LED-Leiterplatten finden in zahlreichen Anwendungen im Privat- und Industriebereich Anwendung. Aufgrund ihrer großen Reichweite, Leistung und Lebensdauer erfreuen sie sich großer Beliebtheit. Laut einem von Global News Wire veröffentlichten Bericht wird für den weltweiten Markt für Beleuchtungsprodukte bis 2031 ein Wert von 179,81 Milliarden US-Dollar erwartet.
Woraus besteht die LED-Leiterplatte?
LED-Leiterplatten sind dielektrische Aluminiumplatten, die dazu dienen, verschiedene elektronische Komponenten elektrisch und mechanisch zu verbinden. Im Allgemeinen besteht das Material der LED-Leiterplatte aus eloxiertem Aluminium. Basierend auf ihrer Form werden Leiterplatten für LEDs in folgende Gruppen unterteilt:
- Runden
- Linear
- Kleine Größe
- Rechteckig
Abhängig von der Anzahl der Schichten mit einem elektrisch leitfähigen Muster gibt es Leiterplatten in:
- Einseitig
- Beidseitig
- Mehrschichtig
Nach den Eigenschaften des Grundmaterials:
- Starr (wärmeleitend)
- Flexibel
LED-Platinen sind für viele LED-Anwendungen erforderlich. Sie können beispielsweise die LEDs schützen und Wärme von den Lampen ableiten, um deren Leistung und Effizienz zu verbessern.
Vorteile von LED-Platinen
Während die LED-Technologie eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung des Energieverbrauchs spielt, darf die Rolle von LED-Leiterplatten nicht unterschätzt werden. Sie bietet mehrere weitere Vorteile, die LED-Leiterplatten gegenüber anderen Leiterplatten einen Vorteil verschaffen.
1. Energieeffizient:
Im Vergleich zu Glühlampen und Leuchtstofflampen verbrauchen LEDs deutlich weniger Energie, was auch die Gesamtwartungskosten senkt.
2. Kompaktes Design:
Display-LEDs, Wearables und Fahrzeugbeleuchtung sind die wichtigsten Branchen, in denen kleinere Abmessungen wichtig sind. LED-Leiterplatten bieten nicht nur Kompaktheit, sondern auch ein flexibles Design, das den Anforderungen moderner Elektronik gerecht wird.
3. Längere Lebensdauer:
Da LED-Leiterplatten wesentlich effizienter sind als herkömmliche Glühbirnen, verringern sich die Wartungs- und Austauschkosten. Dies führt letztlich zu niedrigeren Betriebskosten.
4. Hervorragende Wärmeableitung:
LED-Leiterplatten verfügen über ausgezeichnete Wärmeableitungseigenschaften. Diese Eigenschaft verhindert eine Überhitzung und gewährleistet optimale Leistung und Lebensdauer der LEDs.
Ermöglicht eine einfache Integration mit intelligenter Technologie:
Integrierte LED-Leiterplatten ermöglichen einige einzigartige Funktionen wie Dimmen, Farbsteuerung und Zeitanpassung, wodurch die Beleuchtung sowohl für private als auch für gewerbliche Zwecke individueller gestaltet werden kann.
