Projeto de PCB de LED

O Que são Placas de Circuito Impresso de LEDs e Projetos de Placas de Circuito Impresso de LEDs?

LED é um acrônimo de light emitting diode (diodo emissor de luz), que são diodos semicondutores. O LED é soldado à placa de circuito impresso e possui um chip que cria a luz quando conectado eletricamente. Um dissipador de calor térmico e uma base de cerâmica são usados para unir o chip. Não é preciso dizer que a PCB de LED é o núcleo da iluminação de LED, e uma PCB de LED é fácil de criar um grande volume de calor, mas dificulta o resfriamento com os métodos tradicionais. Portanto, a placa de circuito impresso com núcleo de metal é amplamente usada em aplicações de LED devido à sua maior capacidade de dissipar o calor, especialmente o alumínio, que é frequentemente usado para fabricar placas de circuito impresso para luzes de LED. Em geral, a placa de circuito impresso de alumínio contém uma fina camada de material dielétrico termicamente condutor que pode transferir e dissipar o calor com muito mais eficiência do que uma placa de circuito impresso rígida tradicional.

Atualmente, o tipo de embalagem SMD é a forma de embalagem mais usada em aplicações de LED. Em geral, ele é limitado para a luz emitida por um único componente de LED. Portanto, vários componentes de LED seriam usados em uma única luminária para obter luz suficiente. Como em outros dispositivos semicondutores, a PCB é o melhor método para conectar eletricamente os componentes do LED. E uma PCB com componentes de LED soldados é geralmente chamada de "PCB de LED".

As vantagens da placa de circuito impresso de LED

Com os produtos eletrônicos cada vez menores e mais finos, o uso de PCB de LED se tornou popular, e há várias vantagens no uso de PCB de LED, como segue:

- Leveza, baixo perfil

- estabilidade dimensional

- expansão térmica

- dissipação de calor

- Interruptor de membrana retroiluminado de menor custo

- Resistente à poeira e à umidade

- Facilita a integração em montagens de interface complexas

- Baixo consumo de energia eficiente

- Disponível em uma ampla variedade de tamanhos, cores e intensidades

- Pode ser usado em interruptores de membrana flexíveis de prata e interruptores de membrana flexíveis de cobre.

Há dois motivos principais que fazem com que a PCB de LED seja popular, além de aumentar a saída de luz da luminária com a integração de vários componentes de LED.

1. É fácil ajustar a função de cor integrando os componentes de LED com diferentes temperaturas de cor ou cores diferentes na mesma placa de circuito impresso.

2. É possível obter várias luminárias para atender a diferentes requisitos de iluminação com as placas que têm diferentes formas, tamanhos e materiais.

res to meet different lighting requirements with the boards that have different shapes, sizes and materials.

O setor de Iluminação por LED

A iluminação por LED, ou diodo emissor de luz, é uma solução de iluminação cada vez mais popular, por isso é popular para melhorar a longevidade e reduzir o impacto ambiental. Há alguns benefícios da iluminação de LED em relação aos métodos tradicionais, como segue:

Menor consumo de energia: ótimas lâmpadas LED de alta qualidade podem ser de seis a sete vezes mais eficientes do que as lâmpadas incandescentes tradicionais. Em média, trocar a iluminação incandescente por luzes de LED em sua casa pode reduzir o consumo de energia em mais de 80%.

Vida útil mais longa: As lâmpadas LED podem ter uma vida útil de mais de 25.000 horas, ou três anos de uso 24 horas por dia, 7 dias por semana, o que é 25 vezes mais longo do que qualquer lâmpada tradicional. Assim, você economiza o tempo, o dinheiro e o esforço envolvidos na compra e na instalação de novas lâmpadas.

Mais eficiente: As lâmpadas incandescentes tradicionais liberam 90% ou mais de sua energia na forma de calor. As lâmpadas LED reduzem isso em até 20%. Isso significa que mais energia é usada para iluminar sua casa e menos para aquecê-la desnecessariamente.

Muito compactas: As luzes de LED têm vários tamanhos e tipos de aplicações devido ao seu tamanho pequeno. Isso significa que os fabricantes podem inserir LEDs em qualquer coisa, desde computadores e smartphones até carros e semáforos.

Sem mercúrio: As lâmpadas LED não contêm mercúrio, ao contrário das opções mais tradicionais. Portanto, os LEDs têm um impacto ambiental menor do que as lâmpadas tradicionais e podem ser descartados com mais facilidade, sem procedimentos especiais de descarte.

