Led Leuchtmittel

Was ist eine LED-PCB?

Ein Led Leuchtmittel ist eine Leiterplatte, die speziell für Leuchtdiodenbauelemente konzipiert ist. Ihre Kernfunktion besteht darin, mechanische Unterstützung und elektrische Verbindungen für LED-Chips bereitzustellen. Gleichzeitig leitet sie die entstehende Wärme effizient ab während des Betriebs entstehende Wärme über substratbasierte Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie aluminiumbasierte, kupferbasierte und keramikbasierte Werkstoffe effizient ab, um Helligkeitsverlust und verkürzte Lebensdauer zu vermeiden. Die Schaltkreise verwenden überwiegend eine serielle und parallele Hybridtopologie, bei der die Leiterbahnbreite an den Arbeitsstrom der LED angepasst ist. Kann je nach Anwendungsanforderungen auch in starren, flexiblen oder kombinierten hart-weich Formen ausgeführt werden und unterstützt unregelmäßige schnitte. Kompatibel mit LEDs unterschiedlicher Gehäuse wie SMD 2835 und 5050 und weit verbreitet in der Allgemeinbeleuchtung, der Automobil-Elektronik, Hintergrundbeleuchtung von Displays, Spezialbeleuchtung und anderen Anwendungsbereichen. Der wesentliche Unterschied zu herkömmlichen Leiterplatten liegt darin, dass erstere Wärmeableitung und -verteilung sowie elektrische Verbindung als zentrale Anforderungen betrachtet, während letztere lediglich die grundlegende elektrische Verbindung erfüllen müssen.

Vorteile von LED-Leiterplatten

Effiziente Wärmeableitung löst die Probleme der LED-Lichtabschwächung und verkürzten Lebensdauer bereits an der Wurzel

Wenn LEDs in Betrieb sind, ist ihr elektrischer Energieumwandlungswirkungsgrad begrenzt. Etwa 80 % der elektrischen Energie werden in Wärme umgewandelt. Die Ansammlung von Wärme führt direkt zu einer Erhöhung der Temperatur der LED chip, was Probleme wie eine beschleunigte Lichtabschwächung, Farbtemperaturdrift und eine verkürzte Lebensdauer verursacht.

· Wärmeleitfähigkeitsvorteil des Basismaterials:

Die LED-PCB-Platine verwendet substratbasierte Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie aluminiumbasierte, kupferbasierte und keramikbasierte Materialien, deren Wärmeleitfähigkeit die von herkömmlichen FR-4-Leiterplatten deutlich übersteigt die Wärmeleitfähigkeit von FR-4 beträgt etwa 0,3 W/(m·K), die von aluminiumbasierten Materialien kann 1–20 W/(m·K) erreichen, und die von Aluminiumnitrid-Keramik kann 180–200 W/(m·K) erreichen. Dadurch kann die vom LED-Chip erzeugte Wärme schnell an den Kühlkörper oder die äußere Umgebung abgeleitet werden.

· Strukturelle Optimierung der Wärmeabfuhr:

Einige Hochleistungs-LED-Leiterplatten sind mit wärmeleitenden Flächen und metallisierten Durchkontaktierungen ausgelegt, um die Wärmeleitfähigkeit von den oberflächennahen LED-Pads zur unteren Metallschicht zu verbessern substrat. Aluminiumbasierte Leiterplatten können auch direkt mit Kühlkörpern verbunden werden, ohne dass zusätzliche wärmeleitfähige Klebstoffe erforderlich sind, wodurch der Wärmewiderstand weiter verringert wird.

· Praktischer Nutzen:

Eine angemessene Wärmeableitung kann die Lebensdauer von LEDs von mehreren tausend Stunden auf 50.000 bis 100.000 Stunden verlängern und gleichzeitig die langfristige Stabilität von Helligkeit sowie Farbtemperatur sicherstellen. Dies ist besonders geeignet für Anwendungen, die einen lang andauernden Dauerbetrieb erfordern, wie beispielsweise Straßenlaternen und Fahrzeugscheinwerfer.

Die Schaltungs-Topologie ist stabil und erhöht die gesamte Ausfallsicherheit der Leiterplatte

Die Schaltungsdesign der LED-Leuchtplatine berücksichtigt vollständig die Eigenschaften von LEDs, bei denen „die Reihenschaltung anfällig für Unterbrechungen und die Parallelschaltung anfällig für Stromteilung ist“, wobei Zuverlässigkeit und helligkeitskonsistenz ausgeglichen werden.

