Seitenlicht-Leiterplatte: Designspezifikationen, thermische Regeln und Fertigungs-Checkliste

Seitenlicht-Leiterplatte Kurzantwort (30 Sekunden)

Die Entwicklung einer Seitenlicht-Leiterplatte erfordert eine strenge Kontrolle der mechanischen Toleranzen und des Wärmemanagements, um sicherzustellen, dass seitlich emittierende LEDs perfekt mit Lichtleitern oder Gehäusen ausgerichtet sind.

Kantenabstand: Halten Sie einen Mindestabstand von 0,5 mm (bevorzugt 1,0 mm) vom LED-Gehäuse zur Leiterplattenkante ein, um Beschädigungen beim V-Nut-Fräsen oder Routen zu vermeiden.
Wärmemanagement: Verwenden Sie thermische Vias direkt unter dem Wärmeleitpad der LED; für Hochleistungsanwendungen (wie Bremslicht-Leiterplatten) sollten Sie Metallkern-Leiterplatten (MCPCB) in Betracht ziehen.
Lötstopplackstege: Implementieren Sie einen 4mil (0,1mm) Lötstopplacksteg zwischen den Pads, um Lötbrücken zu verhindern, die bei feinrasterigen Side-View-LEDs häufig auftreten.
Pad-Geometrie: Verlängern Sie die Zehe des Lötpads um 0,2 mm–0,4 mm über den Bauteilanschluss hinaus, um die Selbstausrichtung während des Reflow-Lötens zu verbessern.
Nutzenfertigung: Verwenden Sie Tab-Routing mit Mauslöchern anstelle von V-Scoring in der Nähe der LEDs, um mechanische Spannungen zu reduzieren, die Keramik-LED-Körper reißen lassen könnten.
Validierung: Überprüfen Sie den Lichtstrom und die Farbtemperaturkonsistenz nach dem Reflow-Löten, da thermische Belastung die LED-Eigenschaften verschieben kann.

Wann Seitenlicht-Leiterplatten angewendet werden (und wann nicht)

Seitenlicht-Leiterplatten-Lösungen sind spezifisch für Anwendungen, die eine flache Beleuchtung oder Kantenbeleuchtung erfordern.

Wann eine Seitenlicht-Leiterplatte verwendet werden sollte:

Platzbeschränkte Hintergrundbeleuchtung: Wenn die Gerätedicke das Platzieren von LEDs hinter dem Display verhindert (z. B. LCD-Monitore, dünne Instrumententafeln).
Automobil-Außenbeleuchtung: Speziell für Kurvenlicht-Leiterplatten (Cornering Light PCB) oder Akzentlicht-Leiterplatten (Accent Light PCB), bei denen Licht seitlich ohne komplexe Optik gelenkt werden muss.
Lichtleiterkopplung: Beim Einkoppeln von Licht in eine PMMA- oder Polycarbonat-Lichtleiterplatte (LGP) für gleichmäßige Umgebungslicht-Leiterplattenanwendungen (Ambient Light PCB).
Statusanzeigen: Kantenmontierte Anzeigen auf Server-Blades oder Unterhaltungselektronik, bei denen Sichtbarkeit vom Seitenprofil erforderlich ist.

Wann Side Light PCBs NICHT verwendet werden sollten:

Hochintensive Flutlichtbeleuchtung: Top-View-LEDs auf einer Standard-MCPCB sind aufgrund besserer Wärmepfade effizienter für die allgemeine Flächenbeleuchtung.
Direktansicht-Matrixanzeigen: Wenn der Betrachter direkt auf die Platinenoberfläche blickt, bieten Top-View-LEDs bessere Betrachtungswinkel und eine einfachere Montage.
Umgebungen mit extremen Vibrationen: Side-View-LEDs sind stark auf Lötstellen für mechanische Stabilität angewiesen; starke Vibrationen können Durchsteck-Winkel-LEDs oder zusätzliche Klebeverstärkung erfordern.
Kostengünstige, unkritische Anzeigen: Wenn der Platz es zulässt, ist das Biegen einer Standard-Durchsteck-LED günstiger als die Beschaffung spezialisierter Side-View-SMT-Komponenten.

