LED PCB 종류: 알루미늄 대 FR4 대 유연성

빛 방출 다이오드 (LED) 기술 은 에너지 효율성, 긴 수명, 다재다능 한 디자인 옵션 을 제공 하여 조명 산업 에 혁명적 인 변화를 가져왔다.LED 시스템의 성능은 인쇄 회로 보드 (PCB) 에 크게 달려 있습니다., 구조적 지원 및 열 관리 플랫폼으로 모두 사용됩니다. 세 가지 주요 LED PCB 유형이 시장을 지배합니다. 알루미늄 코어, FR4 및 유연.각각은 열전도성에서 뚜렷한 장점을 제공합니다., 비용, 내구성 및 디자인 유연성, 주택 전구에서 산업 프로젝터 및 착용 가능한 조명까지 특정 응용 프로그램에 적합합니다.이 가이드는 주요 특징을 정리합니다., 장단점, 각 LED PCB 유형의 이상적인 사용, 엔지니어와 제조업체가 프로젝트 요구 사항에 최적의 솔루션을 선택할 수 있도록 도와줍니다.

LED PCB 기본을 이해

LED PCB는 열 관리에 초점을 맞추는 표준 PCB와 다릅니다. LED는 작동 중에 상당한 열을 생성합니다 (효율적인 모델조차도 60 ~ 80 ° C의 접합 온도를 생성합니다),과잉 열은 빛의 출력을 감소시킵니다.잘 설계된 LED PCB는 LED 칩에서 열 방출장이나 주변 환경에 열을 분산시켜 시간이 지남에 따라 안정적인 성능을 보장합니다.

모든 LED PCB는 핵심 구성 요소를 공유합니다.
구리 회로 계층: 전기를 LED로 전달하며, 전류 요구 사항에 맞게 크기가 크다 (일반적으로 고전력 LED의 경우 1A 3A).
단열층: 구리 회로를 기판에서 분리합니다 (안전과 단회로를 방지하는 데 중요합니다).
기판: 구조적 지원 및 열 전도성을 제공하는 기본 재료입니다. 알루미늄, FR4 및 유연한 기판이 가장 크게 다르기 때문입니다.

1알루미늄 코어 LED PCB
알루미늄 코어 PCB (금속 코어 PCB 또는 MCPCB라고도 불리는) 는 두꺼운 알루미늄 기판 (0.8~3.2mm) 을 기본으로 사용합니다.열 관리가 중요한 높은 전력 LED 애플리케이션의 골드 표준으로.

건축물
a. 알루미늄 기판: PCB의 두께의 90~95%, 높은 열전도와 강도를 제공합니다.
b.열 절연층: 고열전도 (1W/m·K) 를 가진 얇은 (50~200μm) 이전자 물질 (일반적으로 에포시 또는 폴리아미드) 으로 구리층에서 알루미늄으로 열을 전달한다.
c. 구리 회로 층: 1 ̊3 온스 (35 ̊105μm) 구리, 종종 큰 지상 평면으로 열을 균등하게 분산합니다.

주요 이점
a.최고 열전도: 알루미늄 코어 PCB는 FR4보다 5~10배 더 효율적으로 열을 분산합니다. (1~3 W/m·K 대 0.2~0.3 W/m·K), LED 접합 온도를 15~30°C 낮게 유지합니다.
b.강화된 내구성: 알루미늄의 딱딱함은 열순환으로 변형되는 것을 견디고, 고전력 시스템에서 용접 관절 실패를 줄입니다.
c. 단순화 된 열 관리: 알루미늄 기판은 내장 된 열 분산 장치로 작용하여 중소 전력 응용 프로그램에서 추가 히트 싱크의 필요성을 감소시킵니다 (10 ∼ 50W).

제한
a.비용이 더 높습니다. 알루미늄과 전문 다이 일렉트릭 재료로 인해 FR4 PCB보다 30~50% 더 비싸습니다.
b.중량: 휴대용 또는 가벼운 고정장치의 단점이 될 수 있는 FR4보다 더 무겁다.
c. 제한된 유연성: 딱딱한 설계는 곡선 또는 적합한 조명 응용 프로그램에서 사용을 방지합니다.

