כשאתם מביטים בתוך נורת לד מודרנית, פנס רחוב או אפילו פנס רכב, תראו לעיתים קרובות לוח לבן קטן עם שבבים צהובים זעירים.
הלוח הזה הוא LED PCB – הפלטפורמה הסמויה שמאפשרת את תאורת ה-LED. הוא מחבר את הלדים חשמלית, תומך בהם מכנית ומוליך את החום החוצה כדי שישמרו על בהירותם במשך שנים.
המדריך הזה מסביר מהו לוח LED PCB, במה הוא שונה מלוח מודפס רגיל, מהם הסוגים והחומרים העיקריים, ומה כדאי לבדוק לפני שמזמינים ייצור או מבצעים בדיקות.
מהו לוח LED PCB?
לוח LED PCB (נקרא גם לוח מעגל ל-LED) הוא לוח מעגלים מודפס שתוכנן במיוחד להרכבת דיודות פולטות אור ולהזנתן.
הוא מספק קישוריות חשמלית, תמיכה מכנית והולכת חום – שלושה דברים שכל LED צריך כדי לעבוד בבטחה.
בניגוד ללוחות FR-4 הנפוצים באלקטרוניקה, לוחות LED מתמודדים עם טמפרטורות גבוהות בהרבה. לדים ממירים חלק גדול מההספק לחום; אם החום הזה לא מורחק, הבהירות יורדת וחיי המנורה מתקצרים. לכן לוחות LED רבים משתמשים בלוחות בעלי ליבת מתכת (MCPCB) שמעבירים חום במהירות אל גוף קירור או אל בית מתכתי.
למה להשתמש בלוחות ליבת-מתכת (אלומיניום)?
לוחות FR-4 (פיברגלס/אפוקסי) מתאימים ללדי סימון בהספק נמוך, אבל אינם עומדים בחום של תאורת LED עתירת-הספק.
הפתרון הוא MCPCB – בדרך כלל עם אלומיניום כחומר הבסיס.
שכבת האלומיניום מתפקדת כגוף קירור מובנה. מתחת למוליכים מנחושת יש שכבה דיאלקטרית דקה שמעבירה חום ובה בעת מבודדת חשמלית. המבנה הזה מעביר חום מצומת ה-LED אל בסיס המתכת ומשם לאוויר או לגוף קירור חיצוני.
יתרונות:
- הולכת חום מצוינת (כ-5–10× טובה יותר מ-FR-4)
- טמפרטורת עבודה נמוכה יותר וחיי LED ארוכים יותר
- מבנה קשיח ועמיד
חסרונות:
- עלות מעט גבוהה יותר
- לא מתאים לריבוי שכבות או לצפיפות הולכה גבוהה
לכן עבור רוב מנורות ה-LED עתירות-הספק, זרקורים ופנסי רכב, לוחות אלומיניום הם ברירת המחדל.
הסוגים העיקריים של לוחות LED ושימושיהם
לא כל לוח LED זהה. הבחירה תלויה בהספק, גמישות ועלות.
• לוחות FR-4 קשיחים
לת应用ים בהספק נמוך, כגון לוחות בקרה ומודולי תאורה פשוטים. זולים וקלים לייצור אך בעלי ביצועים תרמיים מוגבלים.
• לוחות ליבת-מתכת (אלומיניום או נחושת)
הבחירה הנפוצה לתאורה בינונית-עד-גבוהת-הספק. אלומיניום מתאים למספר ואטים לכל LED; נחושת נבחרת כשההספק קיצוני או בדרישות אופטיות מדויקות.
שימושים טיפוסיים: זרקורים, פנסי רכב, מודולי COB, UV/IR.
• לוחות גמישים (FPC)
עשויים מפוליאמיד, ניתנים לכיפוף ונחתכים לצורות ארוכות. הבסיס של סרטי לד ותאורה אחורית גמישה. פיזור החום מוגבל, לכן משתמשים בזרמים נמוכים או מדביקים לפרופיל אלומיניום לקירור.
• לוחות היברידיים או מרובי שכבות
משלבים FR-4 עם ליבת-מתכת או מערמים שכבות לבקר, דרייבר וחיישנים במודול אחד. נפוצים ברכב ובמערכות תאורה מקצועיות.