Regeln und Spezifikationen für Side Light PCBs (Schlüsselparameter und Grenzwerte)

APTPCB (APTPCB Leiterplattenfabrik) empfiehlt die Einhaltung dieser Spezifikationen, um den Ausbeuteverlust während der Montage zu minimieren.

Regel	Empfohlener Wert/Bereich	Warum es wichtig ist	Wie zu überprüfen	Bei Missachtung
Leiterplatten-Randabstand	> 0,8 mm (vom LED-Gehäuse)	Verhindert, dass Entpanelisierungsstress die LED-Linse oder das Gehäuse beschädigt.	Gerber Viewer (Mechanische Schicht)	Gerissene LEDs, offene Stromkreise.
Kupfergewicht	1 oz oder 2 oz	Verbessert die seitliche Wärmeverteilung für randmontierte Komponenten.	Lagenaufbauzeichnung	Überhitzung, reduzierte LED-Lebensdauer.
Lötstopplackdamm	Min. 4 mil (0,1 mm)	Verhindert Lötbrücken zwischen Anode, Kathode und Wärmeleitpads.	DFM-Prüfung / CAM	Kurzschlüsse während des Reflow-Lötens.
Thermische Vias	0,3 mm Loch, 0,6 mm Raster	Leitet Wärme vom thermischen Pad der LED zur unteren Schicht oder zum Kern.	Bohrdatei / Bohrzeichnung	Thermische Abschaltung, Farbverschiebung.
Oberflächenveredelung	ENIG oder OSP	Bietet eine flache Oberfläche für Side-View-LEDs mit feinem Raster.	Spezifikation der Fertigungsnotiz	Schlechte Koplanarität, Tombstoning.
Aspektverhältnis (Vias)	< 8:1	Gewährleistet eine zuverlässige Beschichtung in thermischen Vias.	Querschnittsanalyse	Offene Vias, schlechte Wärmeübertragung.
Dielektrikumsdicke	< 100 µm (für MCPCB)	Minimiert den Wärmewiderstand zwischen Kupfer und Metallkern.	Materialdatenblatt	Hohe Sperrschichttemperatur ($T_j$).
Pad-Verlängerung (Toe)	+0,3 mm gegenüber Datenblatt	Erhöht die Meniskuskraft für die Selbstausrichtung.	Überprüfung der Footprint-Bibliothek	Schiefe LEDs, schlechte optische Kopplung.
Nutzenabstand	> 5 mm zwischen den Platinen	Bietet Platz für den Fräser, ohne randmontierte LEDs zu berühren.	Nutzenzeichnung	Beschädigte Komponenten während des Fräsens.
Lötpastentyp	Typ 4 (SAC305)	Kleinere Partikelgröße verbessert die Freisetzung bei kleinen Pads.	SPI (Lötpasteninspektion)	Unzureichendes Lot, kalte Lötstellen.

Implementierungsschritte für Side Light PCBs (Prozessprüfpunkte)

Befolgen Sie diese Schritte, um sicherzustellen, dass Ihre Side Light PCB ohne technische Verzögerungen vom Entwurf zur Produktion gelangt.

