Ces dernières années, la technologie LED PCB est devenue essentielle à l'éclairage moderne. De l'électronique grand public à l'éclairage automobile, en passant par les équipements industriels, et même les lampes de croissance végétale et l'éclairage médical, nul ne peut s'en passer.
Un circuit imprimé LED, également appelé circuit imprimé d'éclairage LED, est le composant central d'un système d'éclairage LED. Il assure le support structurel, assure les connexions électriques et contribue à la dissipation thermique. Les LED dégageant beaucoup de chaleur en fonctionnement, une conception et un assemblage soignés sont essentiels pour améliorer l'efficacité énergétique, prolonger la durée de vie et garantir un flux lumineux stable. Il est également essentiel de répondre aux exigences de différents designs de produits.
Cet article présentera systématiquement les matériaux de base, les avantages, les applications et les méthodes d'assemblage des circuits imprimés d'éclairage LED, vous aidant à les comprendre plus clairement et à faire des choix appropriés pour votre prochain projet LED.
Qu'est-ce qu'un PCB LED ?
Un circuit imprimé LED est un type de carte de circuit imprimé spécialement conçu pour intégrer des diodes électroluminescentes (LED) et connecter des circuits. Dans toute conception d'éclairage LED, il s'agit d'un composant essentiel, car il supporte non seulement les LED, mais permet également la circulation du courant et contribue simultanément à la dissipation de la chaleur. Le circuit imprimé LED combine des composants LED pour former une carte d'éclairage LED fonctionnelle, convertissant l'énergie électrique en lumière.
En soudant les puces LED sur le circuit imprimé, on obtient un circuit imprimé complet. Ces circuits sont spécialement conçus pour gérer la chaleur générée par les LED pendant leur fonctionnement, garantissant ainsi une longue durée de vie et une haute efficacité énergétique.
À quoi sert une carte LED ?
Comme mentionné précédemment, la carte LED est le composant central du système d'éclairage. Elle assure la connexion, le support et l'alimentation des LED. Elle fixe non seulement leur position, mais fournit également un chemin électrique pour le courant. Outre sa fonction de connexion, la carte LED (ou circuit imprimé) contribue également à dissiper la chaleur, permettant ainsi aux LED de fonctionner efficacement et en toute sécurité.
Grâce à une carte PCB LED bien conçue et à un assemblage de circuits imprimés LED, la carte peut résister à des températures élevées, maintenir un flux lumineux stable et prolonger la durée de vie des LED. En termes simples, une carte PCB LED combine plusieurs puces LED pour former un circuit imprimé LED fiable et performant, adapté à divers scénarios d'éclairage.
Matériaux de base des circuits imprimés LED
Les performances des circuits imprimés LED dépendent principalement des matériaux utilisés. Chaque matériau possède ses propres caractéristiques en termes de conductivité thermique, de durabilité et de coût. Voici quelques matériaux courants pour les circuits imprimés LED :
PCB FR4
Le circuit imprimé FR4 est un substrat verre-époxy, souvent utilisé dans les circuits imprimés LED basse consommation. Son faible coût, mais sa faible conductivité thermique, le rendent adapté aux LED basse consommation ou aux applications à faible dégagement de chaleur.
Carte d'aluminium
L'aluminium est le matériau le plus couramment utilisé pour les circuits imprimés LED en raison de son excellente conductivité thermique. Les circuits imprimés en aluminium sont généralement dotés d'une fine couche de matériau diélectrique thermoconducteur, capable de dissiper rapidement la chaleur générée par la jonction PN de la LED. Ces circuits imprimés LED sont légers, économiques et durables, et conviennent parfaitement à la conception de circuits imprimés LED pour les produits automobiles, industriels et électroniques grand public.
PCB à base de cuivre
Les circuits imprimés à base de cuivre conviennent à l'éclairage LED haute puissance. Comparé à l'aluminium, le cuivre présente une meilleure conductivité thermique et permet d'intégrer davantage de matrices de LED sur une seule carte. Certains circuits imprimés à base de cuivre utilisent la technologie de contact direct, permettant aux pastilles LED d'entrer en contact direct avec le substrat en cuivre pour une meilleure dissipation thermique.
PCB en céramique
Les circuits imprimés LED en céramique sont principalement utilisés dans les applications haute puissance, telles que les éclairages sous-marins, photographiques ou industriels. Les substrats couramment utilisés sont le nitrure d'aluminium (AlN), l'alumine et le nitrure de silicium. Les circuits imprimés LED en céramique offrent une bonne conductivité thermique et une grande durabilité. Cependant, les circuits imprimés de grande taille doivent être fabriqués avec soin pour éviter toute casse.
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Types de circuits imprimés LED
La technologie des circuits imprimés LED a évolué en différents types pour répondre à différentes exigences de conception. Il est essentiel de bien comprendre ces types de circuits imprimés lors de la conception ou de l'assemblage de circuits imprimés LED.
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Type
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Description
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Applications / Fonctionnalités
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PCB en aluminium monocouche
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La forme la plus simple de PCB en aluminium
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Convient aux LED de faible à moyenne puissance, structure simple et économique
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PCB en aluminium double couche
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Conception à deux couches
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Permet une densité de composants plus élevée et une dissipation thermique légèrement améliorée
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PCB multicouche en aluminium
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Conception multicouche
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Applications hautes performances, prend en charge les configurations LED complexes, meilleure gestion thermique
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PCB rigide
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Panneau rigide traditionnel
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Forte stabilité et durabilité, convient aux installations standard
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PCB flexible
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Substrat en polyimide ou en polyester
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Peut se plier et se replier, idéal pour les bandes LED ou les installations irrégulières
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PCB à montage en surface
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Composants montés directement sur la surface du PCB
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Haute densité de composants, prend en charge l'assemblage automatisé
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PCB traversant
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Composants insérés dans les trous et soudés
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Des connexions plus robustes, adaptées aux environnements difficiles ou aux applications lourdes
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Circuit imprimé hybride
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Combine deux ou plusieurs matériaux de substrat
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Gestion thermique optimisée et résistance structurelle, idéale pour les systèmes LED haute puissance
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PCB en céramique
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Substrat en céramique
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Conductivité thermique et fiabilité élevées, adaptées aux environnements à haute puissance ou extrêmes
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Applications de circuits imprimés LED
Les circuits imprimés LED jouent un rôle essentiel dans de nombreuses applications. Mais à quoi sert exactement une carte LED ?
