당신의 조명 프로젝트에 올바른 알루미늄 LED PCB 램프 플레이트를 선택하는 방법: 완전한 가이드

LED 조명은 에너지 효율성, 긴 수명, 다용도로 업계를 혁신했지만, 그 성능은 중요한 구성 요소인 PCB 램프 플레이트에 달려 있습니다. 기존 FR-4 PCB는 고출력 LED(10W+)에서 발생하는 열을 처리하는 데 어려움을 겪어 조기 고장, 루멘 감소, 신뢰성 저하로 이어집니다. 알루미늄 LED PCB 램프 플레이트(금속 코어 PCB 또는 MCPCB라고도 함)를 사용하십시오. FR-4보다 5~10배 더 빠르게 열을 발산하도록 설계된 이 보드는 가로등에서 상업용 다운라이트에 이르기까지 고성능 조명 시스템의 중추입니다.

올바른 알루미늄 LED PCB를 선택하는 것은 단순히 '내열성' 보드를 고르는 것이 아니라 프로젝트의 고유한 요구 사항(예: LED 전력, 환경, 폼 팩터)에 맞게 PCB의 열적, 기계적, 전기적 특성을 일치시키는 것입니다. 이 가이드는 알루미늄 PCB 유형 이해부터 재료 비교, 열 요구 사항 계산, 일반적인 실수 방지에 이르기까지 선택 프로세스의 모든 단계를 안내합니다. 주거용 LED 전구를 설계하든 대규모 산업용 조명 시스템을 설계하든 이 가이드는 내구성이 뛰어나고 효율적이며 비용 효율적인 LED 조명을 구축하는 데 도움이 됩니다.

주요 내용
1. 알루미늄 LED PCB는 고출력 LED에 필수적입니다. 5W 초과 LED의 경우 알루미늄 PCB는 FR-4에 비해 접합부 온도를 25~40°C 낮춰 수명을 50,000시간에서 100,000시간 이상으로 연장합니다.
2. 모든 알루미늄 PCB가 동일한 것은 아닙니다. 단층 MCPCB는 저전력 조명(예: 3W 전구)에 적합하며, 고전력 시스템(예: 100W 가로등)에는 다층 설계가 필요합니다.
3. 열 전도성이 중요합니다. 6061(155 W/m·K)과 같은 알루미늄 등급은 열 발산에서 1050(209 W/m·K)과 같은 저렴한 옵션보다 성능이 뛰어나 야외 또는 산업용 조명에 중요합니다.
4. 비용 대비 성능이 중요합니다. 세라믹 PCB는 알루미늄보다 더 나은 열 관리를 제공하지만 비용이 3~5배 더 비쌉니다. 알루미늄은 조명 프로젝트의 90%에 이상적인 균형을 이룹니다.
5. 환경적 요인이 설계를 주도합니다. 야외 조명에는 UV 저항성 솔더 마스크가 있는 방수 알루미늄 PCB가 필요하며, 실내 설계는 크기와 비용을 우선시합니다.

알루미늄 LED PCB 램프 플레이트란 무엇입니까?
선택하기 전에 알루미늄 LED PCB를 특별하게 만드는 요소와 조명에 대한 기존 옵션보다 우수한 이유를 이해하는 것이 중요합니다.
알루미늄 LED PCB 램프 플레이트는 비전도성 FR-4 기판을 얇은 알루미늄 코어로 대체하는 특수 회로 기판입니다. 이 코어는 방열판 역할을 하여 LED 칩에서 열을 빼내 공기 중으로 발산합니다. 구조는 일반적으로 세 개의 레이어로 구성됩니다.
  1. 상단 레이어(회로 레이어): LED, 저항기 및 드라이버를 연결하는 구리 트레이스(1~3oz 두께) - 단락을 방지하기 위해 솔더 마스크로 인쇄됩니다.
  2. 절연 레이어(열 인터페이스): 구리 회로를 알루미늄 코어에서 분리하는 얇은 열 전도성 폴리머(예: 에폭시 수지). 절연(전기적 단락 방지)과 열 전도성(열 전달)의 균형을 맞춰야 합니다.
  3. 알루미늄 코어: 열을 발산하는 기본 레이어(0.8~3.2mm 두께). 알루미늄은 저렴한 비용, 가벼운 무게, 우수한 열 전도성(100~250 W/m·K)으로 선호됩니다(FR-4의 경우 0.2~0.4 W/m·K).