Komponentenauswahl & thermische Analyse Wählen Sie die seitlich abstrahlende LED basierend auf Lichtstärke und Wärmewiderstand aus. Berechnen Sie die gesamte Leistungsdichte. Wenn die Dichte 0,5 W/cm² überschreitet, wechseln Sie von FR4 zu Metallkern-Leiterplatten (Aluminium oder Kupfer).
Lagenaufbau & Materialdefinition Definieren Sie den Lagenaufbau. Bei FR4 maximieren Sie die Massefläche auf den oberen und unteren Lagen, die durch Vias verbunden sind. Für Beacon Light PCB-Anwendungen, die hohe Zuverlässigkeit erfordern, spezifizieren Sie hoch-Tg-Material (Tg > 170°C), um thermischer Wechselbeanspruchung standzuhalten.
Footprint-Design & DFM Erstellen Sie den Footprint mit "Toe"-Verlängerungen an den Pads. Stellen Sie sicher, dass das thermische Pad in der Schablonenschicht segmentiert ist (Fensterscheiben-Design), um Lötfehlstellen zu vermeiden, die Hot Spots verursachen.
Platzierung & Routing Platzieren Sie LEDs entlang der Platinenkante. Führen Sie Leiterbahnen von der Platinenkante weg, bevor Sie sie mit der LED verbinden, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden. Stellen Sie sicher, dass keine Vias auf dem Pad platziert werden, es sei denn, sie sind gefüllt und verschlossen (VIPPO), obwohl standardmäßige abgedeckte Vias in der Nähe des Pads aus Kostengründen bevorzugt werden.
Nutzenstrategie Gestalten Sie die Leiterplatte mit "Tab-Routing" anstelle von V-Nut für die Kanten, die die LEDs aufnehmen. V-Nut-Trennung verursacht Biegespannungen. Platzieren Sie Mauslöcher (mouse bites) mindestens 5 mm von der nächsten LED entfernt.
Lötpastenschablonen-Design Fordern Sie eine Schablonendicke von 0,10 mm bis 0,12 mm an. Verwenden Sie elektropolierte Schablonen für Öffnungen, die kleiner als 0603 sind, um eine gute Pastenfreigabe zu gewährleisten.
Reflow-Profilierung Stellen Sie ein Reflow-Profil mit einer Einweichzone (150-180°C für 60-90s) ein, um die Flussmittelaktivierung zu ermöglichen und thermischen Schock zu minimieren. Side-View-LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich; stellen Sie sicher, dass eine MSL-Kontrolle (Backen) durchgeführt wird, wenn Teile exponiert waren.
Nutzentrennung & Prüfung Verwenden Sie eine Fräs- oder Laser-Nutzentrennmaschine. Brechen Sie Laschen niemals manuell. Führen Sie einen Funktionstest durch, um zu überprüfen, ob alle LEDs leuchten, und suchen Sie nach "toten" LEDs, die durch Mikrorisse verursacht wurden.

Fehlerbehebung bei Seitenlicht-Leiterplatten (Fehlermodi und Korrekturen)

Häufige Defekte bei der Herstellung von Seitenlicht-Leiterplatten und deren Behebung.

1. LED-Tombstoning (einseitiges Abheben)

Ursache: Ungleichmäßige Erwärmung oder unausgewogene Pad-Größen, die zu ungleicher Oberflächenspannung führen.
Prüfung: Überprüfen Sie, ob die Leiterbahnbreite, die mit Anode und Kathode verbunden ist, symmetrisch ist.
Behebung: Fügen Sie thermische Entlastung zu Pads hinzu, die mit großen Kupferflächen verbunden sind.
Prävention: Verwenden Sie hochpräzise Bestückungsautomaten mit langsamer Bestückungsgeschwindigkeit.

2. Lötbrückenbildung

Ursache: Übermäßige Lötpaste oder fehlender Lötstopplacksteg.
Check: Überprüfen Sie den Abstand zwischen den Pads in der Gerber-Datei.
Fix: Reduzieren Sie die Schablonenöffnungsgröße um 10-15%.
Prevention: Stellen Sie sicher, dass der Lötstopplacksteg mindestens 4 mil breit ist.

3. Gedimmte oder flackernde LEDs (Thermische Absenkung)

Cause: Überhitzung aufgrund schlechter Wärmeleitung.
Check: Messen Sie die Gehäusetemperatur ($T_c$) während des Betriebs.
Fix: Erhöhen Sie die Anzahl der thermischen Vias oder wechseln Sie zu einer höheren Kupferstärke.
Prevention: Simulieren Sie die thermische Leistung während der Designphase.

