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我們每天都在使用 LED 燈。我們在家中、辦公室和汽車中都能看到它們。但是您有沒有停下來想過 LED 燈是如何工作的呢？在這些微小光點的背後，有一個非常重要的元件在工作。這個元件稱為印刷電路板 (PCB)。PCB 是 LED 燈的心臟。它可確保燈光正常發光，並能長時間正常運作。
什麼是 PCB 板？
在討論 LED 燈中的 PCB 板之前，我們首先需要瞭解什麼是 PCB 板。 PCB 代表印刷電路板。您可以將它視為電子零件的家和道路系統。
我下面的文章會詳細介紹 PCB 板
為什麼 LED 燈需要 PCB 板？
為什麼小小的 LED 燈需要這樣的零件？答案很簡單。LED 燈工作時會產生熱量。而且它需要穩定的電路來供電。PCB 板可以完美解決這兩個問題。
熱能管理
LED 燈很棒。這並非誇大之詞。與傳統燈泡相比，LED 將大部分電能轉化為光，而不是熱能。但仍有一小部分能量變成了熱量。單顆小型 LED 晶片通常可以處理這些熱量，但許多 LED 晶片通常會緊密地排列在燈具中。這會使熱量積聚並停止散發。
高溫是 LED 晶片最大的敵人。長時間的高熱會帶來幾個問題：
- 光衰： 熱量會加速晶片老化，因此光輸出會下降，燈泡也會變暗。
- 顏色偏移： 白光 LED 在高溫下會變色，使光線看起來更藍或更黃。
- 壽命較短： 持續發熱會損壞晶片的內部零件，使燈泡提早失效。在嚴重的情況下，高溫會燒毀晶片。
因此，讓 LED 晶片散熱是燈具設計的關鍵部分。PCB 不僅是配線板。它也是冷卻系統的重要部分。鋁製 PCB 就是為了解決這個散熱問題。鋁能很好地移動熱量。
作為 PCB 的基座，它可以快速將熱量從晶片中抽出，然後移動到燈殼並散發到空氣中。良好的散熱設計可使 LED 保持在安全溫度，因此可保持亮度、色彩穩定和長壽命。
穩定可靠的電路
除了熱量，LED 燈還需要非常穩定的電路來供電。LED 晶片對電非常敏感。它們需要精確而穩定的電流才能正常工作。如果電流過大，LED 芯片就會燒壞。如果電流太小，燈就不夠亮。
PCB 板為此電源電路提供了完美的平台。透過良好的 PCB 設計，工程師可以將電源電路的所有零件以小而有序的方式放置。這些零件包括驅動晶片、電阻和電容。
PCB 板上的銅線可確保所有這些部件之間的連接精確而牢固。這可避免手動接線時可能發生的線材鬆脫或短路等問題。
此外，PCB 板的製作過程大多是自動化的。這意味著製造的每片 PCB 板幾乎都是完全一樣的。在製造數以千計或數以百萬計的 LED 燈時，這種一致性是非常重要的。
它可確保出廠的每個 LED 燈都具有相同的高品質和性能。這對於大型專案和建立市場信任是至關重要的。當市場主導的提案要求可靠和一致的產品時、 高品質 PCB 板 是必不可少的。
總而言之，LED 燈需要 PCB 板有兩個主要原因：
良好的熱能管理： PCB 板（尤其是金屬板）具有散熱作用。它可以將熱量從 LED 芯片移開，以保護它們。
可靠的電氣連接： PCB 板為 LED 電源電路提供了穩定的基礎。它能確保 LED 晶片獲得適當的電量，使其正常工作。
如果沒有設計良好的 PCB 板，即使是最好的 LED 芯片也無法正常工作。它很快就會失效。
讓我們從設計一個簡單的 LED 所需的步驟開始。
從清晰的想法和計劃開始
在您接觸任何工具或零件之前，您需要一個明確的計劃。您必須決定要做什麼樣的 LED 燈。它是用來做什麼的？回答這個問題是第一步。
也許您想為書桌製作一個簡單的閱讀燈。或者您想創造酷炫的 黑色 LED 燈 用於裝飾。也許您有自訂 LED 鏡 適合您的浴室。LED 燈的用途將決定其他一切。它將決定尺寸、亮度和您需要的零件。
