لوحة الدوائر المطبوعة

لوحة الدوائر المطبوعة لـ LED هي عبارة عن لوحة دوائر مطبوعة مصممة خصيصًا لأجهزة الصمامات الباعثة للضوء (LED). وتكمن وظيفتها الأساسية في توفير الدعم الميكانيكي والاتصال الكهربائي لرقاقات الـ LED. وفي الوقت نفسه، فإنها تُبدد بشكل فعال الحرارة الناتجة عن الـ LED أثناء التشغيل من خلال ركائز ذات توصيل حراري عالي مثل المواد القائمة على الألومنيوم والنحاس والمواد القائمة على السيراميك، تجنبًا للتدهور الضوئي وتقصير العمر الافتراضي. وغالبًا ما تعتمد دوائرها على بنية هجينة متسلسلة + متوازية، مع عرض خط يتناسب مع التيار الكهربائي العامل لـ LED. ويمكن أيضًا تصميمها على شكل صلب أو مرن أو مزيج من الصلب والمرن وفقًا لمتطلبات التطبيق، وتدعم الأشكال غير المنتظمة القطع. وهي متوافقة مع صمامات LED ذات الحزم المختلفة مثل SMD 2835 و5050، وتُستخدم على نطاق واسع في الإضاءة العامة والإلكترونيات السيارات وشاشات الإضاءة الخلفية والإضاءة الخاصة وغيرها من السيناريوهات. الفرق الأساسي بينها وبين لوحات الدوائر التقليدية (PCBs) يكمن في أن الأول يتخذ التوصيل الحراري والتبدد الحراري إلى جانب الربط الكهربائي كمتطلبات أساسية، بينما لا تتطلب اللوحات التقليدية سوى تلبية متطلبات الربط الكهربائي الأساسية.

مزايا لوحة الدوائر المطبوعة للإضاءة بـ LED

التبريد الفعال يحل مشكلات تدهور سطوع الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) وتقليل عمره الافتراضي من جذورها

عندما تكون المصابيح تعمل، تكون كفاءتها في تحويل الطاقة الكهربائية محدودة. حوالي 80% من الطاقة الكهربائية تحولت إلى حرارة. تراكم الحرارة يؤدي مباشرة إلى زيادة درجة حرارة LED الشريحة، مما يسبب مشاكل مثل التخفيف السريع للضوء، وانحراف درجة حرارة اللون، وتقصير العمر.

ميزة التوصيل الحراري للمادة الأساسية:

يتبنى لوحة PCB الموجّهة رصيدًا حراريًا عاليًا مثل المواد المعتمدة على الألومنيوم والنحاس والسيراميك ، مع التوصيل الحراري الذي يتجاوز بكثير ذلك من FR-4 PCBS العادي (الاستقبال الحراري من FR-4 هو حوالي 0.3 W/ ((م · ك) ، أن من أساس الألومنيوم يمكن أن تصل إلى 1-20 W/ ((م · ك) ، والتي من السيراميك نتريد الألومنيوم يمكن أن تصل إلى 180-200 W/ ((م · يمكن أن تجري بسرعة الحرارة التي تنتجها رقاقة LED إلى المستنقعات الحرارية أو البيئة الخارجية.

· تحسين إزالة الحرارة الهيكلية:

يتم تصميم بعض لوحات الدوائر الكهربائية ذات الصمامات الثنائية الباعثة للضوء عالية القدرة مع وسادات توصيل حراري وفتحات معدنية مغلفة لتحسين كفاءة التوصيل الحراري من وسادات الصمامات السطحية إلى القاعدة المعدنية السفلية يمكن أيضًا ربط لوحات الدوائر المطبوعة القائمة على الألومنيوم مباشرةً بمُبدّدات الحرارة دون الحاجة إلى مواد لاصقة موصلة حراريًا إضافية، مما يقلل مقاومة التوصيل الحراري بشكل أكبر.