4. Gerissener LED-Körper

Cause: Mechanische Belastung während des Nutzens oder der Steckermontage.
Check: Überprüfen Sie den Abstand der LED zum V-Nut/Abreißsteg.
Fix: Verschieben Sie LEDs weiter vom Rand weg oder wechseln Sie zur Router-Nutzentrennung.
Prevention: Setzen Sie strenge Handhabungsregeln durch; biegen Sie die Platine nach der Bestückung nicht.

5. Farbverschiebung (Vergilbung)

Cause: Zu hohe Reflow-Temperatur oder Flussmittelkontamination auf der Linse.
Check: Überprüfen Sie das Reflow-Profil anhand des Datenblatts des LED-Herstellers.
Fix: Senken Sie die Spitzentemperatur oder verwenden Sie ein Flussmittel mit geringer Ausgasung.
Prevention: Verwenden Sie "No-Clean"-Flussmittel und vermeiden Sie Reinigungslösungsmittel, die mit Silikonlinsen reagieren.

6. Fehlausrichtung mit Lichtleiter

Cause: Toleranz der Leiterplatten-Befestigungsbohrung oder Versatz der LED-Platzierung.
Check: Überprüfen Sie die XY-Koordinaten des LED-Zentrums relativ zu den Befestigungsbohrungen.
Fix: Ziehen Sie die Bestückungstoleranz auf ±0,05 mm an.
Prävention: Fügen Sie Passermarken in der Nähe des LED-Arrays für die lokale Ausrichtungskorrektur hinzu.

So wählen Sie eine Seitenlicht-Leiterplatte (Designentscheidungen und Kompromisse)

Bei der Entwicklung für Akzentlicht-Leiterplatten oder Bremslicht-Leiterplatten müssen Ingenieure zwischen verschiedenen Substrat- und Montagetechnologien wählen.

1. Starres FR4 vs. Metallkern (MCPCB)

Starres FR4: Am besten für Anzeigen mit geringem Stromverbrauch und komplexe Leiterführung (Mehrschicht). Geringere Kosten. Schlechte Wärmeleitfähigkeit (~0,3 W/mK).
MCPCB: Unerlässlich für hochhelle Seiten-LEDs (>1W). Ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit (1,0–3,0 W/mK). Normalerweise auf einlagige Leiterführung beschränkt. Wählen Sie MCPCB, wenn die Sperrschichttemperatur der LED auf FR4 85°C überschreitet.

2. Side-View LED vs. Top-View LED mit Lichtleiter

Side-View LED: Ermöglicht dünnere Geräteprofile. Direkte Kopplung in die Kante. Schwerer zu löten; geringere Leistungsgrenzen.
Top-View + Lichtleiter: Ermöglicht LEDs mit höherer Leistung. Einfachere Montage. Erfordert mehr vertikalen Raum und kundenspezifische Kunststoff-Lichtleiter. Wählen Sie Side-View für ultradünne Designs (<5mm).

3. Starre vs. flexible Leiterplatte

Starr: Standard für gerade Kanten.
Flexible Leiterplatte: Erforderlich für gekrümmte Oberflächen (z.B. Kfz-Rückleuchten, die sich um eine Ecke wickeln). Ermöglicht die Montage von LEDs auf einem flexiblen Streifen, der sich dem Gehäuse anpasst. Siehe Flex-Leiterplatten-Fähigkeiten für Biegeradiusregeln.

Seitenlicht-Leiterplatte FAQ (Kosten, Lieferzeit, häufige Defekte, Abnahmekriterien, DFM-Dateien)

1. Was ist die typische Lieferzeit für einen Prototyp einer Seitenlicht-Leiterplatte? Die Standardlieferzeit beträgt 3–5 Tage für FR4 und 5–7 Tage für Metallkern-Leiterplatten (MCPCB). Expressdienste (24–48 Stunden) sind für dringende Validierungsbauten verfügbar.

