Consigli per il design di PCB LED per producibilità e prestazioni termiche

Se state progettando moduli LED per automobili, illuminazione stradale, segnaletica o retroilluminazione, il modo più rapido per raggiungere obiettivi termici, ottici e di costo è integrare fin dal primo giorno la produzione di PCB LED. Le linee guida seguenti sono distillate da migliaia di realizzazioni: usatele come lista di controllo pratica per ridurre le ripetizioni, evitare punti caldi e sfarfallio e abbreviare i tempi di produzione.

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Hai bisogno della tecnologia di base giusta per il tuo modulo? Vedi: PCB a Nucleo Metallico (MCPCB) · PCB Ceramici · PCB Flessibili · PCB ad Alta Conducibilità Termica

Percorso Termico: FR-4 vs. MCPCB (Non Trattarli allo Stesso Modo)

PCB LED FR-4
Utilizza via-in-pad (riempite e coperte) o campi di via termici densi direttamente sotto i pad termici dei LED per trasferire il calore nel rame/lato posteriore o dissipatori. Punti di partenza tipici: fori da 0,25–0,35 mm, passo 0,8–1,2 mm collegati a grandi aree di rame. Mantenere la distanza conduttore-bordo ≥0,5 mm (aumentare a ≥1,0 mm per strisce ad alta tensione) per proteggere la distanza di fuga ed evitare cortocircuiti da sbavature.

MCPCB / Nucleo in Alluminio o Rame
Non fare affidamento su via placcate nel nucleo metallico. Ottimizza specificando dielettrici ad alta conduttività (≈1,0–5,0 W/m·K) con spessore controllato, ampliando le aree di diffusione del rame e, dove la potenza è concentrata, utilizzando monete di rame o diffusori incorporati. Per l'efficienza ottica, specifica maschera saldante bianca con riflettanza ≥88% a 550 nm (misurata con sfera integratrice, formulazione UV-stabile).

Spaziatura LED e Pianificazione dell'Array (Prima il Metodo)

Parti dalla densità di potenza (W/cm²) e dall'obiettivo di aumento della temperatura di giunzione (ΔTj), quindi scegli una spaziatura che il materiale di base possa supportare termicamente e otticamente.

SMD di media potenza su FR-4: inizia con una spaziatura centro-centro di 2,5–3× la lunghezza del package, quindi regola tramite prototipi o simulazione.
LED ad alta potenza su MCPCB: usa 5–10 mm come punto di partenza, verifica con campionamento termico nelle peggiori condizioni di guida e ambiente.
Gli array sfalsati solitamente migliorano l'uniformità e riducono l'accoppiamento termico rispetto a griglie rigide con lo stesso numero di componenti.
Per moduli lineari/a strisce, l'orientamento alternato dei LED può ridurre l'area del loop e tagliare l'EMI nelle sezioni del driver.

Capacità di Corrente e Caduta di Tensione (Guidato da IPC-2152)

Dimensiona le tracce in base all'aumento di temperatura consentito e a un budget di caduta di tensione (spesso limita la caduta totale ≤3% dal driver al LED più lontano). Come riferimento rapido (rame 1 oz, ambiente a 25 °C, convezione naturale – convalida per le tue condizioni):

Corrente CC	Lunghezza ≤10 mm	Lunghezza 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+ o 2 oz rame

La distribuzione è cruciale: preferire topologie a stella da un nodo a bassa impedenza rispetto alle catene seriali per evitare gradienti di luminosità visibili. Aggiungere punti di test su alimentazioni/stringhe per accelerare controlli ICT e funzionali.

Per sezioni driver/controllo a impedenza controllata, predimensionare le tracce con il Calcolatore di Impedenza.

LED PCB

Pad, Maschera & Marcatura (Ottimizzati per Resa e Ottica)

Espansione maschera saldante: impostare +0,05–0,10 mm per lato sui pad in rame per assorbire errori di registro e prevenire ponticelli.
Zone COB/simili-COB: aggiungere dighe tra i pad di bonding per contenere l'adesivo e mantenere pulito il die attach.
Maschera bianca: specificare riflettanza ≥88% @ 550 nm e stabilità UV per resistere all'ingiallimento nel tempo.
Pad a goccia: utilizzarli nelle transizioni pad-traccia per robustezza meccanica/producibilità (non come principale dissipatore termico).
Leggende chiare: segni di polarità (simbolo + testo), valori di corrente/resistenze vicino ai driver, codici versione/data in rame per tracciabilità permanente.

Testabilità, Riferimenti AOI & Panelizzazione (Pulito, Bassa Sollecitazione)

Accesso per test: esporre pad di test tensione/corrente per stringa; posizionare riferimenti globali + locali in diagonale per precisione AOI.
Campionamento termico: inserire pad per sonde vicino ai LED più critici per validazione.
Panelizzazione:
- V-score per rettangoli; tab-route + mouse-bites per forme irregolari.
- Mouse-bites: Ø0,6–0,8 mm, passo 0,8–1,2 mm; mantenere componenti ≥1,0–1,5 mm dal bordo/fori.
- Aggiungere guide per SMT; rimuovere dopo riflusso/depanel.