• Éclairage grand public : Les circuits imprimés à LED alimentent les éclairages du quotidien tels que les lampes, les lampes de poche et les lampes solaires.
• Automobile : Dans les voitures et les camions, les cartes PCB à LED sont utilisées dans les phares, les feux de freinage, les clignotants et l'éclairage intérieur.
• Électronique grand public : Les circuits imprimés pour LED sont intégrés dans les écrans, les voyants lumineux, les smartphones, les téléviseurs et les ordinateurs portables.
• Télécommunications : Les circuits imprimés lumineux à LED sont utilisés pour la signalisation et les voyants lumineux dans les équipements, grâce à leur tolérance à la chaleur et à leur longue durée de vie.
• Dispositifs médicaux : L'éclairage chirurgical et diagnostique haute puissance s'appuie souvent sur l'assemblage de circuits imprimés LED pour une durabilité et une gestion thermique efficace.
• Éclairage industriel et spécialisé : Les lampes de culture à LED, l'éclairage sous-marin et l'éclairage des tunnels utilisent des circuits imprimés à noyau métallique pour une dissipation efficace de la chaleur.
Conception et assemblage de circuits imprimés à LED
Lors de la conception des circuits imprimés pour LED, la dissipation thermique, la connexion électrique et le support mécanique doivent être pris en compte simultanément pour garantir le fonctionnement sûr et efficace des cartes d'éclairage LED :
Disposition du circuit
Selon le nombre et la puissance des LED, des circuits imprimés simple face, double face ou multicouches sont disponibles. Les circuits imprimés simple face conviennent aux configurations simples et à faible consommation, les circuits imprimés double face permettent d'augmenter la densité des composants, et les circuits imprimés multicouches conviennent aux configurations de matrices LED complexes ou à forte puissance.
Choix des matériaux
Les circuits imprimés LED fabriqués à partir de différents matériaux présentent des conductivités thermiques, une durabilité et un coût variables. Le FR4 est couramment utilisé pour les circuits imprimés LED basse consommation ou portables. Les circuits imprimés LED nécessitant une meilleure dissipation thermique utilisent généralement des circuits imprimés à base d'aluminium. Les éclairages LED haute puissance peuvent utiliser des circuits imprimés à base de cuivre. Les circuits imprimés céramiques peuvent être utilisés dans des applications spécifiques telles que les lampes sous-marines ou industrielles.
Traitement de surface
Les traitements courants incluent l'OSP, le LF-HASL, l'ENIG et les masques de soudure blanc laiteux. Le tampon de soudure blanc laiteux peut augmenter la réflectivité et le rendement lumineux, tout en étant plus stable à haute température et moins sujet à la décoloration.
Méthodes d'assemblage
Le circuit imprimé LED compact adopte la technologie de montage en surface (CMS), adaptée aux petites LED et à la production automatisée. L'assemblage traversant est plus robuste et convient aux applications à forte puissance ou aux applications environnementales exigeantes.
Vias thermiques et dissipateurs thermiques
La conception de cartes PCB à LED haute puissance nécessite généralement des vias thermiques et des dissipateurs thermiques pour évacuer rapidement la chaleur générée par la LED, évitant ainsi la surchauffe qui affecte les performances et la durée de vie.
Panneaux LED personnalisés
Grâce à la conception personnalisée du circuit imprimé d'éclairage LED, la température de couleur de la lumière peut être ajustée, la forme spéciale de la lampe peut être conçue et l'intensité lumineuse et le flux lumineux peuvent être contrôlés pour répondre aux différentes exigences d'application.
Un fabricant de circuits imprimés LED de premier plan comme PCBasic, alliant une riche expérience, des équipements de pointe et des certifications de qualité (ISO 9001, IPC, RoHS), est en mesure de produire des circuits imprimés LED de haute qualité. Il répond aux exigences d'applications variées, notamment pour les particuliers, les industries et l'automobile, tout en garantissant la fiabilité et la longévité de ses produits.
Conclusion
Le circuit imprimé LED est au cœur de l'éclairage moderne, offrant une efficacité énergétique élevée, une longue durée de vie et diverses options de conception. En choisissant les matériaux, les méthodes d'assemblage et les techniques de conception appropriés, les fabricants et les ingénieurs peuvent optimiser les circuits imprimés LED pour répondre aux exigences de diverses applications, de l'éclairage domestique aux projets automobiles et industriels.
Qu'il s'agisse d'explorer des cartes LED personnalisées, des circuits imprimés à noyau métallique ou de réaliser un assemblage de circuits imprimés LED, la compréhension des détails de la conception des cartes PCB LED et des circuits imprimés LED peut garantir des solutions d'éclairage de haute qualité, fiables et économes en énergie.
Choisir un fabricant de circuits imprimés LED expérimenté comme PCBasic et tirer parti des dernières stratégies de conception de circuits imprimés LED contribuera à maximiser les performances, la durabilité et la rentabilité des projets LED.
