LED PCB

LED PCBとは何ですか？

一つの LED PCB 発光ダイオードデバイス専用に設計されたプリント回路基板です。その主な機能はLEDチップに機械的サポートと電気的接続を提供することです。同時に、効率的に熱を放散します lED動作中に発生する熱を、アルミベース、銅ベース、セラミックベースなどの高熱伝導性基材を通じて効率的に放散することにより、光の減衰や寿命の短縮を防ぎます。その回路はほとんどの場合、 シリーズおよび並列ハイブリッドトポロジーで、LEDの作動電流に合わせた配線幅となっています。用途要件に応じて、剛性基板、柔性基板、または軟硬複合形でも設計可能で、不規則な形状にも対応可能です。 sMD 2835や5050など、さまざまなパッケージ形式のLEDと互換性があり、一般照明、自動車電子機器、バックライトディスプレイ、特殊照明などの分野で広く使用されています。通常の PCBとの主な違いは、前者が放熱・導熱性能と電気的接続を主要な要件とするのに対し、後者は基本的な電気的接続さえ満たせばよいことです。

LED用PCBの利点

効率的な放熱により、LEDの光減衰と寿命に関する問題を根本的に解決します

LEDが動作しているとき、その電気エネルギー変換効率には限界があります。電気エネルギーの約80%が熱に変換されます。熱が蓄積されると、LEDの温度上昇を直接引き起こし、光の減衰の加速、色温度のドリフト、寿命の短縮などの問題が生じます。 チップに問題が発生し、光の減衰が加速したり、色温度がずれたり、寿命が短くなったりします。

・基板材料の熱伝導性の利点：

LED用PCBボードは、アルミ系、銅系、セラミック系など高熱伝導性の基板材料を採用しており、その熱伝導率は一般的なFR-4 PCBよりもはるかに高いです（FR-4の熱伝導率は約0.3 W/(m・K)ですが、アルミ系では1～20 W/(m・K)に達し、窒化アルミニウムセラミックでは180～200 W/(m・K)に達します）。 これにより、LEDチップで発生した熱を放熱フィンや外部環境へ迅速に伝導できます。 熱がLEDチップから放熱器または外気環境へ素早く伝わるようにします。

・構造的な放熱の最適化：

高電力LED回路基板の中には、表面のLEDパッドから底部の金属部分への熱伝導効率を高めるために、熱伝導パッドやメタライズドバイアを備えて設計されたものがあります。 アルミ基板は、追加の熱伝導接着剤を使用せずにヒートシンクに直接接合できるため、熱抵抗をさらに低減できます。

・実用的な価値：

適切な放熱設計により、LEDの寿命を数千時間から5万～10万時間まで延ばすことができ、発光輝度や色温度の長期的安定性も確保できます。街路灯や自動車のヘッドライトなど、長期間連続運転が必要な用途に特に適しています。 長期間連続運転が必要な用途に特に適しています。

回路トポロジーが安定しており、基板全体の故障耐性が向上しています。

LEDライト基板の回路設計は、「直列接続はオープン回路になりやすく、並列接続は電流分流が起きやすい」というLEDの特性を十分に考慮しつつ、信頼性と 明るさの一様性の両立を図っています。

・直並列ハイブリッドトポロジーの利点：

「複数のグループを直列接続＋全体を並列接続」という回路構成を採用しています。単一のLEDが断線した場合でも、そのLEDがある直列ブランチのみに影響し、基板全体が消灯する ことはありません。同時に、並列構造により各ブランチ間の電圧が均一に保たれ、過大な電流によって一部のLEDが焼損するのを防ぎます。

・電流マッチング設計：

LEDの定格動作電流に基づいて、ライン幅と銅箔の厚さを正確に設計し、電流損失を防止します 電線の発熱または過剰な抵抗が原因です。高電力LEDの場合、実際のニーズに応じて電流を調整しやすいよう、電流制限抵抗用のパッドも確保されています。

