LED-projekteissa piirilevyn valinta näyttää usein suoraviivaiselta spesifikaatiovaiheessa. Teholuokitus, materiaalityyppi ja kuparin paksuus määritellään jo varhaisessa vaiheessa, ja paperilla kaikki näyttää olevan katettu. Käytännössä erot näkyvät yleensä vasta, kun tuotetta on käytetty jonkin aikaa.
Yleinen tilanne on, että valaistusjärjestelmä läpäisee alkutestauksen ongelmitta, mutta käytön jälkeen kirkkaus alkaa laskea, lämmönjakautuminen muuttuu epätasaiseksi tai värin yhdenmukaisuus alkaa muuttua. Useimmissa tapauksissa perimmäinen syy ei ole itse LED, vaan se, miten lämpöä käsitellään piirilevyn yli.
Tästä syystä LED-piirilevyä ei tule käsitellä pelkkinä kantoaineina. Se on osa lämpöreittiä, ja sen rakenne vaikuttaa suoraan siihen, kuinka tehokkaasti lämpö siirtyy pois LED-liitoksesta.
Todellisissa projekteissa materiaalivalinnassa on harvoin kyse korkeimman spesifikaation valitsemisesta. Kyse on tasapainon löytämisestä, joka sopii käyttötarkoitukseen.
Alumiinipohjaisia piirilevyjä käytetään laajalti yleisvalaistuksessa, kuten katuvalaistuksessa, teollisuusvalaisimissa ja kaupallisissa sovelluksissa. Ne tarjoavat käytännöllisen tasapainon lämpötehon ja kustannusten välillä, minkä ansiosta ne sopivat useimpiin keski- ja suuritehoisiin malleihin.
Vaativammissa ympäristöissä, kuten autovalaisimissa tai järjestelmissä, jotka toimivat jatkuvasti korkeammissa lämpötiloissa, lämpöstabiilisuus on kriittisempää. Näissä olosuhteissa keraamiset alustat tarjoavat paremman mittapysyvyyden ja kestävät vähemmän toistuvat lämpösyklit.
Päätös ei perustu yhteen parametriin. Se edellyttää yleensä käsittelymenetelmien, kokoonpano-olosuhteiden ja pitkän aikavälin käyttökäyttäytymisen samanaikaista huomioon ottamista.
LED-järjestelmien lämpöongelmat kehittyvät yleensä vähitellen sen sijaan, että ne aiheuttaisivat välittömän vian.
Kun lämpöä ei siirry tehokkaasti, liitoskohdan lämpötila pysyy odotettua korkeampana. Järjestelmä voi silti toimia lyhyellä aikavälillä, mutta ajan myötä tämä johtaa nopeampaan valovirran heikkenemiseen, tehokkuuden laskuun ja joissakin tapauksissa ohjainpiirin epävakauteen.
Piirilevyn rakenteessa lämmön on kuljettava useiden kerrosten läpi. Dielektrisellä kerroksella on tässä keskeinen rooli. Paksumpi dielektrinen kerros parantaa eristystä, mutta lisää lämmönkestävyyttä, kun taas ohuempi kerros parantaa lämmönsiirtoa, mutta vaatii tarkempaa säätöä luotettavuuden ylläpitämiseksi.
Useimmissa malleissa haasteena on tasapainottaa:
·Lämmönjohtavuus
· Sähköeristys
· Prosessin vakaus
Jos tätä tasapainoa ei oteta huomioon alkuvaiheessa, sitä on vaikea korjata myöhemmin tuotannossa.
Kuparin paksuuden lisäämistä pidetään usein suorana tapana parantaa virtakapasiteettia ja lämmön leviämistä. Käytännössä se tuo mukanaan myös rajoituksia.
Suurempi kuparin paino voi vaikuttaa etsaustarkkuuteen ja rajoittaa piirien asettelun tarkkuutta. Tämä tulee selvemmäksi malleissa, joissa on pienempi jako tai suurempi tiheys.
Samaan aikaan lämpöominaisuudet riippuvat suuresti asettelusta. Epätasainen kuparin jakautuminen tai paikallinen keskittyminen voi luoda kuumia kohtia, vaikka kuparin kokonaispaksuus olisi suuri.
Tehokkaampi lähestymistapa on keskittyä siihen, miten lämpö jakautuu koko suunnittelussa, sen sijaan, että yksinkertaisesti lisättäisiin materiaalivaatimuksia koko suunnittelussa.
LED-piirilevyn suorituskykyä ei määrää pelkästään suunnittelu. Myös kokoonpano-olosuhteilla on suora vaikutus.
Esimerkiksi:
· Epäjohdonmukaiset uudelleenvirtausprofiilit voivat vaikuttaa dielektrisen kerroksen eheyteen
· Huono kosketus piirilevyn ja jäähdytysrivan välillä heikentää lämmönsiirtotehokkuutta
· Väärä asennus voi aiheuttaa mekaanista rasitusta ajan myötä
Nämä ongelmat eivät aina ole näkyvissä alkuvaiheen testauksen aikana, mutta ne ilmenevät yleensä pitkäaikaisessa käytössä tai laajamittaisessa tuotannossa.
Tästä syystä piirilevyjen suunnittelua, lämpörakennetta ja kokoonpanomenetelmää tarkastellaan yleensä yhdessä eikä erikseen.
Eri LED-sovellukset asettavat piirilevylle hyvin erilaisia vaatimuksia.
Yleisvalaistuksessa keskitytään vakaaseen suorituskykyyn ja kustannusten hallintaan. Tavalliset alumiinipohjaiset mallit ovat usein riittäviä.
Autoteollisuudessa komponentit altistuvat tärinälle ja toistuville lämpötilan vaihteluille. Rakenteellinen vakaus ja johdonmukaisuus tulevat tärkeämmiksi, mikä voi vaatia paksumpaa kuparia tai vakaampia alustamateriaaleja.
UV- tai lääketieteellisissä järjestelmissä pitkän aikavälin tasaisuus ja lämmönhallinta ovat kriittisempiä. Materiaalivalinnat ja rakennesuunnittelu ovat tyypillisesti varovaisempia.
Toisin sanoen, korkeammat spesifikaatiot eivät automaattisesti johda parempiin tuloksiin. Tärkeintä on se, kuinka hyvin piirilevy vastaa todellisia käyttöolosuhteita.
Monissa tapauksissa suorituskykyerot eivät johdu itse suunnittelusta, vaan siitä, miten se on toteutettu.
Vaihtelu piirustusten tulkinnassa, prosessivalinnoissa tai tuotannonohjauksessa voi kaikki vaikuttaa lopputulokseen. Kun tuotanto skaalautuu, pienetkin epäjohdonmukaisuudet voivat tulla selvemmiksi.
Luotettava LED-piirilevyratkaisu syntyy yleensä tasapainoisesta lähestymistavasta:
· Valmistuskyvyn mukainen suunnittelu
· Materiaalit valitaan todellisten käyttöolosuhteiden perusteella
· Tuotantoprosessit, jotka voidaan toistaa johdonmukaisesti
Kun nämä elementit toimivat yhdessä, tuloksena on paitsi parempi suorituskyky myös vakaampi tuotos eri erissä.
fi
WhatsApp