عندما تدفع مصابيح LED إلى نطاق 1 واط، 5 واط، 10 واط وما فوق، تتوقف الإدارة الحرارية عن كونها تفصيلاً وتصبح قيد التصميم. نفس مصباح LED، نفس المشغل، نفس البصريات — ومع ذلك، تعمل وحدة واحدة بشكل بارد لسنوات بينما تفشل أخرى مبكرًا، أو تتغير ألوانها، أو لا يمكنها اجتياز اختبارات الموثوقية.
الفرق غالبًا ما يكون في مكان واحد:
مدى جودة تصميم وتصنيع لوحة MCPCB LED لنقل الحرارة بعيدًا عن وصلة LED.
لا يمكن للوحة PCB FR-4 القياسية ذات الموصلية الحرارية التي تتراوح بين ~0.2–0.5 واط/متر·كلفن أن تواكب مصابيح LED الحديثة عالية الطاقة. لهذا السبب أصبحت لوحات الدوائر المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCB) — وخاصة لوحات MCPCB الألومنيوم لمصابيح LED — المنصة الافتراضية لتطبيقات الإضاءة الجادة والسيارات والصناعية والأشعة فوق البنفسجية.
في APTPCB، نقوم بتصميم وتصنيع لوحات دوائر مطبوعة ذات قلب معدني وحلول حرارية عالية لعملاء LED في جميع أنحاء العالم. كُتب هذا الدليل لمهندسي الأجهزة والمهندسين الحراريين ومالكي المنتجات الذين يرغبون في الحصول على إرشادات عملية حول اختيار MCPCB LED، وتكوين الطبقات، والتصنيع — وليس مجرد نظرية.
في هذه الصفحة
- لماذا تعتبر MCPCB LED مهمة لتصميم LED عالي الطاقة
- تكوين طبقات MCPCB LED وأساسيات مسار الحرارة
- قرارات التصميم الرئيسية لأداء MCPCB LED
- هياكل MCPCB LED المتقدمة ومتى تستخدمها
- كيف تصنع APTPCB لوحات MCPCB LED موثوقة
- اختبار أداء لوحات MCPCB LED والتحقق منه
- العمل مع APTPCB على لوحة MCPCB LED التالية الخاصة بك
المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCB) LED مهمة لتصميم مصابيح LED عالية الطاقة
بالنسبة لمصابيح LED المؤشرة منخفضة الطاقة على لوحات FR-4، عادةً ما تكون المشكلات الحرارية قابلة للإدارة باستخدام طبقات النحاس وغلاف مناسب. أما بالنسبة لوحدات LED عالية الطاقة، فالأمر مختلف:
- تتحكم درجة حرارة الوصلة (Tj) في تدفق اللومن واستقرار اللون والعمر الافتراضي.
- يجب أن تنتقل الحرارة عبر العبوة واللحام ولوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والغلاف إلى البيئة المحيطة.
- أي عنق زجاجة —خاصة في لوحة الدوائر المطبوعة— يظهر على شكل نقاط ساخنة وأعطال مبكرة.
نمط مشكلة نموذجي نراه قبل أن ينتقل العملاء إلى لوحة MCPCB LED مناسبة:
- يجتاز النموذج الأولي الاختبارات الوظيفية الأساسية ولكنه يفشل في اختبارات الحرارة أو الموثوقية.
- تلبي الإضاءة مواصفات السطوع في المختبر، ولكنها تنخفض بسرعة في الميدان.
- تكرارات متعددة للمشتت الحراري مع تحسن ضئيل لأن عنق الزجاجة يقع داخل لوحة الدوائر المطبوعة، وليس خارجها.
هذا هو بالضبط المكان الذي تضيف فيه لوحة MCPCB LED قيمة. مقارنةً بلوحات FR-4، فإن لوحة الدوائر المطبوعة ذات القلب المعدني المصممة بشكل صحيح:
تقلل المقاومة الحرارية بين وسادة LED والمشتت الحراري
تحافظ على درجات حرارة الوصلة أقل عند نفس مستوى الطاقة
تتيح كثافة طاقة أعلى أو مشتتات حرارية أصغر لنفس العمر الافتراضي إذا كان تصميمك يتضمن:
بواعث LED عالية الطاقة أو COBs
أغلفة مدمجة ومقيدة حرارياً
تطبيقات خارجية، للسيارات، صناعية أو للأشعة فوق البنفسجية
فإن البدء بتصميم مكدس MCPCB LED، بدلاً من لوحة FR-4 عامة، سيوفر لك عادةً الوقت، وإعادة التصميم، وتصحيح الأخطاء الحرارية.
المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCB) ومسار الحرارة في LED
معظم لوحات MCPCB LED المستخدمة في الإضاءة هي لوحات دوائر مطبوعة ذات قلب معدني أحادي الطبقة بتكديس بسيط ولكنه حاسم:
طبقة دائرة النحاس (1-3 أوقية أو أكثر سمكًا)
- تحمل التيار وتعمل كأول ناشر للحرارة.
- يؤثر نمط التوصيل ومنطقة النحاس تحت وحول LED بشكل كبير على درجة الحرارة المحلية.
طبقة عازلة حرارياً موصلة
- طبقة عازلة رقيقة (عادةً 50-150 ميكرومتر) ذات موصلية حرارية أعلى بكثير من FR-4.
- تنقل الحرارة عمودياً من النحاس إلى القلب المعدني.
- الموصلية الحرارية (k) عادةً ما تكون في نطاق 1-8 واط/متر·كلفن، مقابل ~0.3 واط/متر·كلفن لـ FR-4.
القلب المعدني (عادةً الألومنيوم، وأحيانًا النحاس)
- يعمل كناشر حرارة مدمج وعمود فقري ميكانيكي.
- توفر قلوب الألومنيوم عادةً ~180-220 واط/متر·كلفن؛ والنحاس أعلى ولكن أثقل وأكثر تكلفة.
- السماكة الشائعة 1.0-3.0 مم حسب الصلابة والاحتياجات الحرارية.
من وجهة نظر حرارية، يبدو المسار كسلسلة من المقاومات:
وصلة LED ← حزمة LED ← لحام ← وسادة نحاسية ← عازل كهربائي ← قلب معدني ← مبدد حراري/غلاف ← محيط في العديد من التصميمات الواقعية، تعتبر الطبقة العازلة هي عنق الزجاجة الرئيسي للوحة الدوائر المطبوعة (PCB):
- إذا كانت سميكة جدًا أو ذات موصلية حرارية منخفضة، فإن درجات حرارة الوصلة ترتفع بسرعة.
- إذا كانت رقيقة وذات قيمة k عالية، فإن المقاومة الحرارية (Rθ) عبر لوحة الدوائر المطبوعة تنخفض بشكل حاد، مما يمنح المشتت الحراري فرصة حقيقية للعمل.
في APTPCB، نبدأ مناقشات لوحات MCPCB LED بتصميم الطبقات ومسار الحرارة، وليس فقط سمك النحاس أو المخطط الخارجي.
المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCB) LED
يعتمد تصميم لوحة MCPCB LED جيدة بشكل أساسي على اتخاذ بعض القرارات الرئيسية بشكل صحيح وضمان قابليتها للتصنيع على نطاق واسع.
1. اختيار نظام العزل الكهربائي المناسب
الطبقة العازلة هي جوهر الإدارة الحرارية للوحات MCPCB LED ويجب أن توازن بين:
الموصلية الحرارية (k):
- FR-4: ~0.2–0.5 واط/متر·كلفن
- عازل MCPCB LED: 1.0–8.0+ واط/متر·كلفن
- ارتفاع k → مقاومة حرارية أقل لنفس السمك.
العزل الكهربائي وجهد الانهيار:
- يجب أن تعزل نحاس الدائرة بأمان عن القلب المعدني، خاصة بالنسبة لمشغلات التيار الكهربائي الرئيسي أو الجهد العالي.
السمك والانتظام:
- أرق = أفضل للأداء الحراري، ولكن اتساق التصنيع أمر بالغ الأهمية لتجنب النقاط الساخنة.
بالنسبة لكثافات الطاقة والتطبيقات المختلفة، يمكننا التوصية بعائلات عازلة مناسبة من مجموعة منتجاتنا من لوحات الدوائر المطبوعة عالية الحرارة ومواد القلب المعدني.
2. اختيار قلب الألومنيوم مقابل قلب النحاس (والسمك)
لوحة MCPCB من الألومنيوم
الخيار القياسي لمعظم مشاريع إضاءة LED والسيارات والصناعة.
- توازن جيد بين الأداء الحراري والوزن والتكلفة.
لوحة MCPCB ذات قلب نحاسي
- تُستخدم في كثافات الطاقة القصوى أو الوحدات المدمجة جدًا.
- توفر أعلى توصيل حراري ولكن بتكلفة ووزن أعلى.