이상적 인 응용
a.고전력 LED 시스템: 산업용 플래드 램프, 거리 램프 및 높은 항구 조명 (50~300W)
b.자동차 조명: 헤드라이트, 뒷등 및 내부 환경 조명 (온도 급격한 경우)
c. 무대 및 스튜디오 조명: 스포트라이트 및 PAR 캔은 장기간 사용 시 일관된 색상 온도를 요구합니다.

2FR4 LED PCB
FR4는 전 세계적으로 가장 흔한 PCB 기판으로, 에포시 樹脂로 浸透 된 섬유 유리 천으로 구성됩니다. 열 관리를 위해 최적화되지 않았지만,FR4 LED PCB는 비용 효율성과 디자인 다양성으로 인해 저전력 애플리케이션에서 인기가 있습니다..

건축물
a.FR4 기판: 0.4~2.4mm의 두께를 가진 복합물질 (글라스 + 에포시스) 이다.
b. 구리 회로층: 0.5~2온스 구리, 선택적으로 더 높은 전류 처리량을 위해 두꺼운 구리 (3온스+) 를 사용한다.
c. 솔더 마스크: 일반적으로 흰색 (빛을 반사하고 LED 효율을 향상시키기 위해) 또는 검은색 (미용 용도로).

주요 이점
a.저비용: 알루미늄 코어 PCB보다 30~50% 저렴하며 대용량, 예산에 민감한 프로젝트에 이상적입니다.
b. 설계 유연성: 표준 PCB 제조 프로세스와 호환되며, 구멍 및 SMT 구성 요소로 복잡한 레이아웃을 가능하게합니다.
가벼운 무게: 알루미늄 코어 PCB보다 30~40% 가벼워 휴대용 장치에 적합합니다.
d.전기 단열: 콤팩트 설계에서 단회로 위험을 줄이는 우수한 다이 일렉트릭 특성.

제한
a. 열전도 저하: FR4의 낮은 열전도 (0.2W / 0.3W / m · K) 는 1W 이상의 LED에서 열 축적을 유발하여 수명을 줄일 수 있습니다.
b.직성: 알루미늄 코어 PCB와 마찬가지로 FR4는 딱딱하고 곡선 표면에 적합하지 않습니다.
c. 제한된 전력 처리: 추가 히트 싱크 없이 고전력 LED (>3W) 에 적합하지 않습니다. 이는 비용과 크기를 증가시킵니다.

이상적 인 응용
a.저전력 LED 시스템: 주거용 전구, LED 스트립 (3528/5050) 및 장식용 조명 (<10W).
소비자 전자제품: TV, 모니터 및 스마트폰 디스플레이에 대한 백라이트.
시그니지: 실내 LED 신호 및 열 발생이 최소화된 패널 디스플레이.

3유연한 LED PCB
유연한 LED PCB는 폴리아미드 또는 폴리에스터 기판을 사용하여 구부러지고 회전하고 곡선 표면에 적합합니다.이 유연성은 딱딱한 알루미늄 또는 FR4 PCB에서 사용할 수 없는 설계 가능성을 열어줍니다..

건축물
a. 폴리아미드 기판: 얇고 (25μm~125μm) 유연하며 온도 전도성이 중간 (0.1μm~0.3W/m·K) 이다.
b. 구리 회로 층: 0.5 ~ 1 온스 구리, 종종 유연성을 높이기 위해 롤링 된 앙일 구리와 함께.
c. 보호층: 회로를 고립하고 가열에 저항하기 위해 얇은 (1050μm) 덮개 레이어 (폴리마이드 또는 아크릴)

주요 이점
a.응용성: 5mm의 반지름까지 구부릴 수 있으며, 곡선 조명 설계 (예를 들어, 자동차 대시보드, 건축 윤곽) 를 가능하게합니다.
b. 경량 및 얇은: 딱딱한 PCB보다 70%까지 얇고 가볍습니다. 착용 가능한 기술 및 공간 제한 응용 프로그램에 이상적입니다.
c. 충격 및 진동 저항: 유연한 기판은 기계적 스트레스를 흡수하여 모바일 또는 산업 환경에서 고장 위험을 줄입니다.