Gängige Materialien und Komponenten von LED-Leiterplatten
| Material | Spezifikation | Zweck |
| Substrat | FR-4 (Flammschutzmittel 4) | Hochtemperaturbeständig |
| Kupferfolie | Dicke: 18-35 μm | Bildet Leiterbahnen |
| Lötstopplack | Grün, ENIG (Chemisch Nickel Immersion Gold) | Schützt Kupferleiterbahnen vor Oxidation, |
| Siebdruck | Weiß | Bietet Komponentenbeschriftungen und -markierungen |
| LEDs | Spezifischer Typ und Größe je nach Anwendung | Strahlt Licht in der gewünschten Farbe aus |
| Widerstände | Spezifische Werte abhängig vom Schaltungsaufbau | Begrenzt den Stromfluss zum Schutz der LEDs |
| Kondensatoren | Spezifische Werte abhängig vom Schaltungsaufbau | Filtert Lärm heraus |
| Dioden | Spezifischer Typ abhängig vom Design der Leiterplatte | Schützt LEDs vor Rückstromfluss |
| Transistoren | Spezifischer Typ abhängig vom Schaltungsdesign | Steuert den Stromfluss zum Dimmen |
| Mikrocontroller | Optional, je nach Anwendung | Bietet intelligente Steuerung für komplexe Beleuchtungssysteme |
| Temperatur fällt | Aluminium oder anderes wärmeleitendes Material | Leitet Wärme ab |
| Anschlüsse | Stiftleisten, Schraubklemmen usw. | Ermöglicht den Anschluss an eine Stromquelle |
Im Allgemeinen besteht eine Standard-LED-Leiterplatte aus einigen wichtigen Teilen. Ebenso ist jedes Teil notwendig, damit die Platine ordnungsgemäß funktioniert. Die Hauptkomponenten von LED-Leiterplatten sind jedoch:
1. PCB-Substrat
LED-Leiterplatten benötigen eine Reihe von Substraten oder Kernmaterialien. Die zufällige Auswahl eines Substrats ist kein kluger Schachzug, da dies sowohl die mechanischen als auch die thermischen Eigenschaften der Leiterplatte beeinflusst. Sehen wir uns nun einige gängige Materialien für LED-Leiterplatten an. Alle haben viele verschiedene Verwendungsmöglichkeiten im LED-Bereich.
2. FR4
FR4-Leiterplatten sind das beliebteste Substrat für Leiterplatten. Es besteht aus Glasfaser. Darüber hinaus ist FR4 kostengünstiger als viele andere Substrate.
Im Hinblick auf die Anforderungen an LED-Leiterplatten ist FR4 jedoch kein gutes Material für Leiterplatten, da es eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Daher erschwert es die Wärmeableitung und erhöht das Risiko von Problemen wie Hitzeschäden an der Leiterplatte und den Komponenten.
3. CEM-1
CEM-1 ist FR4 sehr ähnlich. Darüber hinaus ist für viele LED-Schaltungen eine einlagige Leiterplatte erforderlich. CEM-1 ist ein leistungsfähiges Material und bietet ein Gleichgewicht zwischen Leiterplattenkosten und Wärmeleitfähigkeit.
4. CEM-3
CEM-3 ist eine hervorragende Alternative zu FR-4 und gehört zur selben Familie wie CEM-1. Darüber hinaus weist CEM-3 eine bessere mechanische Festigkeit als FR-4 auf, wodurch es physikalische Belastungen problemlos bewältigen kann und der Schaltung eine hervorragende Unterstützung bietet.
5. Aluminium-PCB-Material
Aluminium ist eines der am häufigsten verwendeten metallischen Substrate. Kupfer und Aluminium haben ähnliche Wärmeleitfähigkeitswerte.
Aluminium hält außerdem hohen Strömen sowie mechanischer und thermischer Belastung stand. Aluminium ist aufgrund seiner hervorragenden Wärmeableitungs- und Leistungseigenschaften das beliebteste Material für LED-Leiterplatten.
6. Kupferspuren
Kupfer wird häufig verwendet, um Leiterbahnen auf LED-Leiterplatten zu erzeugen. Der Hauptvorteil von Kupfer ist seine hervorragende Leitfähigkeit.
Dies beweist, dass es problemlos Signale übertragen und während des Vorgangs die Stromversorgung aufrechterhalten kann. Die leitfähigen Pfade der Schaltung ermöglichen den Stromfluss zwischen den LEDs und allen anderen Teilen.
7. Lötpads
Die Lötpads einer Leiterplatte dienen zur Aufnahme der Pins wichtiger Bauteile wie Chips und Transistoren. Lötpads sind kleine Kupferpads, die als mechanische Stützen dienen, um das Anlöten von Bauteilen an die Platine zu ermöglichen. Darüber hinaus fungieren sie als Schutzbarriere. Darüber hinaus schützen sie die Kupferbahnen vor äußeren Einflüssen und verhindern Kurzschlüsse, indem sie sie abschirmen.
