Jak wybrać odpowiednią lampę aluminiową LED PCB dla projektu oświetleniowego: kompletny przewodnik

Oświetlenie LED zrewolucjonizowało branżę dzięki swojej efektywności energetycznej, długiej żywotności i wszechstronności, ale jego wydajność zależy od jednego kluczowego elementu: płyty lampy PCB.Tradycyjne PCB FR-4 mają trudności z obsługą ciepła wytwarzanego przez wysokiej mocy diody LED (10W+), co prowadzi do przedwczesnej awarii, obniżenia wartości światła i zmniejszenia niezawodności.wyprodukowane do rozpraszania ciepła 5 × 10 razy szybciej niż FR-4, te tabliczki stanowią podstawę systemów oświetlenia o wysokiej wydajności, od świateł ulicznych po światełki komercyjne.

Wybór odpowiedniego aluminiowego PCB LED nie polega tylko na wyborze płyty odpornej na ciepło, ale wymaga dopasowania właściwości termicznych, mechanicznych i elektrycznych PCB do wyjątkowych potrzeb projektu (np..Wskazówka ta przeprowadzi Cię przez każdy etap procesu wyboru: od zrozumienia typów płyt PCB aluminiowych po porównanie materiałów,obliczanie wymogów termicznychNiezależnie od tego, czy projektujesz mieszkalną żarówkę LED, czy system oświetlenia przemysłowego na dużą skalę, ten przewodnik pomoże ci zbudować trwałe, wydajne, wydajne i wydajne urządzenia oświetleniowe.i opłacalne oświetlenie LED.

Kluczowe wnioski
1Aluminiowe płytki PCB LED nie są przedmiotem negocjacji w przypadku diod o dużej mocy: w przypadku diod LED o mocy > 5 W, płytki PCB aluminium zmniejszają temperaturę połączenia o 25-40 °C w porównaniu z FR-4, wydłużając żywotność z 50 000 do 100 000+ godzin.
2Nie wszystkie płytki aluminiowe są równe: jednowarstwowe płyty MCPCB działają na światła o niskiej mocy (np. żarówki 3W), podczas gdy wielowarstwowe konstrukcje są potrzebne dla systemów o dużej mocy (np. światła uliczne o mocy 100W).
3Przewodność cieplna jest najważniejsza: rodzaje aluminium takie jak 6061 (155 W/m·K) przewyższają tańsze opcje takie jak 1050 (209 W/m·K) w zakresie rozpraszania ciepła, co jest kluczowe dla oświetlenia zewnętrznego lub przemysłowego.
4Koszty i wydajność są istotne: PCB ceramiczne zapewniają lepsze zarządzanie cieplne niż aluminium, ale kosztują 3×5 razy więcej; aluminium stanowi idealną równowagę dla 90% projektów oświetleniowych.
5Czynniki środowiskowe decydują o projektowaniu: oświetlenie zewnętrzne wymaga wodoszczelnych płytek PCB z aluminium z odpornymi na promieniowanie UV maskami lutowymi, podczas gdy projekty w pomieszczeniach wewnętrznych mają priorytet w zakresie wielkości i kosztów.

Czym jest aluminiowa lampa PCB LED?
Przed podjęciem decyzji o wyborze, ważne jest, aby zrozumieć, co czyni aluminium PCB LED wyjątkowe i dlaczego są one lepsze od tradycyjnych opcji oświetlenia.
Aluminiowa płyta lampy PCB LED to specjalistyczna płyta obwodnicza, która zastępuje nieprzewodzący podłoże FR-4 cienkim rdzeniem aluminiowym.odciąganie ciepła od chipów LED i rozpraszanie go w powietrzuStruktura zazwyczaj obejmuje trzy warstwy:
1Najwyższa warstwa (warstwa obwodu): miedziane ślady (1 ′′ 3 uncji grubości), które łączą diody LED, rezystory i sterowniki, wydrukowane maską lutową, aby zapobiec zwarciom.
2Warstwa izolacyjna (interfejs termiczny): Cienkie, cieplnie przewodzące polimery (np. żywica epoksydowa), które oddzielają obwód miedziany od rdzenia aluminium.Musi równoważyć izolację (aby uniknąć elektrycznych szortów) i przewodność cieplną (aby przenieść ciepło).
3.Rdzeń aluminiowy: warstwa bazowa (0,8 ∼3,2 mm grubości), która rozprasza ciepło. Aluminium jest preferowane ze względu na niskie koszty, lekką wagę i doskonałą przewodność cieplną (100 ∼250 W/m·K), w porównaniu z FR-4 ∼0,2 ∼0.4 W/m·K.

