Como Escolher a Placa de Lâmpada LED PCB de Alumínio Certa para o Seu Projeto de Iluminação: Um Guia Completo

A iluminação LED revolucionou a indústria com a sua eficiência energética, longa vida útil e versatilidade, mas o seu desempenho depende de um componente crítico: a placa da lâmpada PCB.Os PCBs FR-4 tradicionais lutam para lidar com o calor gerado por LEDs de alta potência (10W+), levando a falha prematura, depreciação do lúmen e redução da confiabilidade.com uma tensão máxima de 20 V,, estes painéis são a espinha dorsal dos sistemas de iluminação de alto desempenho, desde luzes de rua até luzes comerciais.

Escolher o PCB LED de alumínio certo não é apenas escolher um painel “resistente ao calor”, é necessário ajustar as propriedades térmicas, mecânicas e elétricas dos PCB às necessidades únicas do seu projeto (por exemplo.Este guia acompanha cada etapa do processo de selecção: desde a compreensão dos tipos de PCB de alumínio até à comparação dos materiais,Calcular os requisitos térmicosEste guia irá ajudar-vos a construir uma lâmpada LED residencial ou um sistema de iluminação industrial de grande escala, com uma durabilidade e eficiência elevadas, e com uma eficiência de produção muito elevadas.e iluminação LED de baixo custo.

Principais conclusões
1Os PCBs de LED de alumínio não são negociáveis para LEDs de alta potência: para LEDs > 5W, os PCBs de alumínio reduzem as temperaturas de junção em 25-40 °C em comparação com o FR-4, estendendo a vida útil de 50.000 a 100.000+ horas.
2. Nem todos os PCBs de alumínio são iguais: os MCPCBs de camada única funcionam para lâmpadas de baixa potência (por exemplo, lâmpadas de 3W), enquanto os projetos de várias camadas são necessários para sistemas de alta potência (por exemplo, lâmpadas de rua de 100W).
3A condutividade térmica é o rei: os grades de alumínio como 6061 (155 W/m·K) superam opções mais baratas como 1050 (209 W/m·K) na dissipação de calor, crítica para iluminação exterior ou industrial.
4.Custo versus desempenho: PCBs cerâmicos oferecem melhor gestão térmica do que o alumínio, mas custam 3×5 vezes mais; o alumínio atinge o equilíbrio ideal para 90% dos projetos de iluminação.
5Os fatores ambientais impulsionam o design: a iluminação exterior requer PCBs de alumínio à prova d'água com máscaras de solda resistentes aos raios UV, enquanto os projetos interiores priorizam o tamanho e o custo.

O que é uma placa de lâmpada de PCB LED de alumínio?
Antes de entrarmos na selecção, é essencial compreender o que torna os PCB LED de alumínio únicos e por que são superiores às opções tradicionais de iluminação.
Uma placa de lâmpada de PCB LED de alumínio é uma placa de circuito especializada que substitui o substrato não condutor FR-4 por um núcleo de alumínio fino.extrair calor dos chips LED e dissipá-lo para o arA estrutura inclui tipicamente três camadas:
1.Capa superior (Capa de circuito): Traços de cobre (espessura de 1 ′′ 3 oz) que conectam LEDs, resistores e drivers ′′ impressos com máscara de solda para evitar curto-circuitos.
2.Capa isolante (interface térmica): um polímero fino e condutor de calor (por exemplo, resina epóxi) que separa o circuito de cobre do núcleo de alumínio.Ele deve equilibrar o isolamento (para evitar cortes elétricos) e a condutividade térmica (para transferir calor).
3Núcleo de alumínio: A camada de base (0,8 ∼3,2 mm de espessura) que dissipa o calor.4 W/m·K.

Por que os PCBs de alumínio superam o FR-4 nos LEDs
Os LEDs geram calor, embora sejam "frios" em comparação com as lâmpadas incandescentes.
a. FR-4 PCBs: calor de captura, fazendo com que Tj exceda 120°C (o limite máximo seguro para a maioria dos LEDs).
b. PCBs de alumínio: afastam o calor do LED, mantendo o Tj abaixo de 80°C. Isto mantém 90% de brilho após 50.000 horas e garante que o LED atinja a sua vida útil máxima.

Tipos de placas de alumínio para lâmpadas de PCB LED
Os PCBs de LED de alumínio vêm em três configurações principais, cada uma adequada a aplicações de iluminação específicas.