· القيمة العملية:

يمكن أن يؤدي التبريد المعقول إلى تمديد عمر الصمامات الثنائية الباعثة للضوء من بضع آلاف من الساعات إلى 50,000 إلى 100,000 ساعة، مع ضمان الاستقرار طويل الأمد لشدة الإضاءة ودرجة حرارة اللون. وهو ما يجعلها مناسبة بشكل خاص للسيناريوهات التي تتطلب تشغيلًا مستمرًا لفترات طويلة، مثل مصابيح الشوارع ومصابيح السيارات الأمامية.

تتميز طوبولوجيا الدائرة بالاستقرار، مما يعزز مقاومة اللوحة الكلية للأعطاب

تم تصميم دائرة لوحة دارة الإضاءة LED مع أخذ خصائص الصمامات الثنائية الباعثة للضوء بعين الاعتبار، حيث أن "التوصيل المتسلسل يميل إلى الانقطاع، والتوصيل الموازي يميل إلى انحراف التيار"، مع تحقيق توازن بين الموثوقية و اتساق السطوع.

· مزايا التوبولوجيا الهجينة المتسلسلة-الموازية:

تعتمد هيكلة دارة من نوع "عدة مجموعات على التوالي + متصلة بشكل كلي على التوازي". فإذا انقطع صمام ثنائي باعث للضوء واحد، فلن يؤثر ذلك سوى على الفرع المتسلسل الذي ينتمي إليه، ولن يؤدي إلى إطفاء اللوحة بالكامل. وفي الوقت نفسه، يمكن للهيكل الموازي أن يضمن تساوي جهود كل فرع، ويمنع حرق بعض الصمامات الثنائية الباعثة للضوء بسبب مرور تيار زائد. في الوقت نفسه، يمكن للهيكل الموازي أن يضمن تساوي جهود كل فرع، ويمنع حرق بعض الصمامات الثنائية الباعثة للضوء بسبب مرور تيار زائد.

· تصميم مطابقة التيار:

يتم تصميم عرض الخط وسمك رقعة النحاس بدقة بناءً على تيار التشغيل المقنن للصمام الثنائي الباعث للضوء (مثل حوالي 20 مللي أمبير لـ SMD 2835 وحوالي 60 مللي أمبير لـ 5050) لمنع فقدان التيار الناجمة عن تسخين السلك أو المقاومة الزائدة. بالنسبة لوحدات الإضاءة LED عالية القدرة، ستُترك أيضًا وسادات مقاومة تقييد التيار محفوظة لتيسير تعديل التيار وفقًا للاحتياجات الفعلية.

· القيمة العملية:

تم تخفيض معدل فشل اللوحة بأكملها بشكل كبير، ولا تتطلب صيانة متكررة. وهي مناسبة للسيناريوهات التي تتطلب درجة عالية من الاستقرار مثل إضاءة المنازل والإضاءة التجارية.

إنها مرنة في الشكل والهيكل، وتناسب مجموعة واسعة من سيناريوهات التطبيق

تتجاوز لوحة الدوائر المطبوعة LED (PCB) قيود الجمود الموجودة في اللوحات العادية، ويمكن تخصيصها وفقًا لمتطلبات أشكال منتجات الإضاءة المختلفة

· تنوع الأشكال: تدعم ثلاث صور: جامدة، مرنة، ومزيج من الصلب واللين. تكون لوحات LED الجامدة مناسبة للمصابيح ذات الأشكال الثابتة مثل المصباح الكروي والمصابيح الموجهة. ويمكن ثني لوحة الدوائر المرنة LED وطيها،

مما يجعله مناسبًا لمختلف السيناريوهات غير المنتظمة مثل الإضاءة المحيطة بالسيارات والإضاءة الخلفية للشاشات المنحنية. يراعي لوحة الصلبة-مرنة متطلبات الانحناء في المنطقة المرنة وقدرة التحمل للأحمال في المنطقة الصلبة.

