Comment choisir la bonne plaque de lampe en aluminium LED PCB pour votre projet d'éclairage: un guide complet

L'éclairage LED a révolutionné l'industrie grâce à son efficacité énergétique, sa longue durée de vie et sa polyvalence, mais ses performances dépendent d'un composant essentiel: la plaque de la lampe PCB.Les PCB FR-4 traditionnels ont du mal à gérer la chaleur générée par les LED de haute puissance (10W+), entraînant une défaillance prématurée, une dépréciation du lumen et une fiabilité réduite.conçus pour dissiper la chaleur 5 × 10 fois plus rapidement que le FR-4, ces panneaux sont l'épine dorsale des systèmes d'éclairage hautes performances, des lampadaires aux lampadaires commerciaux.

Choisir le bon PCB LED en aluminium ne consiste pas seulement à choisir un panneau résistant à la chaleur, il nécessite de faire correspondre les propriétés thermiques, mécaniques et électriques des PCB aux besoins uniques de votre projet (par exemple.Ce guide vous guide à chaque étape du processus de sélection: de la compréhension des types de PCB en aluminium à la comparaison des matériaux,calcul des besoins thermiquesSi vous concevez une ampoule LED résidentielle ou un système d'éclairage industriel à grande échelle, ce guide vous aidera à construire une ampoule LED durable, efficace,et un éclairage LED rentable.

Les principaux enseignements
1Les PCB LED en aluminium ne sont pas négociables pour les LED haute puissance: pour les LED > 5W, les PCB en aluminium réduisent les températures de jonction de 25-40 °C par rapport au FR-4, ce qui prolonge la durée de vie de 50 000 à 100 000 heures et plus.
2.Tous les PCB en aluminium ne sont pas égaux: les MCPCB monocouches fonctionnent pour les lampes à faible puissance (par exemple, les ampoules de 3 W), tandis que les conceptions multicouches sont nécessaires pour les systèmes à haute puissance (par exemple, les lampes de rue de 100 W).
3.La conductivité thermique est primordiale: les grades d'aluminium comme 6061 (155 W/m·K) dépassent les options moins chères comme 1050 (209 W/m·K) en termes de dissipation de chaleur, ce qui est essentiel pour l'éclairage extérieur ou industriel.
4Les coûts et les performances sont importants: les PCB en céramique offrent une meilleure gestion thermique que l'aluminium, mais coûtent 3 à 5 fois plus cher; l'aluminium est l'équilibre idéal pour 90% des projets d'éclairage.
5Les facteurs environnementaux déterminent la conception: l'éclairage extérieur nécessite des PCB en aluminium imperméables à l'eau avec des masques de soudure résistants aux UV, tandis que les conceptions intérieures donnent la priorité à la taille et au coût.

Qu'est-ce qu'une plaque de lampe en aluminium à LED?
Avant de plonger dans la sélection, il est essentiel de comprendre ce qui rend les PCB LED en aluminium uniques et pourquoi ils sont supérieurs aux options traditionnelles d'éclairage.
Une plaque de lampe en aluminium LED PCB est une carte de circuit imprimé spécialisée qui remplace le substrat non conducteur FR-4 par un noyau mince en aluminium.extraction de la chaleur des puces LED et sa dissipation dans l'airLa structure comprend généralement trois couches:
1Couche supérieure (couche de circuit): Traces de cuivre (1 ′′ 3 oz d'épaisseur) qui relient les LED, les résistances et les pilotes ′′ imprimées avec un masque de soudure pour éviter les courts-circuits.
2Couche isolante (interface thermique): polymère mince conducteur thermique (par exemple, résine époxy) qui sépare le circuit de cuivre du noyau en aluminium.Il doit équilibrer l'isolation (pour éviter les courts métrages électriques) et la conductivité thermique (pour transférer la chaleur).
3.Cœur d'aluminium: La couche de base (0,8 ∼3,2 mm d'épaisseur) qui dissipe la chaleur. L'aluminium est préféré pour son faible coût, son poids léger et son excellente conductivité thermique (100 ∼250 W/m·K), par rapport aux FR-4 ∼0,2 ∼0.4 W/m·K.