סיכום מהיר (ערכים נפוצים):
- FR-4: עובי 1.0–1.6 מ״מ, נחושת 1oz – חיוויים ופאנלים
- MCPCB אלומיניום: עובי 1.0–1.6 מ״מ, נחושת 1–3oz – מנורות ונורות
- בסיס נחושת: עובי 1.0–2.0 מ״מ, נחושת 2–3oz – LED בהספק גבוה מאוד
- FPC: עובי 0.1–0.3 מ״מ, נחושת 1oz – סרטי LED
- היברידי: מותאם אישית – מודולי רכב
חומרים ובחירות מראה
• חומר הבסיס
- אלומיניום: איזון טוב בין עלות, משקל ופיזור חום
- נחושת: ביצועים תרמיים מרביים לעומסים גבוהים במיוחד
- FR-4: הזול ביותר, מתאים ללדים קטנים/סימון
• צבע מסכת הלחמה
לבן הוא הסטנדרט בלוחות LED משום שהוא מחזיר אור ומשפר אחידות בהירות. חשוב שמסכה לבנה תהיה עמידה להצהבה בזמן ריתוך-גל/ריפלואו או עבודה ממושכת.
• גימור פני שטח
נפוצים ENIG (ניקל כימי וזהב אימרסיה) למשטח ישר ועמיד לקורוזיה, או OSP לפרויקטים רגישי-עלות. פח אימרסיה נפוץ בלוחות סרט. העיקר: פני שטח נקיים, מחזירי אור ובעלי הלחמה עקבית.
יסודות תכנון תרמיים וחשמליים
• מסלול החום
החום נע מצומת ה-LED → רגל/פד הלחמה → שכבה דיאלקטרית → בסיס מתכתי → גוף קירור → אוויר.
כל שלב מוסיף התנגדות תרמית; סכום נמוך יותר משמעו טמפרטורת צומת נמוכה וחיי שירות ארוכים.
• עובי נחושת ורוחב מוליכים
לדים בזרם גבוה דורשים נחושת עבה יותר (2–3oz) או מסלולים רחבים למניעת נפילת מתח והתחממות. משטחים מנחושת מתחת/סביב הפדים עוזרים לפזר חום.
• ויאתרמיים לעומת מסלול ישיר
בלוחות FR-4 משתמשים בוויה תרמיות (רשת קדחים מצופי-נחושת) להעברת חום לצד התחתון. ב-MCPCB הליבה המתכתית בעצמה מוליכה את החום ואין צורך בוויה.
• הארקה והנעה
כל מעגל LED צריך הארקה יציבה כייחוס וכנתיב חזרה לזרם. הארקה טובה מונעת ריצוד, מפחיתה EMI ו-ESD. לשמירה על בהירות קבועה מומלץ דרייבר זרם קבוע; נגדים בלבד מתאימים רק ללדים קטנים לצורכי סימון.
• אחידות אופטית
שמרו על מרווח קבוע בין לדים ופתחים מדויקים במסכת ההלחמה לקבלת בהירות אחידה. הימנעו מהפרשי צבע באמצעות בקרה על טולרנסים של הפדים ועובי הבדיל.
טבלת מפרטים – ערכי ייחוס נפוצים
- עובי לוח: 1.0 / 1.2 / 1.6 מ״מ (אפשרויות MCPCB סטנדרטיות)
- עובי נחושת: 1–3oz (2oz נפוץ ל-Power-LED)
- שכבה דיאלקטרית: 75–150µm, מקדם הולכה 1–3W/m·K
- רוחב/מרווח מינימלי: 6/6mil (גבול ייצור סטנדרטי)
- קוטר קדח מינימלי: 0.3 מ״מ (עיגון מכני)
- מסכת הלחמה: לבן מחזיר-אור, עמיד להצהבה
- עיוות/עקמומיות: ≤0.5% (קריטי ללוחות ארוכים)
- גימור: ENIG / OSP / Tin – לפי תכנון
יישומים נפוצים
• סרטי ולוחות לד ארוכים
לוחות ארוכים וצרים עם קבוצות לדים בטור. לעיתים מחברים קטעים דרך חריץ V-cut או מחברים. שימו לב לנפילת מתח לאורך; מומלץ הזנה משני הקצוות או כל חצי מטר לקבלת בהירות אחידה.