قدرة تحمل المنطقة الصلبة.

· قص غير منتظم وتصميم متكامل: يمكن تحقيق أي شكل مثل الدائري والقوسي والشريطي من خلال القص بالليزر، وهو مناسب لأغلفة المصابيح المختلفة. كما يمكن دمجه مع الدوائر المحركة وأجهزة الاستشعار (مثل المقاومات الضوئية وأجهزة الاستشعار تحت الحمراء للإنسان)

لتحقيق نموذج متكامل من نوع "اللوحة الإلكترونية + القيادة + الاستشعار"، مما يقلل من حجم المنتج وعمليات التجميع.

· القيمة العملية: يلبي متطلبات جميع السيناريوهات، من المصابيح المؤشرة الصغيرة إلى الشاشات الكبيرة الخارجية، ويسهل تصميم المنتجات الصغيرة والخفيفة الوزن.

موازنة التكلفة والأداء لتلبية متطلبات الأسواق المختلفة

تقدم لوحة الدوائر المطبوعة LED مجموعة متنوعة من حلول القواعد، والتي يمكن اختيارها بشكل مرن وفقًا لميزانية العميل ومتطلبات الأداء

· حل عالي الأداء مقابل التكلفة: تبلغ تكلفة لوحات LED المصنوعة من الألومنيوم ثلث إلى نصف تكلفة اللوحات القائمة على النحاس، وتفي بموصلية حرارية تغطي أكثر من 80٪ من متطلبات الإضاءة المنزلية. وهي الخيار المفضل

لللمبات السقفية المنزلية وللمصابيح المسطحة.

· حلول عالية الأداء: تتميز لوحات الدوائر المصنوعة من النحاس أو السيراميك بموصلية حرارية أقوى، ومقاومة للحرارة العالية والتآكل، وتناسب الظروف القاسية مثل مصابيح LED المستخدمة في السيارات (مثل مصابيح الأمامية التي يجب أن تتحمل دورات حرارية تتراوح بين -40 °م و125 °م) ومصابيح مؤشرات معدات التحكم الصناعي (التي يجب أن تكون مقاومة للاهتزاز والتآكل الكيميائي).

مثل مصابيح الأمامية التي يجب أن تتحمل دورات حرارية تتراوح بين -40 °م و125 °م) ومصابيح مؤشرات معدات التحكم الصناعي (التي يجب أن تكون مقاومة للاهتزاز والتآكل الكيميائي).

· حل منخفض التكلفة: يمكن لمؤشرات الإضاءة LED منخفضة الطاقة اعتماد لوحات دوائر مطبوعة LED باستخدام قاعدة FR-4، التي تتميز بأقل تكلفة وتناسب متطلبات الاستخدام في التطبيقات منخفضة الاستهلاك للطاقة مثل الألعاب والأجهزة المنزلية الصغيرة.

· القيمة العملية: تغطي كامل النطاق السعري من الأسواق منخفضة إلى عالية الجودة، وتساعد العملاء على تحقيق الأداء المستهدف مع التحكم في التكاليف.

توافقية عالية، متوافقة مع أنواع تغليف LED المتعددة

يتوافق تصميم الوسادات في لوحة الدوائر الإلكترونية للـ LED مع مواصفات تغليف LED الشائعة ولا يتطلب فتح قوالب منفصلة.

تدعم أنواعًا مختلفة من تغليف SMD، وتغليف COB (التركيب المباشر للرقاقة)، والتغليف عالي القدرة المشابه لللومن، إلخ. ويمكن تخصيص حجم وتباعد وسادات اللحام وفقًا لمواصفات LED.

بالنسبة للوحات COB LED، يتم أيضًا تصميم طلاءات عاكسة أو عواكس معدنية لتحسين كفاءة استغلال الضوء وزيادة سطوع الإضاءة.