المقايضات الرئيسية:
- الأداء الحراري المطلوب (أهداف درجة حرارة الوصلة)
- الصلابة الميكانيكية والتسطيح
- قيود الحجم والوزن
- حساسية التكلفة
3. وزن النحاس، التصميم والتخطيط للوسادات
طبقة النحاس هي الشبكة الكهربائية وناشر الحرارة الجانبي في آن واحد:
- النحاس الأثقل (2 أونصة، 3 أونصة وما فوق) يساعد على نشر الحرارة، خاصة في مصفوفات LED متعددة الرقائق.
- تصميم الوسادات على وسادات LED الحرارية (صلبة مقابل مجزأة) يؤثر على الفراغات والإجهاد الميكانيكي.
- المسارات الأعرض وصب النحاس حول مصابيح LED عالية الطاقة يقللان من ارتفاع درجة الحرارة المحلية.
نحن نستخدم قدرتنا على تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة المتقدمة لدمج النحاس الثقيل مع الميزات الدقيقة عند الحاجة.
4. لون قناع اللحام والتشطيب السطحي
بالنسبة للعديد من وحدات LED، يُفضل قناع اللحام الأبيض لزيادة الانعكاسية. في تصميمات أخرى، تُستخدم الألوان السوداء أو المخصصة للتحكم في الوهج أو لمطابقة التصميم الصناعي.
- نساعدك في اختيار مجموعات قناع اللحام والتشطيب التي تحافظ على ثبات اللون تحت درجات حرارة إعادة التدفق والتشغيل.
- تُختار التشطيبات السطحية (ENIG، OSP، إلخ) بناءً على الموثوقية وعملية التجميع والتكلفة.
المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCB) المتقدمة لمصابيح LED ومتى تستخدمها
لا تتناسب جميع تصميمات LED مع لوحة MCPCB بسيطة أحادية الطبقة. بالنسبة للمنتجات الأكثر تطلبًا، يمكن استخدام أمثلة وهياكل مختلفة لتكديس MCPCB.
MCPCB متعدد الطبقات
عندما تحتاج إلى:
- توجيه أكثر تعقيدًا (مثل برامج التشغيل المدمجة أو خطوط الإشارة)
- وحدات LED مدمجة وعالية الوظائف
يمكننا إضافة طبقات إضافية من FR-4 أو ذات درجة حرارة انتقال زجاجي عالية (High-Tg) فوق القلب المعدني، مما يخلق هيكلًا هجينًا متعدد الطبقات. يجب أن تنتقل الحرارة بعد ذلك عبر المزيد من الطبقات، لذلك نتعامل مع التصميم الحراري و هندسة التكديس بعناية فائقة.
العملات / التطعيمات النحاسية للنقاط الساخنة الشديدة
بالنسبة لمصابيح LED عالية الطاقة جدًا أو مصادر الأشعة فوق البنفسجية، فإن تضمين عملات أو كتل نحاسية صلبة مباشرة تحت مصباح LED:
- ينشئ مسارًا ذا مقاومة حرارية منخفضة للغاية من وسادة LED إلى القلب المعدني أو المشتت الحراري.
- يتطلب تصنيعًا دقيقًا وتحكمًا في التصفيح.
تطبق APTPCB بشكل روتيني هذه الحلول النحاسية المدمجة في وحدات الطاقة العالية حيث كل درجة حرارة مهمة.
تصميمات هجينة من FR-4 + MCPCB
هندسة معمارية شائعة:
- MCPCB لمحرك LED
- FR-4 للوحات السائق والتحكم، متصلة عبر موصلات أو كابلات مرنة
بصفتنا مصنعًا كاملاً لـ PCB، يمكننا بناء وتنسيق كلا الجانبين، وإذا لزم الأمر، توفيرهما كمجموعة متطابقة.
صلب-مرن + MCPCB
في التطبيقات التي ترغب فيها في اتصال رفيع ومرن بمحرك LED عالي الحرارة (مثل السيارات، الأجهزة القابلة للارتداء، وحدات الإضاءة المدمجة):
- يُستخدم MCPCB لرأس LED
- يتعامل المرن أو المرن الصلب مع الأسلاك والميكانيكا
نقوم بتصنيع كل من المرن/المرن الصلب و MCPCB داخليًا، متجنبين مشكلات التوافق بين المصانع.
المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCB) LED موثوقة
لا يزال أفضل تصميم لـ MCPCB LED بحاجة إلى مصنع يمكنه الحفاظ على نوافذ عملية صارمة في خطوط الإنتاج الحقيقية.