Pourquoi les PCB en aluminium sont meilleurs que les FR-4 pour les LED
Les LED génèrent de la chaleur même si elles sont "cool" par rapport aux ampoules à incandescence. Pour une LED de 10 W, 70 à 80% de l'énergie est perdue sous forme de chaleur.
a. FR-4 PCB: chaleur de piège, provoquant un Tj supérieur à 120 °C (la limite maximale de sécurité pour la plupart des LED). Cela réduit la luminosité de 30% après 10 000 heures et réduit la durée de vie de moitié.
b. PCB en aluminium: éloigne la chaleur de la LED, en maintenant Tj inférieur à 80°C. Cela maintient une luminosité de 90% après 50 000 heures et garantit que la LED atteint sa durée de vie nominale complète.

Types de plaques de lampes en aluminium à LED
Les circuits imprimés LED en aluminium sont disponibles en trois configurations principales, chacune adaptée à des applications d'éclairage spécifiques.

1. PCB en aluminium à couche unique
Conception: une seule couche de cuivre (1 oz) sur le noyau en aluminium, avec la couche isolante entre les deux.
Cas d'utilisation: lampes à bande LED, modules d'ampoules résidentiels (35W) et éclairage sous l'armoire.
Limitation: ne peut supporter des circuits complexes (par exemple, plusieurs conducteurs ou capteurs LED) en raison de la seule couche de cuivre.

2. PCB en aluminium à double couche
Conception: deux couches de cuivre (1 ′′ 2 oz chacune) en sandwich sur le noyau en aluminium, une pour les traces de signal, une pour les plans au sol ou de puissance.
Cas d'utilisation: Downlights commerciaux (10 30W), panneaux lumineux et éclairage intérieur automobile.
Avantages: équilibre complexité et coût: idéal pour l'éclairage nécessitant plus de fonctionnalités (par exemple, contrôles d'obscurcissement) sans les frais de panneaux multicouches.

3. PCB en aluminium à couches multiples
Conception: 4 à 8 couches de cuivre avec le noyau en aluminium comme couche centrale de dissipation de chaleur.
Cas d'utilisation: lampadaires de grande puissance (50 ‰ 200 W), éclairage de stade et appareils industriels de haute capacité.Les conducteurs individuels sont équipés de circuits de LED et distribuent la chaleur uniformément sur le noyau.
Avantages: Performance thermique et densité de circuit les plus élevées, essentiels pour les systèmes d'éclairage fonctionnant 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 (par exemple, les feux de rue sur les autoroutes) et nécessitant une fiabilité maximale.

PCB LED en aluminium par rapport à d'autres types de PCB pour l'éclairage
L'aluminium n'est pas la seule option pour l'éclairage à LED, les PCB en céramique FR-4 sont également utilisés, mais ils excellent dans différents scénarios.

Des leçons essentielles pour choisir le matériel
a. Choisissez l'aluminium pour la plupart des projets: il équilibre le coût, les performances thermiques et le poids. Il est parfait pour l'éclairage résidentiel, commercial et industriel.
b.Choisissez la céramique uniquement pour une puissance ultra-haute: si votre projet utilise des LED > 200 W (par exemple, les grands éclairages de stade) ou fonctionne à des températures extrêmes (> 200 °C), la céramique (en particulier AlN) vaut le coût.
c.Évitez le FR-4 pour les LED à haute puissance: il convient uniquement aux feux d'indicateur à faible puissance ou à l'éclairage décoratif où la chaleur n'est pas un problème.

