L'appello dell'utilizzo di LED in applicazioni di illuminazione sta crescendo rapidamente. I numerosi e significativi benefici dell'utilizzo di moduli che incorporano una matrice di LED vengono riconosciuti dai tecnici della progettazione in diversi settori chiave, tra cui illuminazione architettonica, aerospaziale e il mercato automobilistico "uovo d'oro".
Anche gli attributi quali flessibilità progettuale, bassi consumi, e luce affidabile e lunga durata distinguere i moduli LED da disegni basati su tubi fluorescenti e lampade a incandescenza tradizionali. LED può anche avere benefici indotto, come notevolmente riducendo la dimensione e la complessità del modulo e semplificando il design della lente.
Un buon esempio di alcuni altri vantaggi dell'illuminazione a LED è dimostrato da un'applicazione in cabina di un aereo passeggeri. Un'unità LED retrofit che ha sostituito un modulo di illuminazione fluorescente-tubo abilitato finemente controllata oscuramento e fornito anche illuminazione d'atmosfera attraverso l'uso di LED colorati in modo diverso.
Gestione termica
Forse il problema più impegnativo quando realizzando un progetto di modulo che utilizza LED è di gestire la temperatura delle giunzioni dispositivo individuale durante il normale funzionamento. Se la considerevole quantità di calore prodotta da tutti i dispositivi in un modulo non è gestita correttamente quindi la temperatura di giunzione può raggiungere un livello dove è ridotta durata di vita prevista del LED e affidabilità è compromessa (vedi link).
Moduli LED in genere comprendono una matrice di molti dispositivi di montaggio a superficie. Questi LED sono saldati a uno strato di rame acidato che fornisce le interconnessioni tra i singoli LED così come altri componenti attivi e passivi che sono necessari per completare il circuito. Le piccole dimensioni dei LED e la vicinanza con la quale possono essere montate significa che progettisti hanno una quantità enorme di libertà progettuale e possono realizzare modelli complessi di illuminazione con elevati livelli di luminosità.
Il circuito di rame acidato è separato da una piastra di base – di solito fatta di alluminio – da un termicamente efficienti, isolare elettricamente il materiale dielettrico. Le caratteristiche e le funzionalità dello strato dielettrico sono la chiave per la flessibilità di progettazione e le prestazioni del modulo globale.
Materiali dielettrici sono fatti miscelando materiali termicamente efficienti come allumina e boro nitruro con altri ingredienti, per fornire un rivestimento flessibile ma resistente sulla piastra di base. Una caratteristica importante dello strato dielettrico è la quantità di isolamento elettrico che fornisce tra il rame sulla zona superiore e la piastra di base metallica sulla parte inferiore. Questo è noto come la rigidità dielettrica. Un tipico materiale dielettrico può possedere una resistenza dielettrica di circa 800 V/mil ed essere rivestito sulla piastra di base per uno spessore di circa 8 – 12 mil (1 mil = 1 inch–3 = 25,4 µm).
Materiali dielettrici utilizzati su circuiti metallici coibentati solitamente hanno una conducibilità termica figura nella regione di 3W/mK. Questo è circa 10 volte le prestazioni ottenute da materiale di PCB FR4 (vetro tessuto ignifugo rinforzato in resina epossidica).
Un ulteriore requisito fondamentale dello strato dielettrico è di essere in grado di compensare i diversi coefficienti di espansione termica del rame pista sulla zona superiore dell'Assemblea e l'allargatore di calore piastra base in alluminio sul lato inferiore.
Corso tridimensionale
Lastre piane di coibentati metallici di circuiti composto da rame, uno strato dielettrico e una piastra di base in alluminio sono state disponibili per molti anni. Agli occhi di progettazione modulo LED lungimirante, il problema principale è stato lastre piane di metallo isolato di circuiti di limitarli alle forme 2D.
Per risolvere queste limitazioni, nuovi materiali dielettrici sono sempre disponibili che hanno un basso modulo, significa che essi sono compatibili con stress e tensioni meccaniche. Questi materiali non solo accogliere il coefficiente di dilatazione degli elementi metallici di costruzione, ma anche attivare parti essere formati nel retto e anche attraverso 360 ˚. Questo permette ai progettisti di realizzare disegni a forma di complesso e quelle che formano un cerchio completo con tracce di rame o interne o esterne.
Quando progettare con nuovi, formabile isolati materiali metallici circuit board è possibile instradare le tracce intorno agli angoli, che allevia la necessità di utilizzare connettori e cablaggio difficile. Ci sono molti vantaggi per questo, tra cui maggiore affidabilità derivante dall'avere un minor numero di svincoli e interconnessioni. Nonostante il costo leggermente più alto dei nuovi materiali, il costo complessivo è ridotto perché sono necessarie un minor numero di componenti, e viene ridotto il tempo di assemblaggio.
Resistenza e durata
LED stessi sono intrinsecamente resistenti. Montaggio su circuiti metal base serve solo a migliorare la loro robustezza e che il modulo completato, fornendo un'ottima resistenza alle vibrazioni e shock meccanici.
Automotive lighting cluster offrono un buon esempio di come i moduli LED in grado di fornire prestazioni superiori rispetto a lampade a incandescenza tradizionali. Applicazioni su veicolo sperimentare alti livelli di vibrazione e operativo ampi intervalli di temperatura che possono causare il guasto prematuro della lampade a incandescenza. In alcune condizioni di funzionamento che LED può durare fino a 100.000 ore, il che significa che non deve richiedere alcuna attenzione per la vita del veicolo.
La lunga durata dei LED semplifica anche compito dei designer perché è meno importanta rendere il modulo di illuminazione accessibili per la manutenzione del prodotto finito. Questo può risultare in un impianto più ordinato, più integrato e anche nel potenziale risparmio sui costi.
Temperatura di modellazione
Pacchetti software di analisi termica sono disponibili per contribuire a dimostrare LED basato su modulo disegni prima sono impegnati a produrre.
Questi pacchetti software raccolgono dati da un database integrato LED prestazioni e specifiche insieme a quelli di altri dispositivi che vengono montati sul circuito metallico coibentato. Questa data è combinata con altre informazioni sugli elementi del design, tra cui il rame tracce, potenza e piani terra e vias. Le informazioni fascicolate sono poi elaborate per produrre una rappresentazione accurata delle prestazioni termiche del design.
User-friendly rappresentazioni grafiche dei risultati consentono il progettista individuare rapidamente aree che richiedono attenzione, fino a livello di componente e pista.
Software di analisi termica può portare commerciale significativa e design vantaggi di velocità aiutando il time to market e riducendo il numero di iterazioni necessarie per raggiungere una soluzione production-ready.
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