・実用的な価値：

基板全体の故障率は大幅に低下しており、頻繁なメンテナンスは不要です。家庭用照明や商業用照明など、高い安定性が求められる用途に適しています。

形状および構造が柔軟で、幅広いアプリケーションシーンに適しています。

LED用PCBは一般的なPCBの剛性制限を突破しており、異なる照明製品の形状要件に応じてカスタマイズが可能です。

・形状の多様性： 剛性、柔軟性、およびソフトとハードの組み合わせの3つの形態をサポートしています。剛性LED基板は電球やスポットライトなど、固定された形状の灯具に適しています。柔軟性のあるLED回路基板は曲げたり折りたたんだりでき、 自動車のアンビエントライトや曲面スクリーンのバックライトなど、さまざまな不規則なシナリオに適しています。リジッドフレックス基板は、フレキシブル部分の曲げ要件とリジッド部分のデバイス負荷 耐性の両方を考慮しています。

・不規則な切断と一体化設計： レーザー切断により円形、弧状、帯状など任意の形状を実現でき、さまざまなランプハウジングに適合します。また、ドライブ回路やセンサーを統合可能で 「基板＋ドライブ＋センシング」の一体化モデルを実現し、製品の小型化と組立工程の削減を図れます。

・実用的な価値： マイクロインジケーターランプから大型屋外ディスプレイまで、あらゆるシーンのニーズに対応し、製品の小型化・軽量化設計を促進します。

コストと性能のバランスを図り、異なる市場の需要に対応します

LED用PCBは、顧客の予算や性能要件に応じて柔軟に選択可能なさまざまな基板ソリューションを提供しています

・高コストパフォーマンスソリューション： アルミLEDPCBSのコストは銅製PCBSの1/3から1/2に過ぎず,熱伝導性は家庭用照明の80%以上を満たしています. 選択する 家庭用シーリングライトおよびパネルランプ向け。

■ 高性能ソリューション 銅基およびセラミック製のLED回路板は,より強い熱伝導性があり,高温や腐食に耐性があり,自動車級LEDなどの厳しいシナリオに適しています 産業用制御装置の指示灯

■低コストのソリューション 低電力のLED指示灯はFR-4基板LEDPCBSを採用することができ,最も低コストで,おもちゃや小型の家電などの低電耗シナリオの要件を満たします.

・実用的な価値： 低価格から高価格まで 価格範囲をカバーし,コストをコントロールしながら 顧客が目標のパフォーマンスを達成するのを支援します

高互換性で、複数のLEDパッケージタイプに対応

LED基板のパッド設計は主流のLEDパッケージ仕様と互換性があり、別途金型開発を必要としません。

SMDパッケージ、COBパッケージ、高出力ルーメン型パッケージなど、さまざまな種類のパッケージに対応しています。はんだパッドのサイズおよびピッチは、LEDの仕様に応じてカスタマイズ可能です。

COB LED基板の場合、光の利用効率を高め照明輝度を向上させるために、反射コーティングまたは金属製リフレクターも設計されます。

LED基板は、基板材料、構造形式、およびLEDパッケージの互換性に基づいて分類できます。

異なるタイプは放熱性能、コスト、使用用途が異なり、以下に詳述します。

基板材料による分類

これは最も一般的な分類方法であり、製品の放熱効率と適用可能な電力範囲と直接関係しています。

構造形式による分類

製品の取り付け方法や形状要件に応じて分類され、LED基板の空間適応性を決定する。

剛性LED基板

固定形状で曲げ不可、高い機械的強度を持つ。最も一般的なタイプであり、ほとんどの固定設置型照明に適している。

柔軟性LED基板（FPC-LED）

柔軟な基板を使用しており、曲げたり、折りたたんだり、巻き取ることが可能。自動車のアンビエントライト、ライトストリップ、湾曲スクリーンのバックライトなど、特殊な形状やカーブした照明用途に適しています。