2. Wie verhält sich der Preis einer Seitenlicht-Leiterplatte im Vergleich zu Standard-Leiterplatten? Die Kosten für die unbestückte Leiterplatte sind ähnlich wie bei Standardplatinen. Die Bestückungskosten können jedoch aufgrund der langsameren Bestückungsgeschwindigkeit, die für hochpräzise seitlich abstrahlende LEDs erforderlich ist, und der Notwendigkeit einer spezialisierten Inspektion (AOI) etwas höher sein.

3. Kann ich Standard-FR4 für Bremslicht-Leiterplatten im Automobilbereich verwenden? Im Allgemeinen nein. Bremslichter erzeugen erhebliche Wärme und erfordern eine hohe Zuverlässigkeit. Eine Aluminium-MCPCB oder ein FR4 mit hohem Tg-Wert, Dickkupfer und thermischen Vias wird empfohlen, um die Wärmelast zu bewältigen.

4. Was sind die Abnahmekriterien für das Löten von seitlich abstrahlenden LEDs? Gemäß IPC-A-610 muss die Lötkehle mindestens 50 % der Anschlussbeinhöhe des Bauteils benetzen. Das LED-Gehäuse muss flach auf der Leiterplattenoberfläche sitzen, ohne eine Neigung von mehr als 5 Grad, da eine Neigung die Lichtkopplung beeinträchtigt.

5. Welche Dateien werden für eine DFM-Überprüfung einer Seitenlicht-Leiterplatte benötigt? Senden Sie Gerber-Dateien (RS-274X), eine Centroid-/Bestückungsdatei, eine Bestückungszeichnung, die die LED-Ausrichtung zeigt, und das LED-Datenblatt. Das Datenblatt ist entscheidend für die Überprüfung der Footprint-Geometrie.

6. Wie testen Sie Seitenlicht-Leiterplatten in der Massenproduktion? Wir verwenden die automatische optische Inspektion (AOI), um Lötstellen und die Anwesenheit von Bauteilen zu überprüfen. Für Funktionstests verwenden wir eine Prüfvorrichtung, die die Platine mit Strom versorgt und Farbsensoren zur Überprüfung von Helligkeit und Farbkoordinaten einsetzt.

7. Warum fallen meine seitlich abstrahlenden LEDs während des V-Nut-Prozesses aus? Das V-Nut-Verfahren übt mechanischen Stress aus. Wenn die LEDs zu nah an der Schnittlinie (<3mm) oder parallel zum Schnitt liegen, kann der Keramikkörper reißen. Wechseln Sie zu Stegfräsen oder Laser-Depaneling.

8. Kann APTPCB doppelseitige Seitenlicht-Leiterplatten bestücken? Ja, dies erfordert jedoch eine Trägervorrichtung für den zweiten Reflow-Durchgang, um zu verhindern, dass Bauteile auf der Unterseite abfallen oder sich verschieben.

9. Was ist die minimale Platinendicke für randmontierte LEDs? Die Leiterplattendicke sollte möglichst dem mechanischen Mittelpunkt der LED entsprechen. Typischerweise sind 0,8 mm bis 1,6 mm Standard. Dünnere Platinen (0,4 mm) können sich während des Reflow-Lötens verziehen, was zu Fehlausrichtungen führt.

10. Wie verhindere ich Lichtaustritt bei Seitenlicht-Leiterplatten? Verwenden Sie schwarze Lötstoppmaske oder weißen Siebdruck, um Licht nach Bedarf zu reflektieren/absorbieren. Stellen Sie sicher, dass das mechanische Gehäuse eng an der Leiterplattenkante anliegt.

11. Unterstützen Sie "Seitenplattierung" (Kastellierte Löcher) für modulare Seitenlicht-Leiterplatten? Ja, wir können kastellierte Löcher (halbgeschnittene Vias) am Rand herstellen, wodurch die Seitenlicht-Leiterplatte vertikal auf eine Hauptplatine gelötet werden kann.

12. Was ist die beste Oberflächenveredelung für Seitenlicht-Leiterplatten? ENIG (stromloses Nickel-Tauchgold) wird bevorzugt, da es die flachste Oberfläche für die Feinrasterplatzierung und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit für Automobilanwendungen bietet.