A aplicação da PCB de LED

As lâmpadas LED PCB têm excelente eficiência energética, baixo custo e máxima flexibilidade de design, de modo que podem ser incorporadas a várias aplicações de iluminação.

Telecomunicações: Os indicadores e displays de LED são sempre usados em equipamentos de telecomunicações devido ao maquinário ao redor, e eles têm grande capacidade de transferência de calor. Portanto, as PCBs de LED à base de alumínio têm um efeito útil em sua aplicação.

Automotivo: os LEDs de PCB de alumínio também são usados em carros em indicadores, luzes de freio e faróis, além de outras aplicações. Há alguns fatores que fazem com que as PCBs de alumínio sejam ideais para o setor automotivo, como a durabilidade e os preços competitivos.

Computador: Os displays e indicadores de LED são cada vez mais populares nos aplicativos de computador. E os LEDs de PCB de alumínio são uma solução ideal devido à sensibilidade ao calor das máquinas de computador. Além das aplicações de LED, as PCBs de alumínio também são usadas para peças de computador, como dispositivos de energia e placas de CPU, devido à sua capacidade de dissipar e transferir calor.

Na área médica: As ferramentas de iluminação usadas em cirurgias e exames médicos geralmente usam luzes de LED de alta potência, e essas luzes de LED costumam usar PCBs de alumínio, principalmente por causa da durabilidade e da capacidade de transferência de calor dos LEDs de PCB de alumínio - isso garante que o equipamento médico esteja funcionando adequadamente, independentemente do número de pacientes que passam por um consultório médico. Com exceção das ferramentas de iluminação, a tecnologia de escaneamento médico também costuma usar PCBs de alumínio.

LEDs SMD em Sua PCB

Há muitos dispositivos que incluem LEDs em uma placa de circuito impresso usando componentes montados na superfície. Se os fios forem muito finos, os componentes de orifício passante podem se dobrar levemente, o que faz com que pareçam baratos do lado de fora. Se o LED SMD for soldado corretamente, ele ficará rígido na placa. Além disso, também é possível colocar o LED SMD atrás de uma tela, e os LEDs mais baratos que usam uma lâmpada ficarão para fora da embalagem. Portanto, é possível colocar o LED SMD atrás de uma pequena tela na embalagem para que o dispositivo fique mais limpo. Como você sabe, muitas placas de circuito impresso que contêm LEDs são fabricadas com substratos FR-4 multicamadas, portanto, é necessário ter um padrão de vias preenchidas ou chapeadas bem espaçadas sob cada componente para que ele possa transmitir calor e chegar às camadas de energia e terra.

Se os LEDs ocuparem pouco espaço e forem montados na superfície, eles poderão usar nossas vias. Provavelmente, haverá uma junta de solda fraca ou até mesmo um tombstoning porque ela não é preenchida ou revestida sobre as vias e, em seguida, a solda pode penetrar nas vias durante a montagem. Um único LED com potência de saída decente não causará danos à sua placa por causa da temperatura indevida. No entanto, se você pretende ter um sistema para aplicações de iluminação, ele precisará sofrer um enorme aquecimento da placa que suporta os LEDs, o que dificulta o resfriamento com os métodos tradicionais para as placas. Como os LEDs individuais são muito pequenos, não é possível instalar um dissipador de calor em qualquer lugar, e um dissipador de calor bloqueará a luz emitida de qualquer forma. Como há uma grande demanda térmica, as placas com núcleo de metal são normalmente usadas em aplicações de iluminação por LED devido à sua capacidade de dissipar uma grande quantidade de calor. Em geral, o alumínio é usado em aplicações de iluminação por LED como o núcleo metálico da placa de circuito impresso. Além disso, o alumínio é o metal mais usado como núcleo entre todos os possíveis PCBs com núcleo metálico. Assim como o cobre e o ferro são usados para PCBs com núcleo metálico.

Princípios de Design de PCB de LED

As PCBs de LED desempenham um papel importante e quase indispensável na vida moderna. Seja nos brinquedos com os quais você brinca ou nas luzes da rua do lado de fora da sua janela, as PCBs de LED estão por toda parte. Uma tecnologia baseada na integração de "Diodos Emissores de Luz" ou LEDs em "Placas de Circuito Impresso" ou PCBs, eles são uma tecnologia interessante e quase inovadora, que revolucionou a eletrônica.