8. Widerstände
Widerstände werden häufig in Schaltkreisen verwendet, um den Stromfluss zu anderen Teilen des elektrischen Systems zu steuern. Ebenso ist ein Widerstand ein Gerät, das dem Stromfluss Widerstand leistet. Wenn ein Widerstand zu einem Schaltkreis hinzugefügt wird, verringert sich die Gesamtmenge des durch ihn fließenden Stroms.
9. Kondensatoren
Kondensatoren sind wichtige Bestandteile elektronischer Systeme. Die Hauptfunktion von Kondensatoren besteht darin, elektrostatische Energie in einem elektrischen Feld aufrechtzuerhalten und sie bei Bedarf in den Stromkreis freizugeben. Darüber hinaus ermöglichen sie den Wechselstromfluss, verhindern jedoch den Gleichstromfluss, um einen gefährlichen Stromkreisausfall zu verhindern.
Arten von LED-Leiterplatten
LED-Leiterplatten sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Je nach Material, Verwendungszweck und Herstellungsanforderungen sind mehrere Arten von LED-Leiterplatten erhältlich. Wir haben einige wichtige Arten von LED-Leiterplatten erwähnt:
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Einschichtige vs. mehrschichtige Leiterplatten
Einschichtige Leiterplatten sind die am häufigsten vorkommende Art von Platinen, bei denen die Komponenten auf einer Seite platziert sind. Viele Platinen haben auch eine Substratschicht. Diese Platine hat jedoch nur eine leitfähige Kupferschicht.
Einschichtige Leiterplatten sind günstig und haben ein einfaches Design. Daher sind für ihre Herstellung keine komplexen technischen Prozesse erforderlich.
Der Grund hierfür liegt in der einfachen Konstruktion, die den Herstellungsprozess erheblich vereinfacht.
Multilayer-Platinen können je nach Anforderung auch mehr als drei Lagen aufweisen und beidseitig bestückt sein.
Die Schichten liegen übereinander. So bestehen Platinen dieser Art aus einer Prepreg-Schicht, einer kupferbeschichteten Schicht und einer Kernschicht.
Mehrschichtige Leiterplatten haben komplexe Designs und Hersteller von LED-Leiterplatten fertigen diese Platten nach Kundenwunsch. Natürlich sind mehrschichtige Platten stärker als einschichtige. Darüber hinaus sind sie robust gegenüber hohen Temperaturen und rauen Umgebungen wie Fabriken.
Flexible LED-Platine
Der Name sagt alles. Es besteht aus formbaren Materialien und kann auf viele Arten gebogen werden. Darüber hinaus hat es Schichten in Einzel-, Doppel- und Mehrschichtausführung. Ebenso sind die Kosten für das Drucken einer Schaltung auf flexiblem Material etwas höher.
Eine flexible LED-Leiterplatte bietet größere Vorteile als eine starre LED-Leiterplatte.
Starre LED-Platine
Starre Leiterplatten unterscheiden sich stark von flexiblen. Sie bestehen aus festem Material. Sie sind auf Computern zu finden. Außerdem sind sie mehrschichtig aufgebaut.
Aluminiumbasierte Leiterplatten
Aluminium-LED-Licht-Leiterplatten sind eine spezielle Art von kupferkaschiertem Laminat mit hervorragender elektrischer Isolierung und Wärmeableitungseffizienz. Aufgrund ihrer vielen Vorteile sind sie die beliebtesten Metallkern-Leiterplatten geworden.
Leiterplatten mit Metallkern (MCPC)
MCPCBs LED-Leiterplatten Verwenden Sie einen Metallkern aus Kupfer, Aluminium oder Edelstahl. Dieser Metallkern dient als Kühlkörper und leitet die von den PCB-Komponenten erzeugte Wärme effektiv weiter und verteilt sie.
Designüberlegungen für LED-Leiterplatten
Beim Designprozess von LED-Licht-PCBs spielen mehrere Faktoren eine entscheidende Rolle. Dazu gehören:
- Wärmeableitung:Um eine Überhitzung der LEDs zu verhindern, die zu reduzierter Helligkeit, Farbverschiebung und sogar zum Ausfall der LEDs führen kann, erzeugen LEDs während des Betriebs Wärme. Um sicherzustellen, dass LEDs bei optimalen Temperaturen funktionieren, sind geeignete Kühlkörper- und Wärmemanagementstrategien von entscheidender Bedeutung.