제한
a. 열 제한: 알루미늄 코어 PCB보다 열 전도성이 낮으며, 활성 냉각 없이 저전력 LED (<5W) 로 사용을 제한합니다.
b.비용이 더 높습니다. 특화된 재료와 제조 과정으로 인해 FR4 PCB보다 20~30% 더 비싸습니다.
c.한정된 강도: 넓은 영역의 응용을 위해 외부 지원이 필요하며 복잡성을 추가합니다.

이상적 인 응용
a.응용 가능한 조명: 자동차 내부 조명 (도리 패널, 계기장치), 곡선 디스플레이 백라이트.
b. 착용 가능한 기술: LED 통합 의류, 피트니스 추적기 및 의료기기 (예를 들어, LED 센서와 함께 펄스 산소 측정기).
c. 휴대용 조명: 접을 수 있는 랜터, 캠핑용 유연한 LED 스트립 및 비상 조명.

비교 분석: 알루미늄 대 FR4 대 유연 LED PCB
다음 표는 LED PCB 유형을 선택할 때 고려해야 할 중요한 성능 측정 및 비용 요인을 요약합니다.

LED PCB 선택의 주요 고려 사항
올바른 LED PCB 유형을 선택하는 것은 다음과 같은 여러 요소를 균형 잡아야합니다.

1열 요구 사항
LED 배열의 전체 전력 소모를 계산합니다 (개인 LED 와트의 합)
10W 이상의 시스템에서는 과열을 방지하기 위해 알루미늄 코어 PCB를 강력히 권장합니다.
< 5W 시스템에서는 FR4 또는 유연 PCB가 충분할 수 있습니다. 특히 주변 온도가 제어되는 경우입니다.

2형태 요인 및 설치
딱딱한 PCB (알루미늄, FR4) 는 평평하고 고정된 설비 (예를 들어, 천장등, 거리등) 에 가장 잘 작동합니다.
유연한 PCB는 곡선 표면 (예를 들어, 자동차 헤드 라이트, 실린더식 장착장치) 또는 휴대용 설계에 필수적입니다.

3비용 및 부피
대용량, 저전력 애플리케이션 (예를 들어, 주거용 전구) 은 FR4의 낮은 단위 비용에서 이익을 얻습니다.
저용량, 고전력 프로젝트 (예: 맞춤형 산업 조명) 는 알루미늄 코어 PCB의 더 높은 초기 비용을 정당화합니다.
유연한 PCB는 설계에 적합성이 중요할 때만 비용 효율적입니다.

4환경 조건
야외 또는 고온 환경 (예: 산업 시설) 에는 열에 내성이 있는 용접 마스크가 있는 알루미늄 코어 PCB가 필요합니다.
습기에 취약한 지역 (예를 들어, 부엌, 욕실) 은 기판 종류와 상관없이 합성 코팅을 가진 PCB가 필요합니다.
진동이 심한 환경 (예를 들어, 차량, 기계) 은 유연한 PCB의 충격 흡수 특성을 선호합니다.

사례 연구: 실제 세계 LED PCB 응용 프로그램

케이스 1: 산업용 하이 베이 조명
한 제조업체는 창고용 200W LED 고창등을 필요했고, 5만시간 이상의 작동시간이 필요했습니다.
도전: 최대 70 °C LED 접합 온도를 유지하기 위해 160W의 열 (총 전력의 80%) 을 분산하십시오.
솔루션: 알루미늄 코어 PCB와 2W/m·K 열 다이렉트릭 및 통합 된 열 방조 핀.
결과: LED 수명은 5 년 동안 <5% 루멘 감소와 함께 6만 시간을 초과했습니다.