有了主旨之後，您就需要思考細節。這盞燈需要多亮？這會告訴您需要多少個 LED 晶片。您想要什麼顏色的光？LED 有多種顏色，從暖白到冷白，甚至還有紅、綠、藍等顏色。
您也需要考慮電源。這盞燈的電力從何而來？它會插入牆上的插座嗎？還是使用電池？這個決定非常重要。它會影響您的 PCB 設計和您選擇的零件。插在牆上的燈需要能夠處理高電壓的零件。使用電池供電的燈需要能有效使用電力的零件。
寫下您的計劃列出一份簡單的清單，說明您希望 LED 燈做什麼。
- 它的目的是什麼？ (例如：檯燈）
- 應該有多亮？ (例如：亮度足以閱讀）
- 什麼顏色的光？ (例如：暖白色）
- 它將如何供電？ (例如：插入牆壁）
有這樣一個明確的計劃是非常重要的。它會讓接下來的步驟變得更容易。一個好的計劃就像一張地圖。它告訴您要去哪裡。沒有地圖，您可能會迷路。
有了好的計劃，您就可以開始真正的設計工作了。這個規劃階段類似於公司如何創造 市場主導提案.他們從明確的需求開始，並為此建立解決方案。
建立您的電路示意圖
既然有了計劃，就該設計電路了。電路是使 LED 點亮的電氣通路。此電路的計劃稱為原理圖。原理圖是一種圖紙。但它是一種特殊的繪圖。它使用符號來表示電子零件。它使用線路來表示這些部件是如何連接的。
您需要使用軟體來繪製原理圖。有許多軟體可供使用。有些是免費提供給業餘愛好者和初學者的。這些程式都有零件庫。您可以選擇 LED、電阻和電源的符號。
首先，您需要選擇 LED 晶片。您在步驟 1 中制定的計劃會幫到您。您知道自己想要的燈有多亮。因此，您可以選擇能產生適當光量的 LED。
接下來，您需要計算正確的電阻。LED 很敏感。它們不能直接與電源連接。它們需要一個電阻來限制流過它們的電流。如果流過 LED 的電流太多，LED 就會燒燬。電阻的值取決於您的電源和您使用的 LED 類型。有一些簡單的公式可以計算出來。您可以在網路上找到這些公式。
您的電路圖會顯示電源。然後會顯示電阻。接著會顯示 LED。一條線可將它們連接成一個迴路或電路。如果您有許多 LED，您可以將它們串聯，就像連鎖一樣。或者您可以將它們並聯，每個都有自己的電阻。您的原理圖會清楚地顯示這些連接。
繪製原理圖是 PCB 設計流程的關鍵部分。它是您的藍圖。這一步請慢慢來。仔細檢查所有連接。確保電阻器的計算正確無誤。示意圖中的錯誤將導致日後的大問題。正確的示意圖意味著您對電子電路有了堅實的規劃。
設計 PCB 佈局
您的原理圖已經完成。它顯示了所有元件的邏輯連接方式。現在，您需要設計實體 PCB。這一步驟稱為 PCB 佈局。A 良好的 PCB 佈局極為重要.您需要確定每個元件在電路板上的實體位置。您也需要規劃出電流的路徑。這些路徑就是銅線。
您將使用與示意圖相同的軟體。大多數軟體都有兩個部分：原理圖編輯器和佈局編輯器。您可以將完成的原理圖匯入佈局編輯器。軟體會顯示您所有的零件以及它們之間的邏輯連接。您的工作就是排列零件並繪製跡線。
首先，您必須確定 PCB 的形狀和尺寸。第一步中的規劃將有所幫助。
如果要製作小型檯燈，您可以設計一個精巧的圓形 PCB。
如果要製作一條長的燈條，您可以設計一塊又長又窄的 PCB。
接下來，您將零件放在黑板上。仔細考慮每個零件的位置。對 LED 燈而言，LED 晶片的位置非常重要。
您希望光線均勻地散開。因此，您應將 LED 整齊地排列，並在它們之間留出相等的空間。這樣可以避免亮點和暗點。
您還需要考慮熱量問題。LED 會產生熱量。處理高功率的零件也會產生熱量。您應該在這些發熱部件周圍留出一些空間。這有助於熱量散發。
如果發熱零件靠得太近，電路板可能會太熱。這會損壞零件並縮短燈泡的壽命。好的 PCB 設計總是考慮到熱量管理。
放置所有元件後，您需要繪製跡線。跡線寬度也很重要。如果您不確定您的精確計算，請使用我們的 線上線跡寬度計算機.放置所有元件並繪製所有跡線後，檢查您的工作。整個過程是 PCB 設計的核心。良好的佈局可確保最終燈具的可靠和高效。