Dlaczego PCB aluminiowe przewyższają FR-4 w przypadku diod LED
LED wytwarzają ciepło, mimo że są "chłodne" w porównaniu z żarówkami żarówkowymi.
a. FR-4 PCB: ciepło w pułapce, powodujące, że Tj przekracza 120 °C (maksymalny bezpieczny limit dla większości diod LED).
b. Aluminiowe płytki PCB: odciągają ciepło od diody LED, utrzymując Tj poniżej 80°C. Utrzymuje to 90% jasności po 50 000 godzinach i zapewnia, że dioda LED osiąga pełną nominalną żywotność.

Rodzaje płytek żarówek LED z aluminium
Aluminiowe płytki PCB LED są dostępne w trzech głównych konfiguracjach, z których każda jest odpowiednia dla konkretnych zastosowań oświetleniowych.

1. Jednoskładnikowe płytki PCB z aluminium
Konstrukcja: Jedna warstwa miedzi (1 uncja) na szczycie rdzenia aluminiowego, z warstwą izolacyjną pośrodku.
Przykłady zastosowania: światła LED, moduły żarówek mieszkalnych (35W) i oświetlenie pod szafą.
Ograniczenie: Nie może obsługiwać złożonych obwodów (np. wielu sterowników LED lub czujników) ze względu na pojedynczą warstwę miedzi.

2. Dwuwarstwowe PCB aluminiowe
Konstrukcja: Dwie warstwy miedzi (1 ′′ 2 uncji każda) pokrywające rdzeń aluminiowy - jedna dla śladów sygnału, jedna dla poziomów naziemnych lub napędowych.
Warunki zastosowania: komercyjne światła w dół (10 30 W), światła panelowe i oświetlenie wnętrza samochodów.
Zalety: równoważy złożoność i koszty - idealnie nadaje się do oświetlenia wymagającego większej funkcjonalności (np. sterowania przyciemnianiem) bez kosztów wielowarstwowych płyt.

3. Wielowarstwowe płytki PCB z aluminium
Konstrukcja: 4 8 warstw miedzi z rdzeniem aluminiowym jako centralną warstwą rozpraszającą ciepło.
Przykłady zastosowania: oświetlenie uliczne o wysokiej mocy (50 ‰ 200 W), oświetlenie stadionowe i przemysłowe urządzenia wysokiego poziomu.Wykorzystanie urządzeń o charakterze kompresowym (np..
Zalety: Najwyższa wydajność termiczna i gęstość obwodów są kluczowe dla systemów oświetleniowych działających 24 godziny na dobę (np. światła uliczne na autostradach) i wymagających maksymalnej niezawodności.

Aluminiowe PCB LED w porównaniu z innymi typami PCB do oświetlenia
Aluminium nie jest jedyną opcją dla oświetlenia LED, a także wykorzystywane są płytki PCB FR-4, ale wyróżniają się w różnych scenariuszach.

Kluczowe wskazówki dotyczące wyboru materiału
a. Wybierz aluminium do większości projektów: równoważy koszty, wydajność termiczną i wagę - doskonale nadaje się do oświetlenia mieszkalnego, komercyjnego i większości oświetlenia przemysłowego.
b.Wybrać ceramikę wyłącznie dla urządzeń o bardzo wysokiej mocy: jeśli w projekcie wykorzystuje się diody LED o mocy > 200 W (np. duże oświetlenie stadionowe) lub działa w ekstremalnych temperaturach (> 200 °C), warto wybrać ceramikę (zwłaszcza AlN).
c. Unikaj FR-4 w przypadku diod LED o dużej mocy: jest on odpowiedni tylko do świateł wskaźnikowych o niskiej mocy lub oświetlenia dekoracyjnego, w których ciepło nie stanowi problemu.

