El punto clave del diseño del MÓDULO LED automático

El módulo LED PCB para iluminación automotriz es un componente central del sistema de iluminación automotriz. Su desarrollo debe considerar dimensiones centrales como el rendimiento óptico, la gestión térmica, la estabilidad eléctrica, la confiabilidad mecánica y la certificación de grado automotriz. Los siguientes son los puntos técnicos clave para cada módulo:

I. Selección de sustrato de PCB y diseño estructural

Selección del material del sustrato

Los LED para automóviles tienen una alta densidad de potencia, por lo que se prefieren sustratos aislantes de alta conductividad térmica:

PCB a base de metal (MCPCB): la solución principal es la PCB a base de aluminio, con una conductividad térmica generalmente ≥1,5 W/(m・K). Para módulos de alta potencia (como faros y luces de circulación diurna), se recomiendan PCB a base de cobre (conductividad térmica ≥380 W/(m・K)) o PCB a base de cerámica (alúmina/nitruro de aluminio, con una conductividad térmica aún mayor pero con un costo mayor).

Se deben cumplir los requisitos de resistencia a la temperatura de grado automotriz: temperatura de funcionamiento a largo plazo -40 ℃ ~ 125 ℃ y resistencia al choque térmico (prueba cíclica -40 ℃ → 125 ℃).

Requisitos de aislamiento: utilice adhesivo aislante de alto voltaje y alta conductividad térmica con un voltaje de ruptura ≥20 kV/mm para evitar el riesgo de ruptura de alto voltaje.

Diseño de estructura de PCB

Diseño del circuito: Los bucles de corriente deben ser lo más cortos y anchos posible para reducir la impedancia de la línea y la generación de calor. Para circuitos LED de alta potencia, se recomienda un espesor de cobre ≥2oz (70μm).

Separación de corriente fuerte/débil: Los módulos de iluminación automotriz a menudo integran circuitos de controlador. Las líneas de alimentación LED y las líneas de control del controlador deben colocarse por separado con un espacio de ≥3 mm para evitar interferencias electromagnéticas.

Diseño de la almohadilla: las dimensiones de la almohadilla LED deben coincidir con el paquete del chip LED (por ejemplo, SMD 3535/5050). Se deben proporcionar almohadillas térmicas para mejorar la ruta de disipación de calor de los chips LED.

El tratamiento de la superficie de la almohadilla debe utilizar ENIG (chapado químico de níquel-oro) u OSP (máscara de soldadura orgánica) para cumplir con la resistencia a la corrosión y la confiabilidad de la soldadura de grado automotriz.

Forma y orificios de montaje: La estructura de montaje debe coincidir con la carcasa del faro del vehículo. Los orificios de montaje deben avellanarse/biselarse para evitar la concentración de tensiones; Los bordes del módulo deben tener esquinas redondeadas para evitar rayones durante el montaje.

II. Selección de dispositivos LED y coincidencia óptica

Selección de chips LED:

Priorice los LED de grado automotriz: deben cumplir con la certificación AEC-Q102, admitir una amplia temperatura de funcionamiento, resistencia a la vibración y resistencia a la humedad.

Selección por función:

Haz alto/bajo: alta potencia (1~5W/chip), alta densidad lumínica (≥150lm/W), temperatura de color alrededor de 5500K (cumple con los estándares de iluminación de luz blanca).

Luces de circulación diurna/intermitentes: baja potencia (0,2 ~ 1 W/chip), temperatura de color de la luz de circulación diurna ≥6000 K, las señales de giro deben cumplir con los requisitos de color de luz ámbar (alrededor de 590 nm).

Tipo de embalaje: Dé prioridad a los LED envueltos en cerámica, ya que ofrecen una mejor disipación de calor y confiabilidad que los LED envueltos en plástico.

Diseño de coincidencia óptica

Disposición del chip LED: según los requisitos de distribución de la luz (como la norma GB 4599-2007 'Bombillas de filamento para faros delanteros de automóviles'), determine el espacio y el ángulo de la matriz de LED para garantizar un punto de luz uniforme y sin reflejos.

Coincidencia de lentes ópticas: el módulo PCB debe reservar puntos de montaje de lentes para garantizar una alineación precisa entre el centro emisor de luz LED y el punto focal de la lente, evitando la pérdida de eficiencia luminosa.

III. Diseño de gestión térmica (clave principal)

La disminución de la luz y la vida útil de los LED para automóviles dependen directamente de la disipación de calor. La gestión térmica debe implementarse durante todo el proceso de desarrollo del módulo PCB:

Diseño de ruta de disipación de calor

Establezca una ruta eficiente de disipación de calor: 'chip LED → almohadilla de soldadura → sustrato de PCB → soporte del disipador de calor → carcasa del faro'.

La PCB con base de aluminio y el soporte del disipador de calor deben rellenarse con almohadillas térmicas o de silicona conductoras térmicas (conductividad térmica ≥3W/(m・K)) para eliminar espacios de contacto y reducir la resistencia térmica.