製造您的 PCB 板
您的 PCB 設計已經完成。您有一個數位檔案，代表您完成的電路板。現在，您需要將數位檔案轉換成真正的實體 PCB 板。您會將設計檔案寄給 PCB 製造商。
線上有許多製造客製化 PCB 板的公司。即使是小型項目，他們也非常容易獲得。您可以將您的設計檔案上傳到他們的網站。這些檔案的格式通常稱為 「Gerber 檔案」。您的 PCB 設計軟體可以為您建立這些檔案。
當您訂購衝浪板時，您必須選擇一些選項。
- 材質： 對於大多數 LED 專案，您會在兩種主要材料之間進行選擇。一種是 FR-4，這是標準的低成本材料。另一種是鋁。如果您的 LED 燈是大功率的，會產生大量的熱量，您應該選擇鋁質 PCB 板。鋁製基板可以很好地將 LED 的熱量排出。這是設計的關鍵部分。 綠色照明因為溫度較低的燈管效率更高、壽命更長。
- 顏色： 您通常可以選擇阻焊層的顏色。綠色是最常見的。但您也可以選擇紅色、藍色、黑色或白色。如果您正在製作 黑色 LED 燈選擇黑色的阻焊材料會讓您的專案看起來非常專業。
- 數量： 您可以只為專案訂購幾塊木板，也可以訂購許多。
下訂單後，製造商會使用您的檔案製作電路板。一、兩週之後，您的客製化 PCB 板就會寄到。拿著您設計的實體電路板是非常令人興奮的時刻。它是您 LED 燈專案的真正基礎。
收集並整理您的元件
在等待 PCB 板到達的同時，您可以收集所有需要的電子零件。每個小零件最好多買幾個，例如電阻器。列出您需要的所有零件。從以下網站訂購零件 電子業者.
零件到達後，請將它們整理好。使用小容器或標籤袋。這將使下一步的組裝更容易。您可不想在準備焊接時，還在找一個小電阻。井井有條是順利完成專案的關鍵。
將元件焊接到 PCB 板上
您的客製化 PCB 已經到達。所有元件都已整齊排列。現在是時候將它全部組合起來了。這個過程稱為焊接，需要一些練習。如果您以前從未焊接過，而且不熟悉焊接，我建議您查看我在以下方面的文章 焊接.
以下是將零件焊接到 PCB 板上的簡單流程：
- 從最小的零件開始。
- 放置元件。
- 加熱連接。
- 塗上焊錫。
- 取出焊料和烙鐵。
對設計中的每個元件重複此過程。慢慢來。要有耐心。良好的焊接需要細心和對細節的關注。
測試、組裝並完成您的 LED 燈專案
現在所有元件都已焊接到 PCB 板上。您有了一個組裝好的電路。下一步就是測試。最好先測試您的電路，然後再將它放入最終的外殼或機箱中。
小心連接電源。正確連接後，打開電源。您的 LED 應該會亮起！如果它們都亮了，而且亮度也正確，那麼您就成功地建立了電路。恭喜您！
如果有些東西不成功，不要擔心。這是製作過程中的正常現象。您需要進行一些故障排除。
有了可運作的電路之後，您就可以進行最後的組裝。這表示將您的 PCB 板放入您在步驟 1 中規劃的燈殼中。最後的結果就是一個完成的 LED 燈。您已經把一個想法變成了一個真正的、可以工作的物件。從最初的計劃和 PCB 設計到最後的焊接和組裝，您已經完成了整個過程。
常見問題
Gerber 檔案是 PCB 製造商用來製作實體電路板的標準檔案格式。每個 Gerber 檔案顯示 PCB 設計的不同層。這包括銅線、阻焊層和絲印層。這種方法為製作電路板的每個部分提供了清晰而獨立的說明。這對成功製作最終產品非常重要。
為了提高 LED 燈的效率和壽命，請專注於熱量管理。LED 和其他功率元件會產生熱量。如果熱量管理不善，就會縮短燈管的壽命。使用鋁質 PCB 板是從 LED 散發熱量的好方法。這有助於保持電路冷卻。因此，它可提供更高效、更持久的照明解決方案。
LED 對電流很敏感，因此需要一個電阻來限制流過 LED 的電流。如果沒有電阻器，過大的電流會流過 LED，導致 LED 燒壞。電阻器的值是根據您的電源和您使用的特定 LED 類型計算出來的。