6 kluczowych czynników przy wyborze odpowiedniego aluminiowego PCB LED
Wybór odpowiedniego aluminiowego PCB LED wymaga czegoś więcej niż wyboru typu lub materiału - oznacza dopasowanie specyfikacji płyty do wyjątkowych potrzeb projektu.Poniżej przedstawiono sześć najważniejszych czynników, które należy wziąć pod uwagę::
1Przewodność cieplna: dopasowanie do mocy LED
Przewodność cieplna (mierzona w W/m·K) określa, jak szybko PCB rozprasza ciepło.

a. Materiały o klasie aluminium: Wspólne klasy PCB LED obejmują:
1050 Aluminium: 209 W/m·K (wysoka przewodność, niski koszt)
5052 Aluminium: 140 W/m·K (lepsza odporność na korozję niż 1050 ̇ idealna do oświetlenia zewnętrznego).
6061 Aluminium: 155 W/m·K (najlepsza równowaga przewodności, wytrzymałości i kosztów stosowana w 90% aluminium LED PCB).
7075 Aluminium: 130 W/m·K (najwyższa wytrzymałość, niższa przewodność)

Przykład: lampy uliczne o mocy 50 W z wykorzystaniem aluminiowego PCB 6061 utrzymują LED Tj w temperaturze 75 ° C, w porównaniu z 110 ° C z aluminiowym PCB 1050.

2Rozmiar i czynnik kształtu PCB
Aluminiowe płytki PCB LED są dostępne w standardowych rozmiarach (np. 50 mm × 50 mm, 100 mm × 200 mm) lub mogą być wycięte na zamówienie, aby pasowały do urządzenia.
a.Pomiar przestrzeni do ustawień: zmierz wymiary wewnętrzne urządzenia oświetleniowego, aby uniknąć nadmiaru płyt PCB. Na przykład, wgniecione światło w dół może zmieścić tylko 75 mm × 75 mm płyt PCB.
b. Układ układu LED: w przypadku użycia wielu diod LED (np. paska 10-LED) płytka PCB musi być wystarczająco długa, aby równomiernie rozmieszczać diody LED (zwykle oddalone o 5-10 mm dla jednolitej jasności).
c. Otwory montażowe: Upewnij się, że PCB posiada wstępnie przewiercone otwory montażowe (np. M3 lub M4) do mocowania go do ciepłoodpuszczalnika urządzenia, które są kluczowe dla oświetlenia zewnętrznego, gdzie wibracje mogą rozluźnić płytę.

3Projektowanie obwodu i kompatybilność części
Projekt obwodu PCB® musi odpowiadać wymaganiom elektrycznym LED® i układowi komponentów:
a. Szerokość śladu: Ślady zasilania (podłączające diodę LED do sterownika) muszą być wystarczająco szerokie, aby obsługiwać prąd bez przegrzania.dla diody LED o mocy 50 W (10A prądu), użyj 2,0 mm (80 mil) śladu (2 uncji miedzi).
b.Wielkość płytki: płytki LED muszą odpowiadać śladom LED (np. 2835, 5050 lub LED COB).
c. Kompatybilność z sterownikiem: w przypadku integracji sterownika LED na płytę PCB upewnij się, że płyta ma miejsce dla komponentów sterownika (np. kondensatorów,W przypadku oświetlenia mieszkaniowego, w przypadku oświetlenia mieszkaniowego i oświetlenia mieszkaniowego, w przypadku oświetlenia mieszkaniowego, w przypadku oświetlenia mieszkaniowego, w przypadku oświetlenia mieszkaniowego, w przypadku oświetlenia mieszkaniowego, w przypadku oświetlenia mieszkaniowego, w przypadku oświetlenia mieszkaniowego, w przypadku oświetlenia mieszkaniowego, w przypadku oświetlenia mieszkaniowego..

4Wykończenie powierzchni: spawalność i odporność na korozję
Wykończenie powierzchniowe chroni ślady miedzi przed utlenianiem i zapewnia niezawodne lutowanie diod LED.

a.Oświetlenie zewnętrzne: Wybierz ENIG. Jego złota warstwa jest odporna na deszcz, wilgotność i promieniowanie UV, zapobiegając korozji przez 5-10 lat.
b.Oświetlenie w pomieszczeniach: HASL lub OSP działają taniej i są wystarczające dla suchego środowiska o kontrolowanej temperaturze.