Oferecendo uma ampla gama de vantagens, como baixo custo, alta eficiência, resistência estrutural e assim por diante, eles rapidamente encontraram seu lugar em uma ampla gama de aplicações. De fato, a própria tecnologia começou a passar por transformações, devido à pesquisa e ao desenvolvimento em andamento para melhorar as coisas. Quanto ao aspecto do projeto dessas PCBs de LED, há vários aspectos diferentes que são levados em consideração.

Nossos engenheiros qualificados pelo IPC usam o mais recente software CAD para projetar placas de circuito otimizadas para serem fabricadas. O processo de projeto de PCBs de LED combina posicionamento de componentes, rastreamento, seleção de materiais e gerenciamento térmico para obter conectividade elétrica em uma placa de circuito fabricada.

Colocação de Componentes - Não os Colocamos Simplesmente

Por mais tentador que seja simplesmente colocar LEDs e outros componentes na placa, é o processo de colocação inteligente de componentes que mantém os custos baixos, a fabricação fácil (ou o mais simples possível) e a alta qualidade. Sempre projetamos para otimizar: a capacidade de fabricação, o desempenho térmico e óptico - e o bom posicionamento é a base disso. A disposição das peças pode afetar a confiabilidade, os processos de montagem, a integridade da junta de solda e os testes. Muitos aspectos do projeto de PCBs de LED são exclusivos dos LEDs e geralmente desconhecidos pelo setor de eletrônicos em geral. As PCBs de LED precisam ser projetadas para restringir o movimento do LED durante a soldagem por refluxo e o preenchimento de trilhas precisa ser otimizado para o desempenho térmico e o acoplamento capacitivo, por exemplo.

Além dos LEDs, estamos colocando conectores, componentes ativos e passivos, termistores e muito mais nas PCBs de LEDs, ao mesmo tempo em que consideramos os orifícios de montagem, as vias de passagem e a colocação da óptica. Com tantas considerações, não é de se admirar que o projeto de PCB seja como resolver um quebra-cabeça.

Ainda não mencionamos as restrições de tamanho físico da placa de circuito impresso e as tolerâncias de folga e fuga que afetam a colocação, os requisitos de teste elétrico (acessibilidade) e as limitações de montagem. É necessária uma folga adequada entre os componentes para evitar um evento de sobretensão na placa. O creepage é a menor distância entre os componentes medida ao longo da superfície do material de isolamento; a folga, por outro lado, é a distância entre os componentes medida através do ar. Quanto maior o número de componentes a serem colocados, mais difícil pode ser alcançar a fuga e a folga. Nossa equipe leva em consideração o material da PCB, o isolamento e a poluição que pode ocorrer quando a PCB estiver na aplicação e, em seguida, aplica as tolerâncias relevantes para a fuga e a folga para obter um desempenho duradouro.

Materiais de PCB

Há vários materiais de PCB que podem ser usados para aplicações de LED: FR4 e substrato metálico isolado (IMS) são escolhas populares. Cada material tem seus próprios méritos relativos, que vão desde o custo até o desempenho térmico.

O IMS, como material de PCB, é composto por três elementos principais: uma camada de base metálica, um filme dielétrico e uma camada superior de cobre. A camada de base metálica forma a maior parte da espessura da PCB e proporciona estrutura mecânica e massa térmica. Normalmente, o metal usado é o alumínio, pois oferece bom desempenho térmico em relação ao custo. Nem todas as PCBs IMS são iguais, os materiais IMS de alto desempenho têm dielétricos com maior condutividade térmica, o que, em última análise, pode resultar em um produto com vida útil significativamente mais longa.

Em resumo, as PCBs IMS são inerentemente muito boas para dissipar o calor, pois são feitas quase inteiramente de metal; no entanto, normalmente são mais caras do que o material FR4

FR4 é o que a maioria das pessoas pensa quando se fala em "material de PCB". Ele é amplamente utilizado em todos os tipos de eletrônicos e, portanto, é um material muito familiar para os projetistas de circuitos. O material FR4 é feito de resina reforçada sobre a qual foi montada uma folha de cobre. Como o material de resina é um isolante, é possível criar um laminado de muitas camadas de circuito colocadas umas sobre as outras, interconectadas conforme necessário. Considerando o desempenho térmico do IMS, certamente o FR4 é inferior? Não necessariamente. Com um projeto inteligente de PCB, é possível obter boa condutividade térmica por meio de materiais FR4, essencialmente criando caminhos térmicos por meio da resina que não afetam a funcionalidade elétrica da PCB.