- Aktuelle Regelung: Um eine gleichbleibende Leistung und eine längere LED-Lebensdauer zu gewährleisten, müssen Treiber den Stromfluss richtig regulieren, um den LED-Kern nicht zu beschädigen. Das Überschreiten der empfohlenen Stromstärke der LED führt zu Schäden, daher ist eine präzise Stromregulierung unerlässlich.
- Layout-Optimierung:Beim Entwurf von Leiterplatten für LED-Leuchten müssen Sie LEDs, Komponenten und Leiterbahnen strategisch platzieren, um ihre Effizienz und Funktionalität zu maximieren:
- Minimieren Sie Leistungsverluste
- Sorgen Sie für eine ausreichende Wärmeableitung
- Optimieren Sie die Signalintegrität
- Erweitern Sie die Raumnutzung
- Der LED-PCB-Montageprozess ist einfach
Eine sorgfältige Layoutoptimierung kann die Leistung Ihrer LED-Licht-Leiterplatte erheblich verbessern.
- EMV-Konformität:Beim Entwurf von LED-Leiterplatten ist es wichtig, Abschirmungs-, Filter- und Erdungstechniken zu implementieren, um die EMV-Vorschriften einzuhalten und Störungen zu verhindern.
- Überlegungen zur Software:Ein PCB-Design muss Zugriff auf Softwareschnittstellen und Kommunikationsprotokolle für LED-Anwendungen beinhalten, die Funktionen beinhalten wie:
- Dimmen
- Farbwechsel
- Und Anpassung.
Tipps, die beim Design von LED-Leiterplatten zu beachten sind
Anzeige der Polarität:
Damit Sie beim Löten nicht durcheinander kommen, markieren Sie die Ausrichtung der LED mit Siebdruck. Zeichnen Sie das Schaltsymbol für die LED ein oder markieren Sie die Kathode.
Berücksichtigen Sie die Platzierung
Wie oben erwähnt, sind LEDs hitzeempfindlich. Platzieren Sie sie daher nicht in der Nähe von hitzeerzeugenden Komponenten. Achten Sie außerdem darauf, keine hohen Teile in der Nähe zu platzieren, da die Sicht dadurch beeinträchtigt wird.
Montagehöhe
LEDs mit Anschlussdrähten können leicht über der Platine verlötet werden. Wenn Sie sie von der Platine abheben möchten, wird häufig ein spezieller Abstandshalter verwendet. Berücksichtigen Sie dies bei der Konstruktion.
Berücksichtigen Sie die Farbe des Resists
Wenn Sie LEDs für Zwecke wie Beleuchtung verwenden, kann ein weißer Resist verwendet werden, wobei die Effizienz der Reflexion vom Substrat zu berücksichtigen ist. Wenn Sie die Reflexion hingegen minimieren möchten, können Sie auch Schwarz wählen.
Wärmeableitung
Wie oben erwähnt, erzeugen Hochleistungs-LEDs eine große Menge an Eigenwärme. Darüber hinaus erzeugen auch strombegrenzende Komponenten Wärme, wenn große Ströme durch sie fließen. Darüber hinaus ist es notwendig, die Wärme abzuleiten, indem ein ausreichendes Wärmeableitungsmuster geschaffen wird.
Herstellungsprozess für LED-Leiterplatten
Die Herstellung einer LED-Platine umfasst mehrere wichtige Schritte, ähnlich dem Zusammensetzen eines komplexen Puzzles. Hier ist eine vereinfachte Übersicht:
- Design und Layout: Wie beim Erstellen einer Blaupause umfasst diese Phase die sorgfältige Planung und Gestaltung des PCB-Layouts, einschließlich der Positionierung von LEDs, Komponenten und elektrischen Pfaden.
- Fotolithografie:Stellen Sie sich vor, Sie richten Licht durch eine Schablone auf einen empfindlichen Film. Bei diesem Verfahren werden die gewünschten Kupferleiterbahnen mithilfe von Licht auf die Leiterplattenoberfläche aufgebracht.
