Odprowadzanie ciepła w obwodach drukowanych LED
Podczas pracy diody LED część dostarczanej energii elektrycznej zamieniana jest na ciepło. Wzrost temperatury złącza może wpływać na strumień świetlny, charakterystykę barwową i trwałość komponentu. Dlatego w konstrukcji modułu istotne jest zapewnienie odpowiedniej drogi przekazywania ciepła z diod do elementów odpowiedzialnych za jego rozpraszanie.
W procesie tym znaczącą rolę odgrywa obwód drukowany. Poza rozmieszczeniem i połączeniem elementów elektronicznych jego konstrukcja wpływa na sposób przekazywania ciepła do radiatora lub korpusu oprawy. Znaczenie mają przede wszystkim rodzaj podłoża, właściwości zastosowanych materiałów oraz sposób montażu płytki w urządzeniu.
Obwody przeznaczone do zastosowań LED stanowią odrębną grupę produktów w ofercie Hatron. Producent zwraca uwagę na rozwiązania konstrukcyjne umożliwiające odprowadzanie ciepła z obszaru montażu diod, przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej stabilności mechanicznej PCB.
Podłoża metalowe i konstrukcje IMS
Jednym z rozwiązań stosowanych w elektronice LED są obwody drukowane na izolowanym podłożu metalowym IMS (Insulated Metal Substrate), które Hatron opisuje w kontekście swojej oferty.
Typowa jednowarstwowa konstrukcja IMS obejmuje trzy podstawowe elementy: warstwę miedzi tworzącą połączenia elektryczne, dielektryk zapewniający izolację oraz metalową płytę bazową. Warstwa izolacyjna oddziela obwód elektryczny od metalowego podłoża, jednocześnie umożliwiając przepływ ciepła. Jej właściwości mają istotny wpływ na skuteczność odprowadzania energii cieplnej z zamontowanych elementów.
Metalowa baza, wykonywana m.in. z aluminium lub miedzi, umożliwia rozprowadzanie ciepła na większą powierzchnię i przekazywanie go do radiatora albo obudowy urządzenia. Aluminium łączy dobre właściwości przewodzenia ciepła z niewielką masą, natomiast miedź charakteryzuje się wyższą przewodnością cieplną, ale również większą masą i kosztem materiału.
W porównaniu ze standardowymi płytkami na laminacie FR-4 konstrukcje IMS zapewniają inną drogę przekazywania ciepła przez strukturę obwodu. W przypadku klasycznych laminatów poprawę właściwości cieplnych uzyskuje się m.in. przez odpowiednie rozmieszczenie pól miedzianych i zastosowanie przelotek termicznych. W obwodach IMS metalowe podłoże stanowi integralny element konstrukcji uczestniczący w odprowadzaniu ciepła.
Skuteczność takiego rozwiązania zależy jednak nie tylko od rodzaju metalu, lecz także od właściwości dielektryka oraz sposobu połączenia płytki z elementem rozpraszającym ciepło.
Dobór konstrukcji PCB do wymagań modułu LED
Wybór obwodu drukowanego do zastosowań LED powinien uwzględniać ilość ciepła wydzielanego podczas pracy modułu, warunki jego odprowadzania oraz wymagania dotyczące wymiarów i sposobu montażu płytki.
W opisie rozwiązań do elektroniki LED Hatron wskazuje również na możliwość stosowania innych rodzajów podłoży, w tym FR-4, ceramicznych i elastycznych. Dobór materiału zależy od specyfiki zastosowania. Podłoża metalowe znajdują zastosowanie tam, gdzie szczególnie istotne jest przekazywanie ciepła, natomiast inne konstrukcje mogą odpowiadać wymaganiom dotyczącym kształtu, rozmieszczenia elementów lub integracji modułu z urządzeniem.
Ważnym aspektem jest również rozmieszczenie diod. Ich zagęszczenie wpływa na lokalny rozkład temperatury, dlatego geometria obwodu i sposób przekazywania ciepła powinny być rozpatrywane łącznie. Znaczenie ma ponadto stabilność mechaniczna płytki, szczególnie w konstrukcjach współpracujących z radiatorem lub korpusem oprawy.
Odpowiednio dobrana konstrukcja PCB powinna więc spełniać jednocześnie wymagania elektryczne, cieplne i mechaniczne projektowanego modułu LED.
Obwody Hatron do różnych zastosowań LED
W ofercie Hatron znajdują się obwody drukowane przeznaczone do rozwiązań wykorzystujących diody LED, od modułów i systemów oświetleniowych po układy stosowane w wyświetlaczach.
W zależności od przeznaczenia płytki znaczenie mogą mieć zarówno możliwości odprowadzania ciepła, jak i rozmieszczenie diod, stabilność konstrukcji oraz sposób jej zamocowania w urządzeniu. Szczególnie istotne jest dopasowanie rodzaju podłoża do warunków pracy projektowanego modułu.
Hatron uwzględnia obwody LED w swojej ofercie obok sztywnych płytek jedno- i dwustronnych oraz konstrukcji wielowarstwowych. Rozwiązania przeznaczone do zastosowań LED wyróżniają się przede wszystkim naciskiem na właściwości cieplne i możliwość integracji z elementami odprowadzającymi ciepło.
Prototypy i serie produkcyjne
Firma Hatron realizuje zamówienia na obwody drukowane zarówno w formie prototypów, jak i serii produkcyjnych. Możliwość wykonania prototypu ma znaczenie przy opracowywaniu modułów LED, ponieważ pozwala na sprawdzenie przyjętej konstrukcji przed rozpoczęciem produkcji seryjnej, w tym ocenę jej właściwości podczas pracy w docelowym urządzeniu.
Wybór odpowiedniego obwodu drukowanego powinien obejmować nie tylko wymagania elektryczne, lecz także warunki cieplne i mechaniczne. W przypadku zastosowań LED szczególnego znaczenia nabierają konstrukcja podłoża, rozmieszczenie diod oraz sposób przekazywania ciepła do radiatora lub obudowy.
Obwody drukowane do zastosowań LED są jednym z rozwiązań oferowanych przez Hatron, uzupełniającym portfolio producenta obejmujące płytki jedno-, dwustronne i wielowarstwowe.
Źródło: Hatron
Więcej na www.hatron.com