6 facteurs essentiels pour choisir le bon PCB LED en aluminium
La sélection du bon PCB LED en aluminium nécessite plus que de choisir un type ou un matériau, cela signifie que les spécifications de la carte correspondent aux besoins uniques de votre projet.Voici les six facteurs les plus importants à prendre en considération::
1Conductivité thermique: correspond à la puissance LED
La conductivité thermique (mesurée en W/m·K) détermine la rapidité avec laquelle le PCB dissipe la chaleur.

a.Matériaux de qualité aluminium: les catégories courantes pour les PCB LED comprennent:
1050 aluminium: 209 W/m·K (conductivité élevée, faible coût)
5052 Aluminium: 140 W/m·K (meilleure résistance à la corrosion que 1050), idéal pour l'éclairage extérieur.
6061 Aluminium: 155 W/m·K (meilleur équilibre de conductivité, résistance et coût utilisé pour 90% des PCB LED en aluminium).
7075 Aluminium: 130 W/m·K (résistance la plus élevée, conductivité la plus faible) pour l'éclairage industriel lourd.

Exemple: un lampadaire de 50 W utilisant un PCB en aluminium 6061 maintient les LED Tj à 75 ° C, contre 110 ° C avec un PCB en aluminium 1050.

2. Facteur de taille et de forme des PCB
Les circuits imprimés LED en aluminium sont disponibles en tailles standard (par exemple, 50 mm × 50 mm, 100 mm × 200 mm) ou peuvent être taillés sur mesure pour s'adapter à votre luminaire.
a.Espace d'installation: mesurez les dimensions internes de votre luminaire afin d'éviter les PCB surdimensionnés.
b.Layout de la matrice LED: si plusieurs LED sont utilisées (par exemple, une bande de 10 LED), le PCB doit être suffisamment long pour placer les LED uniformément (généralement à 5 à 10 mm d'écart pour une luminosité uniforme).
c. trous de montage: s'assurer que le PCB dispose de trous de montage pré-percés (par exemple, M3 ou M4) pour le fixer au dissipateur de chaleur de l'appareil, ce qui est essentiel pour l'éclairage extérieur, où les vibrations peuvent desserrer la carte.

3. Conception des circuits et compatibilité des composants
La conception du circuit des PCB doit correspondre aux exigences électriques de vos LED et à la disposition des composants:
a. Largeur de la trace: les traces de puissance (connectant la LED au conducteur) doivent être suffisamment larges pour gérer le courant sans surchauffe. Pour une LED de 10 W (2A de courant), utilisez une trace de 0,5 mm (20 mil) (1 oz de cuivre).Pour une LED de 50 W (10 A de courant), utilisez une trace de cuivre de 2 mm (80 ml).
b.Taille du tampon: les tampons LED doivent correspondre à l'empreinte des LED (par exemple, 2835, 5050 ou COB LED).
c. Compatibilité avec le pilote: si vous intégrez un pilote LED sur le PCB, assurez-vous que la carte dispose d'espace pour les composants du pilote (par exemple, les condensateurs,Les couches de cuivre peuvent supporter la tension du conducteur (généralement 12V ou 24V pour l'éclairage résidentiel).

4Finition de surface: soudabilité et résistance à la corrosion
La finition de surface protège les traces de cuivre de l'oxydation et assure un soudage fiable des LED.

a.Éclairage extérieur: Choisissez ENIG. Sa couche dorée résiste à la pluie, à l'humidité et aux rayons UV, empêchant la corrosion pendant 5 à 10 ans.
b.Éclairage intérieur: HASL ou OSP fonctionnent moins cher et suffisent pour les environnements secs à température contrôlée.