1. PCBs de alumínio de camada única
Design: Uma única camada de cobre (1 oz) em cima do núcleo de alumínio, com a camada isolante no meio.
Casos de uso: luzes de tira LED, módulos de lâmpadas residenciais (35W) e iluminação sob o armário.
Limitação: Não pode suportar circuitos complexos (por exemplo, múltiplos condutores ou sensores de LED) devido à única camada de cobre.

2. PCB de alumínio de dupla camada
Design: Duas camadas de cobre (1 ′′ 2 oz cada uma) em sandwich do núcleo de alumínio, uma para traços de sinal, uma para planos de terra ou de energia.
Casos de uso: Downlights comerciais (10 ′′ 30W), iluminação de painel e iluminação interior de automóveis.
Vantagem: equilibra a complexidade e o custo, ideal para iluminação que precise de mais funcionalidade (por exemplo, controles de atenuação) sem o custo de placas de várias camadas.

3. PCB de alumínio de várias camadas
Design: 4 ′′ 8 camadas de cobre com o núcleo de alumínio como a camada central de dissipação de calor. Inclui camadas internas de sinal, planos de potência e planos de solo, todos separados por camadas isolantes.
Casos de uso: luzes de rua de alta potência (50 ‰ 200 W), iluminação de estádios e luminárias industriais de alta ala.Equipamento de aquecimento por condução individual.
Vantagem: Maior desempenho térmico e densidade de circuito – críticos para sistemas de iluminação que funcionam 24 horas por dia, 7 dias por semana (por exemplo, luzes de rua de autoestradas) e necessitam de máxima fiabilidade.

PCBs LED de alumínio versus outros tipos de PCB para iluminação
O alumínio não é a única opção para iluminação LED, e os PCB FR-4 também são utilizados, mas excelem em diferentes cenários.

Princípios-chave para escolher material
a.Escolha o alumínio para a maioria dos projectos: equilibra o custo, o desempenho térmico e o peso, sendo perfeito para iluminação residencial, comercial e industrial.
b.Escolha cerâmica apenas para ultra-alta potência: se o seu projeto utilizar LEDs > 200W (por exemplo, luzes de estádio grandes) ou operar em temperaturas extremas (> 200°C), a cerâmica (especialmente AlN) vale o custo.
c. Evite FR-4 para LEDs de alta potência: só é adequado para luzes indicadoras de baixa potência ou iluminação decorativa onde o calor não é um problema.

6 fatores críticos para escolher o PCB LED de alumínio certo
A selecção do PCB LED de alumínio adequado requer mais do que apenas escolher um tipo ou material, significa ajustar as especificações do painel às necessidades únicas do seu projecto.Abaixo estão os seis fatores mais importantes a considerar:
1Conductividade térmica: correspondência com a potência do LED
A condutividade térmica (medida em W/m·K) determina a rapidez com que o PCB dissipa o calor.

a.Matérias de qualidade de alumínio: As qualidades comuns dos PCB LED incluem:
1050 Alumínio: 209 W/m·K (alta condutividade, baixo custo)
5052 Alumínio: 140 W/m·K (melhor resistência à corrosão do que 1050· ideal para iluminação exterior).
6061 Alumínio: 155 W/m·K (melhor equilíbrio de condutividade, resistência e custo utilizado para 90% dos PCB LED de alumínio).
7075 Alumínio: 130 W/m·K (mais alta resistência, menor condutividade) para iluminação industrial pesada.

Exemplo: uma lâmpada de rua de 50W usando um PCB de alumínio 6061 mantém os LEDs Tj a 75 ° C, contra 110 ° C com um PCB de alumínio 1050.

2. Fator de tamanho e forma do PCB
Os PCBs LED de alumínio vêm em tamanhos padrão (por exemplo, 50mm × 50mm, 100mm × 200mm) ou podem ser cortados sob medida para se adequar ao seu dispositivo.
a.Espaço de fixação: Meça as dimensões internas do seu dispositivo de iluminação para evitar PCBs de tamanho excessivo. Por exemplo, uma luz de fundo embutida só pode caber em um PCB de 75 mm × 75 mm.
b.Layout da matriz de LED: se forem utilizados vários LEDs (por exemplo, uma faixa de 10 LEDs), o PCB deve ser suficientemente longo para espaçar os LEDs uniformemente (normalmente a 5 ∼ 10 mm de distância para um brilho uniforme).
c. Ofos de montagem: certifique-se de que o PCB possui ofos de montagem pré-perfurados (por exemplo, M3 ou M4) para o ligar ao dissipador de calor do dispositivo, crítico para a iluminação exterior, onde a vibração pode afrouxar a placa.

