF, radar atd.) a komunikačních modulů (IoT, Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee) na desce plošných spojů pro dosažení inteligentního stmívání, posunu a úpravy barev a síťového ovládání.
3. Vysoká hustota a miniaturizace: S rozvojem technologie Mini/Micro LED se výrazně zvýší technologické požadavky na desky plošných spojů, od přesnosti čar, rovinnosti a schopností odvodu tepla, až po pokrok v technologiích HDI a speciálních substrátů.
Závěrem lze říci, že LED desky plošných spojů (PCB) jsou nositelem a průnikem čtyř hlavních faktorů: optiky, elektroniky, termodynamiky a mechaniky. Úspěšný LED produkt musí mít optimální rovnováhu mezi těmito čtyřmi aspekty.
Společnost Benlida vyrábí desky plošných spojů (PCB) a desky plošných spojů (PCBA) již 14 let a vyrábí různé LED desky plošných spojů pro mnoho zákazníků od domácího až po globální trh. Pokud potřebujete desky plošných spojů pro LED produkty, neváhejte se na nás obrátit!
cs
WhatsApp