Руководство по техническим характеристикам алюминиевых светодиодных печатных плат

Термин «алюминиевая светодиодная печатная плата на заказ» охватывает широкий спектр запросов — от нестандартной формы платы до диэлектрика 3.0 Вт/м·К, работающего на 3 унциях меди. Не все эти запросы одинаково просты, и некоторые рекламируемые «опции» ограничены таким образом, что влияют как на сроки выполнения, так и на тепловые характеристики. В этой статье рассматривается, что действительно можно настроить в конструкции алюминиевых светодиодных печатных плат, где возникают компромиссы и какие параметры ограничены физическими или технологическими параметрами.

Алюминиевое основание: сплав, толщина и отделка.

Навигация по статьям

1. Алюминиевое основание: сплав, толщина и отделка.
2. Диэлектрический слой: наиболее важная модификация.
3. Плотность меди: зависимость пропускной способности от разрешения травления.
4. Контур и форма доски
5. Варианты обработки поверхности алюминиевых светодиодных печатных плат
6. Цвет паяльной маски: функциональные последствия, выходящие за рамки эстетики.
7. Что нельзя настроить
8. Заказ нестандартных спецификаций: что следует включить в запрос коммерческого предложения?
9. FAQ

Алюминиевая основа — наиболее часто упускаемый из виду параметр персонализации. Важны три свойства:

Марка сплава :

• 1050 (99.5% Al): самая высокая теплопроводность (~220 Вт/м·К), самый мягкий, самая низкая прочность — стандартный выбор для конструкций с тепловым приводом.
• 5052 (Al-Mg): ~140 Вт/м·К, значительно более высокая прочность на растяжение и коррозионная стойкость — предпочтителен для использования в условиях вибрации и для изделий, предназначенных для наружного применения.
• 6061 (Al-Mg-Si): ~170 Вт/м·К, наивысшая механическая жесткость — используется, когда печатная плата также выполняет функцию структурного теплоотвода.

Толщина : Стандартный диапазон составляет от 0.8 мм до 3.0 мм. Для плит тоньше 1.0 мм требуется тщательная разработка траектории фрезерования или V-образного надреза во избежание деформации основания. Плиты толщиной более 2.0 мм увеличивают общий вес сборки и могут потребовать изменения характеристик крепежных элементов в конечном изделии.

Обработка основания : Анодированное алюминиевое основание доступно для конструкций, где гладкая нижняя сторона платы контактирует с проводящим радиатором и требуется изоляция. Анодирование добавляет 10–20 мкм с каждой стороны и действует как вторичный диэлектрический слой — полезно для конструкций с двойной изоляцией, но увеличивает количество технологических этапов.

Диэлектрический слой: наиболее важная модификация.

Диэлектрический слой определяет тепловое сопротивление, напряжение изоляции и технологические характеристики. Именно здесь происходит наиболее существенное различие в характеристиках печатных плат на алюминиевой подложке.

Критический момент: диэлектрики с более высокой теплопроводностью тоньше при эквивалентном напряжении пробоя, поскольку высокопроводящие наполнители содержат керамику, а диэлектрическая прочность на единицу толщины ниже, чем у стандартных полимерных систем. Указание значения 3.0 Вт/м·К при толщине 100 мкм означает более низкое напряжение изоляции, чем 1.0 Вт/м·К при 100 мкм. Обсудите компромисс с производителем во время проверки проекта печатной платы с металлическим сердечником.

Плотность меди: зависимость пропускной способности от разрешения травления.

В стандартных алюминиевых печатных платах для светодиодов используется медь толщиной 1 унция (35 мкм). В трех случаях требуется более толстый слой меди:

Медь толщиной 2 унции (70 мкм) : светодиодные цепочки, пропускающие 2–5 А на дорожку. Подходит для большинства промышленных и коммерческих светодиодных модулей высокой мощности.

Медь толщиной 3 унции (105 мкм) : для светодиодных матриц с током 5–10 А или в случаях, когда резистивный нагрев дорожек существенно увеличивает тепловую нагрузку светодиода. Компания Highleap Electronics производит алюминиевые светодиодные печатные платы с медью толщиной до 3 унций.

Компромисс : более толстый слой меди уменьшает минимальные требования к толщине дорожек и зазоров. При толщине 3 унции минимальная толщина дорожек/зазоров обычно составляет 6/6 мил по сравнению с 4/4 мил при толщине 1 унции. Если ваша микросхема драйвера светодиодов имеет площадки с малым шагом, расположенные рядом с сильноточными дорожками, выбор толщины меди ограничивает возможности компоновки.

Контур и форма доски

Непрямоугольные контуры печатной платы — круглые, шестиугольные, L-образные или нестандартные — полностью поддерживаются, но влияют как на расход материала, так и на сложность траектории фрезерования. Для светодиодных панелей большой площади (>300 × 300 мм) необходимо уточнить максимальные размеры алюминиевых панелей, установленные производителем. Некоторые производители ограничивают размеры алюминиевых панелей до 400 × 500 мм; другие — до 600 × 800 мм.

Доступны вырезы, пазы и потайные монтажные отверстия. Допуски на пазы для алюминия обычно составляют ±0.15 мм по сравнению с ±0.1 мм для FR-4 — это важно, если паз соприкасается с механическим элементом корпуса светильника, требующим высокой точности.