- Radierung: Genau wie beim Wegschneiden von unerwünschtem Material werden beim Ätzen Chemikalien verwendet, um das Kupfer zu entfernen, das nicht von der Fotolackschicht bedeckt ist, sodass die gewünschten Leiterbahnen zurückbleiben.
- Bohren: An bestimmten Stellen werden winzige Löcher in die Leiterplatte gebohrt, um eine sichere Befestigung der Komponenten zu ermöglichen.
- Löten: Dabei wird eine spezielle Metalllegierung geschmolzen, um dauerhafte elektrische Verbindungen zwischen den Komponenten und den Kupferleiterbahnen herzustellen.
- LED-PlatineMontage und Prüfung: Abschließend werden alle Komponenten sorgfältig auf der Leiterplatte montiert und verlötet. Die fertige Leiterplatte wird dann strengen Tests unterzogen, um ihre Funktionalität und Leistung sicherzustellen.
Stellen Sie sich diese Schritte wie das Zusammensetzen eines Puzzles vor: Jedes Teil spielt eine entscheidende Rolle bei der Erstellung funktionsfähiger LED-Leiterplatten.
Arten von LEDs mit SMD-Montagetyp
SMD-LEDs weisen mehrere unterschiedliche Eigenschaften auf, darunter:
- Anzahl der im Gehäuse platzierten Kristalle;
- Standardgrößen;
- Höchste Stromstärke;
- Heiztemperatur;
- Ausbreitungswinkel des Lichtstroms.
Bei der Auswahl lichtemittierender Halbleiterbauelemente werden deren Leistung, Farbe und Helligkeit berücksichtigt. Es sind einfarbige, zweifarbige und mehrfarbige LEDs mit SMD-Montage erhältlich. Ebenso variieren weiße LEDs in der Farbtemperatur von kaltem Weiß bis zu warmem Gelblicht.
Anwendungen von LED-Leiterplatten
Wir finden LED-Leiterplatten in verschiedenen Branchen, von der Beleuchtung unserer Häuser bis hin zur Stromversorgung unserer Hightech-Geräte! Hier sind einige gängige Anwendungen von LED-Leiterplatten:
- Leuchten: Lichtquellen mit LED-Leiterplatten sind energieeffizient, langlebig und in leuchtenden Farben erhältlich.
- Elektronische Geräte: Von Smartphones und Tablets bis hin zu Laptops und Wearables versorgen LED-Leiterplatten Displays, Hintergrundbeleuchtungen und Anzeigen mit Strom und verbessern so Benutzererfahrung und Funktionalität.
- Automobilanwendungen: LED-Leiterplatten befinden sich hinter den hellen Scheinwerfern, Rücklichtern und Instrumententafeln moderner Autos und tragen zur Sicherheit und optischen Attraktivität bei.
- Medizinische Ausrüstung: Von Diagnoseinstrumenten bis hin zu chirurgischen Werkzeugen sorgen LED-Leiterplatten für präzise Beleuchtung in kritischen medizinischen Anwendungen und gewährleisten so genaue Diagnosen und eine optimale Patientenversorgung.
- Unterhaltungselektronik: Von Fernsehern und Spielekonsolen bis hin zu Kameras und intelligenten Lautsprechern ermöglichen LED-Leiterplatten lebendige Displays, intuitive Benutzeroberflächen und aufregende Funktionen.
- Beschilderung und Displays: Von Werbetafeln über Einzelhandelsdisplays bis hin zur digitalen Beschilderung bieten LED-Leiterplatten fesselnde visuelle Elemente, die Aufmerksamkeit erregen und effektiv kommunizieren.
LED-Leiterplatten entwickeln sich in puncto Leistung immer weiter. Wir müssen beispielsweise viel an hitzebeständigem Design und hitzebeständigen Materialien arbeiten. Letztendlich wird dies die Produktqualität und -effizienz verbessern.
Abschluss
LED-Leiterplatten finden in verschiedenen Branchen zunehmend Verbreitung. Da sie hervorragende Eigenschaften wie Farbauswahl, Größe und Leistung bieten, sind LED-Leiterplatten sehr gefragt. Ebenso können wir die neuesten Anforderungen an intelligente LED-Leiterplatten beobachten, die ein persönlicheres Erlebnis bieten.