• תאורת רכב וחוץ
מודולים עתירי-הספק חייבים לעמוד ברעידות, בלחות ובחום. לעיתים קרובות משתמשים בבית אלומיניום שמתפקד גם כשלדה וגם כגוף קירור. הגנו על הלוח בציפוי מגן (Conformal Coating) או בסיליקון מפני קורוזיה.
• תאורה רפואית ותעשייתית
כאשר אמינות ודיוק צבע קריטיים – מנורות ניתוח, תאורת בדיקה, ריפוי UV. נדרשים ביצועים תרמיים יציבים ומשטחים נקיים ללא שאריות פלוקס או שריטות.
רשימת DFM לניסויים וייצור סדרתי
תכנון לייצור (DFM) טוב מונע חזרה יקרה על עבודה:
- קבצים ומסמכים – שלחו Gerber, קואורדינטות XY ו-BOM; סמנו קוטביות ברורה ללדים ולמחברים.
- מסכת הלחמה וסילקסקרין – אשרו פתחים נקיים סביב פדי LED; אל תכסו פדים/פידושלים בטקסט.
- הפאנל והטיפול – ללוחות ארוכים/דקים השתמשו ב-V-cut או Tab-routing עם נקודות שבירה; הוסיפו חורי כלים ופידושלים.
- ריפלואו ובקרת טמפ׳ – פרופיל מבוקר מתחת ל-250°C כדי למנוע הצהבה/עיוות; בדקו אצוות קטנות תחילה, במיוחד עם COB גדולים.
- בדיקות הפעלה והזדקנות – הדליקו כל לוח לאחר ההרכבה; בצעו Burn-in קצר (8–12 שעות בזרם מדורג) לזיהוי כשלים מוקדמים.
כך תשיגו צבע, בהירות וחיי שירות עקביים לאורך הייצור.
שאלות נפוצות (FAQ)
ש1: מהו לוח LED PCB?
לוח מעגלים המותאם ל-LED – מחבר ומזין את הלדים ומנהל את החום שהם יוצרים. בדרך כלל מבוסס על ליבת-מתכת כמו אלומיניום.
ש2: האם במנורות LED יש לוחות PCB?
כן. כמעט כל נורת LED או סרט לד מודרני משתמשים בלוח להדבקת לדים, דרייברים ונגדים. אפילו “נורות” במבנה מסורתי מכילות בפנים לוח אלומיניום קטן.
ש3: למה לדים על PCB צריכים הארקה?
ה-Ground הוא ייחוס ומסלול החזרה לזרם. בלעדיו עלולים להופיע ריצוד ותקלות. מישורי הארקה מפחיתים רעש אלקטרומגנטי ו-ESD.
ש4: מה פירוש הקיצורים LED ו-PCB?
- LED: Light-Emitting Diode – דיודה פולטת-אור
- PCB: Printed Circuit Board – לוח מעגלים מודפס
ש5: האם אפשר להשתמש ב-FR-4 במקום אלומיניום?
ללדים בהספק נמוך – כן. בעומסים גבוהים או עבודה רציפה FR-4 מתחמם מהר. עדיף MCPCB מאלומיניום או הוספת ויאתרמיות וגוף קירור חיצוני.
סיכום
טכנולוגיית ה-LED מתקדמת כל הזמן, אבל הלוח שמתחת לכל LED הוא עדיין המפתח לביצועים ולחיי המוצר.
לוח LED PCB מתוכנן היטב שולט בחום, מספק זרם יציב ושומר על בהירות אחידה לאורך אלפי שעות.
כאשר אתם מתכננים או מזמינים לוח LED, התחילו מרמת ההספק והיעד התרמי, ולאחר מכן בחרו את החומר, עובי הנחושת וגימור השטח המתאימים. העבירו למפעל קבצים ברורים ובדקו את האצווה הראשונה בתנאי אמת – וכך תזכו בתאורה בהירה, אמינה ועמידה יותר.
