Come scegliere la piastra per lampada LED PCB in alluminio giusta per il tuo progetto di illuminazione: una guida completa

L'illuminazione a LED ha rivoluzionato l'industria con la sua efficienza energetica, la sua lunga durata e la sua versatilità, ma le sue prestazioni dipendono da un componente critico: la piastra della lampada PCB.I PCB FR-4 tradizionali hanno difficoltà a gestire il calore generato dai LED ad alta potenza (10W+), che porta a guasti prematuri, deprezzamento del lumen e ridotta affidabilità.con una capacità di accumulo di calore superiore a 5 × 10 volte superiore a quella del FR-4, questi pannelli sono la spina dorsale dei sistemi di illuminazione ad alte prestazioni, dai lampioni stradali ai lampioni commerciali.

Scegliere il giusto PCB LED in alluminio non significa solo scegliere una scheda resistente al calore, ma richiede di abbinare le proprietà termiche, meccaniche ed elettriche dei PCB alle esigenze uniche del progetto (ad es..Questa guida vi accompagna in ogni fase del processo di selezione: dalla comprensione dei tipi di PCB in alluminio al confronto dei materiali,calcolo dei requisiti termici, e evitando errori comuni.Se state progettando una lampadina LED residenziale o un sistema di illuminazione industriale su larga scala, questa guida vi aiuterà a costruire lampadine LED durevoli, efficienti,e illuminazione LED conveniente.

Principali insegnamenti
1.I PCB in alluminio LED non sono negoziabili per i LED ad alta potenza: per i LED > 5W, i PCB in alluminio riducono le temperature di giunzione di 25-40 °C rispetto al FR-4, estendendo la durata da 50.000 a 100.000+ ore.
2.Non tutti i PCB in alluminio sono uguali: i MCPCB monolivello funzionano per luci a bassa potenza (ad esempio, lampadine da 3 W), mentre i progetti multilivello sono necessari per sistemi ad alta potenza (ad esempio, lampadine stradali da 100 W).
3La conducibilità termica è la priorità: i tipi di alluminio come il 6061 (155 W/m·K) superano le opzioni più economiche come il 1050 (209 W/m·K) nella dissipazione del calore, fondamentale per l'illuminazione esterna o industriale.
4.Cost vs performance matters: i PCB ceramici offrono una migliore gestione termica rispetto all'alluminio ma costano 3×5 volte di più; l'alluminio raggiunge l'equilibrio ideale per il 90% dei progetti di illuminazione.
5.Fattori ambientali guidano la progettazione: per l'illuminazione esterna sono necessari PCB in alluminio impermeabili con maschere di saldatura resistenti agli UV, mentre per la progettazione interna la priorità è la dimensione e il costo.

Che cos'è una lampada PCB a LED in alluminio?
Prima di approfondire la selezione, è essenziale comprendere cosa rende unici i PCB LED in alluminio e perché sono superiori alle opzioni tradizionali di illuminazione.
Una lampada a LED PCB in alluminio è un circuito specifico che sostituisce il substrato non conduttivo FR-4 con un nucleo di alluminio sottile, che funge da dissipatore di calore.attirare il calore dai chip LED e dissiparlo nell'ariaLa struttura comprende in genere tre strati:
1Strato superiore (strato di circuito): tracce di rame (spessore 1 ′′ 3 oz) che collegano LED, resistori e driver ′′ stampati con maschera di saldatura per prevenire i cortocircuiti.
2Strato isolante (interfaccia termica): un sottile polimero conduttore termico (ad esempio, resina epossidica) che separa il circuito di rame dal nucleo di alluminio.Deve bilanciare l'isolamento (per evitare cortocircuiti elettrici) e la conducibilità termica (per trasferire calore).
3.Core di alluminio: Lo strato di base (0,8 ∼3,2 mm di spessore) che dissipa il calore. L'alluminio è preferito per il suo basso costo, il peso leggero e l'eccellente conducibilità termica (100 ∼250 W/m·K), rispetto agli FR-4 ∼0,2 ∼0.4 W/m·K.

Perché i PCB in alluminio superano i FR-4 per i LED
I LED generano calore anche se sono "freddi" rispetto alle lampadine a incandescenza.
a. PCB FR-4: calore di trappola, che provoca un Tj superiore a 120°C (il limite massimo di sicurezza per la maggior parte dei LED).
b. PCB in alluminio: allontanano il calore dal LED, mantenendo Tj al di sotto di 80°C. Ciò mantiene il 90% di luminosità dopo 50.000 ore e garantisce che il LED raggiunga la sua vita massima.

Tipi di lampadine PCB a LED in alluminio
I PCB LED in alluminio sono disponibili in tre configurazioni principali, ognuna adatta a specifiche applicazioni di illuminazione.