5Exigences environnementales
Les projets d'éclairage varient considérablement dans leurs environnements d'exploitation, et le PCB en aluminium doit être construit pour résister à ces conditions:
a.Éclairage extérieur (lampes de rue, projecteurs):
Étanchéité: le PCB doit être équipé d'un masque de soudure étanche (indice IP67 ou IP68) pour éviter les dommages causés par l'eau.
Résistance aux UV: utilisez un masque de soudure résistant aux UV (par exemple, le polyimide LPI) pour éviter la dégradation par la lumière du soleil.
Plage de température: Choisissez une qualité d'aluminium (par exemple, 5052) qui supporte -40°C à 85°C (températures extérieures typiques).
b.Éclairage intérieur (ampoules, panneaux lumineux):
Résistance à la poussière: un masque de soudure standard (indice IP20) est suffisant.
Température: l'accent est mis sur la conductivité thermique par rapport à la résistance à des températures extrêmes, les températures intérieures dépassant rarement 40°C.
c.Éclairage industriel (appareils de haute hauteur):
Résistance aux produits chimiques: utilisez un masque de soudure résistant aux huiles, aux liquides de refroidissement et à la poussière (par exemple, les masques à base d'époxy).
Résistance aux vibrations: renforcer le PCB avec des trous de montage supplémentaires pour résister aux vibrations de l'usine.

6Coût et volume de production
Votre budget et votre volume de production influenceront votre choix de PCB en aluminium:
a.Prototypes/Petits lots (< 100 unités): Utilisez des PCB à couche unique ou double taillés sur mesure.
b.Volume élevé (> 1000 unités): Optez pour les PCB de taille standard ou les commandes sur mesure en vrac. La production en grand volume réduit les coûts de 30 à 50% (par exemple, (1,50 par carte par rapport à 3,00 pour les prototypes).
c.Astuce pour économiser des coûts: pour l'éclairage à puissance moyenne (10 30 W), utilisez des PCB à double couche au lieu de PCB multicouches, ils économisent 20 30% tout en fournissant suffisamment de performance thermique.

Applications dans le monde réel: PCB LED en aluminium en action
Pour voir comment ces facteurs de sélection s'appliquent, examinons trois projets d'éclairage courants et les PCB en aluminium qui fonctionnent le mieux:
1. ampoule LED résidentielle (5W)
Besoins: taille compacte, faible coût, utilisation en intérieur.
PCB recommandé: PCB en aluminium 1050 à une couche (100 mm × 30 mm), finition HASL, 1 oz de cuivre.
Pourquoi: l'aluminium 1050 de haute conductivité (209 W/m·K) gère 5W de chaleur, tandis que le HASL maintient les coûts bas.

2- Éclairage de rue commercial (100 W)
Besoins: Haute performance thermique, durabilité extérieure, large éventail de LED.
PCB recommandé: PCB en aluminium 6061 multicouche (200 mm × 150 mm), finition ENIG, 2 onces de cuivre.
Pourquoi: l'aluminium 6061 équilibre la conductivité (155 W/m·K) et la résistance, tandis que l'ENIG résiste à la pluie et aux UV.

3. Armature industrielle haute baie (200W)
Nécessités: haute résistance thermique, résistance chimique, résistance aux vibrations.
PCB recommandé: PCB en aluminium 7075 multicouche (300 mm × 200 mm), masque de soudure époxy, 3 onces de cuivre.
Pourquoi: l'aluminium 7075 résiste aux vibrations de l'usine, tandis que le cuivre 3 oz gère le courant de 200 W. Le masque époxy résiste aux huiles et aux liquides de refroidissement.

Erreurs courantes à éviter lors du choix des PCB LED en aluminium
Même les concepteurs expérimentés commettent des erreurs qui compromettent les performances des LED.
1.Choisir une conductivité thermique trop faible: l'utilisation d'un PCB en aluminium 1050 pour une LED de 50 W peut économiser de l'argent à l'avance, mais elle entraînera une surchauffe et une défaillance prématurée.
2.Ignorer la finition de surface pour une utilisation extérieure: une finition HASL sur un éclairage de rue extérieur se corrode dans les 2 ans; utilisez toujours ENIG pour les projets extérieurs.
3.Traces de sous-dimensionnement: une trace de 0,2 mm pour une LED de 10 W (2A) surchauffera et fondra, provoquant un court-circuit. Utilisez les lignes directrices sur la largeur de trace de la section 5.3.
4Sauter les tests de prototypes: commander 1000 PCB sans tester un prototype peut entraîner des erreurs coûteuses (par exemple, une mauvaise taille de plaquette pour les LED).
5.Trop compliqué avec les circuits imprimés multicouches: un circuit imprimé à double couche fonctionne pour la plupart des lampes de 30 W. L'utilisation d'une carte multicouche est inutile et ajoute 50% au coût.