알루미늄 PCB가 LED에 대해 FR-4보다 성능이 뛰어난 이유
LED는 백열 전구에 비해 '차가운' 편이지만 열을 발생시킵니다. 10W LED의 경우 에너지의 70~80%가 열로 손실됩니다. 이 열이 발산되지 않으면 LED의 접합부 온도(Tj)가 상승합니다.
a. FR-4 PCB: 열을 가두어 Tj가 120°C(대부분의 LED에 대한 최대 안전 제한)를 초과하게 합니다. 이렇게 하면 10,000시간 후에 밝기가 30% 감소하고 수명이 절반으로 줄어듭니다.
b. 알루미늄 PCB: LED에서 열을 빼내 Tj를 80°C 미만으로 유지합니다. 이렇게 하면 50,000시간 후에 밝기가 90% 유지되고 LED가 정격 수명에 도달합니다.

알루미늄 LED PCB 램프 플레이트 유형
알루미늄 LED PCB는 세 가지 주요 구성으로 제공되며, 각 구성은 특정 조명 응용 분야에 적합합니다. 올바른 유형을 선택하는 것은 LED 전력, 회로 복잡성 및 공간 제약에 따라 달라집니다.

1. 단층 알루미늄 PCB
설계: 알루미늄 코어 위에 단일 구리 층(1oz)이 있고 그 사이에 절연 층이 있습니다. 단순하고, 로우 프로파일이며, 제조가 용이합니다.
사용 사례: LED 스트립 조명, 주거용 전구 모듈(3~5W) 및 캐비닛 아래 조명. 얇은 프로파일(0.8~1.2mm)은 소형 설비에 적합합니다.
제한 사항: 단일 구리 층으로 인해 복잡한 회로(예: 여러 LED 드라이버 또는 센서)를 지원할 수 없습니다.

2. 이중층 알루미늄 PCB
설계: 알루미늄 코어를 사이에 두고 두 개의 구리 층(각각 1~2oz)을 샌드위치합니다. 하나는 신호 트레이스용이고 다른 하나는 접지 또는 전원 평면용입니다. 절연 층은 코어의 양쪽에 적용됩니다.
사용 사례: 상업용 다운라이트(10~30W), 패널 조명 및 자동차 실내 조명. 두 번째 구리 층을 사용하면 더 많은 구성 요소와 더 나은 열 분배가 가능합니다.
장점: 복잡성과 비용의 균형을 이룹니다. 더 많은 기능(예: 디밍 제어)이 필요하지만 다층 보드의 비용은 감당할 수 없는 조명에 이상적입니다.

3. 다층 알루미늄 PCB
설계: 알루미늄 코어를 중앙 열 발산 층으로 사용하는 4~8개의 구리 층. 내부 신호 층, 전원 평면 및 접지 평면을 포함하며, 모두 절연 층으로 분리됩니다.
사용 사례: 고출력 가로등(50~200W), 경기장 조명 및 산업용 하이 베이 설비. 여러 층은 복잡한 회로(예: 개별 드라이버가 있는 LED 어레이)를 처리하고 코어 전체에 열을 균등하게 분배합니다.
장점: 최고 열 성능 및 회로 밀도 - 연중무휴로 작동하고(예: 고속도로 가로등) 최대 신뢰성이 필요한 조명 시스템에 중요합니다.

조명용 알루미늄 LED PCB vs. 기타 PCB 유형
알루미늄이 LED 조명에 대한 유일한 옵션은 아닙니다. 세라믹 및 FR-4 PCB도 사용되지만 다른 시나리오에서 뛰어납니다. 아래 표는 이러한 재료를 비교하여 적합한 재료를 선택하는 데 도움이 됩니다.

재료 선택을 위한 주요 내용
a. 대부분의 프로젝트에 알루미늄을 선택하십시오. 비용, 열 성능 및 무게의 균형을 이룹니다. 주거용, 상업용 및 대부분의 산업용 조명에 적합합니다.
b. 초고출력에만 세라믹을 선택하십시오. 프로젝트에서 >200W LED(예: 대형 경기장 조명)를 사용하거나 극한 온도(>200°C)에서 작동하는 경우 세라믹(특히 AlN)을 사용하는 것이 좋습니다.
c. 고출력 LED에는 FR-4를 사용하지 마십시오. 열이 문제가 되지 않는 저전력 표시등 또는 장식 조명에만 적합합니다.

