PCB LED การกระจายความร้อน: ทำไมอลูมิเนียมจึงดีที่สุดสำหรับพลังงานสูง?

เทคโนโลยี LED ยังคงก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง พลังสูง นำ PCBปัจจุบัน S ถูกใช้อย่างกว้างขวางในหลาย ๆ แอพพลิเคชั่น ใช้ในไฟอุตสาหกรรม ไฟหน้ารถยนต์ โคมไฟถนน ไฟสนาม และอุปกรณ์เชิงพาณิชย์แบบเบย์ ไฟ LED เหล่านี้ให้ความสว่างที่เหนือกว่า ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และอายุการใช้งานที่ยาวนานเมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงแบบดั้งเดิม พวกเขายังสร้างความร้อนที่สำคัญระหว่างการทำงาน กล่าวโดยสรุป การจัดการความร้อนนี้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นหนึ่งในความท้าทายที่สำคัญที่สุดใน นำ PCB การออกแบบระบบ

แผงวงจรพิมพ์ (PCBs) มีบทบาทสำคัญในการจัดการความร้อนสำหรับระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย ในกำลังสูง ไฟ LED PCB การใช้งาน การควบคุมการกระจายความร้อนเป็นสิ่งสำคัญสำหรับประสิทธิภาพและอายุการใช้งานที่ยาวนาน ท่ามกลางต่างๆ ไฟ LED PCB วัสดุที่มีอยู่ พื้นผิวอลูมิเนียมได้กลายเป็นโซลูชันที่ต้องการทั่วโลก อลูมิเนียม PCB รอบ LED ให้การนำความร้อนที่เหนือกว่า ทำให้สามารถถ่ายเทความร้อนออกจากส่วนประกอบ LED ที่มีความละเอียดอ่อนได้

บทความนี้อธิบาย

• พื้นฐานของการกระจายความร้อน LED
• การกำจัดวัสดุ PCB ทั่วไป
• เหตุใด PCB อะลูมิเนียมจึงถือเป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับระบบ LED กำลังสูง

ทำความเข้าใจการสร้างความร้อนใน LED กำลังสูง

ไม่เหมือนกับหลอดไส้ ไฟ LED ไม่ปล่อยความร้อนผ่านรังสีอินฟราเรด ความร้อนส่วนใหญ่จะถูกสร้างขึ้นที่ทางแยก LED เป็นจุดที่พลังงานไฟฟ้าถูกแปลงเป็นแสง ในกำลังสูง การออกแบบบอร์ด PCB LEDมีเพียงประมาณ 30–40% ของพลังงานอินพุตเท่านั้นที่จะกลายเป็นแสงที่มองเห็นได้ พลังงานที่เหลือจะถูกแปลงเป็นความร้อน

หากความร้อนนี้ไม่ถูกกำจัดออกอย่างมีประสิทธิภาพ อุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว นำไปสู่:

• ประสิทธิภาพการส่องสว่างลดลง
• การเปลี่ยนสีและคุณภาพแสงที่ลดลง
• การย่อยสลายของวัสดุแบบเร่ง
• อายุการใช้งาน LED สั้นลง
• เพิ่มความเสี่ยงของความล้มเหลวก่อนวัยอันควร

ดังนั้นการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพจึงไม่ใช่ทางเลือก เป็นข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการทำงาน LED กำลังสูงที่เชื่อถือได้

บทบาทของ PCB ในการจัดการความร้อน LED

PCB ทำหน้าที่หลักสองอย่างในระบบ LED:

• การเชื่อมต่อทางไฟฟ้า: ให้กำลังและกำหนดเส้นทางสัญญาณไปยังชิป LED
• ทางเดินความร้อน: นำความร้อนออกจากทางแยก LED ไปยังฮีตซิงก์ภายนอกหรืออากาศโดยรอบ

ในพลังงานต่ำ แถบนำ PCB การใช้งาน PCB ไฟเบอร์กลาสมาตรฐาน FR-4 อาจเพียงพอ อย่างไรก็ตาม เมื่อความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้น FR-4 จะกลายเป็นคอขวดของความร้อนอย่างรวดเร็วเนื่องจากการนำความร้อนต่ำ