في APTPCB، يعتمد إنتاج MCPCB LED على عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) القياسية لدينا، والمكيفة للقلوب المعدنية والعوازل الحرارية العالية:
- تصفيح متحكم فيه للعوازل الحرارية الموصلة بالقلوب المصنوعة من الألومنيوم/النحاس
- نقش دقيق للنحاس، حتى على الطبقات النحاسية السميكة
- تحكم صارم في سمك العازل وتجانسه عبر اللوحة
- حفر وتوجيه وإزالة نتوءات متخصصة للقلوب المعدنية
- التحكم في التسطيح للوحات ووحدات LED الكبيرة
نظرًا لأن MCPCB LED هو جزء من عرضنا الأوسع لـ لوحات الدوائر المطبوعة ذات القلب المعدني (metal core PCB)، فإنه يستفيد من نفس الأدوات والتحكم في العمليات والخبرة الهندسية التي نستخدمها لعملاء الطاقة والسيارات والصناعة.
إذا كنت بحاجة إلى PCB + تجميع، فإن خدمات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الجاهزة لدينا يمكنها أيضًا التعامل مع وضع LED، والمحركات، وأجهزة الاستشعار، وبناء الوحدة الكاملة في تدفق واحد.
المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCB) LED
بالنسبة لوحدات LED عالية الطاقة، "يبدو جيدًا" ليس خطة اختبار. نحن نتحقق من صحة لوحات MCPCB LED باستخدام مزيج من الفحوصات الحرارية والكهربائية والميكانيكية، المدمجة في نظامنا الشامل لجودة لوحات الدوائر المطبوعة.
تشمل الفحوصات الحرارية والكهربائية الرئيسية ما يلي:
الموصلية الحرارية العازلة والمقاومة الحرارية
- اختبارات على مستوى المواد، وعند الحاجة، قياسات الممانعة الحرارية على مستوى اللوحة.
الانهيار العازل والعزل
- اختبارات الجهد العالي (Hi-pot) للسلامة وسلامة العزل بين النحاس والقلب المعدني.
التسطح والالتواء
- ضروري للتلامس الصحيح للمشتت الحراري ووضع LED.
تحليل المقطع العرضي
- للتحقق من سمك العازل، والالتصاق، وغياب الفراغات، وجودة حفر النحاس.
للعملاء الذين يحتاجون إليها، يمكننا دعم:
- الدورات الحرارية للوحات العينات
- اختبارات التشغيل الأولي (burn-in) أو التشغيل في درجة حرارة مرتفعة
- التحقق على مستوى التطبيق على وحدات LED المجمعة
المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCB) LED التالية الخاصة بك
تتحقق أفضل النتائج عندما نشارك مبكرًا بما يكفي للتأثير على ترتيب الطبقات والمواد—وليس مجرد "بناء ما هو موجود في ملف Gerber".
لمشروع جديد لإدارة الحرارة للوحات MCPCB LED، من المفيد إذا كان بإمكانك مشاركة:
- نوع وطاقة LED المستهدف (على سبيل المثال، 10 مصابيح LED بقوة 3 واط، COB بقوة 50 واط، مصفوفة LED فوق بنفسجية)
- حجم اللوحة وشكلها والقيود الميكانيكية
- درجة الحرارة المحيطة المستهدفة والحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة الغلاف/الوصلة
- مفهوم المشتت الحراري أو الغلاف المخطط له (إن وجد)
- المتطلبات الكهربائية (الجهد، احتياجات مسافة الزحف/الخلوص، معايير السلامة)
- توقعات العمر الافتراضي والموثوقية (الساعات، البيئة، الشهادات)
من هناك، يمكن لفريقنا الهندسي أن يقوم بما يلي:
- التوصية بتكوين MCPCB ونظام عازل مناسبين
- اقتراح قلب من الألومنيوم مقابل النحاس والسمك
- تقديم المشورة بشأن وزن النحاس والتخطيط والتجميع في لوحات
- تقديم مراجعة DFM (التصميم للتصنيع) قابلة للتطبيق قبل تثبيت التصميم
إذا كنت تعمل على وحدة LED عالية الطاقة —سواء للإضاءة، السيارات، الصناعة، الأشعة فوق البنفسجية أو الإضاءة الخلفية للشاشات— يمكن لـ APTPCB أن يكون مصممك ومصنعك للوحات MCPCB LED، مما يساعدك على تحويل الاختناقات الحرارية إلى ميزة تنافسية بدلاً من صداع.