3. Projeto de circuito e compatibilidade de componentes
O projeto do circuito dos PCB deve corresponder aos requisitos elétricos dos LEDs e ao layout dos componentes:
a. Largura do traço: os traços de energia (que ligam o LED ao condutor) devem ser largos o suficiente para suportar a corrente sem superaquecimento.Para um LED de 50 W (10A de corrente), use um traço de 2,0 mm (80 milímetros) (2 oz de cobre).
b.Tamanho do LED: os LEDs devem corresponder à marca dos LEDs (por exemplo, 2835, 5050 ou COB LEDs).
c. Compatibilidade com o controlador: se integrar um controlador LED no PCB, certifique-se de que a placa tem espaço para os componentes do controlador (por exemplo, condensadores,resistores) e que as camadas de cobre podem suportar a tensão do condutor (normalmente 12V ou 24V para iluminação residencial).

4. Finalização superficial: Soldurabilidade e resistência à corrosão
O acabamento da superfície protege os traços de cobre da oxidação e garante a solda confiável dos LEDs.

a.Iluminação exterior: Escolha ENIG. A sua camada de ouro resiste à chuva, à humidade e à radiação UV, evitando a corrosão durante 5 a 10 anos.
b.Iluminação interna: HASL ou OSP funcionam mais barato e são suficientes para ambientes secos e com temperatura controlada.

5Requisitos ambientais
Os projetos de iluminação variam muito em seus ambientes operacionais, e o PCB de alumínio deve ser construído para suportar estas condições:
a.Iluminação exterior (luzes de rua, projéteis):
Impermeabilização: o PCB deve ter uma máscara de solda impermeável (indicação IP67 ou IP68) para evitar danos causados pela água.
Resistência aos raios UV: Use uma máscara de solda resistente aos raios UV (por exemplo, poliimida LPI) para evitar a degradação da luz solar.
Intervalo de temperatura: Escolha uma qualidade de alumínio (por exemplo, 5052) que aguente -40°C a 85°C (temperaturas típicas ao ar livre).
b.Iluminação interna ( lâmpadas, lâmpadas de painel):
Resistência à poeira: Uma máscara de solda padrão (indicação IP20) é suficiente.
Temperatura: foco na condutividade térmica em relação à resistência a temperaturas extremas, as temperaturas interiores raramente excedem os 40°C.
c. Iluminação industrial (armaduras de alta altura):
Resistência química: Use uma máscara de solda que resista a óleos, refrigerantes e poeira (por exemplo, máscaras à base de epóxi).
Resistência à vibração: reforçar o PCB com furos de montagem extras para resistir às vibrações da fábrica.

6Custo e volume de produção
O seu orçamento e volume de produção influenciarão a sua escolha de PCB de alumínio:
a.Protótipos/pequenos lotes (<100 unidades): Utilize PCBs de camada única ou dupla cortados sob medida.
b.Alto volume (> 1000 unidades): optar por PCBs de tamanho padrão ou por encomendas personalizadas a granel.A produção em grande volume reduz os custos em 30~50% (por exemplo, (1,50 por placa versus) 3,00 para protótipos).
c.Dica de poupança de custos: para iluminação de média potência (10 ̊30W), utilize PCBs de dupla camada em vez de PCBs de múltiplas camadas, eles economizam 20 ̊30% enquanto ainda fornecem um desempenho térmico suficiente.

Aplicações no mundo real: PCBs LED de alumínio em ação
Para ver como se aplicam estes fatores de selecção, vamos analisar três projectos comuns de iluminação e os PCBs de alumínio que funcionam melhor:
1- lâmpada LED residencial (5W)
Necessidades: tamanho compacto, baixo custo, uso em ambientes fechados.
PCB recomendado: PCB de alumínio 1050 de camada única (100 mm × 30 mm), acabamento HASL, 1 oz de cobre.
Por que: a alta condutividade do alumínio 1050 (209 W/m·K) lida com 5W de calor, enquanto o HASL mantém os custos baixos.

2. Iluminação comercial de rua (100 W)
Necessidades: Alto desempenho térmico, durabilidade ao ar livre, grande conjunto de LEDs.
PCB recomendado: PCB de alumínio 6061 de várias camadas (200 mm × 150 mm), acabamento ENIG, 2 onças de cobre.
Por que: o 6061 de alumínio equilibra a condutividade (155 W/m·K) e a resistência, enquanto o ENIG resiste à chuva e aos raios UV.

3Instalações industriais de alta carga (200W)
Necessidades: Ultra-alto desempenho térmico, resistência química, resistência a vibrações.
PCB recomendado: PCB de alumínio 7075 de várias camadas (300 mm × 200 mm), máscara de solda epóxi, 3 oz de cobre.
Porquê: a resistência do alumínio 7075 resiste às vibrações da fábrica, enquanto 3 oz de cobre lida com corrente de 200W. A máscara epóxi resiste a óleos e refrigerantes.