· Vorteile der seriellen-parallelen Hybridtopologie:

Es verwendet eine Schaltungsstruktur aus „mehreren Gruppen in Reihe + gesamt parallel“. Wenn eine einzelne LED unterbrochen wird, betrifft dies nur den betreffenden Reihenzweig und führt nicht dazu, dass die gesamte Platine ausfällt. Gleichzeitig sorgt die Parallelschaltung dafür, dass die Spannungen jedes Zweigs gleich bleiben und verhindert, dass einige LEDs durch übermäßigen Strom ausgebrannt werden.

· Stromanpassungs-Design:

Genaue Auslegung der Leiterbahnbreite und Kupferfolienstärke basierend auf dem Nennbetriebsstrom der LED, um Stromverluste zu vermeiden verursacht durch Drahterhitzung oder übermäßigen Widerstand. Bei Hochleistungs-LEDs werden ebenfalls Strombegrenzungswiderstandspads vorgesehen, um die Anpassung des Stroms gemäß den tatsächlichen Anforderungen zu erleichtern.

· Praktischer Nutzen:

Die Ausfallrate der gesamten Platine wurde deutlich reduziert, wodurch keine häufige Wartung erforderlich ist. Sie eignet sich für Anwendungen mit hohen Stabilitätsanforderungen wie Wohnraumbeleuchtung und kommerzielle Beleuchtung.

Sie ist in Form und Struktur flexibel und für eine breite Palette von Anwendungsszenarien geeignet

LED-PCB überwindet die Starrheit herkömmlicher PCBs und kann entsprechend den Formanforderungen verschiedener Beleuchtungsprodukte kundenspezifisch angefertigt werden

· Formenvielfalt: Unterstützt drei Formen: starr, flexibel und eine Kombination aus weich und hart. Starre LED-PCBs eignen sich für festgeformte Lampen wie Glühlampen und Scheinwerfer. Die flexible Leiterplatte für LEDs kann gebogen und gefaltet werden wodurch es sich für verschiedene unregelmäßige Anwendungen wie die Fahrzeug-Innenraumbeleuchtung und die Hintergrundbeleuchtung von gekrümmten Bildschirmen eignet. Die Starr-Flex-Leiterplatte berücksichtigt sowohl die Biegeanforderungen des flexiblen Bereichs als auch die Belastbarkeit des starren Bereichs.

· Unregelmäßiges Schneiden und integrierte Gestaltung: Jede beliebige Form wie kreisförmig, bogenförmig und streifenförmig kann durch Laserschneiden erreicht werden, was sich für verschiedene Lampengehäuse eignet. Zudem kann sie Treiberschaltungen und Sensoren integrieren um ein integriertes „PCB + Treiber + Sensorik“-Modell zu schaffen und das Produktvolumen sowie Montageprozesse zu reduzieren.

· Praktischer Nutzen: Erfüllt die Anforderungen aller Einsatzszenarien, von Mikro-Indikatorleuchten bis hin zu großen Außenanzeigetafeln, und fördert die Miniaturisierung und Leichtbauweise der Produkte.

Kosteneffizienz und Leistung ausbalancieren, um den Anforderungen unterschiedlicher Märkte gerecht zu werden

LED-PCB bietet eine Vielzahl von Substratlösungen, die je nach Budget und Leistungsanforderungen des Kunden flexibel ausgewählt werden können

· Kostenleistungsstarke Lösung: Die Kosten für Aluminium-LED-Leiterplatten betragen nur ein Drittel bis die Hälfte derer für Kupfer-basierte und ihre Wärmeleitfähigkeit erfüllt über 80 % der Beleuchtungsanforderungen für den Haushaltsgebrauch. Es ist die bevorzugte Wahl für Haushalts-Deckenleuchten und Panel-Leuchten.

· Hochleistungslösungen: Kupferbasierte und keramische LED-Leiterplatten weisen eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf, sind hitze- und korrosionsbeständig und eignen sich für anspruchsvolle Anwendungen wie Automotive-LEDs und Anzeigelampen für industrielle Steuergeräte.