올바른 알루미늄 LED PCB를 선택하기 위한 6가지 중요한 요소
올바른 알루미늄 LED PCB를 선택하려면 단순히 유형이나 재료를 선택하는 것 이상이 필요합니다. 보드의 사양을 프로젝트의 고유한 요구 사항에 일치시키는 것을 의미합니다. 다음은 고려해야 할 6가지 가장 중요한 요소입니다.
1. 열 전도성: LED 전력에 맞추기
열 전도성(W/m·K 단위로 측정)은 PCB가 열을 얼마나 빨리 발산하는지 결정합니다. LED의 경우 전력이 높을수록 열 전도성이 높아야 합니다.

a. 알루미늄 등급이 중요합니다. LED PCB에 대한 일반적인 등급은 다음과 같습니다.
    1050 알루미늄: 209 W/m·K(높은 전도성, 저렴한 비용 - <10W LEDs).
    5052 알루미늄: 140 W/m·K(1050보다 내식성이 우수 - 야외 조명에 이상적).
    6061 알루미늄: 155 W/m·K(전도성, 강도 및 비용의 최적 균형 - 알루미늄 LED PCB의 90%에 사용됨).
    7075 알루미늄: 130 W/m·K(최고 강도, 낮은 전도성 - 고강도 산업용 조명용).

예: 6061 알루미늄 PCB를 사용하는 50W 가로등은 LED의 Tj를 75°C로 유지하는 반면, 1050 알루미늄 PCB를 사용하면 110°C가 됩니다. 이렇게 하면 가로등의 수명이 40% 연장됩니다.

2. PCB 크기 및 폼 팩터
알루미늄 LED PCB는 표준 크기(예: 50mm×50mm, 100mm×200mm)로 제공되거나 설비에 맞게 맞춤형으로 절단할 수 있습니다. 주요 고려 사항:
a. 설비 공간: 과도한 크기의 PCB를 방지하기 위해 조명 설비의 내부 치수를 측정합니다. 예를 들어, 매입형 다운라이트는 75mm×75mm PCB에만 맞을 수 있습니다.
b. LED 어레이 레이아웃: 여러 LED(예: 10-LED 스트립)를 사용하는 경우 PCB는 LED를 균등하게 배치할 수 있을 만큼 충분히 길어야 합니다(균일한 밝기를 위해 일반적으로 5~10mm 간격).
c. 장착 구멍: PCB에 설비의 방열판에 부착하기 위한 사전 드릴링된 장착 구멍(예: M3 또는 M4)이 있는지 확인합니다. 진동으로 인해 보드가 느슨해질 수 있는 야외 조명에 중요합니다.

3. 회로 설계 및 구성 요소 호환성
PCB의 회로 설계는 LED의 전기적 요구 사항 및 구성 요소 레이아웃과 일치해야 합니다.
a. 트레이스 너비: LED를 드라이버에 연결하는 전원 트레이스는 과열 없이 전류를 처리할 수 있을 만큼 충분히 넓어야 합니다. 10W LED(2A 전류)의 경우 0.5mm(20mil) 트레이스(1oz 구리)를 사용합니다. 50W LED(10A 전류)의 경우 2.0mm(80mil) 트레이스(2oz 구리)를 사용합니다.
 b. 패드 크기: LED 패드는 LED의 풋프린트(예: 2835, 5050 또는 COB LED)와 일치해야 합니다. 5050 LED에는 적절한 납땜을 위해 5.0mm×5.0mm 패드가 필요합니다.
 c. 드라이버 호환성: LED 드라이버를 PCB에 통합하는 경우 보드에 드라이버의 구성 요소(예: 커패시터, 저항기)를 위한 공간이 있는지, 구리 층이 드라이버의 전압(일반적으로 주거용 조명의 경우 12V 또는 24V)을 처리할 수 있는지 확인합니다.

4. 표면 마감: 납땜성 및 내식성
표면 마감은 구리 트레이스를 산화로부터 보호하고 LED의 안정적인 납땜을 보장합니다. 알루미늄 LED PCB의 경우 가장 일반적인 마감은 다음과 같습니다.

a. 야외 조명: ENIG를 선택하십시오. 금 층은 비, 습도 및 UV 방사에 강하여 5~10년 동안 부식을 방지합니다.
b. 실내 조명: HASL 또는 OSP가 작동합니다. 저렴하고 건조하고 온도 조절 환경에 적합합니다.