Documentazione Pronta per Produzione (Veloce, Senza Rilavorazioni)

PCB LED pronti per la produzione iniziano con un pacchetto documentale completo e inequivocabile. Usare la checklist seguente per evitare blocchi, domande e ripetizioni.

1) File sorgente & identificatori

Dati di produzione: File Gerber/ODB++, file di foratura, netlist (se disponibile) e breve README con note di costruzione.
ID univoci: nome progetto, revisione e data su ogni file; inserire rev/data in rame sul PCB per tracciabilità.
BOM (pronto AVL): MPN, refdes, quantità, flag DNP e alternative approvate; elencare bin LED/CCT/CRI per designatore (es. D1–D10 = 3000K BIN 3).
CPL/XY (pick-and-place): refdes, package, rotazione, lato, coordinate X/Y, unità e origine scheda.
Anteprima pre-invio: verificare layer/aperture prima dell'invio con il Visualizzatore Gerber.

2) Note di fabbricazione (FR-4, MCPCB, Ceramica, Flessibile)

Selezione base: specificare FR-4 / MCPCB / Ceramica / Flessibile con dielettrico, spessore totale e peso del rame (es. 1 oz / 2 oz)
Stackup & obiettivi: sequenza strati, requisiti di impedenza controllata (se presenti), colori maschera/leggenda
Bordi & distanze di sicurezza: conduttore-bordo ≥0,5 mm (≥1,0 mm per piste alta tensione); definire slot/smussi/aree vietate
Maschera saldante & pad: espansione maschera +0,05–0,10 mm per lato; aggiungere barriere maschera in zone COB. Specificare maschera bianca con riflettanza ≥88% a 550 nm (stabile ai UV)
Panelizzazione: dimensioni pannello, V-score o tab-route + mouse-bites (Ø 0,6–0,8 mm, passo 0,8–1,2 mm), guide/barre di manovra, fiduciali (globali + locali)
Marcature: polarità "+/-", avvisi tensione, codice a barre 1D/2D (se richiesto), campi etichetta imballo (PN, lotto, q.tà)

3) Intent termico, corrente & ottico

Obiettivi termici: ΔTj consentita, LED più caldi da campionare, posizioni pad di prova per registrazione temperatura
Corrente & caduta di tensione: indicare ipotesi dimensionamento IPC-2152 e budget caduta ≤3% end-to-end; annotare eventuali bus in rame 2 oz/3 oz
Criteri ottici: obiettivi uniformità/luminosità, scostamento colore accettabile, scelta maschera bianca/nera per riflettanza/abbagliamento

4) Istruzioni assemblaggio (specifiche LED)

Profilo reflow/onda: picco temperatura, tempi soak/picco; includere profili MCPCB/ceramica (alta massa termica)
Stencil & pasta: spessore stencil e aperture (usare pattern a finestra per pad termici grandi); lega pasta/flusso tipo
Obiettivo bassa porosità: definire criteri accettazione pad termici (≤10–15% porosità media) e metodo campionamento
Gestione LED: piano campionamento bin/CCT/CRI, regole anti-miscelazione, note gestione lente/finestra
Processi speciali: verniciatura conformale/incapsulamento (mappa mascheramento), adesivi/incapsulanti, coppia/serraggio, tempi cura

5) Piano test & qualità

ICT/funzionale: mappa punti test, soglie, finestre PASS/FAIL; per driver corrente costante, specificare range corrente/tensione
AOI/X-ray: criteri per pad termici grandi/BGA; tolleranze AOI per rotazione/testo
Campionamento & AQL: percentuale campionamento lotto e livello AQL; gestione DOA e tempi lavorazione
Affidabilità (se necessario): condizioni/durata ciclo termico, umidità-calore, nebbia salina, burn-in
Documentazione conformità: dichiarazioni RoHS/REACH, file UL (se applicabile), CoC/CoA, tracciabilità materiali

Checklist DFM rapida (incollare nel PRD)

Tecnologia base scelta per densità potenza (FR-4 + via termiche / MCPCB / Ceramica / Flessibile)
Budget ΔTj & caduta tensione allocati; tracce dimensionate secondo IPC-2152
Specifica riflettanza maschera bianca (≥88% a 550 nm), leggende & marche polarità verificate
Pad test/fiduciali posizionati; guide & metodo panel (V-score o tab-route) selezionati
Distanze bordi & sicurezza riviste (specie piste alta tensione)
Mappatura bin/CCT documentata; limiti porosità pad termici definiti
File pronti: Gerber/ODB++, BOM, CPL/XY, piano di test; visualizzati in Gerber Viewer
Percorso di assemblaggio bloccato (SMT o servizio completo)

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Raccomandazioni per il percorso termico (FR-4 vs MCPCB vs Ceramica) con soluzioni pratiche – espansione del rame, monete di rame, scelta del dielettrico
Verifica tracce IPC-2152 e ottimizzazione caduta di tensione (distribuzione a stella vs daisy chain)
Ottimizzazione maschere/stencil per pad termici a bassa cavità (obiettivo ≤10–15%)
Panelizzazione e guide allineate al tuo metodo di separazione (V-score vs tab-route) e attrezzature di linea
Guida alla tecnologia di base, incluso quando passare ai flessibili per spazi ridotti o zone di flessione dinamica

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