1. PCB mono strati di alluminio
Disegno: un singolo strato di rame (1 oz) sopra il nucleo in alluminio, con lo strato isolante nel mezzo.
Casi di utilizzo: luci a strisce a LED, moduli di lampadine residenziali (35W) e illuminazione sotto il gabinetto.
Limitato: non può supportare circuiti complessi (ad esempio, più driver o sensori a LED) a causa del singolo strato di rame.

2. PCB in alluminio a doppio strato
Progettazione: due strati di rame (1 ′′ 2 oz ciascuno) in sandwich sul nucleo di alluminio, uno per le tracce di segnale, uno per i piani di terra o di potenza.
Casi di utilizzo: luci commerciali (10 ′′ 30W), luci a pannello e illuminazione interna automobilistica.
Vantaggio: bilancia complessità e costi ̇ ideale per l'illuminazione che richiede più funzionalità (ad esempio, comandi di attenuazione) senza la spesa di schede multilivello.

3. PCB in alluminio a più strati
Progettazione: 4?? 8 strati di rame con il nucleo di alluminio come strato centrale di dissipazione del calore.
Casi di utilizzo: luci stradali ad alta potenza (50 ‰ 200 W), illuminazione degli stadi e apparecchiature industriali ad alta stazione.Dispositivi LED con driver individuali) e distribuiscono il calore uniformemente sul nucleo.
Vantaggi: elevate prestazioni termiche e densità di circuito critico per i sistemi di illuminazione che funzionano 24 ore su 24 (ad esempio, lampadari stradali) e richiedono la massima affidabilità.

PCB LED in alluminio rispetto ad altri tipi di PCB per l'illuminazione
L'alluminio non è l'unica opzione per l'illuminazione a LED, ma anche la ceramica e i PCB FR-4 sono utilizzati, ma eccellono in diversi scenari.

I punti chiave per scegliere il materiale
a.Scegliere l'alluminio per la maggior parte dei progetti: esso bilancia il costo, le prestazioni termiche e il peso, perfetto per l'illuminazione residenziale, commerciale e industriale.
b.Scegliere la ceramica solo per la potenza ultra elevata: se il progetto utilizza LED > 200W (ad esempio, grandi luci di stadio) o funziona a temperature estreme (> 200°C), la ceramica (specialmente AlN) vale il costo.
c.Evitare FR-4 per i LED ad alta potenza: è adatto solo per le luci indicatrici a bassa potenza o per l'illuminazione decorativa in cui il calore non è un problema.

6 fattori critici per scegliere il giusto PCB LED in alluminio
Selezionare il giusto PCB LED in alluminio richiede più di una semplice scelta di tipo o materiale, significa abbinare le specifiche della scheda alle esigenze uniche del vostro progetto.Di seguito sono riportati i sei fattori più importanti da considerare:
1Conduttività termica: corrisponde alla potenza LED
La conduttività termica (misurata in W/m·K) determina la velocità con cui il PCB dissipa il calore.

a.Materie di grado di alluminio: i gradi comuni per i PCB a LED includono:
1050 alluminio: 209 W/m·K (alta conduttività, basso costo)
5052 alluminio: 140 W/m·K (migliore resistenza alla corrosione rispetto al 1050), ideale per l'illuminazione esterna.
6061 Aluminio: 155 W/m·K (miglior equilibrio di conduttività, resistenza e costo utilizzato per il 90% dei PCB LED in alluminio).
7075 Alluminio: 130 W/m·K (forza massima, bassa conducibilità) per illuminazione industriale pesante.

Esempio: un lampione da 50 W con un PCB in alluminio 6061 mantiene i LED Tj a 75 ° C, rispetto a 110 ° C con un PCB in alluminio 1050.

2. Fattore di dimensione e forma del PCB
I PCB LED in alluminio sono disponibili in dimensioni standard (ad esempio, 50 mm × 50 mm, 100 mm × 200 mm) o possono essere tagliati su misura per adattarsi al vostro apparecchio.
a.Spazio di impianto: misurare le dimensioni interne dell'apparecchio di illuminazione per evitare PCB di grandi dimensioni.
b. Disposizione della matrice LED: se si utilizzano più LED (ad esempio, una striscia da 10 LED), il PCB deve essere abbastanza lungo da spaziare uniformemente i LED (in genere a 5-10 mm di distanza per una luminosità uniforme).
c. Fori di montaggio: assicurarsi che il PCB abbia fori di montaggio preperforati (ad esempio, M3 o M4) per attaccarlo al dissipatore di calore dell'apparecchio, indispensabile per l'illuminazione esterna, dove le vibrazioni possono allentare la scheda.