يمكن تصنيف لوحات الدوائر المطبوعة LED بناءً على مادة القاعدة، الشكل الهيكلي، وتوافق حزمة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء.

تختلف الأنواع المختلفة من حيث أداء تبديد الحرارة، التكلفة، وسценarios التطبيق، كما هو موضح أدناه:

التصنيف حسب مادة القاعدة

هذه هي الطريقة السائدة في التصنيف، وترتبط مباشرة بكفاءة تبديد الحرارة للمنتج والنطاق التأهيلي للقدرة.

التصنيف حسب الشكل الهيكلي

يتم التصنيف وفقًا لمتطلبات تركيب المنتج والشكل، ويحدد مدى ملاءمة لوحة LED PCB من حيث المساحة.

لوحة LED صلبة

شكل ثابت وغير قابل للثني، تتمتع بقوة ميكانيكية عالية. وهي النوع الأكثر شيوعًا، ومناسبة لمعظم المصابيح ذات التركيب الثابت.

لوحة LED مرنة (FPC-LED)

يستخدم ركائز مرنة، ويمكن ثنيها وطيها ولفها. مناسبة لسيناريوهات الإضاءة ذات الأشكال الخاصة أو المنحنية، مثل أضواء الإضاءة المحيطة في السيارات، والشرائط الضوئية، وإضاءة الخلفيات للشاشات المنحنية.

Rigid-Flex LED PCB

تتولى المناطق الصلبة شرائح الصمامات الثنائية الباعثة للضوء ومكونات السائق، في حين تتيح المناطق المرنة الثني. وهي توازن بين الثبات والمرونة، وتناسب المصابيح ذات الهياكل المعقدة (مثل المصابيح المكتبية القابلة للطي، وأضواء السيارات ذات الأشكال الخاصة).

ثالثاً: التصنيف حسب توافق حزمة الصمام الثنائي الباعث للضوء (مطابقة عمليات تركيب الصمامات الثنائية المختلفة)

SMD LED PCB

يتميز تصميم الوسادة بتوافقه مع الصمامات الثنائية المثبتة على السطح. ويتميز بتقنية ناضجة وأتمتة عالية، ما يجعله النوع السائد في السوق الحالي.

COB LED PCB

تم تصميمه خصيصًا للصمامات الثنائية الباعثة للضوء المثبتة مباشرة على اللوحة. حيث تُركب شرائح الصمامات الثنائية مباشرة على سطح اللوحة دون حوامل أو أسلاك ذهبية، مما يوفر زاوية إضاءة واسعة وإضاءة موحدة. مناسبة للإضاءة المركزة، والإضاءة السفلية، وغيرها

المصابيح التي تتطلب إضاءة نقطية عالية.

لوحة دوائر ليد لوكسون عالية القدرة

تتميز بمساحات وسادات أكبر ومسارات تبريد أقصر، ومتوافقة مع مصابيح ليد عالية القدرة (≥1 واط). تُستخدم عادةً في تطبيقات الإضاءة الخارجية والإضاءة الصناعية.

تُستخدم لوحات دوائر ليد، بفضل خصائصها في التبريد الفعّال، والدوائر المستقرة، والأشكال المرنة، على نطاق واسع في مختلف السيناريوهات التي تعتمد على انبعاث ضوء ليد، وتشمل الإضاءة العامة، والإلكترونيات السيارات، وشاشات الإضاءة الخلفية، والإضاءة الخاصة، والتحكم الصناعي، والتطبيقات الطبية وغيرها. وتشمل التطبيقات المحددة ما يلي:

مجال الإضاءة العامة
هذا هو السيناريو التطبيقي الأساسي لوحات دوائر ليد، وهو مناسب لمعدات الإضاءة المنزلية والتجارية على حد سواء:
· الإضاءة المنزلية: تستخدم معظم المصابيح السقفية، ومصابيح الحبة، ومصابيح الطاولة، والمصابيح المخفية لوحات دوائر ليد صلبة قاعدتها من الألومنيوم، والتي توازن بين التبريد والتكلفة الفعّالة.
· الإضاءة التجارية: كشافات مراكز التسوق، أضواء السكك في المتاجر، أضواء الألواح في المباني المكتبية، مصابيح الشوارع/الحدائق الخارجية. تستخدم المصابيح ذات القدرة العالية لوحات دوائر نحاسية (PCB) لتحسين تبديد الحرارة وضمان الاستقرار أثناء العمل على المدى الطويل.