FAQ: Réponses aux questions courantes sur les PCB LED en aluminium
Q: Les circuits imprimés LED en aluminium peuvent-ils être utilisés pour l'éclairage flexible (par exemple, les bandes LED)?
R: Oui, des circuits imprimés en aluminium flexibles (utilisant des noyaux d'aluminium minces de 0,2 mm et des masques de soudure flexibles) sont disponibles pour l'éclairage incurvé ou pliable.Elles sont idéales pour les bandes sous les armoires ou pour l'éclairage intérieur des automobiles, mais leur conductivité thermique est inférieure (80­120 W/m·K) à celle des PCB rigides en aluminium..

Q: Quelle est la différence entre un PCB LED en aluminium et un dissipateur thermique?
R: Le noyau en aluminium du PCB agit comme un dissipateur de chaleur “intégré”, mais pour les LED de haute puissance (> 100 W), vous aurez peut-être besoin d'un dissipateur de chaleur externe supplémentaire (par exemple, un bloc d'aluminium à nageoires) fixé au PCB.Le PCB transfère la chaleur vers le dissipateur de chaleur externe, ce qui le dissipe dans l'air.

Q: Comment calculer la conductivité thermique requise pour mon projet LED?
R: Utilisez cette formule simple:
Conductivité thermique requise (W/m·K) = puissance LED (W) × 10
Par exemple, une LED de 20 W a besoin d'un PCB avec une conductivité thermique d'au moins 200 W/m·K. Ajustez pour une utilisation en extérieur (ajoutez 20%) ou des luminaires fermés (ajoutez 30%), car ceux-ci retiennent plus de chaleur.

Q: Puis-je concevoir mes propres circuits imprimés LED en aluminium, ou dois-je travailler avec un fabricant?
R: Pour les conceptions simples (par exemple, ampoules de 5 W), vous pouvez utiliser un logiciel de conception de PCB gratuit (KiCad, Eagle) pour créer des fichiers Gerber et les envoyer à un fabricant.travailler avec un spécialiste tel que LT CIRCUIT ils fournissent des commentaires DFM (Design for Manufacturability) pour éviter les erreurs.

Q: Quel est le délai de livraison typique pour les PCB LED en aluminium?
R: Les prototypes prennent 7 à 10 jours; la production en grande quantité (1000 unités ou plus) prend 2 à 3 semaines.

Conclusion
Le choix de la bonne plaque de lampe en aluminium LED PCB est la décision la plus importante pour votre projet d'éclairage - elle détermine la durée de vie, la luminosité et la fiabilité des LED.En mettant l'accent sur la conductivité thermique (comparaison avec la puissance LED)La qualité des matériaux (6061 pour la plupart des projets), la finition de la surface (ENIG pour l'extérieur) et la résistance à l'environnement, vous pouvez construire des systèmes d'éclairage qui dépassent les attentes de performance.

Rappelez-vous: les PCB en aluminium trouvent l'équilibre parfait entre coût et performance pour 90% des projets LED.tandis que le FR-4 devrait être limité aux indicateurs de faible puissanceEn évitant les erreurs courantes (sous-dimensionner les traces, ignorer la durabilité extérieure) et en testant des prototypes, vous vous assurerez que votre projet d'éclairage est efficace, durable et rentable.

Pour de meilleurs résultats, faites équipe avec un fabricant comme LT CIRCUIT qui se spécialise dans les PCB LED en aluminium, ils peuvent vous aider à optimiser votre conception, sélectionner les bons matériaux,et fournir des panneaux de haute qualité qui répondent aux besoins de votre projet.