PCB Calefactores y el LED de Mercados Emergentes de iluminación

Como un fabricante de circuitos impresos, hemos visto muchos cambios en la evolución de la placa con el tiempo. Recientemente, y sobre todo, hemos visto la rápida aparición de gestión térmica como un factor crítico en el diseño de PCB. Por supuesto, de control térmico de los PCB no es nueva, los PCB se han diseñado para disipar y equilibrar la energía térmica, una habilidad que proporciona beneficios, por supuesto, pero que también puede hacer más difícil volver a trabajar o la soldadura selectiva.

Figura 1: PCB base de metal y otros consejos de administración térmica característica de las construcciones únicas y laminado de materiales diseñados para eliminar el calor de poderosos dispositivos LED. Si no se retira efectivamente el calor acorta la vida útil de las matrices de LED.
Pero la explosión del mercado de la iluminación LED y en particular la tecnología de día LED de alto brillo ha presentado una demanda significativa en el diseño de PCB y tecnología de materiales. PCB características comportamiento de los materiales se han estirado hasta el límite, con el resultado de que los nuevos materiales y nuevas construcciones se han introducido para alojar y mantener a estos retos emergentes.

la iluminación del LED proporciona la promesa y los desafíos para prácticamente todas las aplicaciones de alumbrado eléctrico actualmente servidos por las tecnologías anteriores, como la iluminación incandescentes y lámparas fluorescentes. En efecto, el Departamento de Energía de EE.UU. (DOE) ha proclamado que no hay otra tecnología de iluminación ofrece mucho potencial para ahorrar energía con las tecnologías de iluminación tradicional.iluminación LED también ofrece la posibilidad de mejorar la calidad de vida de los espacios ocupados en esquemas de iluminación arquitectónica. Pero el inconveniente de la iluminación LED, en arreglos concentrada o en aplicaciones de alta potencia, es la disipación de calor. LED en funcionamiento genera una gran cantidad de calor en parte debido a que emiten luz dentro de una banda espectral estrecha y no emiten energía infrarroja, por lo que, de acuerdo con el DOE, el 75 y el 85% de la energía necesaria para conducir los LED de alta potencia se convierte al calor.

El calor debe llevarse a cabo fuera de la matriz de la placa de circuito subyacente y los disipadores de calor. Permitir que el dado a recalentarse "afecta directamente el rendimiento de LED a corto y largo plazo. El corto plazo (reversible) son efectos de cambio de color y reducción de emisión de luz, mientras que el efecto a largo plazo es la depreciación acelerada luz y por lo tanto acorta la vida útil. [1] "Además, la luz blanca es el componente principal en la iluminación de interiores o de arquitectura, en blanco y LEDs emisores de luz son el tipo más dramáticamente afectados por el exceso de calor," los LEDs blancos ... proporcionará luz al menos un 10% menos de calificación del fabricante, y la reducción de emisión de luz para los productos con diseño térmico inadecuado puede ser significativamente mayor. "

Gestión térmica de diseño

fabricantes de LED de sistema están enfrentando este reto por la búsqueda de mejores diseños del disipador de calor, placas de circuitos de alta eficiencia, alta conductividad térmica recintos y otras técnicas avanzadas de diseño térmico [2]. simulación térmica juega un papel cada vez más importante por su capacidad para evaluar diversas alternativas y optimizar el diseño a nivel de sistema de un punto de vista térmico antes de la fase de prototipo, John Parry de Flomerics escribe en un artículo reciente. A veces, según Parry, una aplicación puede requerir un sistema de enfriamiento en torno al dispositivo LED, pero esto sólo añade complicaciones al dispositivo y una mayor complejidad conlleva el mayor potencial para el fracaso. En última instancia, la responsabilidad de refrigeración entra a la placa de circuito en la base del dispositivo.

Figura 2: térmica circuitos de gestión, especialmente para los usos del LED, los desafíos actuales de fabricación que afectan al diseño. Esta es un área donde el diseñador y fabricante de eficacia pueden colaborar para crear diseños que efectivamente va a quitar el calor generado por los dispositivos LED cada vez más poderosa.