3Progettazione dei circuiti e compatibilità dei componenti
Il progetto del circuito dei PCB deve corrispondere ai requisiti elettrici dei LED e al layout dei componenti:
a. Larghezza della traccia: le tracce di alimentazione (che collegano il LED al driver) devono essere abbastanza larghe da gestire la corrente senza surriscaldamento. Per un LED da 10 W (2A corrente), utilizzare una traccia di 0,5 mm (20mil) (1 oz di rame).per un LED da 50 W (corrente da 10 A), utilizzare una traccia di 2,0 mm (80 millimetri).
b.Dimensione del pad: i pad LED devono corrispondere all'impronta dei LED (ad esempio, 2835, 5050 o LED COB).
c. Compatibilità con il driver: se si integra un driver LED sul PCB, assicurarsi che la scheda abbia spazio per i componenti del driver (ad esempio, condensatori,Le strati di rame possono gestire la tensione del conducente (tipicamente 12V o 24V per l'illuminazione residenziale).

4Finitura superficiale: saldabilità e resistenza alla corrosione
La finitura superficiale protegge le tracce di rame dall'ossidazione e garantisce una saldatura affidabile dei LED.

a.Illuminazione esterna: scegliere ENIG. Il suo strato dorato resiste alla pioggia, all'umidità e alle radiazioni UV, impedendo la corrosione per 5-10 anni.
b.Illuminazione interna: HASL o OSP funzionano più economicamente e sono sufficienti per ambienti asciutti a temperatura controllata.

5Requisiti ambientali
I progetti di illuminazione variano ampiamente nei loro ambienti operativi e il PCB in alluminio deve essere costruito per resistere a queste condizioni:
a.Illuminazione esterna (lampadine, proiettori):
Impermeabilizzazione: il PCB deve avere una maschera di saldatura impermeabile (indice IP67 o IP68) per evitare danni causati dall'acqua.
Resistenza ai raggi UV: utilizzare una maschera di saldatura resistente ai raggi UV (ad esempio, poliimide LPI) per evitare la degradazione dalla luce solare.
Intervallo di temperatura: scegliere un grado di alluminio (ad esempio, 5052) che sopporta da -40°C a 85°C (temperature esterne tipiche).
b.Illuminazione interna (lampadine, lampadine):
Resistenza alla polvere: una maschera di saldatura standard (indice IP20) è sufficiente.
Temperatura: concentrare l'attenzione sulla conduttività termica rispetto alla resistenza alle temperature estreme, le temperature interne raramente superano i 40°C.
c.Illuminazione industriale (apparecchiature ad alta tenuta):
Resistenza alle sostanze chimiche: utilizzare una maschera di saldatura resistente agli oli, ai refrigeranti e alla polvere (ad esempio, maschere a base di epossidi).
Resistenza alle vibrazioni: rinforzare il PCB con fori di montaggio extra per resistere alle vibrazioni della fabbrica.

6Costi e volume di produzione
Il vostro budget e il volume di produzione influenzeranno la vostra scelta di PCB in alluminio:
a.Prototipi/piccoli lotti (<100 unità): utilizzare PCB singoli o a doppio strato tagliati su misura. Molti produttori (come LT CIRCUIT) offrono prototipi veloci (7 ‰ 10 giorni) per (20 ‰) 50 per scheda.
b.Alto volume (>1000 unità): optare per PCB di dimensioni standard o ordini personalizzati in blocco.
c.Suggerimento per il risparmio di costi: per l'illuminazione a media potenza (10-30 W), utilizzare PCB a doppio strato invece di PCB a più strati: risparmiano il 20-30%, pur fornendo prestazioni termiche sufficienti.

Applicazioni reali: PCB LED in alluminio in azione
Per vedere come si applicano questi fattori di selezione, esaminiamo tre progetti di illuminazione comuni e i PCB in alluminio che funzionano meglio:
1. lampadina LED residenziale (5W)
Necessità: dimensioni compatte, basso costo, utilizzo all'interno.
PCB raccomandato: PCB in alluminio monolivello 1050 (100mm×30mm), finitura HASL, 1 oz di rame.
Perché: l'alluminio 1050 con elevata conducibilità (209 W/m·K) gestisce 5W di calore, mentre l'HASL mantiene bassi i costi.

2. Luci stradali commerciali (100 W)
Necessità: elevate prestazioni termiche, durabilità all'aperto, grande array di LED.
PCB raccomandato: PCB in alluminio 6061 a più strati (200 mm × 150 mm), finitura ENIG, 2 oz di rame.
Perché: l'alluminio 6061 permette di bilanciare la conduttività (155 W/m·K) e la resistenza, mentre l'ENIG resiste alla pioggia e agli UV.

