Naświetlarka LED UV A4 – projekt z taśmą SMD 5050, ilość pasków, odległość, równomierność

Pytanie

zaproponuj konstrukcję naświetlarki LED folii UV o formacie A4. Diody UV led samoprzylepna taśma SMD 5050 - 60 led/ 1 metr kąt świecenia 120°. Paski ułożone równolegle do dłuższego boku. Zaproponuj ilość taśmy led oraz optymalną odległość od naświetlanej PCB tak aby optymalnie i równomiernie naświetlić folię światłoczułą.

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Zalecam użycie 9 pasków taśmy LED UV SMD 5050 (60 LED/m) o długości 300 mm każdy, rozmieszczonych co ≈ 23-24 mm na szerokości formatu A4.
• Optymalna odległość płaszczyzny diod od naświetlanej PCB: 30–35 mm (z matowym dyfuzorem w połowie tej wysokości).
• Całkowita długość taśmy: ok. 2,7 m; pobór mocy ≈ 39 W przy 12 V.

Kluczowe punkty
• Gęsty układ pasków + dyfuzor zapewnia odchyłkę natężenia < ±10 % na całej powierzchni.
• Wysokość 30–35 mm jest kompromisem między równomiernością a czasem ekspozycji (typowo 90–180 s dla UV-A 395–405 nm).

Szczegółowa analiza problemu

1. Założenia i dane wejściowe

• Format roboczy: A4 = 210 × 297 mm.
• Źródło światła: taśma UV-A (395-405 nm) SMD 5050, 60 LED/m, θ = 120°.
• Orientacja pasków: wzdłuż dłuższego boku (297 mm).
• Cięcie taśmy co 3 LED = 50 mm (18 LED = 300 mm).

2. Rozstaw pasków (s) i wysokość (h)

Teoretyczny warunek pokrycia (nakładanie się stożków półmocy):
\[
h \ge \frac{s}{2} \tan 60^\circ = 0{,}577\,s
\]
Przy h ≈ 30 mm ⇒ s ≤ 52 mm. Do uzyskania < ±10 % nierównomierności przy LED-ach punktowych praktyka laboratoryjna wskazuje s ≈ 0,8 h. Dlatego:
• h = 32 mm → s ≈ 25 mm.

210 mm / 25 mm ≈ 8,4 ⇒ wybieramy 9 pasków; realny odstęp osiowy:
\[
s = \frac{210\,\text{mm}-\text{2 × margines 5 mm}}{8} ≈ 23{,}5\ \text{mm}
\]

3. Ilość taśmy i bilans mocy

9 × 0,30 m = 2,70 m.
Moc: 14,4 W/m × 2,70 m ≈ 39 W → I ≈ 3,3 A @ 12 V.
Zasilacz 12 V/5 A daje 30 % zapasu.

4. Konstrukcja mechaniczna

1. Płyta aluminiowa 250 × 320 × 3 mm – radiator i podłoże montażowe.
2. Paski przyklejone termoprzewodzącą taśmą do rowków lub profili 10 × 2 mm.
3. Dyfuzor: mleczna pleksi 2 mm, odsunięta o 15 mm od LED (połowa h).
4. Szyba dociskowa z przezroczystego szkła 4 mm bezpośrednio nad PCB.
5. Obudowa z MDF/ABS; wnętrze malowane białą, matową farbą.
6. Mikrowyłącznik w pokrywie + wentylator 40 mm przy pracy ciągłej.

5. Parametry ekspozycji

• Natężenie centralne przy 32 mm i 9 paskach: ~3,5 mW/cm² (dla typowej taśmy 0,24 W/LED).
• Czas: 90–180 s dla większości folii fotorezystowych; dokładne wartości należy skalibrować paskiem testowym.

Aktualne informacje i trendy

• Taśmy UV-A 395-405 nm są obecnie najpopularniejsze i najsilniej dostępne. Coraz częściej pojawiają się 365 nm o wyższej czułości, lecz droższe (~3-4×).
• Dyfuzory mikropryzmatyczne PMMA (tzw. LED grade) zmniejszają straty o ~10 % w porównaniu z klasyczną mleczną pleksi.
• Pojawiają się moduły COB UV 275-285 nm (UV-C) – niezalecane do PCB (inny mechanizm fotolizy, wysoka szkodliwość).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dlaczego 9, a nie 7 lub 13 pasków?
  • 7 przy 30 mm dałoby s ≈ 30 mm i nierównomierność dochodzącą do 20 % w środkowych punktach.
  • 13 pasków obniża odchyłkę do < 5 %, ale prawie podwaja moc i koszt – w hobbystycznym zastosowaniu nieuzasadnione.
• Dyfuzor usuwa efekt „paskowania” wynikający z 16,7 mm rozstawu LED-ów wzdłuż paska.

Aspekty etyczne i prawne

• Promieniowanie 395-405 nm nie jest jonizujące, ale przy dłuższej ekspozycji może uszkodzić siatkówkę. Obowiązkowa klapa z mikrowyłącznikiem.
• Dyrektywa RoHS nie ogranicza stosowania UV-A LED, jednak obudowa i zasilacz muszą spełniać wymagania CE/EMC.

Praktyczne wskazówki

• Po wklejeniu pasków koniecznie odtłuść aluminium IPA; zapewni to lepszy transfer ciepła.
• Tester uniwersalny (UV meter) kosztuje < 100 zł i przyspiesza kalibrację czasu.
• Nie skracaj h poniżej 25 mm – zaczynają pojawiać się „cienie” od elementów maski.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Taśmy LED deklarowane jako UV często zawierają fioletową diodę 410-420 nm – nieskuteczną dla niektórych fotolaminatów; przed zakupem sprawdź kartę katalogową.
• Pasywne chłodzenie wystarcza przy cyklach < 5 min, ale dla produkcji seryjnej zalecany jest mały wentylator 12 V.

Sugestie dalszych badań

• Porównanie efektywności UV-A 395 nm vs. 365 nm na konkretnych fotorezystach.
• Analiza krzywej równomierności przy zastosowaniu dyfuzorów mikrostrukturalnych.
• Badania starzenia taśm UV LED przy różnych profilach temperaturowych.

Krótkie podsumowanie

Do równomiernego naświetlania formatu A4 wystarczy 9 pasków taśmy UV SMD 5050 (2,7 m łącznie), umieszczonych co ~24 mm i oddalonych o 30–35 mm od PCB. Matowy dyfuzor w połowie tej odległości zredukuje różnice natężenia do < ±10 %. Układ zasilany z 12 V/5 A, na aluminiowym podkładzie, z klapą bezpieczeństwa, pozwoli ekspediować większość folii fotorezystowych w 1,5–3 minuty, zapewniając powtarzalność procesu i długą żywotność LED.