Ressourcen für Seitenlicht-Leiterplatten (verwandte Seiten und Tools)

Leiterplatten für Automobilelektronik: Entdecken Sie Zuverlässigkeitsstandards für Fahrzeugbeleuchtung.
SMT-Bestückungsdienstleistungen: Details zu unseren Präzisionsplatzierungsfähigkeiten für 0201- und Seitenansichtskomponenten.
DFM-Richtlinien: Umfassende Designregeln, um sicherzustellen, dass Ihre Platine herstellbar ist.

Seitenlicht-Leiterplatten-Glossar (Schlüsselbegriffe)

Begriff	Definition
Side-View LED	Eine LED-Verpackung, die so konzipiert ist, dass sie Licht parallel zur Leiterplattenoberfläche emittiert (z. B. 4008, 020 Seitenansicht).
Lichtstrom	Die Gesamtmenge der emittierten Lichtenergie, gemessen in Lumen (lm).
Wärmewiderstand ($R_{th}$)	Ein Maß dafür, wie schwierig es für Wärme ist, von der LED-Sperrschicht zur Leiterplatte zu fließen.
Lichtleiterplatte (LGP)	Eine Acryl- oder Polycarbonatplatte, die Licht vom Rand zur Vorderseite eines Displays transportiert.
Tombstoning	Ein Lötfehler, bei dem eine Komponente aufgrund unausgeglichener Benetzungskräfte auf einem Ende steht.
MCPCB	Metallkern-Leiterplatte; verwendet eine Metallbasis (Al/Cu) zur Wärmeableitung.
Lötstopplackdamm	Eine Brücke aus Lötstopplack zwischen Pads, um das Fließen von Lot zwischen ihnen zu verhindern.
Binning	Sortierung von LEDs nach Farbe (Chromatizität), Spannung und Helligkeit, um Gleichmäßigkeit zu gewährleisten.
Vereinzelung	Der Prozess des Trennens einzelner Leiterplatten von einem Fertigungspanel.
Passermarke	Eine Kupfermarkierung, die von Bestückungsautomaten zur optischen Ausrichtung der Leiterplatte verwendet wird.
Sperrschichttemperatur ($T_j$)	Die interne Temperatur des LED-Chips; Überschreiten des Grenzwerts führt zu Ausfall.

Angebot für Seitenlicht-Leiterplatten anfordern (DFM-Überprüfung + Preisgestaltung)

APTPCB bietet spezialisierte Fertigung für Seitenlicht-Leiterplatten-Projekte, einschließlich Akzentlicht-Leiterplatten- und Abbiegelicht-Leiterplatten-Designs. Wir bieten eine kostenlose DFM-Überprüfung an, um thermische und mechanische Probleme vor der Produktion zu erkennen.

Um ein genaues Angebot zu erhalten, geben Sie bitte Folgendes an:

Gerber-Dateien: Einschließlich aller Kupfer-, Bohr- und Lötstopplackschichten.
BOM (Stückliste): Insbesondere die MPN für die seitlich abstrahlenden LEDs.
Menge: Prototyp (5-10 Stück) oder Großserienvolumen.
Besondere Anforderungen: Z.B. "Muss den Zuverlässigkeitsstandards der Automobilindustrie entsprechen" oder "Strenges Farb-Binning erforderlich."

Fazit: Nächste Schritte für Seitenlicht-Leiterplatten

Der erfolgreiche Einsatz einer Seitenlicht-Leiterplatte erfordert ein Gleichgewicht zwischen Wärmeableitung und präziser mechanischer Ausrichtung. Durch die Einhaltung der Regeln für Kantenabstand, Pad-Geometrie und Reflow-Profilierung können Sie häufige Defekte wie Tombstoning und Rissbildung vermeiden. APTPCB ist bereit, Ihr Projekt mit hochpräzisen Fertigungs- und Bestückungsdienstleistungen zu unterstützen, die speziell auf kantenbeleuchtete Anwendungen zugeschnitten sind.