Siempre que sea posible, a través incorporado en los sistemas de control térmico incorporado en el diseño de PCB, una refrigeración adecuada debe lograrse a través de la conducción a través del tablero. Esto tiene mucho que ver con los materiales utilizados en el diseño de la junta y la fabricación, y la trayectoria térmica de la matriz de la placa de circuito. En general, el tipo de placa de circuito impreso utilizado será un metal-core de PCB, o "MCPCB".DOE describe el típico LED de alto flujo como sistema compuesto por un emisor, un metal-core de placa de circuito impreso (MCPCB), y algún tipo de disipador de calor externo. El emisor casas de la matriz, la óptica, encapsulado y el disipador de calor babosa (utilizado para extraer el calor de la matriz), que se suelda a la MCPCB. El MCPCB es una forma especial de la placa de circuito con una capa de dieléctrico (no conductor de corriente) unido a un sustrato de metal (generalmente de aluminio). El MCPCB entonces mecánicamente unida a un disipador de calor externo.

LED Drivers

LED de alta potencia se utilizan en sistemas de iluminación LED, y en la iluminación especial, al aire libre y de arquitectura, incluyendo la iluminación signo, letras corpóreas, iluminación, iluminación de caminos de seguridad, el paso de arquitectura, y la iluminación frontera, así como el escenario, teatro y comerciales pantallas LED. LED de alta potencia LED requieren conductores, que son esencialmente las fuentes de alimentación. Consideremos, por ejemplo, Clase II al aire libre los conductores de tensión constante del LED, con un rango de 90 vatios y 400 vatios para un módulo total. Estos módulos de LEDs agrupados pueden ser bastante calurosos, sobre todo cuando estamos hablando de señalización para exteriores. En las horas del día, estos sistemas deben competir con la luz del sol, que por supuesto es muy brillante. Para superar ese brillo, los leds deben ser dispuestas en racimos muy potente, y por lo tanto requieren un enfoque agresivo para la gestión térmica y disipación de calor.

Los tipos y la variedad de la iluminación arquitectónica con LEDs es el segmento de más rápido crecimiento del mercado de los LEDs, en aplicaciones que van desde la iluminación de almacenes de farolas, cabinas de peaje, los exteriores de los edificios, y todo tipo de iluminación especial, a menudo con varios LED de colores en la franja de iluminación. Para el diseño de iluminación interior, vemos LED utilizados en "lavado de la pared", en donde el color de una pared de cambios, por ejemplo, y la iluminación de acento, de iluminación hacia abajo, la iluminación del canal de tipo de iluminación del aeropuerto, la iluminación vial. Estas aplicaciones de muchos países emergentes están creando un conjunto nuevo mercado para los LED LED de alta potencia, y lo que todos tienen en común es cada vez mayor densidad de potencia.

fabricantes de LED están perfeccionando continuamente sus productos - cada vez más eficientes, más pequeñas, concentrando más poder en un área más pequeña, por lo que es más difícil de obtener el calor fuera de ellos. Se trata de añadir más potencia por chip, por pulgada cuadrada. demandas térmicas son cada vez mayores. De morir sumideros reparto de calor a sistemas más exóticos, los ingenieros de diseño están haciendo su mejor esfuerzo para mantenerse al día con ella, hasta llegar a un disipador de calor de cobre con aletas y un ventilador sobre él.

El papel del Diseñador de PCB y Fabricante

El fabricante lleva un montón de sombreros diferentes, incluyendo la del diseñador, y también debe ser lo suficientemente flexible como suficiente, bien informado y capaz de trabajar con una amplia gama de material impreso de la tarjeta de circuitos, las construcciones, y que requieren configuraciones para conjuntos electrónicos LED de soporte características de gestión de calor. Por ejemplo, hemos sido certificados por UL para los PCB revestido de metal con un estándar de dieléctrico, y puede trabajar con diferentes espesores de aluminio y de hilos de cobre metálico. Estas configuraciones son esenciales para la construcción efectiva propiedades de control térmico, y también requieren tolerancias muy precisas de mecanizado y servicios de fabricación de alta calidad para la gestión eficaz y la fiabilidad de la placa térmica a largo plazo. La aplicación podrá exigir de todo, desde simples hasta complejas construcciones de múltiples capas, dependiendo de qué aplicación las necesidades del cliente.