사례 2: 주택용 LED 전구
한 소비자 전자 회사에서 대량 시장에 9W LED 전구를 단위 5 달러 이하로 생산하는 것을 목표로했습니다.
도전: 25,000시간의 수명을 위해 비용과 성능을 균형 잡습니다.
솔루션: 흰색 용매 마스크 (빛을 반사하기 위해) 와 열 확산을 위해 최적화된 구리 흔적 간격이있는 FR4 PCB.
결과: 에너지 스타 요구 사항을 충족하는 30,000시간의 수명으로 목표 비용 달성.

사례 3: 자동차 내부 조명
한 자동차 제조사는 문 패널 주변 조명을 위해 곡선 LED 스트립이 필요했습니다.
도전 과제: -40°C에서 85°C까지 온도 변동에 견딜 수 있는 10mm 반지름의 곡선 운하 안에 적합합니다.
용액: 50μm 폴리아미드 유연 PCB와 0.5 온스 구리 및 실리콘 코버 레이.
결과: 10 000 + 열 주기를 통과하고 진동 테스트, 용접 관절 결함없이.

LED PCB 기술 의 신흥 추세
재료와 제조업의 발전은 LED PCB 기능을 확장시키고 있습니다.
a. 하이브리드 기판: 알루미늄-FR4 복합재료로 알루미늄의 열전도와 FR4의 저비용을 중간 전력 (1050W) 용도로 결합한다.
b.고열 유연 PCB: 1W/m·K까지 열 전도성을 가진 새로운 폴리아미드 재료로 유연 PCB를 10W+ 응용 분야로 확장합니다.
c.임베디드 히트 파이프: 극대 전력 시스템 (300W+) 에 대한 통합 히트 파이프로 알루미늄 코어 PCB로 열 저항을 40% 감소시킵니다.

FAQ
Q: 알루미늄 코어 PCB를 저전력 LED에 사용할 수 있습니까?
A: 예, 그러나 그들은 종종 <5W 시스템에 대한 비용이 금지됩니다. FR4 또는 유연 PCB는 열 마진이 매우 좁지 않는 한 더 경제적입니다.

Q: 유연 PCB는 방수성인가요?
A: 본질적으로 그렇지 않지만 습기에 저항하기 위해 양형 코팅 (예: 실리콘) 으로 코팅 할 수 있으며 습한 환경에 적합합니다.

질문: 알루미늄 코어 PCB가 견딜 수 있는 최대 온도는 얼마일까요?
A: 에포시 다이렉트릭스를 가진 대부분의 알루미늄 코어 PCB는 120 °C까지 지속적으로 처리합니다. 폴리아미드 다이렉트릭스는 자동차 하부 애플리케이션에 적합한 150 °C까지 확장합니다.

질문: FR4 PCB는 야외에서 사용할 수 있습니까?
A: 예, 적절한 보호 를 받으면 됩니다. 자외선 에 저항 하는 용접 마스크, 합성 코팅, 그리고 부식 저항 하는 구리 가공 (예를 들어, ENIG) 은 햇빛 과 수분 으로 인한 손상 을 방지 합니다.

결론
알루미늄 코어, FR4 및 유연한 LED PCB는 각각 특정 시나리오에서 탁월합니다. 모든 크기에 맞는 솔루션이 없습니다. 알루미늄 코어 PCB는 높은 전력, 열-비판적 응용 프로그램을 지배합니다.FR4는 낮은 전력으로 경제적인 선택으로 남아있는 동안유연한 PCB는 열 제한에도 불구하고 곡선 및 휴대용 조명을위한 디자인 자유를 잠금합니다.
프로젝트의 전력 요구 사항, 형태 요소, 예산 및 환경 조건을 평가함으로써 성능과 비용을 최적화하는 LED PCB 유형을 선택할 수 있습니다.LED 기술이 계속 발전함에 따라, 이러한 기판 사이의 격차는 좁아질 것이지만, 그들의 핵심 강점인 열 관리, 가격 접근성 및 유연성은 뚜렷하게 남아있을 것입니다.
핵심 요점: 올바른 LED PCB 기판은 신뢰할 수 있고 오래 지속되는 조명 시스템의 기초입니다.그리고 최적의 결과를 위한 예산.