Conseils de conception de PCB LED pour la fabricabilité et les performances thermiques

Si vous concevez des modules LED pour l'automobile, l'éclairage urbain, la signalisation ou les rétroéclairages, la manière la plus rapide d'atteindre les objectifs thermiques, optiques et de coût est d'intégrer la fabrication de PCB LED dès le premier jour. Les directives ci-dessous sont tirées de milliers de réalisations—utilisez-les comme une checklist pratique pour réduire les itérations, éviter les points chauds et le scintillement, et raccourcir le délai de production.

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Besoin de la bonne technologie de base pour votre module ? Voir : PCB à noyau métallique (MCPCB) · PCB céramiques · PCB flexibles · PCB à haute performance thermique

Chemin thermique : FR-4 vs MCPCB (Ne les traitez pas de la même manière)

PCB LED en FR-4
Utilisez des vias-in-pad (remplis et coiffés) ou des champs de vias thermiques denses directement sous les pastilles thermiques des LED pour évacuer la chaleur vers le cuivre/les dissipateurs côté arrière. Points de départ typiques : trous de 0,25–0,35 mm, pas de 0,8–1,2 mm reliés à de grandes zones de cuivre. Maintenez un espace conducteur-bord ≥0,5 mm (augmentez à ≥1,0 mm pour les bandes haute tension) pour protéger la distance de fuite et éviter les courts-circuits dus aux bavures.

MCPCB / Noyau en aluminium ou cuivre
Ne comptez pas sur des vias métallisés dans le noyau métallique. Optimisez en spécifiant un diélectrique à haute conductivité (≈1,0–5,0 W/m·K) avec une épaisseur contrôlée, en agrandissant les zones de diffusion du cuivre et—là où la puissance est concentrée—en utilisant des pièces de cuivre ou des diffuseurs intégrés. Pour l'efficacité optique, spécifiez un masque de soudure blanc avec une réflectance ≥88 % à 550 nm (mesurée par sphère intégrante, formulation stable aux UV).

Espacement des LED et planification des réseaux (Méthode d'abord)

Partez de la densité de puissance (W/cm²) et de l'élévation de température cible de la jonction (ΔTj), puis choisissez un espacement que votre matériau de base peut supporter thermiquement et optiquement.

SMD moyenne puissance sur FR-4 : commencez par un espacement centre à centre de 2,5–3× la longueur du boîtier, puis ajustez via prototypes ou simulation.
LED haute puissance sur MCPCB : utilisez 5–10 mm comme point de départ de faisabilité, vérifiez avec un échantillonnage thermique dans les conditions de fonctionnement et ambiantes les plus défavorables.
Les réseaux décalés améliorent généralement l'uniformité et réduisent le couplage thermique par rapport aux grilles strictes à nombre de composants égal.
Pour les modules linéaires/bandes, une orientation alternée des LED peut réduire la surface de boucle et couper les EMI vers les sections du pilote.

Capacité de courant et chute de tension (Basé sur IPC-2152)

Dimensionnez les pistes en fonction de l'élévation de température admissible et d'un budget de chute de tension (souvent limitez la chute totale ≤3 % du pilote à la LED la plus éloignée). Comme référence rapide (cuivre 1 oz, ambiance 25 °C, convection naturelle—validez selon vos conditions) :

Courant continu	Longueur ≤10 mm	Longueur 10–50 mm
20–60 mA	0,15–0,20 mm	0,20–0,30 mm
100–350 mA	0,25–0,40 mm	0,40–0,70 mm
≥1 A (bus)	0,80–1,50 mm	1,50 mm+ ou cuivre 2 oz

La distribution compte : préférez les topologies en étoile depuis un nœud à faible impédance plutôt que les chaînes pour éviter les gradients de luminosité visibles. Ajoutez des points de test sur les rails/chaînes pour accélérer les contrôles ICT et fonctionnels.

Pour les sections pilote/contrôle à impédance contrôlée, pré-dimensionnez les lignes avec le Calculateur d'impédance.

PCB LED

Pastilles, masque et marquage (Conçu pour le rendement et l'optique)

Extension du masque de soudure : réglez +0,05–0,10 mm par côté sur les pastilles de cuivre pour absorber les erreurs d'alignement tout en évitant les pontages.
Zones COB/type COB : ajoutez des barrages de masque entre les pastilles de liaison pour confiner l'adhésif et garder la fixation des puces propre.
Masque blanc : spécifiez une réflectance ≥88 % à 550 nm et une stabilité aux UV pour résister au jaunissement dans le temps.
Larmes : utilisez-les aux transitions pastille-piste pour la robustesse mécanique/fabricabilité (pas un levier thermique principal).
Légendes claires : marques de polarité (symbole + texte), valeurs de courant/résistances près des pilotes, codes version/date en cuivre pour une traçabilité permanente.

Testabilité, repères AOI et panélisation (Propre, faible contrainte)

Accès pour test : exposez les pastilles de test tension/courant par chaîne ; placez des repères globaux + locaux en diagonale pour la précision AOI.
Échantillonnage thermique : placez des pastilles de sonde thermique près des LED les plus critiques pour validation.
Panélisation :
- V-score pour les rectangles ; tab-route + mouse-bites pour les formes irrégulières.
- Mouse-bites : Ø0,6–0,8 mm, pas 0,8–1,2 mm ; gardez les composants ≥1,0–1,5 mm du bord/mouse-bites.
- Ajoutez des rails de manipulation pour SMT ; retirez après refusion/dépanélisation.