นี่คือจุดที่โลหะแกน PCBs (MCPCBS) โดยเฉพาะ PCB ที่ใช้อะลูมิเนียม ให้ข้อได้เปรียบที่เด็ดขาด

ข้อจำกัดของ PCB แบบดั้งเดิม FR-4

FR-4 เป็นวัสดุ PCB ที่พบมากที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป แต่ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับโหลดความร้อนสูง ค่าการนำความร้อนโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 0.3 ถึง 0.4 W/m·K ซึ่งจำกัดความสามารถในการถ่ายเทความร้อนอย่างรุนแรง

ในกำลังสูง การออกแบบ LED PCB, การใช้ FR-4 อาจทำให้:

• ความร้อนสะสมใกล้ทางแยก LED
• ต้องการฮีตซิงค์ภายนอกขนาดใหญ่
• ประสิทธิภาพของระบบลดลง
• อัตราความล้มเหลวที่สูงขึ้นภายใต้การดำเนินการต่อเนื่อง

ข้อจำกัดเหล่านี้ทำให้ FR-4 ไม่เหมาะกับการใช้งานที่จำเป็นต้องมีความน่าเชื่อถือในระยะยาวและความเสถียรทางความร้อน

PCB อลูมิเนียมคืออะไร?

อลูมิเนียม PCB เป็นแกนโลหะชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยชั้นหลักสามชั้น:

• ชั้นวงจรทองแดง: ดำเนินการสัญญาณไฟฟ้าและกำลังไฟ
• ชั้นไดอิเล็กทริก (ฉนวน): แยกทองแดงออกจากฐานโลหะในขณะที่ปล่อยให้ความร้อนถ่ายเท
• ชั้นฐานอลูมิเนียม: ทำหน้าที่เป็นตัวกระจายความร้อนและรองรับโครงสร้าง

ฐานอลูมิเนียมเป็นตัวสร้างความแตกต่างที่สำคัญ ให้เส้นทางความร้อนโดยตรงจากทางแยก LED ไปยังฮีตซิงก์หรือสภาพแวดล้อมโดยรอบ

ทำไมอลูมิเนียมจึงดีที่สุดสำหรับการกระจายความร้อน LED กำลังสูง?

1: การนำความร้อนที่เหนือกว่า

อะลูมิเนียมมีค่าการนำความร้อนประมาณ 200–235 W/m·K ซึ่งสูงกว่า FR-4 อย่างมากและดีกว่าวัสดุ PCB แบบคอมโพสิตส่วนใหญ่อย่างมาก

ค่าการนำไฟฟ้าสูงนี้ช่วยให้ความร้อนแพร่กระจายอย่างรวดเร็วทั่ว PCB และอยู่ห่างจากทางแยก LED ลดจุดร้อนที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นและรักษาอุณหภูมิในการทำงานให้คงที่

2 : กระจายความร้อนและกระจายตัวอย่างมีประสิทธิภาพ

ชั้นฐานอลูมิเนียมทำหน้าที่เป็นตัวกระจายความร้อนแบบบูรณาการ แทนที่จะใช้แผงระบายความร้อนภายนอกเพียงอย่างเดียว PCBs อะลูมิเนียมจะกระจายความร้อนอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้น ปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนโดยรวม

สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการออกแบบ LED ที่มีขนาดกะทัดรัดซึ่งข้อจำกัดด้านพื้นที่จำกัดขนาดของฮีตซิงก์แบบดั้งเดิม

3: ประสิทธิภาพ LED ที่เพิ่มขึ้นและอายุการใช้งาน

อุณหภูมิทางแยกที่ต่ำกว่าจะแปลโดยตรงเป็นประสิทธิภาพ LED ที่ดีขึ้น อลูมิเนียม PCBs ช่วยให้บรรลุ:

• ประสิทธิภาพการส่องสว่างที่สูงขึ้น
• อุณหภูมิสีคงที่ตลอดเวลา
• ลดความเครียดจากความร้อนบนข้อต่อประสาน
• อายุการใช้งานยาวนานขึ้น

ในหลายกรณี การใช้ PCB อะลูมิเนียมสามารถยืดอายุการใช้งาน LED จากหลายหมื่นถึงกว่า 50,000 ชั่วโมงภายใต้การทำงานต่อเนื่อง