Erros comuns a evitar ao escolher PCBs LED de alumínio
Mesmo designers experientes cometem erros que comprometem o desempenho do LED.
1.Escolher uma condutividade térmica muito baixa: Usar um PCB de alumínio 1050 para um LED de 50W pode economizar dinheiro inicialmente, mas causará superaquecimento e falha prematura, o que custará mais em substituições.
2.Ignorando o acabamento de superfície para uso exterior: um acabamento HASL em uma luz de rua exterior corrói dentro de 2 anos; sempre use ENIG para projetos ao ar livre.
3.Rostros de subdimensionamento: um rastro de 0,2 mm para um LED de 10W (2A) superaquecerá e derreterá, causando um curto-circuito.3.
4.Salto do teste de protótipo: encomendar 1000 PCBs sem testar um protótipo pode levar a erros dispendiosos (por exemplo, tamanho errado da almofada para LEDs).
5.Excessiva complicação com PCBs de várias camadas: um PCB de duas camadas funciona para a maioria das downlights de 30W. O uso de uma placa de várias camadas é desnecessário e adiciona 50% ao custo.

FAQ: Respostas a perguntas comuns sobre PCB LED de alumínio
P: Os PCB LED de alumínio podem ser utilizados para iluminação flexível (por exemplo, tiras de LED)?
R: Sim, PCBs de alumínio flexíveis (usando núcleos de alumínio finos de 0,2 mm e máscaras de solda flexíveis) estão disponíveis para iluminação curva ou flexível.São ideais para tiras sob armários ou iluminação interior de automóveis, mas têm uma condutividade térmica mais baixa (80-120 W/m·K) do que os PCBs de alumínio rígido.

P: Qual é a diferença entre um PCB LED de alumínio e um dissipador de calor?
R: O núcleo de alumínio da PCB atua como um dissipador de calor “integrado”, mas para LEDs de alta potência (> 100W), você pode precisar de um dissipador de calor externo adicional (por exemplo, um bloco de alumínio com nadadeiras) conectado à PCB.O PCB transfere calor para o dissipador de calor externo, o que o dissipa no ar.

P: Como calculo a condutividade térmica necessária para o meu projeto LED?
A: Use esta fórmula simples:
Conductividade térmica necessária (W/m·K) = Potência LED (W) × 10
Por exemplo, um LED de 20W precisa de um PCB com condutividade térmica de pelo menos 200 W/m·K. Ajuste para uso externo (adicione 20%) ou luminárias fechadas (adicione 30%), pois estas retêm mais calor.

P: Posso desenhar o meu próprio PCB LED de alumínio, ou devo trabalhar com um fabricante?
R: Para projetos simples (por exemplo, lâmpadas de 5W), você pode usar o software de design de PCB gratuito (KiCad, Eagle) para criar arquivos Gerber e enviá-los para um fabricante.Trabalhar com um especialista como o LT CIRCUIT eles fornecem feedback DFM (Design for Manufacturability) para evitar erros.

P: Qual é o tempo de entrega típico para PCB LED de alumínio?
R: Os protótipos levam 7 ‰ 10 dias; a produção em grande volume (1000+ unidades) leva 2 ‰ 3 semanas.

Conclusão
Escolher a placa de lâmpada de PCB LED de alumínio certa é a decisão mais importante para o seu projeto de iluminação - determina a vida útil, o brilho e a confiabilidade dos LEDs.Focando-se na condutividade térmica (coincidindo com a potência do LED), qualidade dos materiais (6061 para a maioria dos projetos), acabamento da superfície (ENIG para uso externo) e resistência ambiental, pode construir sistemas de iluminação que excedam as expectativas de desempenho.

Lembre-se: PCBs de alumínio alcançar o equilíbrio perfeito entre custo e desempenho para 90% dos projetos de LED.enquanto o FR-4 deve ser limitado a indicadores de baixa potênciaAo evitar erros comuns (subdimensionamento de traços, ignorar a durabilidade ao ar livre) e testar protótipos, assegurará que o seu projeto de iluminação seja eficiente, durável e rentável.

Para melhores resultados, faça parceria com um fabricante como a LT CIRCUIT que se especializa em PCBs LED de alumínio, eles podem ajudá-lo a otimizar o seu projeto, selecionar os materiais certos,e fornecer placas de alta qualidade que satisfaçam as necessidades do seu projeto.