リジッドフレックスLED基板

剛性部分にはLEDチップとドライバ部品を搭載し、柔軟性のある部分で曲げを可能にします。安定性と柔軟性のバランスを取っており、構造が複雑な照明器具に適用できます。

LEDパッケージ互換性による分類

SMD LED基板

パッド設計は表面実装デバイス（SMD）LEDと互換性があります。成熟した技術と高い自動化を特徴としており、現在の市場での主流タイプです。

COB LED基板

チップオンボード（COB）LED専用に設計されています。LEDチップをブラケットや金線を使わずに直接PCB表面に実装するため、発光角度が広く、輝度が均一です。スポットライト、ダウンライトなど、高品質な光点を求める 照明器具に適しています。

高電力LUXEON LED用PCB

大型パッド領域と短い放熱経路を備えており、高電力LED（≥1W）単体との互換性があります。屋外照明および産業用照明アプリケーションで一般的に使用されます。

LED基板は、優れた放熱性、安定した回路、柔軟なフォームファクターといった特長により、LED発光に依存するさまざまなシーンで広く使用されています。一般照明、車載電子機器、バックライトディスプレイ、特殊照明、産業制御、医療など幅広い分野にわたります。具体的な応用例は以下の通りです：

一般照明分野
これはLED基板の最も中心的な応用分野であり、家庭用および商業用照明器具の両方に適しています：
・家庭用照明：シーリングライト、電球型ランプ、テーブルランプ、ダウンライトなどは、放熱性とコストパフォーマンスの両面を考慮して、アルミベースの剛性LED基板を採用している場合が多いです。
・商業用照明：ショッピングモールのスポットライト、店舗用トラックライト、オフィスビルのパネルライト、屋外の街灯／庭園灯。高出力の街灯では、放熱性を高め長期的な動作安定性を確保するために、銅ベースのLEDライトPCBボードを使用します。

自動車電子機器分野
自動車グレードの高温耐性および振動耐性に関する厳しい要件を満たしており、車両内と車両外の2種類に分けられます。
・室内照明：アンビエント照明、読書灯、インストルメントパネルのバックライトなどには、曲面や不規則な設置スペースに適したフレキシブルLED PCBSが多数採用されています。
・外部照明：ヘッドライト、方向指示器、ブレーキランプ、フォグライトには、-40°Cから125°Cの温度サイクルおよび振動環境に耐えられるセラミック基板または銅ベースのLED PCBSを選択する必要があります。

バックライト表示分野

さまざまなスクリーンをサポートするバックライトシステムは、フォームファクタと輝度均一性に対して高い要求があります：

コンシューマー電子機器のバックライト：スマートフォン、タブレット、ノートパソコン向けの画面バックライトに、軽量かつ薄型設計を実現するためのフレキシブルLED基板または超薄型剛性LED基板を使用；

商業用ディスプレイのバックライト：LCDテレビ、広告用マシン、屋外ディスプレイにCOB LED基板を使用し、輝度の均一性を向上させ、光斑の問題を低減；

特殊照明分野

カスタマイズ可能で機能的な照明ニーズに対応：

植物成長灯：高熱伝導性アルミ基板LED基板を使用して高出力LEDチップを搭載し、植物の光合成におけるスペクトルおよび放熱要件を満たす；

紫外線殺菌ランプ：耐腐食性基板のLED基板を使用し、紫外線照射環境に適している；

ステージライト／ランドスケープライト：不規則な形状のLED基板回路とフレキシブル・リジッド複合基板を用いて、多様な照明パターンや動的効果を実現。

産業制御および医療機器分野

高信頼性および高安定性の要件を満たす：

産業制御機器：CNC工作機械のインジケーターライト、産業用機器のステータス警告灯。産業環境における高温、粉塵、振動の干渉に適応するため、セラミックベースのLED PCB基板を使用。

医療機器：外科用無影灯、医療検査機器のバックライト、携帯型医療機器のインジケーターライト。医療認証規格への適合が求められ、低電磁干渉のLEDを採用。 基板回路設計。