5Wymagania środowiskowe
Projekty oświetleniowe różnią się znacznie w swoich środowiskach operacyjnych, a aluminiowe płytki PCB muszą być zbudowane tak, aby wytrzymać następujące warunki:
a.Oświetlenie zewnętrzne (światła uliczne, reflektory):
Wodaodporność: PCB powinien mieć wodoodporną maskę lutową (ocena IP67 lub IP68) w celu zapobiegania uszkodzeniu przez wodę.
Odporność na promieniowanie UV: użyj odpornej na promieniowanie UV maski lutowej (np. poliamid LPI), aby uniknąć degradacji w wyniku promieniowania słonecznego.
Zakres temperatury: Wybierz klasę aluminium (np. 5052), która radzi sobie z temperaturami od -40 do 85 °C (typowe temperatury na zewnątrz).
b.Oświetlenie w pomieszczeniach (gwiezdne żarówki, światła panełowe):
Odporność na kurz: wystarczy standardowa maska lutowa (ocena IP20).
Temperatura: Koncentruj się na przewodności cieplnej w stosunku do odporności na ekstremalne temperatury. Temperatura w pomieszczeniu rzadko przekracza 40°C.
c.Oświetlenie przemysłowe (naprawy wysokiego poziomu):
Odporność na działanie chemiczne: Używaj maski lutowej odpornej na oleje, środki chłodzące i kurz (np. maski na bazie epoksydu).
Odporność na wibracje: wzmocnienie PCB dodatkowymi otworami do montażu, aby wytrzymać wibracje fabryczne.

6Koszty i wielkość produkcji
Twój budżet i wielkość produkcji będą miały wpływ na wybór płytek aluminiowych:
a.Prototypy/małe partie (<100 jednostek): Użyj wyciętych na zamówienie jedno- lub podwójnych warstw PCB. Wielu producentów (takich jak LT CIRCUIT) oferuje szybkie prototypy (7 ‰ 10 dni) za (20 ‰) 50 za tablicę.
b. Wysoka objętość (> 1000 sztuk): Wybierz płyty PCB o standardowej wielkości lub zamówienia na zamówienie masowe. Produkcja dużych objętości obniża koszty o 30-50% (np. (1,50 na tablicę w porównaniu z) 3,00 w przypadku prototypów).
c.Pomaganie w oszczędnościach: W przypadku oświetlenia o średniej mocy (10 ≈ 30 W) należy używać podwójnych warstw zamiast wielowarstwowych płyt PCB ≈ oszczędzają one 20 ≈ 30% przy jednoczesnym zapewnieniu wystarczającej wydajności termicznej.

Aplikacje w świecie rzeczywistym: PCB LED z aluminium w akcji
Aby zrozumieć, w jaki sposób te czynniki wyboru mają zastosowanie, przyjrzyjmy się trzem powszechnym projektom oświetleniowym i najkorzystniejszym PCB aluminiowym:
1. Żarówka LED mieszkalna (5W)
Potrzeby: kompaktowy rozmiar, niska cena, użytkowanie w pomieszczeniach.
Zalecane PCB: Jednostronowy 1050 aluminium PCB (100mm × 30mm), HASL wykończenie, 1 oz miedzi.
Dlaczego: wysoka przewodność aluminiowa 1050 ′ (209 W/m·K) obsługuje 5 W ciepła, podczas gdy HASL utrzymuje niskie koszty.

2. Oświetlenie uliczne dla użytku komercyjnego (100 W)
Wymagania: Wysoka wydajność termiczna, trwałość na zewnątrz, duża sieć diod LED.
Zalecane PCB: wielowarstwowe 6061 aluminium PCB (200mm × 150mm), ENIG wykończenie, 2 oz miedzi.
Po co: aluminium 6061 zapewnia przewodność (155 W/m·K) i wytrzymałość, podczas gdy ENIG jest odporny na deszcz i promieniowanie UV.

3. Przemysłowe urządzenia wysokogórkowe (200W)
Wymagania: Ultra wysoka wydajność termiczna, odporność chemiczna, odporność na drgania.
Zalecane PCB: wielowarstwowy 7075 aluminium PCB (300mm × 200mm), epoksydowa maska lutowa, 3 oz miedzi.
Dlaczego: 7075 aluminiowy wytrzymuje wibracje fabryczne, podczas gdy 3 oz miedziane obsługuje prąd 200W. Epoksyna maska jest odporna na oleje i chłodniki.

