Attualmente, esistono tre tipi di PCB applicati con LED ad alta potenza per la dissipazione del calore: scheda comune rivestita in rame su entrambi i lati (FR4), scheda in rame sensibile in lega di alluminio (MCPCB), PCB con pellicola flessibile con adesivo su scheda in lega di alluminio.
L'effetto di dissipazione del calore è correlato allo strato di rame, allo spessore dello strato metallico e alla conduttività termica del mezzo isolante. Generalmente si utilizzano MCPCB con strato di rame da 35 µm e lega di alluminio da 1,5 mm. I PCB flessibili vengono incollati su una piastra in lega di alluminio. Naturalmente, gli MCPCBS ad alta conduttività termica offrono le migliori prestazioni termiche, ma anche il loro prezzo è in aumento.
Qui, alcuni dati sono tratti dall'esempio di MEASURING TC dell'azienda NICHIA come esempi di calcolo. Le condizioni sono le seguenti: LED: LED bianco da 3 W, modello MCCW022, RJC = 16 °C/W. Termocoppia di tipo K con testa di misura saldata al dissipatore di calore.
Scheda di prova PCB: scheda rivestita in rame a doppio strato (40×40 mm), t=1,6 mm, area dello strato di rame della superficie di saldatura 1180 mm2, area dello strato di rame posteriore 1600mm2.
Stato di funzionamento del LED: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71°C misurata con un termometro a termocoppia di tipo K. La temperatura ambiente TA=25°C
1. TJ è calcolato
TJ=RJC x PD+TC=RJC (SE x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2. L'RBA viene calcolato
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. RJA è calcolato
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Se il TJmax progettato è -90 °C, il TJ calcolato secondo le condizioni sopra indicate non può soddisfare i requisiti di progetto. È necessario sostituire il PCB con una migliore dissipazione del calore o aumentarne l'area di dissipazione, quindi testare e calcolare nuovamente fino a quando TJ≤TJmax.
Un altro metodo è che quando il valore UC del LED è troppo grande, VF=3,65 V quando RJC=9℃/WIF=500 mA viene sostituito, le altre condizioni rimangono invariate, T) può essere calcolato come:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
C'è un errore nel calcolo dei 71°C sopra, quindi è necessario saldare un nuovo LED da 9°CW per ripetere il test di TC (il valore misurato è leggermente inferiore a 71°C). Non ha importanza. Dopo aver utilizzato un LED da 9°C/W, non è necessario modificare il materiale e l'area del PCB, il che soddisfa i requisiti di progettazione.
Dissipatore di calore sul retro del PCB
Se il TJmax calcolato è molto maggiore del requisito di progetto e la struttura non consente ulteriore spazio, si può valutare di incollare il PCB al profilo in alluminio a "U" (o alla piastra di alluminio stampata) oppure di incollarlo al dissipatore di calore. Questi due metodi sono comunemente utilizzati nella progettazione di più lampade a LED ad alta potenza. Ad esempio, nell'esempio di calcolo sopra riportato, un dissipatore da 10 °C/W viene incollato sul retro del PCB con TJ = 103 °C e la sua TJ scende a circa 80 °C.
Si noti che il TC sopra indicato è misurato a temperatura ambiente (generalmente 15~30°C). Se la temperatura ambiente TA della lampada a LED è superiore alla temperatura ambiente, il TJ effettivo è maggiore del TJ calcolato misurato a temperatura ambiente, quindi questo fattore deve essere considerato in fase di progettazione. Se il test viene eseguito nel termostato, è consigliabile regolare la temperatura alla temperatura ambiente più elevata durante l'uso.
Inoltre, a seconda che il PCB sia installato orizzontalmente o verticalmente, le sue condizioni di dissipazione del calore sono diverse, il che ha un certo impatto sulla misurazione della temperatura termica (TC). Anche il materiale del guscio, le dimensioni e il foro di dissipazione del calore della lampada influiscono sulla dissipazione del calore. Pertanto, è necessario prevedere un certo margine di manovra nella progettazione.
Data di pubblicazione: 23 marzo 2022
