כיום, ישנם שלושה סוגים של PCB המיושמים עם נורות LED בעלות הספק גבוה לפיזור חום: לוח רגיל דו-צדדי מצופה נחושת (FR4), לוח נחושת רגיש מבוסס סגסוגת אלומיניום (MCPCB), ו-PCB גמיש עם סרט דבק על לוח סגסוגת אלומיניום.
אפקט פיזור החום קשור לשכבת הנחושת, לעובי שכבת המתכת ולמוליכות התרמית של המדיום הבידוד. בדרך כלל משתמשים ב-MCPCB עם שכבת נחושת של 35 מיקרון וסגסוגת אלומיניום של 1.5 מ"מ. לוח PCB גמיש מודבק ללוח סגסוגת אלומיניום. כמובן, ל-MCPCBS עם מוליכות תרמית גבוהה יש את הביצועים התרמיים הטובים ביותר, אך גם המחיר עולה.
כאן, מספר נתונים נלקחו מהדוגמה של מדידת TC של חברת NICHIA כדוגמאות חישוב. התנאים הם כדלקמן: LED: LED לבן 3W, דגם MCCW022, RJC=16℃/W. ראש מדידה של מדחום נקודתי מסוג K מרותך לגוף הקירור.
לוח בדיקת PCB: לוח מצופה נחושת דו-שכבתי (40×40 מ"מ), t=1.6 מ"מ, שטח שכבת הנחושת של משטח הריתוך 1180 מ"מ2, שטח שכבת נחושת של גב 1600 מ"מ2.
מצב עבודה של נורית LED: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ נמדד באמצעות מדחום תרמו-צמד מסוג K. טמפרטורת הסביבה TA=25℃
1. מחושב TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3.97V)
+71℃=103℃
2. מחושב ערך ה-RBA
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1.99W
=23.1℃/W
3. מחושב RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23.1℃W
=39.1℃מערב
אם ה-TJmax המתוכנן הוא -90℃, ה-TJ המחושב בהתאם לתנאים הנ"ל אינו יכול לעמוד בדרישות התכנון. יש צורך לשנות את המעגל המודפס עם פיזור חום טוב יותר או להגדיל את שטח פיזור החום שלו, ולבדוק ולחשב שוב עד שה-TJ ≤TJmax.
שיטה נוספת היא שכאשר ערך UC של ה-LED גדול מדי, VF=3.65V כאשר RJC=9℃/WIF=500mA מוחלף, שאר התנאים נשארים ללא שינוי, ניתן לחשב את T) כך:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 מא * 3.65 V) = 87.4 ℃
ישנה טעות מסוימת בחישוב של 71 מעלות צלזיוס, יש לרתך LED חדש של 9 מעלות צלזיוס כדי לבדוק מחדש את ה-TC (הערך הנמדד מעט קטן מ-71 מעלות צלזיוס). זה לא באמת משנה. לאחר שימוש ב-LED של 9 מעלות צלזיוס/ואט, אין צורך לשנות את חומר ושטח המעגל המודפס, מה שעומד בדרישות התכנון.
גוף הקירור בגב המעגל המודפס
אם ה-TJmax המחושב גדול בהרבה מדרישת התכנון, והמבנה אינו מאפשר שטח נוסף, יש לשקול להדביק את המעגל המודפס בחזרה לפרופיל האלומיניום בצורת "U" (או הטבעה על לוח אלומיניום), או להדביק אותו לגוף הקירור. שתי שיטות אלו נפוצות בתכנון של מספר נורות LED בעלות הספק גבוה. לדוגמה, בדוגמת החישוב לעיל, גוף קירור של 10℃/W מודבק על גב המעגל המודפס עם TJ=103℃, וה-TJ שלו יורד לכ-80℃.
יש לציין כאן כי ה-TC הנ"ל נמדד בטמפרטורת החדר (בדרך כלל 15~30℃). אם טמפרטורת הסביבה של מנורת ה-LED TA גבוהה מטמפרטורת החדר, ה-TJ בפועל גבוה מה-TJ המחושב שנמדד בטמפרטורת החדר, לכן יש לקחת בחשבון גורם זה בתכנון. אם הבדיקה מתבצעת בתרמוסטט, עדיף להתאים את הטמפרטורה לטמפרטורת הסביבה הגבוהה ביותר בעת השימוש.
בנוסף, בין אם ה-PCB מותקן אופקית או אנכית, תנאי פיזור החום שלו שונים, דבר שיש לו השפעה מסוימת על מדידת ה-TC. חומר המעטפת, גודל ופתח פיזור החום של המנורה משפיעים גם הם על פיזור החום. לכן, צריך להיות קצת מרווח תמרון בתכנון.
זמן פרסום: 23 במרץ 2022