مجال الإلكترونيات السيارات
يلبي متطلبات صارمة من حيث مقاومة درجات الحرارة العالية والاهتزاز الخاصة بالمستوى automotive-grade، ويُقسَم إلى نوعين: الداخلي والخارجي للمركبة.
· الإضاءة الداخلية: تُستخدم عادةً لوحات LED مرنة في الإضاءة المحيطة، وأضواء القراءة، وإضاءة خلفية للوحة القيادة، وهي مناسبة للأسطح المنحنية والأماكن غير المنتظمة الشكل للتركيب.
· الإضاءة الخارجية: بالنسبة للمصابيح الأمامية، إشارات الانعطاف، أضواء الفرامل، ومصابيح الضباب، يجب اختيار لوحات LED مصنوعة من السيراميك أو القاعدة النحاسية لتحمل دورات الحرارة التي تتراوح بين -40 °م إلى 125 °م والبيئات الاهتزازية.

مجال إضاءة الخلفية للعرض

تتطلب أنظمة الإضاءة الخلفية التي تدعم شاشات مختلفة متطلبات عالية فيما يتعلق بعامل الشكل وتوحيد السطوع:

الإضاءة الخلفية للإلكترونيات الاستهلاكية: إضاءة خلفية للشاشات في الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، باستخدام لوحات دوائر LED مرنة أو لوحات دوائر LED صلبة فائقة الرقة لتحقيق تصاميم خفيفة الوزن ورقيقة؛

الإضاءة الخلفية للعروض التجارية: أجهزة تلفاز LCD، وأجهزة إعلانات، وشاشات خارجية، باستخدام لوحات COB LED لتحسين توحيد السطوع وتقليل مشاكل بقع الضوء.

مجال الإضاءة الخاص

التكيف مع احتياجات الإضاءة المخصصة والوظيفية:

أضواء نمو النباتات: استخدام لوحات LED قاعدية من الألومنيوم ذات توصيل حراري عالي لحمل مصابيح LED عالية القدرة، لتلبية متطلبات الطيف الحراري لعملية التمثيل الضوئي للنباتات؛

مصابيح التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية: استخدام لوحات LED ذات ركيزة مقاومة للتآكل، مناسبة للبيئات المشععة بالأشعة فوق البنفسجية؛

أضواء المسرح / أضواء المناظر: تحقيق أشكال إضاءة متنوعة وتأثيرات ديناميكية من خلال دوائر لوحات LED ذات أشكال غير منتظمة ولوحات مدمجة مرنة-صلبة.

مجال التحكم الصناعي والمعدات الطبية

تلبية متطلبات الموثوقية العالية والاستقرار العالي:

معدات التحكم الصناعي: أضواء مؤشرات ماكينات CNC، وأضواء تحذير الحالة في المعدات الصناعية، باستخدام لوحة PCB LED قاعدتها خزفية للتكيف مع درجات الحرارة العالية والغبار والاهتزازات في البيئات الصناعية؛

المعدات الطبية: مصابيح جراحية بلا ظل، وإضاءة خلفية لأجهزة الفحص الطبي، وأضواء مؤشرات للمعدات الطبية المحمولة، تتطلب الامتثال لمعايير الشهادات الطبية واستخدام تصميمات دوائر لوحات LED منخفضة التداخل الكهرومغناطيسي

ذات تصميم دائرة لوحة.