de gestión de iluminación LED térmica realmente exige el uso de materiales del estado de la técnica, incluyendo el sistema de laminación de T-Lam térmica por Laird, que incluye T-preg termal conductor dieléctrico / Prepreg, DSL o núcleo de metal de doble cara laminada, y IMPCB de , de metal con aislamiento de circuitos impresos ", añade Patel. Otras construcciones incluyen dos capas T-Lam, IMPCBs híbrido con FR-4/T-preg, la construcción de múltiples capas base de metal, y de múltiples capas híbridos FR-4/T-preg.

El diseño térmico de los consejos de administración de tipo puede ser problemático, por lo que es importante para el cliente y el fabricante para trabajar juntos y realizar un análisis térmico de los diseños planificados, para obtener información valiosa que ayuda a garantizar un funcionamiento adecuado y eficiente, así como producto a largo plazo fiabilidad. Lo que estamos tratando de hacer aquí es simplificar el diseño para construir solidez en él, menos que las cosas salgan mal. Queremos eliminar la necesidad de ventiladores, disipadores de calor y difusores de calor. Esto no siempre es posible, pero muy a menudo se puede hacer con las construcciones cuidadosamente diseñado. Tales construcciones se disipar el calor con eficacia, manteniendo los componentes fresco para un mayor rendimiento y vida. El uso de materiales avanzados adecuadamente proporcionan un rendimiento térmico excepcional.

Aprobación UL para 6 onzas. Cobre, TLAM

Recientemente, la empresa recibió de Underwriters Laboratories (UL) la aprobación para el uso de 6 onzas de cobre y componentes de metal revestido de PCB en los bifenilos policlorados y de aplicar la marca de homologación UL para ellos. IE recibió una notificación UL de autorización para aplicar la Marca UL para uso de los bifenilos policlorados TLAM ™ SS LLD termal conductor sustrato de PCB, de bajo costo, sistema de alto rendimiento sustrato térmica diseñada específicamente para aplicaciones de módulo LED. TLAM SS LLD es una marca registrada de Laird Technologies, Inc., con sede en St. Louis, Missouri. ¿Por qué es importante para nosotros?Porque nos permite incorporar a nuestras construcciones PCB más potente, de mayor rendimiento térmico de gestión de materiales disponibles en el mercado.

TLAM SS LLD es un sistema de sustrato de PCB diseñado específicamente para la disipación de calor en brillante y ultra brillante aplicaciones módulo LED. El sustrato de PCB termal conductor dispone de 8 a 10 veces la disipación de calor en comparación con los convencionales basados FR4 PCB, y mejora la transferencia térmica de la fuente de calor al disipador de calor a través de los PCB, lo que reduce el estrés térmico situado en el PCB.Más importante aún, estos materiales ofrecen un rendimiento excepcional térmico con alta resistencia dieléctrica y baja capacidad.

Conclusión

de gestión de iluminación LED térmica realmente exige el uso de materiales del estado de la técnica. La disipación de calor se puede realizar de varias formas que van desde los disipadores de calor e incluso pequeños ventiladores, pero el objetivo del diseñador y fabricante de PCB para lograrlo simplemente a través de materiales del tablero y el diseño. En construcciones cuidadosamente diseñados, pueden eliminar la necesidad de ventiladores, disipadores de calor y difusores de calor. La simplicidad es preferido y sin partes móviles, por lo que podemos construir en una mayor fiabilidad. Como se trata de una aplicación constante evolución, siempre hay nuevos retos y la tierra inexplorada.

Fuentes:

1. Departamento de Energía de EE.UU., " Uso de diodos emisores de luz . "
2. "Solución de la térmica de gestión de nivel retos del sistema de LEDs," John Parry, Flomerics, mayo y junio de 2008 de la revista LED .

Fuente:

 http://www.pcb007.com/pages/zone.cgi?artcatid=&a=74212&artid=74212&pg=5