5. 환경 요구 사항
조명 프로젝트는 작동 환경이 매우 다양하며 알루미늄 PCB는 이러한 조건을 견딜 수 있도록 제작되어야 합니다.
a. 야외 조명(가로등, 투광 조명):
   방수: PCB는 방수 솔더 마스크(IP67 또는 IP68 등급)가 있어 물 손상을 방지해야 합니다.
   UV 저항성: 햇빛으로 인한 열화를 방지하기 위해 UV 저항성 솔더 마스크(예: LPI 폴리이미드)를 사용합니다.
   온도 범위: -40°C ~ 85°C(일반적인 실외 온도)를 처리하는 알루미늄 등급(예: 5052)을 선택합니다.
b. 실내 조명(전구, 패널 조명):
   방진: 표준 솔더 마스크(IP20 등급)로 충분합니다.
   온도: 극한 온도 저항보다 열 전도성에 집중합니다. 실내 온도는 40°C를 초과하는 경우가 거의 없습니다.
c. 산업용 조명(하이 베이 설비):
   내화학성: 오일, 냉각수 및 먼지에 강한 솔더 마스크(예: 에폭시 기반 마스크)를 사용합니다.
   진동 저항성: 공장 진동을 견딜 수 있도록 추가 장착 구멍으로 PCB를 강화합니다.

6. 비용 및 생산량
예산 및 생산량은 알루미늄 PCB 선택에 영향을 미칩니다.
 a. 프로토타입/소량 배치(<100 units): Use custom-cut single or double-layer PCBs. Many manufacturers (like LT CIRCUIT) offer quick-turn prototypes (7–10 days) for (20–)50 per board.
 b. 대량 생산(>1000개): 표준 크기 PCB 또는 대량 맞춤 주문을 선택합니다. 대량 생산은 비용을 30~50% 절감합니다(예: 보드당 1.50달러 vs. 프로토타입의 경우 3.00달러).
 c. 비용 절감 팁: 중전력 조명(10~30W)의 경우 다층 PCB 대신 이중층을 사용하십시오. 열 성능을 충분히 제공하면서 20~30%를 절약할 수 있습니다.

실제 응용 분야: 알루미늄 LED PCB 작동
이러한 선택 요소를 적용하는 방법을 확인하기 위해 세 가지 일반적인 조명 프로젝트와 가장 적합한 알루미늄 PCB를 살펴보겠습니다.
1. 주거용 LED 전구(5W)
필요 사항: 소형, 저렴한 비용, 실내 사용.
권장 PCB: 단층 1050 알루미늄 PCB(100mm×30mm), HASL 마감, 1oz 구리.
이유: 1050 알루미늄의 높은 전도성(209 W/m·K)은 5W 열을 처리하는 반면 HASL은 비용을 낮게 유지합니다. 단층 설계는 표준 전구 하우징에 적합합니다.

2. 상업용 가로등(100W)
필요 사항: 높은 열 성능, 야외 내구성, 대형 LED 어레이.
권장 PCB: 다층 6061 알루미늄 PCB(200mm×150mm), ENIG 마감, 2oz 구리.
이유: 6061 알루미늄은 전도성(155 W/m·K)과 강도의 균형을 이루는 반면 ENIG는 비와 UV에 강합니다. 다층 설계는 20-LED 어레이와 통합 드라이버를 지원합니다.

3. 산업용 하이 베이 설비(200W)
필요 사항: 초고열 성능, 내화학성, 진동 저항성.
권장 PCB: 다층 7075 알루미늄 PCB(300mm×200mm), 에폭시 솔더 마스크, 3oz 구리.
이유: 7075 알루미늄의 강도는 공장 진동을 견디는 반면 3oz 구리는 200W 전류를 처리합니다. 에폭시 마스크는 오일과 냉각수에 강합니다.

알루미늄 LED PCB를 선택할 때 피해야 할 일반적인 실수
경험이 풍부한 설계자조차 LED 성능을 저하시키는 실수를 합니다. 다음은 피해야 할 주요 함정입니다.
1. 열 전도성이 너무 낮음: 50W LED에 1050 알루미늄 PCB를 사용하면 초기 비용을 절약할 수 있지만 과열 및 조기 고장이 발생하여 교체 비용이 더 많이 듭니다.
2. 야외 사용을 위한 표면 마감 무시: 야외 가로등에 HASL 마감을 사용하면 2년 이내에 부식됩니다. 야외 프로젝트에는 항상 ENIG를 사용하십시오.
3. 트레이스 크기 부족: 10W LED(2A)에 0.2mm 트레이스를 사용하면 과열되어 녹아 단락이 발생합니다. 섹션 5.3의 트레이스 너비 지침을 사용하십시오.
4. 프로토타입 테스트 건너뛰기: 프로토타입을 테스트하지 않고 1000개의 PCB를 주문하면 비용이 많이 드는 오류(예: LED에 대한 잘못된 패드 크기)가 발생할 수 있습니다. 항상 먼저 5~10개의 프로토타입을 테스트하십시오.
5. 다층 PCB로 과도하게 복잡하게 만들기: 이중층 PCB는 대부분의 30W 다운라이트에 적합합니다. 다층 보드를 사용하면 불필요하며 비용이 50% 증가합니다.