Documentation prête pour la fabrication (Aller vite, éviter les retouches)

Les PCB LED prêts à expédier commencent par un package complet et sans ambiguïté. Utilisez la checklist ci-dessous pour éviter les retards, questions et itérations.

1) Fichiers sources et identifiants

Données de fabrication : Gerber/ODB++, fichiers de perçage, netlist (si disponible), et un bref README avec des notes de construction.
IDs uniques : nom du projet, révision et date sur chaque fichier ; mettez rév/date en cuivre sur le PCB pour la traçabilité.
BOM (prêt pour AVL) : MPN, refdes, quantité, flags DNP, et alternatives approuvées ; listez le bin/CCT/CRI des LED par refdes (ex. : D1–D10 = 3000K BIN 3).
CPL/XY (pick-and-place) : refdes, boîtier, rotation, côté, coordonnées X/Y, unités et origine du board.
Prévisualisation : vérifiez les couches/ouvertures avant envoi avec le Visionneuse Gerber.

2) Notes de fabrication (FR-4, MCPCB, Céramique, Flex)

Sélection de base : indiquez FR-4 / MCPCB / Céramique / Flex avec diélectrique, épaisseur totale et poids du cuivre (ex. : 1 oz / 2 oz).
Empilement & cibles : séquence des couches, exigences d'impédance contrôlée (le cas échéant), couleurs masque/légende.
Bords & distance de fuite : conducteur-bord ≥0,5 mm (≥1,0 mm pour bandes haute tension) ; définissez les encoches/chanfreins/zones interdites.
Masque de soudure & pastilles : extension du masque +0,05–0,10 mm par côté ; ajoutez des barrages dans les zones COB. Spécifiez un masque blanc ≥88 % à 550 nm (stable aux UV).
Panélisation : taille du panneau, V-score ou tab-route + mouse-bites (Ø0,6–0,8 mm, pas 0,8–1,2 mm), rails/barres de manipulation, repères (globaux + locaux).
Marquages : polarité "+/–", avertissements tension, code-barres 1D/2D (si requis), et champs d'étiquette d'emballage (PN, lot, qté).

3) Intentions thermiques, courant & optique

Cibles thermiques : ΔTj autorisé, LED les plus chaudes à échantillonner, emplacements des pastilles de sonde pour enregistrement.
Courant & chute de tension : indiquez les hypothèses de dimensionnement IPC-2152 et un budget de chute ≤3 % bout à bout ; notez tout bus en cuivre 2 oz/3 oz.
Critères optiques : objectifs d'uniformité/luminosité, décalage de couleur acceptable, choix de masque blanc vs noir pour réflectance/éblouissement.

4) Instructions d'assemblage (spécifiques aux LED)

Profils reflow/onde : temp. pic, temps de maintien/pic ; incluez les profils MCPCB/céramique (masse thermique élevée).
Pochoir & pâte : épaisseur du pochoir et ouvertures (utilisez un motif en fenêtre sur les grandes pastilles thermiques) ; type d'alliage/flux de pâte.
Cible faible porosité : définissez les critères d'acceptation pour les pastilles thermiques (≤10–15 % de porosité moyenne) et méthode d'échantillonnage.
Manipulation des LED : plan d'échantillonnage bin/CCT/CRI, règles anti-mélange, notes de manipulation lentille/fenêtre.
Processus spéciaux : revêtement conformant/potting (carte de masquage), adhésifs/encapsulants, couple/serrage, temps de durcissement.

5) Plan de test & qualité

ICT/fonctionnel : carte des points de test, seuils, fenêtres PASS/FAIL ; pour les pilotes à courant constant, spécifiez les plages courant/tension.
AOI/X-ray : critères pour grandes pastilles thermiques/BGA ; tolérances AOI pour rotation/texte.
Échantillonnage & AQL : pourcentage d'échantillonnage par lot et niveau AQL ; gestion des DOA et délai.
Fiabilité (si besoin) : conditions/durée des cycles thermiques, humidité-chaleur, brouillard salin, et burn-in.
Pack conformité : déclarations RoHS/REACH, dossier UL (le cas échéant), CoC/CoA, traçabilité des matériaux.

Checklist rapide DFM (Copiez dans votre PRD)

Technologie de base choisie selon la densité de puissance (FR-4 + vias thermiques / MCPCB / Céramique / Flex)
Budget ΔTj & chute de tension alloué ; pistes dimensionnées selon IPC-2152
Spéc. réflectance masque blanc (≥88 % à 550 nm), légendes & marques polarité confirmées
Pastilles de test/repères placés ; rails & méthode de panélisation (V-score ou tab-route) sélectionnés
Espaces bords & distances de fuite revus (surtout bandes HT)
Mapping bin/CCT documenté ; limites de porosité pour pastilles thermiques définies
Fichiers prêts : Gerber/ODB++, BOM, CPL/XY, plan de test ; prévisualisés dans Visionneuse Gerber
Chemin d'assemblage verrouillé (SMT ou clé en main)