Por Que Usar PCBs de LED em Um Projeto?

As PCBs de LED tornaram-se a escolha ideal para muitas aplicações de iluminação por vários motivos:

Seu peso leve e perfil baixo facilitam o uso em eletrônicos modernos

Os LEDs podem reduzir o consumo de energia em até 80%

Eles são úteis para qualquer aplicação de iluminação industrial em que a iluminação precisa ser resistente à umidade e à poeira

Sua longa vida útil os torna atraentes para os fabricantes de automóveis e eletrodomésticos.

É Fácil Projetar e Produzir Pcbs de LED?

Os fabricantes de eletrônicos precisam considerar não apenas os LEDs ao construir a placa, mas também os outros componentes. Qual é a proximidade entre os LEDs e os outros componentes? A elaboração de um projeto sólido antes do início da produção mantém os erros da placa baixos, permitindo as tolerâncias adequadas entre cada componente.

Um dos desafios do projeto de uma placa PCB de LED é a dispersão do calor, pois os LEDs podem produzir uma quantidade significativa de calor. O material padrão da placa FR-4, feito de epóxi e vidro, não é adequado para a transferência de calor, o que significa que os LEDs podem danificar as conexões na placa.

Uma MCPCB é uma PCB com um núcleo de metal que pode transferir o calor para longe dos componentes sensíveis. O alumínio é o tipo mais popular de metal usado nessas aplicações.

Se você quiser montar LEDs em uma placa, precisará determinar que tipo de PCB usar. Os módulos prontos para uso já foram projetados e testados, mas os projetos totalmente personalizados exigem uma consideração cuidadosa das diferentes classificações de temperatura dos materiais e de seus padrões de resistência ao calor.

O uso de PCBs de LED deve, em certa medida, tornar-se onipresente, com muitos aplicativos fazendo uso delas. De fato, o uso de LEDs em placas de circuito impresso padrão é uma grande revolução tecnológica. Eles oferecem várias vantagens, incluindo, mas não se limitando a:

Baixo Custo.

Alta eficiência em termos de consumo de energia.

Estrutura compacta, incluindo seu peso leve e tamanho pequeno.

Resistência à poeira e à umidade.

Vida útil aprimorada e muito mais.

No entanto, para aproveitar as muitas vantagens oferecidas pelas placas de circuito impresso de LED, é imperativo ter em mente alguns aspectos fundamentais do projeto. Aqui está uma rápida olhada em alguns deles.

Principais Considerações no Projeto de PCBs de LED

Posicionamento de componentes

Um aspecto crucial quando se trata de design de PCB de LED é o posicionamento adequado dos componentes. Com o posicionamento correto dos componentes, você pode não apenas garantir a facilidade de fabricação, mas também a qualidade.

É importante manter uma certa distância quando se trata da colocação de componentes na placa, caso contrário, isso pode levar à sobretensão. Portanto, é importante considerar dois aspectos:

Creepage ou a menor distância entre os componentes.

Folga ou a distância entre os componentes medida através do ar.

Também é importante garantir que os componentes não sejam colocados perto do contorno da PCB. A colocação de componentes perto da borda pode causar o deslocamento dos componentes.

Além disso, é preciso ter em mente que todos os componentes montados em superfície seguem as regras de design de PCBs SMD. Da mesma forma, os componentes de furo passante devem ser colocados na parte superior da placa para que o número de etapas necessárias para a montagem seja otimizado.

Quanto às vias cegas e enterradas da PCB, elas não devem ser colocadas muito perto das almofadas SMT, pois isso pode significar que a solda pode migrar para longe da almofada. Em tais situações, existe a possibilidade de uma junta defeituosa. Portanto, como regra geral, deve ser mantida uma distância de 0,025 polegada ou mais entre as vias e a almofada SMT.

PCB de Alumínio para LED

As PCBs de alumínio, quando usadas corretamente, são altamente eficientes, dispensam calor de forma brilhante e oferecem excelente conectividade de sinal. As placas PCB são compostas principalmente de alumínio, mas também podem conter outros materiais, como silício, magnésio e diferentes tipos de metal. Quando a PCB de alumínio é produzida, ela tem várias camadas, cada uma com sua função e uso:

A primeira camada - essa camada consiste, você adivinhou, de alumínio! Como a primeira camada, ela deve ser sólida e durável. As outras camadas serão baseadas no topo da camada de alumínio.