3. Fabbricazione industriale ad alta portata (200W)
Necessità: prestazioni termiche ultra elevate, resistenza chimica, resistenza alle vibrazioni.
PCB raccomandato: PCB in alluminio 7075 a più strati (300 mm × 200 mm), maschera di saldatura epossidica, 3 once di rame.
Perché: la resistenza dell'alluminio 7075 resiste alle vibrazioni della fabbrica, mentre il rame da 3 oz gestisce la corrente di 200W. La maschera epossidica resiste agli oli e ai refrigeranti.

Errori comuni da evitare quando si scelgono PCB LED in alluminio
Anche i progettisti esperti commettono errori che compromettono le prestazioni dei LED.
1.Scegliere una conduttività termica troppo bassa: l'utilizzo di un PCB in alluminio da 1050 per un LED da 50 W può far risparmiare denaro in anticipo, ma causerà surriscaldamento e guasti prematuri, costando di più in sostituzione.
2.Ignorante finitura superficiale per uso esterno: una finitura HASL su un lampione esterno si corroderà entro 2 anni; utilizzare sempre ENIG per progetti esterni.
3Tracce di sottomissione: una traccia di 0,2 mm per un LED da 10W (2A) si surriscalderà e si scioglierà, causando un corto circuito.3.
4.Saltare il test del prototipo: ordinare 1000 PCB senza testare un prototipo può portare a errori costosi (ad esempio, dimensioni sbagliate per i LED).
5- eccessiva complessità con i PCB a più strati: un PCB a doppio strato funziona per la maggior parte dei downlight da 30 W. L'utilizzo di una scheda a più strati non è necessario e aumenta del 50% i costi.

FAQ: Risposte alle domande più comuni su PCB LED in alluminio
D: I PCB LED in alluminio possono essere utilizzati per l'illuminazione flessibile (ad esempio, strisce LED)?
R: Sì, sono disponibili PCB in alluminio flessibili (con nuclei di alluminio sottili da 0,2 mm e maschere di saldatura flessibili) per illuminazione curva o pieghevole.Sono ideali per le strisce sotto gli armadi o per l'illuminazione interna delle automobili, ma hanno una conducibilità termica inferiore (80-120 W/m·K) rispetto ai PCB rigidi in alluminio.

D: Qual è la differenza tra un PCB LED in alluminio e un dissipatore termico?
R: Il nucleo in alluminio del PCB funge da dissipatore “integrato”, ma per i LED ad alta potenza (> 100W), potrebbe essere necessario un dissipatore esterno aggiuntivo (ad esempio un blocco di alluminio con pinne) collegato al PCB.Il PCB trasferisce il calore al dissipatore esterno, che lo dissipa nell'aria.

D: Come calcolo la conduttività termica richiesta per il mio progetto LED?
R: Usa questa semplice formula:
Per le luci LED, la capacità di accensione è determinata in base al calcolo della capacità di accensione.
Ad esempio, un LED da 20 W ha bisogno di un PCB con una conducibilità termica di almeno 200 W/m·K. Regolare per l'uso all'aperto (aggiungere il 20%) o apparecchiature chiuse (aggiungere il 30%), in quanto questi catturano più calore.

D: Posso progettare il mio PCB LED in alluminio, o dovrei lavorare con un produttore?
R: Per i disegni semplici (ad esempio, lampadine da 5W), è possibile utilizzare un software di progettazione PCB gratuito (KiCad, Eagle) per creare file Gerber e inviarli a un produttore.Lavorare con uno specialista come LT CIRCUIT forniscono feedback DFM (Design for Manufacturability) per evitare errori.

D: Qual è il tempo di consegna tipico per i PCB LED in alluminio?
R: I prototipi richiedono 7-10 giorni; la produzione in grandi volumi (1000+ unità) richiede 2-3 settimane.

Conclusioni
Scegliere la piastra di lampada PCB LED in alluminio giusta è la decisione più importante per il tuo progetto di illuminazione, determina la durata, la luminosità e l'affidabilità dei LED.Concentrandosi sulla conduttività termica (corrispondente alla potenza LED), qualità dei materiali (6061 per la maggior parte dei progetti), finitura superficiale (ENIG per uso esterno) e resistenza ambientale, è possibile costruire sistemi di illuminazione che superano le aspettative di prestazione.

Ricordate: i PCB in alluminio raggiungono il perfetto equilibrio tra costo e prestazione per il 90% dei progetti LED.mentre il FR-4 dovrebbe essere limitato agli indicatori a bassa potenzaEvitando gli errori comuni (sottomisurare le tracce, ignorare la durata esterna) e testando prototipi, si potrà assicurare che il progetto di illuminazione sia efficiente, durevole ed economicamente conveniente.

Per ottenere i migliori risultati, collaborate con un produttore come LT CIRCUIT che si specializza in PCB LED in alluminio. Possono aiutarvi a ottimizzare il vostro design, selezionare i materiali giusti,e fornire tavole di alta qualità che soddisfino le esigenze del vostro progetto.