4: ความแข็งแรงทางกลและความทนทาน

อลูมิเนียม PCBs ได้รับการออกแบบมาสำหรับความน่าเชื่อถือของโครงสร้างในการใช้งานที่สำคัญต่อภารกิจ แกนโลหะที่เป็นของแข็งช่วยเพิ่มความแข็งของบอร์ด ลดการงอ และปกป้องข้อต่อประสานจากความล้าที่เกิดจากการสั่นสะเทือน รอบความร้อนซ้ำ และโหลดทางกล ความทนทานนี้ทำให้พื้นผิวอะลูมิเนียมเป็นทางเลือกที่ต้องการเมื่อออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ต้องทำงานอย่างสม่ำเสมอตลอดอายุการใช้งานที่ยาวนาน

ที่การออกแบบ PCB อลูมิเนียมแบบกำหนดเองทำงานได้ดีที่สุด

• การออกแบบ PCB แบบกำหนดเองสำหรับยานยนต์: ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบไฟรถยนต์ ชุดควบคุมกำลัง และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ EV ซึ่งจำเป็นต้องทนต่อการสั่นสะเทือนและเสถียรภาพทางความร้อน
• การออกแบบ PCB แบบกำหนดเองสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์: รองรับอุปกรณ์วินิจฉัย เครื่องมือขับเคลื่อน และระบบภาพที่ต้องใช้แพลตฟอร์ม PCB ที่เสถียรทางกลไกและควบคุมความร้อน
• สภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมและกลางแจ้ง: เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องจักรอุตสาหกรรม ไฟถนน และการติดตั้งกลางแจ้งที่ต้องเผชิญกับแรงกระแทก การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และการทำงานอย่างต่อเนื่อง

คุณค่าของการสนับสนุนการออกแบบอย่างมืออาชีพ

ร่วมมือกับผู้เชี่ยวชาญ บริการออกแบบ PCB แบบกำหนดเอง ตรวจสอบให้แน่ใจว่า PCB อะลูมิเนียมได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับความแข็งแรงทางกล การยึดส่วนประกอบ และการไหลของความร้อน ก้าวหน้า บริการออกแบบ PCB แบบกำหนดเอง ช่วยให้ผู้ผลิตบรรลุมาตรฐานอุตสาหกรรมในขณะที่ปรับปรุงความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์และประสิทธิภาพของวงจรชีวิต

5: น้ำหนักเบาเมื่อเทียบกับพื้นผิวโลหะอื่น ๆ

แม้ว่า PCB ทองแดงจะให้ค่าการนำความร้อนที่สูงกว่า แต่ก็มีน้ำหนักที่หนักกว่าและมีราคาแพงกว่าอย่างมาก อะลูมิเนียมสร้างสมดุลที่ใช้งานได้จริงโดยให้ประสิทธิภาพด้านความร้อนที่ยอดเยี่ยมในราคาและต้นทุนเพียงเล็กน้อย

ธรรมชาติที่มีน้ำหนักเบานี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งาน เช่น ยานยนต์และแสงอวกาศ ซึ่งการลดน้ำหนักเป็นวัตถุประสงค์หลักในการออกแบบ

6: ความคุ้มค่าสำหรับการผลิตจำนวนมาก

อลูมิเนียมมีมากมาย มีจำหน่ายทั่วไป และง่ายต่อการตัดต่อ เมื่อเทียบกับพื้นผิวเซรามิกหรือทองแดง อลูมิเนียม PCBs ประหยัดกว่าสำหรับการผลิตขนาดใหญ่

สำหรับ OEM และ การผลิต PCB แบบกำหนดเองความได้เปรียบด้านต้นทุนนี้ทำให้ PCB อลูมิเนียมเป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์มากที่สุดโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพ

7 : ความเข้ากันได้กับกระบวนการผลิตที่ได้มาตรฐาน

อลูมิเนียม PCB เข้ากันได้กับการผลิต PCB ทั่วไปและ SMT ประกอบ PCB แบบกำหนดเอง กระบวนการ สิ่งนี้ช่วยลดความซับซ้อนในการผลิตและช่วยให้ผู้ผลิตสามารถรวม PCB อลูมิเนียมเข้ากับสายการผลิตที่มีอยู่โดยมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย

อลูมิเนียม PCB กับโซลูชั่นด้านความร้อนอื่น ๆ

อลูมิเนียมเทียบกับทองแดง PCBs

• ทองแดงให้ค่าการนำความร้อนสูงกว่า แต่ด้วยต้นทุนและน้ำหนักที่สูงกว่า
• อลูมิเนียมให้ประสิทธิภาพที่เพียงพอสำหรับพลังงานสูงส่วนใหญ่ เอสเอ็มดี LED PCB ที่ต้นทุนรวมของระบบที่ต่ำกว่า

อลูมิเนียมกับพื้นผิวเซรามิก

• เซรามิกส์ให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนและฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม
• อลูมิเนียม PCB ทนต่อแรงกระแทกได้ง่ายกว่า ประมวลผลได้ง่ายขึ้น และคุ้มค่ากว่า

สำหรับส่วนใหญ่ของพลังสูง ไฟ LED RGB PCB การใช้งาน, อลูมิเนียม PCBs ให้ความสมดุลที่ดีที่สุดของประสิทธิภาพความทนทานและต้นทุน

การใช้งานทั่วไปของ PCB อลูมิเนียมใน LED กำลังสูง

เนื่องจากคุณสมบัติการกระจายความร้อนที่เหนือกว่าอะลูมิเนียม นำ SMD PCB ใช้กันอย่างแพร่หลายใน:

• ไฟถนน LED และไฟสปอตไลท์
• แสงไฮเบย์และคลังสินค้า
• ไฟหน้ารถยนต์และไฟวิ่งกลางวัน
• แสงสถาปัตยกรรมและส่วนหน้า
• ไฟส่องสว่างอุตสาหกรรมและป้องกันการระเบิด
• ระบบไฟส่องสว่างทางการแพทย์และวิทยาศาสตร์

ในการใช้งานทั้งหมดเหล่านี้ ความน่าเชื่อถือทางความร้อนจะเชื่อมโยงโดยตรงกับคุณภาพของผลิตภัณฑ์และชื่อเสียงของแบรนด์

ข้อควรพิจารณาการออกแบบ PCB แบบกำหนดเองที่สำคัญสำหรับ PCB อลูมิเนียม LED

เพื่อเพิ่มประโยชน์สูงสุดของ PCB อลูมิเนียม นักออกแบบควรพิจารณา:

• ความหนาของชั้นอิเล็กทริกและค่าการนำความร้อน
• ความหนาของทองแดงสำหรับการจัดการกระแส
• วัสดุอินเตอร์เฟสความร้อน (TIM)
• การติดตั้งที่เหมาะสมกับฮีตซิงก์ภายนอก
• เค้าโครงการติดตามที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการไหลของความร้อน

บ่อน้ำ บริการออกแบบและผลิต PCB แบบกำหนดเอง สามารถมีประสิทธิภาพเหนือกว่าการออกแบบที่ออกแบบมาไม่ดีแม้จะใช้วัสดุเดียวกันก็ตาม

บทสรุป

การกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพเป็นรากฐานของพลังงานสูงที่เชื่อถือได้ การออกแบบ PCB ไฟ LED ประสิทธิภาพ เมื่อความหนาแน่นของพลังงาน LED เพิ่มขึ้น วัสดุ PCB ไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านความร้อนได้ อลูมิเนียม PCBs ให้ประสิทธิภาพสูงสุดผ่านคุณสมบัติการนำความร้อนสูงและคุณสมบัติทางกล โดยการถ่ายเทความร้อนจากทางแยก LED PCBs ทำให้อุณหภูมิคงที่และยืดอายุการใช้งาน สำหรับผู้ซื้อ B2B signlited ดีที่สุด ผู้ผลิต PCB LED ในประเทศจีน

มีมากมาย ผู้ผลิตบอร์ด PCB นำ ในประเทศจีน เพื่อประสิทธิภาพ LED ที่เหนือกว่า ให้เลือก PCB อะลูมิเนียมจาก Signlited โซลูชันของเราช่วยให้มั่นใจได้ว่าการกระจายความร้อนมีประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น ติดต่อ SignliteLED วันนี้เพื่อหารือเกี่ยวกับตัวเลือก PCB ที่ปรับแต่งได้สำหรับโครงการ LED กำลังสูงครั้งต่อไปของคุณ

คำถามที่พบบ่อย