A segunda camada consiste em material de isolamento térmico, um material feito de polímero cerâmico. O polímero evita danos externos à placa de circuito impresso devido a peças mecânicas móveis ou ao calor dispensado na placa e ao redor dela.

Camada de circuito de LED, a terceira e última camada. Essa camada consiste no layout do projeto personalizado e na fiação esquemática. Essa camada contém principalmente cobre, semelhante a outras placas projetadas para PCB.

Gerenciamento Térmico

A alta temperatura pode afetar a longevidade das luzes de LED. Portanto, para garantir o gerenciamento térmico, são usados os seguintes elementos para dissipar o calor:

Núcleos de alumínio

Vias térmicas

Dissipadores de calor

Para o gerenciamento térmico, também é importante que seja feito o posicionamento correto dos componentes.

Rastreamento

O rastreamento cuidadoso é um pré-requisito para garantir que não haja curtos-circuitos ou diafonia. Se o roteamento do traço for adequado, você pode ter certeza de que não haverá interferência de outras redes. A largura correta da trilha também ajuda muito a evitar o superaquecimento. Também é importante prestar a devida atenção:

Espaço de Rastreamento

Furos de montagem

Acabamentos

O acabamento da placa ajuda a proteger o cobre e também oferece uma superfície de solda. Alguns dos acabamentos mais comuns incluem:

HASL

OSP

Níquel eletrolítico

Ouro eletrolítico

Estanho de imersão

Prata de imersão, entre outros.

Os prós e contras de cada acabamento precisam ser cuidadosamente verificados.

Resumindo

Quando se trata de PCB de LED, precisamos garantir que os seguintes desafios sejam adequadamente mitigados:

Calor - O projeto deve garantir que haja um gerenciamento térmico ideal para que a longevidade seja mantida. Isso ocorre porque a temperatura do circuito de LED tem uma correlação inversa com a longevidade do LED.

Cor da luz - Quando a temperatura do circuito do LED aumenta, as cores do LED podem mudar. Portanto, a dispersão adequada do calor é fundamental.

Portanto, um projeto eficiente de PCB é um aspecto fundamental da fabricação da solução de LED correta. É imperativo que você escolha o parceiro certo que tenha o conhecimento necessário do setor e que também possa garantir que os projetos de PCB sejam personalizados de acordo com as necessidades específicas de suas aplicações.

Montagem de PCBs Leves

Quando se trata de montagem de PCBs de LED, há várias opções. A PCB pode ter um layout simples ou duplo (montagem em um ou dois lados). A comunidade em si é feita por duas técnicas padrão: SMT e DIP:

Montagem de PCB SMT - SMT significa Surface-mount (montagem em superfície) e é a maneira mais comum de montar uma PCB, e a PCB de LED não é diferente. Podemos arquivar isso montando os componentes na parte superior da PCB usando uma máquina pick-and-place. Depois que os detalhes são montados na placa de circuito impresso, a PCB é inserida em um forno. O forno regulará a temperatura e unirá com segurança a pasta de solda aos componentes. Uma máquina de montagem de PCB de LED eficiente pode colar milhares de PCBs por dia. Elas estão tornando esse processo altamente eficiente para a produção em massa.

Montagem DIP - chamada de montagem de PCB com orifício de passagem, os componentes DIP são inseridos manualmente nos orifícios designados. Em seguida, a PCB entra em uma máquina de solda por onda que solda os componentes no lugar. Esse processo é menos eficiente do que o SMT. Ele tem uma taxa de falha mais alta devido ao trabalho manual envolvido na colocação manual dos detalhes.

Montagem de PCB de LED híbrido - alguns projetos não podem ser SMT ou DIP e exigem ambos. Nesse caso, o SMT será feito primeiro e os componentes DIP serão soldados à mão.

Independentemente da técnica de montagem usada durante o processo de fabricação de PCB de LED, as fábricas de PCB de LED que produzem a placa garantirão que a placa funcione adequadamente usando inspeção visual e maquinário avançado.

Na Hitech Circuits, estamos totalmente equipados para lidar com suas necessidades de fabricação de PCBs de LED. Com mais de quatro décadas de experiência no fornecimento de produtos de alta qualidade, dentro do prazo e a preços competitivos, você pode contar conosco para suas necessidades de PCB. Caso tenha alguma dúvida sobre placas de circuito impresso de LED, sinta-se à vontade para entrar em contato conosco pelo e-mail sales@hitechpcb.com ou ligue para nós.