FAQ: 일반적인 알루미늄 LED PCB 질문에 대한 답변
Q: 알루미늄 LED PCB는 유연한 조명(예: LED 스트립)에 사용할 수 있습니까?
A: 예. 유연한 알루미늄 PCB(얇은 0.2mm 알루미늄 코어 및 유연한 솔더 마스크 사용)는 곡선 또는 굽힘 가능한 조명에 사용할 수 있습니다. 캐비닛 아래 스트립 또는 자동차 실내 조명에 이상적이지만 강성 알루미늄 PCB보다 열 전도성이 낮습니다(80~120 W/m·K).

Q: 알루미늄 LED PCB와 방열판의 차이점은 무엇입니까?
A: PCB의 알루미늄 코어는 '내장형' 방열판 역할을 하지만 고출력 LED(>100W)의 경우 PCB에 부착된 추가 외부 방열판(예: 핀이 있는 알루미늄 블록)이 필요할 수 있습니다. PCB는 열을 외부 방열판으로 전달하여 공기 중으로 발산합니다.

Q: LED 프로젝트에 필요한 열 전도성을 어떻게 계산합니까?
A: 이 간단한 공식을 사용하십시오.
    필요한 열 전도성(W/m·K) = LED 전력(W) × 10
    예를 들어, 20W LED에는 최소 200 W/m·K의 열 전도성을 가진 PCB가 필요합니다. 야외 사용(20% 추가) 또는 밀폐된 설비(30% 추가)의 경우 조정하십시오. 이러한 설비는 더 많은 열을 가두기 때문입니다.

Q: 알루미늄 LED PCB를 직접 설계할 수 있습니까, 아니면 제조업체와 협력해야 합니까?
A: 간단한 설계(예: 5W 전구)의 경우 무료 PCB 설계 소프트웨어(KiCad, Eagle)를 사용하여 Gerber 파일을 생성하고 제조업체에 보낼 수 있습니다. 복잡한 설계(예: 100W 가로등)의 경우 LT CIRCUIT과 같은 전문가와 협력하십시오. DFM(제조 가능성 설계) 피드백을 제공하여 오류를 방지합니다.

Q: 알루미늄 LED PCB의 일반적인 리드 타임은 얼마입니까?
A: 프로토타입은 7~10일이 걸리고, 대량 생산(1000개 이상)은 2~3주가 걸립니다. 긴급 프로젝트의 경우 긴급 옵션(프로토타입의 경우 3~5일)을 사용할 수 있습니다.

결론
올바른 알루미늄 LED PCB 램프 플레이트를 선택하는 것은 조명 프로젝트에서 가장 중요한 단일 결정입니다. LED의 수명, 밝기 및 신뢰성을 결정합니다. 열 전도성(LED 전력에 맞춤), 재료 등급(대부분의 프로젝트의 경우 6061), 표면 마감(야외 사용의 경우 ENIG) 및 환경 저항에 집중하면 성능 기대를 초과하는 조명 시스템을 구축할 수 있습니다.

기억하십시오. 알루미늄 PCB는 LED 프로젝트의 90%에 대해 비용과 성능의 완벽한 균형을 이룹니다. 세라믹 PCB는 초고출력 응용 분야에만 필요하며, FR-4는 저전력 표시기에 제한해야 합니다. 일반적인 실수(트레이스 크기 부족, 야외 내구성 무시)를 피하고 프로토타입을 테스트하면 조명 프로젝트가 효율적이고 내구성이 뛰어나며 비용 효율적입니다.

최상의 결과를 얻으려면 알루미늄 LED PCB를 전문으로 하는 LT CIRCUIT과 같은 제조업체와 협력하십시오. 설계를 최적화하고, 올바른 재료를 선택하고, 프로젝트의 요구 사항을 충족하는 고품질 보드를 제공할 수 있습니다.