Verificación de simulación térmica

Utilizando el software ANSYS Icepak y Flotherm para la simulación térmica, asegúrese de que la temperatura de la unión del LED (Tj) sea ≤120 ℃ (la temperatura nominal de la unión de los LED de grado automotriz es generalmente de 150 ℃, con un margen de seguridad).

La simulación debe simular condiciones operativas extremas: como encender las luces después de una exposición prolongada a altas temperaturas de verano o un funcionamiento continuo.

Diseño auxiliar de reducción de calor

Los módulos de alta potencia pueden tener disipadores de calor diseñados en la parte posterior de la PCB (deben coincidir con la carcasa) para aumentar el área de disipación de calor.

Evite la generación de calor denso y localizado en la PCB; Distribuya racionalmente la disposición de los LED para reducir la concentración de calor.

IV. Diseño de compatibilidad eléctrica y de controladores

Coincidencia de parámetros eléctricos

Voltaje de entrada: Coincide con los sistemas de alimentación de automóviles (automóviles de pasajeros de 12 V/vehículos comerciales de 24 V), con un margen de fluctuación de voltaje de ±20 % (por ejemplo, los sistemas de 12 V son compatibles con 9 ~ 16 V).

Protección contra sobrecorriente/sobretensión: el módulo PCB debe integrar un fusible/fusible de reinicio o estar vinculado con el circuito del controlador para lograr protección contra sobrecorriente y cortocircuito.

Diseño de compatibilidad electromagnética (EMC)

Las luces para automóviles son componentes electrónicos para automóviles y deben cumplir con los requisitos de GB 21437-2015 'Requisitos de compatibilidad electromagnética y métodos de prueba para vehículos de pasajeros'.

Medidas de diseño de PCB:

Agregue una lámina de cobre de conexión a tierra para cubrir las áreas en blanco de la PCB para reducir la radiación electromagnética.

Agregue condensadores de filtro (p. ej., condensador cerámico de 0,1 μF + condensador electrolítico de 10 μF) cerca del LED en el circuito de accionamiento para suprimir la ondulación de la fuente de alimentación.

Adaptación de impedancia (p. ej., 50 Ω) para líneas de señal de alta frecuencia para reducir la reflexión de la señal.

V. Diseño de confiabilidad mecánica y adaptabilidad ambiental

Diseño de resistencia a las vibraciones

Durante el funcionamiento del vehículo se producen vibraciones de alta frecuencia. El módulo PCB debe cumplir con los estándares de prueba de vibración (por ejemplo, IEC 60068-2-6):

Seleccione un sustrato más rígido (por ejemplo, PCB a base de cobre) para evitar que la PCB se doble y deforme.

Utilice juntas de goma entre los orificios de montaje y los sujetadores para amortiguar los impactos de las vibraciones.

Diseño resistente a la corrosión ambiental

Puede producirse condensación dentro de los faros; por lo tanto, la PCB requiere un recubrimiento de tres pruebas (a prueba de humedad, a prueba de moho y a prueba de niebla salina) con un espesor de recubrimiento ≥20 μm, que cubra los circuitos y las almohadillas para evitar la oxidación y la corrosión.

Se utilizan conectores impermeables de grado automotriz (por ejemplo, clasificación IP67) y la conexión a la PCB emplea un método de doble fijación de soldadura y encapsulado.

VI. Certificación automotriz y verificación de pruebas

Estándares de certificación básicos

Nivel de producto: Debe aprobar la certificación E-Mark (UE), la certificación DOT (EE. UU.) y la certificación CCC (China).

Nivel de componente: el sustrato de PCB debe cumplir con los requisitos del sistema de gestión de calidad de la industria automotriz IATF 16949 y los dispositivos LED deben pasar la certificación AEC-Q102.

Elementos clave de la prueba

Tipo de prueba | Artículo principal | Estándar de prueba

Pruebas de confiabilidad | Choque térmico, envejecimiento a altas y bajas temperaturas, pruebas de vibración | CEI 60068

Pruebas ópticas | Flujo luminoso, temperatura de color, curva de distribución de la luz | ES 4599

Pruebas eléctricas | Prueba de tensión soportada, resistencia de aislamiento, prueba EMC | ES 21437

Pruebas ambientales | Prueba de niebla salina, resistente al agua y al polvo | CEI 60529

VII. Control del proceso de producción

Requisitos del proceso SMT

El perfil de temperatura de soldadura por reflujo debe coincidir con las características de resistencia a la temperatura del LED y el sustrato de PCB para evitar daños al dispositivo por altas temperaturas.

Se selecciona soldadura en pasta sin plomo de alta temperatura (punto de fusión ≥217 ℃) para cumplir con la confiabilidad de soldadura de grado automotriz.

Proceso de inspección

Se realiza 100% AOI (inspección óptica automatizada) para verificar defectos como juntas de soldadura en frío y cortocircuitos.

Se realiza un muestreo para inspección por rayos X para verificar la calidad de la unión de soldadura de los LED empaquetados con BGA.