Варианты обработки поверхности алюминиевых светодиодных печатных плат

Для алюминиевых светодиодных печатных плат обычно доступны три варианта обработки поверхности:

ENIG (химическое никелирование с иммерсионным золочением) : 3–6 мкм золота поверх 100–150 мкм никеля. Плоская поверхность, стабильность при хранении до 12 месяцев, рекомендуется для SMD-светодиодов и COB-матриц с малым шагом выводов. Процесс ENIG увеличивает время работы на 3–5 рабочих дней по сравнению с HASL.

LF-HASL (Lead-Free Hot Air Solder Leveling) : Недорогой, устойчив к механическим воздействиям. Неровности поверхности ±8–15 мкм делают его непригодным для контактных площадок светодиодов 0402 и меньшего размера, а также для микросхем драйверов с малым шагом выводов. Подходит для контактных площадок сквозных разъемов.

OSP (органический консервант для паяемости) : самое недорогое и тонкое покрытие для обработки поверхности. Чувствителен к отпечаткам пальцев и влажности — требует контролируемого обращения с момента получения и использования на этапе поверхностного монтажа. Срок годности обычно 6 месяцев. Подходит только для процессов однократной пайки оплавлением.

Цвет паяльной маски: функциональные последствия, выходящие за рамки эстетики.

Белая паяльная маска на алюминиевых светодиодных печатных платах — это не просто косметический, а функциональный выбор. Белая маска отражает свет светодиодов обратно в оптическую систему, повышая эффективность светильника на 3–8% в зависимости от геометрии полости. Она является стандартной для наружных алюминиевых светодиодных печатных плат и светильников для выращивания растений в помещении, где важна отражательная способность.

Черная паяльная маска поглощает рассеянный свет и используется в подсветке дисплеев и оптических датчиках, где вторичные отражения ухудшают качество изображения.

Стандартный зеленый цвет дешевле и доступен у большего числа поставщиков диэлектриков, но он не улучшает и не ухудшает оптические характеристики в типичных светодиодных светильниках.

Что нельзя настроить

Некоторые параметры выглядят как переменные, но на самом деле ограничены физическими процессами или технологическими условиями:

• Диэлектрическая теплопроводность не может превышать температуру Кюри основного материала, не превысив при этом его собственный запас по напряжению пробоя. — В полимерно-керамических композитных системах существует физический компромисс между теплопроводностью и диэлектрической прочностью.
• Сквозные отверстия для соединения меди с алюминиевым основанием отсутствуют. — В большинстве конструкций светодиодных светильников алюминиевое основание находится под другим электрическим потенциалом (заземление корпуса или плавающий потенциал); любое соединение меди с алюминием через переходное отверстие является причиной неисправности цепи.
• Регулирование импеданса неприменимо. В отличие от однослойных алюминиевых светодиодных печатных плат, где все дорожки расположены над сплошной металлической заземляющей плоскостью, здесь не применяется контроль характеристического импеданса, используемый в высокочастотном радиочастотном проектировании.

Заказ нестандартных спецификаций: что следует включить в запрос коммерческого предложения?

В полный комплект для изготовления алюминиевой светодиодной печатной платы на заказ (RFQ) входит:

1. Файлы Gerber + файл для сверления + контур платы DXF
2. Марка и толщина алюминиевого сплава
3. Диэлектрическая теплопроводность и предпочтения производителя (или «рекомендованный производителем эквивалент»)
4. Вес меди (унции)
5. Чистота поверхности
6. Цвет паяльной маски
7. Требования к высокому напряжению
8. Класс IPC (стандарт класса 2, класс 3 при необходимости)
9. Необходимые сертификаты (UL 94V-0, REACH, RoHS)

Отправьте этот запрос в компанию Highleap Electronics через форму запроса коммерческого предложения на светодиодные печатные платы , и мы ответим вам в течение 24 часов, предоставив информацию о стандартных технических характеристиках.

FAQ

Каков минимальный объем заказа для изготовления светодиодных печатных плат из алюминия по индивидуальным спецификациям? Для полностью индивидуальных спецификаций (нестандартная температура диэлектрика, нестандартная толщина алюминия) минимальный объем заказа обычно начинается от 50–100 панелей в зависимости от минимальных требований к закупке диэлектрического материала. Стандартные спецификации (1.0 Вт/м·К, алюминий 1.6 мм, медь 1 унция) доступны от 5 панелей в количестве, достаточном для изготовления опытных образцов.

Можно ли заказать плату нестандартного размера, превышающего стандартные размеры панелей? Да, в пределах максимального размера панели, установленного производителем. Компания Highleap Electronics поддерживает алюминиевые светодиодные печатные платы размером до 600 × 800 мм. Для очень больших панелей (>500 × 500 мм) может потребоваться усиление конструкции светильника для компенсации снижения жесткости алюминиевого основания по краям.

Как белая паяльная маска влияет на тепловые характеристики? Белая паяльная маска обладает незначительно более высоким тепловым сопротивлением, чем зеленая, благодаря добавлению диоксида титана. Разница в тепловых характеристиках незначительна (<<0.1°C/Вт). Преимущество в оптическом отражании (повышение эффективности светильника на 3–8%) значительно перевешивает тепловой эффект в конструкциях с отражающими полостями.

Можно ли сделать алюминиевые светодиодные печатные платы гибкими? Нет. Алюминий не является гибкой подложкой. Для гибких светодиодных приложений — носимых устройств, подсветки изогнутых дисплеев — подходящим продуктом является гибкая светодиодная печатная плата на полиимидной подложке, которая имеет другие требования к теплоотводу.