· Kostengünstige Lösung: Für Niedrigleistungs-LED-Anzeigen können FR-4-Trägermaterial-LED-Leiterplatten verwendet werden, die die niedrigsten Kosten verursachen und die Anforderungen für niederleistungsfähige Anwendungen wie Spielzeug und kleine Haushaltsgeräte erfüllen.

· Praktischer Nutzen: Abdeckung des gesamten Preisspektrums vom Low-End- bis zum High-End-Markt, um Kunden dabei zu unterstützen, Zielvorgaben bei gleichzeitiger Kostenkontrolle zu erreichen.

Hohe Kompatibilität, kompatibel mit mehreren LED-Gehäusetypen

Das Pad-Design der LED-Leiterplatte ist kompatibel mit gängigen LED-Gehäusespezifikationen und erfordert keine separate Formherstellung.

Es unterstützt verschiedene Arten der SMD-Bestückung, COB-Bestückung, leistungsstarke lumenähnliche Verpackungen usw. Die Größe und der Abstand der Lötflächen können je nach LED-Spezifikation angepasst werden.

Bei COB-LED-Leiterplatten werden ebenfalls reflektierende Beschichtungen oder Metallreflektoren konzipiert, um die Lichtausnutzung zu verbessern und die Helligkeit zu erhöhen.

LED-Platinen können basierend auf dem Substratmaterial, der Strukturform und der Kompatibilität mit LED-Gehäusen klassifiziert werden.

Die verschiedenen Typen unterscheiden sich hinsichtlich Wärmeableitung, Kosten und Anwendungsszenarien, wie unten detailliert beschrieben:

Klassifizierung nach Substratmaterial

Dies ist die gängigste Klassifizierungsmethode, die direkt mit der Wärmeableitungseffizienz des Produkts und dem zulässigen Leistungsbereich zusammenhängt.

Klassifizierung nach konstruktiver Form

Eingeteilt gemäß Installations- und Formanforderungen des Produkts, bestimmt die räumliche Anpassungsfähigkeit von LED-PCBs.

Starre LED-PCB

Feste Form, nicht biegbar, mit hoher mechanischer Festigkeit. Es ist die am häufigsten verwendete Art, geeignet für die meisten fest installierten Leuchten.

Flexible LED-PCB (FPC-LED)

Verwendet flexible Substrate, kann gebogen, gefaltet und gerollt werden. Geeignet für Beleuchtungsszenarien mit speziellen Formen oder gekrümmten Flächen, wie z. B. automobiler Ambientebeleuchtung, Lichtleisten und Hintergrundbeleuchtung von gekrümmten Bildschirmen.

Starr-flexible LED-PCB

Starre Bereiche tragen die LED-Chips und Treiberkomponenten, während flexible Bereiche Biegungen ermöglichen. Sie bietet ein Gleichgewicht zwischen Stabilität und Flexibilität und eignet sich für Lampen mit komplexen Strukturen.

Klassifizierung nach LED-Gehäuse-Kompatibilität

SMD-LED-PCB

Die Pad-Konstruktion ist kompatibel mit oberflächenmontierten LED-Bauteilen. Sie zeichnet sich durch ausgereifte Technologie und hohe Automatisierung aus und ist derzeit der marktgängige Standard.

COB-LED-PCB

Speziell für Chip-on-Board-LEDs konzipiert. Die LED-Chips werden direkt auf die Leiterplatte montiert, ohne Halterungen oder Golddrähte, was einen weiten Abstrahlwinkel und gleichmäßige Helligkeit bietet. Geeignet für Scheinwerfer, Einbaustrahler und andere leuchten mit hohen Anforderungen an den Lichtfleck.

Hochleistungs-LUXEON-LED-PCB

Verfügt über größere Pad-Flächen und kürzere Wärmeableitungspfade, kompatibel mit einzelnen Hochleistungs-LEDs (≥1 W). Häufig in Außenbeleuchtung und industrieller Beleuchtung im Einsatz.

