高周波PCB技術 - LED基板とは

LEDとは？LED，即ち、発光ダイオードは、シリコン樹脂又はエポキシ樹脂に封入された湿熱感受性素子であり、その内部には裸シート、蛍光体及び固体ゲルが含まれている。定電流ダイオードとして、LEDのボルタンメトリー曲線は非線形である。LEDのこれらの特性を深く理解することは、LED PCBの正確な設計と組み立てを確保するために重要である。

図１　LED PCB

現在、主流のLEDタイプには主にSMD LEDとオンボードチップ（COB）LEDが含まれている。SMD LEDは、表面実装技術により他のSMD素子とともにプリント基板に実装される。一方、COB LEDはコアをPCBに直接接着し、その後接着剤を用いて密封した。COB LEDのボンディング方式は主にリードボンディングとフリップチップボンディングの2種類に分けられる。LED PCBの組立プロセスには、PCBパッドにペーストを印刷し、ペースト検査を行い、SMD素子を配置し、リフロー溶接により素子ピンとPCBを接続し、自動光学検査を行い、重大な問題がないことを確保する。led pcb board design

フリップチップCOB LED PCBの組み立てには、半田ボール付きチップをPCB上に置き、高温で圧力をかけて半田ボールを溶融させ、チップとPCBの接続を硬化させる必要がある。組み立てが完了したら、すべてのCOB LEDをカプセル封止する必要があります。その後、単板をタイルから分離し、LED PCBAごとに機能試験と熱老化試験を行った。

図２　COB LED PCB

LED PCBの組み立て中に、一部のLEDが点灯していないか、光を発する色収差がひどい、LEDの使用中に早期の光減衰が発生しているなどの問題が発生する可能性があります。これらの問題は、LED PCBの設計と組み立ての過程で原因を見つけることができることが多い。例えば、配線が不適切でLEDが明るくないという問題は、LEDパッドの方向がPCBの引張方向と同じであることに起因している可能性があり、分板時に曲げ力によって金線が引き裂かれて回路が開放される可能性がある。この問題を解決する方法は、LED PCB設計時にLEDパッドをPCB延伸方向にできるだけ垂直にすることです。

もう1つの一般的な問題は、組み立て前に焼かれていないLEDに色収差が生じることである。LED内部に湿気が存在し、ベーク処理されていない場合、リフロー溶接中に水蒸気が急速に膨張して糊が破裂し、光の経路を変更し、光の色を黄色にすることができます。この問題を解決するために、LEDを密封された防湿環境に保管し、組み立て前に必要に応じてベーキング処理を行う必要がある。led pcb board design

また、フレキシブルLEDランプストリップは、低温はんだペーストを使用することにより点灯しないという問題がある。低温はんだペーストはリフローはんだ付け後に脆くなり、フレキシブルLEDランプバンドの使用中の頻繁な曲がりははんだスポットの脱落を引き起こす可能性がある。そのため、錫膏タイプを選択する際には、その粘度、濡れ性、融点がLED PCB及び製品用途と一致することを確保しなければならない。最後に、放熱不良もLEDの早期光減衰を引き起こす重要な原因の一つである。LEDの使用寿命を延長するためには、適切なPCB基板材料の選択、銅厚の選択、有効な伝熱面積の確保など、LED PCBの熱管理を重視しなければならない。