Powszechne błędy, których należy unikać przy wyborze PCB LED z aluminium
Nawet doświadczeni projektanci popełniają błędy, które wpływają negatywnie na wydajność diody.
1.Wybór zbyt niskiej przewodności cieplnej: użycie 1050 aluminiowych płyt PCB dla 50W LED może zaoszczędzić pieniądze z góry, ale spowoduje przegrzanie i przedwczesną awarię, która będzie kosztować więcej w wymianie.
2.Przeciwdziałanie wykończeniu powierzchniowemu do użytku na zewnątrz: wykończenie HASL na zewnętrznym lampie ulicznym będzie korozyjne w ciągu 2 lat; zawsze używaj ENIG do projektów na zewnątrz.
3.Pomniejszenie rozmiaru śladów: 0,2-milimetrowy ślad dla diody LED o mocy 10 W (2A) przegrzeje się i stopi, powodując zwarcie. Użyj wytycznych dotyczących szerokości śladu w sekcji 5.3.
4.Przejście próby prototypu: zamówienie 1000 PCB bez testowania prototypu może prowadzić do kosztownych błędów (np. niewłaściwy rozmiar podkładki dla diod LED). Zawsze najpierw testuj 5 ∼ 10 prototypów.
5.Zbyt skomplikowane z wielowarstwowymi płytami PCB: PCB z dwiema warstwami działa dla większości oświetlenia o mocy 30 W ̇ użycie płyty wielowarstwowej jest zbędne i zwiększa koszty o 50%.

FAQ: Odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania dotyczące PCB LED z aluminium
P: Czy aluminiowe płytki PCB LED mogą być stosowane do elastycznego oświetlenia (np. taśmy LED)?
Odpowiedź: Tak, dostępne są elastyczne płytki PCB z aluminium (wykorzystujące cienkie rdzenie aluminiowe o średnicy 0,2 mm i elastyczne maski lutowe) do oświetlenia zakrzywionego lub giętego.Są one idealne do zastosowania na paskach pod szafami lub w oświetleniu wewnętrznym samochodów, ale mają niższą przewodność cieplną (80-120 W/m·K) niż sztywne płyty PCB z aluminium..

P: Jaka jest różnica pomiędzy aluminium LED PCB i radiatorem?
Odpowiedź: Aluminiumowe rdzeń PCB działa jako wbudowany rozgrzewacz, ale w przypadku diod o dużej mocy (> 100 W) może być potrzebny dodatkowy zewnętrzny rozgrzewacz (np. płetwany blok aluminiowy) dołączony do PCB.PCB przenosi ciepło do zewnętrznego radiatora, co rozprasza go w powietrzu.

P: Jak obliczyć wymaganą przewodność cieplną dla projektu LED?
Użyj prostej formuły:
Wymagana przewodność cieplna (W/m·K) = moc LED (W) × 10
Przykładowo, LED o mocy 20 W wymaga PCB o przewodności cieplnej co najmniej 200 W/m·K. Dostosować do użytku na zewnątrz (dodaj 20%) lub urządzeń zamkniętych (dodaj 30%), ponieważ te zatrzymują więcej ciepła.

P: Czy mogę zaprojektować własne aluminiowe płytki LED, czy powinienem współpracować z producentem?
Odpowiedź: W przypadku prostych projektów (np. żarówek o mocy 5 W) można użyć bezpłatnego oprogramowania do projektowania PCB (KiCad, Eagle), aby utworzyć pliki Gerber i wysłać je do producenta.Pracujemy z specjalistą, takim jak LT CIRCUIT. Zapewniają informacje zwrotne DFM (Design for Manufacturability), aby uniknąć błędów..

P: Jaki jest typowy czas realizacji płyt PCB LED z aluminium?
Odpowiedź: Prototypy trwają 7-10 dni; produkcja w dużych ilościach (1000+ jednostek) trwa 2-3 tygodnie.

Wniosek
Wybór właściwej lampy LED PCB z aluminium jest najważniejszą decyzją dla projektu oświetleniowego - określa długość życia, jasność i niezawodność diod LED.Skoncentrując się na przewodności cieplnej (w porównaniu z mocą LED), jakość materiału (6061 dla większości projektów), wykończenie powierzchni (ENIG do użytku na zewnątrz) i odporność na działanie środowiska, można budować systemy oświetlenia, które przekraczają oczekiwania dotyczące wydajności.

Pamiętajcie: PCB aluminiowe osiągają idealną równowagę między kosztami a wydajnością w 90% projektów LED.podczas gdy FR-4 powinien być ograniczony do wskaźników niskiej mocy. Unikając powszechnych błędów (przekraczając rozmiar śladów, ignorując trwałość na zewnątrz) i testując prototypy, zapewniasz, że Twój projekt oświetleniowy jest wydajny, trwały i opłacalny.

Aby uzyskać najlepsze wyniki, współpracuj z producentem, takim jak LT CIRCUIT, który specjalizuje się w aluminiowych płytkach LED, mogą pomóc zoptymalizować projekt, wybrać odpowiednie materiały,i dostarczyć wysokiej jakości deski spełniające potrzeby Twojego projektu.