LED-PCBs, mit ihren Eigenschaften einer effizienten Wärmeableitung, stabiler Schaltkreise und flexibler Bauformen, werden in zahlreichen Bereichen eingesetzt, die auf LED-Lichtemission angewiesen sind, darunter Allgemeinbeleuchtung, Automotive-Elektronik, Hintergrundbeleuchtung von Displays, Spezialbeleuchtung, Industriesteuerung, Medizintechnik und anderen Feldern. Die spezifischen Anwendungen sind wie folgt:

Bereich der Allgemeinbeleuchtung
Dies ist das zentrale Anwendungsszenario von LED-PCB-Platinen, geeignet für Haushalts- und gewerbliche Beleuchtungsgeräte:
· Haushaltsbeleuchtung: Deckenlampen, Glühlampen, Tischlampen und Einbaustrahler verwenden meist starre aluminiumbasierte LED-PCBs, die sowohl Wärmeableitung als auch Kosten-Nutzen-Verhältnis berücksichtigen.
· Gewerbliche Beleuchtung: Einkaufszentrum-Strahler, Laden-Bahnleuchten, Bürogebäude-Panelleuchten, Außenstraßenlaternen/Gartenlaternen. Hochleistungs-Straßenlaternen verwenden kupferne LED-Leiterplatten, um die Wärmeableitung zu verbessern und langfristige Betriebsstabilität sicherzustellen.

Der Bereich der Automobil-Elektronik
Er erfüllt die strengen Anforderungen der automotivtauglichen Hochtemperatur- und Schwingungsbeständigkeit und gliedert sich in zwei Typen: innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs.
· Innenraumbeleuchtung: Ambientebeleuchtung, Leselampen und Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung sind meist mit flexiblen LED-Leiterplatten ausgestattet, die sich für gekrümmte Flächen und unregelmäßige Einbauräume eignen.
· Außenbeleuchtung: Für Scheinwerfer, Blinker, Bremsleuchten und Nebelscheinwerfer sollten keramische oder kupferbasierte LED-Leiterplatten gewählt werden, um Temperaturzyklen von -40 °C bis 125 °C sowie Vibrationsumgebungen standzuhalten.

Hintergrundbeleuchtungsanzeige-Bereich

Hintergrundbeleuchtungssysteme, die verschiedene Bildschirme unterstützen, stellen hohe Anforderungen an die Bauform und die Gleichmäßigkeit der Helligkeit:

Hintergrundbeleuchtung für Unterhaltungselektronik: Bildschirmhintergrundbeleuchtung für Mobiltelefone, Tablets und Laptops, unter Verwendung flexibler LED-Leiterplatten oder ultradünner starrer LED-Leiterplatten, um leichte und dünne Designs zu erreichen;

Hintergrundbeleuchtung für kommerzielle Displays: LCD-Fernseher, Werbemaschinen und Outdoor-Displays, unter Verwendung von COB-LED-Leiterplatten, um die Gleichmäßigkeit der Helligkeit zu verbessern und Lichtfleckenprobleme zu reduzieren.

Spezielle Beleuchtungsbereiche

Anpassung an kundenspezifische und funktionale Beleuchtungsanforderungen:

Pflanzenwachstumsbeleuchtung: Einsatz von aluminiumbasierten LED-Leiterplatten mit hoher Wärmeleitfähigkeit, um Hochleistungs-LED-Chips zu betreiben und die spektralen sowie thermischen Anforderungen für die Photosynthese von Pflanzen zu erfüllen;

UV-Desinfektionslampen: Einsatz von korrosionsbeständigen Substrat-LED-Leiterplatten, geeignet für UV-Bestrahlungsumgebungen;

Bühnenbeleuchtung / Landschaftsbeleuchtung: Erzielung unterschiedlicher Lichtformen und dynamischer Effekte durch unregelmäßig geformte LED-Leiterplatten und Kombinationen aus flexiblen und starren Leiterplatten.

Industrielle Steuerung und medizinische Geräte

Erfüllung hoher Anforderungen an Zuverlässigkeit und Stabilität:

Industrielle Steuerungsgeräte: CNC-Werkzeugmaschinen-Anzeigelampen, Status-Warnlampen für Industrieanlagen, Einsatz von keramikbasierten LED-Leiterplatten, um sich an hohe Temperaturen, Staub und Vibrationen in industriellen Umgebungen anzupassen;

Medizinische Geräte: Chirurgische Schattenfreilampen, Hintergrundbeleuchtung für medizinische Prüfgeräte, Anzeigelampen für tragbare medizinische Geräte, Erfordernis der Einhaltung medizinischer Zertifizierungsstandards und Verwendung von LED mit geringer elektromagnetischer Störung leiterplatten-Schaltungsdesigns.