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Introduction
Circuit imprimé à LED COB – Cette technologie permet de monter plusieurs puces LED directement sur un circuit imprimé. Généralement en aluminium pour une meilleure dissipation thermique, elles sont encapsulées pour former un module d'éclairage unique. Cet article vous permettra de découvrir ce qu'est un circuit imprimé à LED COB, ses différents types, et bien plus encore.
PCB LED COB : les bases
On utilise généralement deux principaux types de LED sur les circuits imprimés (PCB) . Le premier est la LED SMD (composant monté en surface). Le second type est constitué de LED directement collées sur le circuit imprimé . On parle alors de LED COB ( puce sur carte).
Dans les circuits imprimés LED COB, plusieurs puces LED doivent être collées directement sur un circuit imprimé. Ce circuit doit être thermoconducteur. Une fois les LED collées, elles sont encapsulées dans du silicone ou de la résine époxy (généralement transparente). Ces encapsulations permettent principalement de réduire la dissipation thermique souvent causée par les LED.
Outre la résine époxy, un revêtement de phosphore (poudre) est également appliqué sur les puces LED COB. Ce revêtement permet aux LED de convertir la lumière bleue ou violette en d'autres couleurs telles que le blanc, le rouge ou le vert.
Avantages par rapport aux circuits imprimés LED CMS traditionnels
Les circuits imprimés LED COB offrent de nombreux avantages par rapport aux LED traditionnelles. Voici les principaux avantages par rapport aux circuits imprimés LED CMS traditionnels.
- Moins de poids
L'épaisseur des LED COB est généralement inférieure à celle des LED traditionnelles. Elle varie généralement de 0.4 mm à 1.2 mm. En général, le poids d'une LED COB représente un tiers de celui d'une LED CMS.
- Angle de lumière
L'angle d'émission lumineuse des LED COB dans les circuits imprimés est généralement plus large que celui des LED traditionnelles. Elles émettent généralement une lumière sphérique peu profonde, avec un angle généralement supérieur à 175 degrés. De plus, la lumière émise par une LED COB est généralement douce et offre une meilleure diffusion optique.
- Résistant à la pression
Comme indiqué précédemment, les LED COB sont encapsulées. Cette encapsulation leur confère une surface lisse et une forme sphérique. De plus, elle les rend résistantes aux chocs et à la pression externes, ce qui en fait un meilleur choix que l'éclairage CMS traditionnel.
- Résistant à la chaleur
Dans les circuits imprimés LED COB, la chaleur générée par l'éclairage est directement transférée au substrat du circuit imprimé. Cela permet une meilleure dissipation de la chaleur et prolonge la durée de vie des LED. Cela augmente également leur tolérance aux températures élevées et basses.
Pour information : une carte PCB LED COB fonctionne sans problème dans la plage de températures allant de -30°C à +80°C.
- Résistant à l'eau
La résine époxy utilisée pour encapsuler les LED COB les rend parfaitement étanches à l'eau et à la poussière. Un joint torique en silicone est parfois appliqué aux points d'entrée des LED, ce qui les rend étanches et permet leur fonctionnement même sous l'eau.
Types de circuits imprimés LED COB et leurs applications
Il existe différents types de circuits imprimés LED COB. Ces types sont classés principalement en fonction du matériau du substrat. En fonction de leur conductivité thermique et de leur flexibilité, chaque type est destiné à une application spécifique. Voici les quatre principaux types de circuits imprimés LED COB et leurs utilisations possibles.
PCB LED COB à noyau de cuivre
Dans ce type de circuit imprimé, un substrat en cuivre est directement relié au tampon thermique, ce qui permet d'obtenir une conductivité thermique maximale. Que la chaleur traverse une couche préimprégnée ou non, les circuits imprimés LED COB à noyau de cuivre offrent de meilleures performances thermiques que l'aluminium.
Ce type de LED COB est utilisé dans les systèmes d'éclairage nécessitant une puissance élevée. Par exemple, les luminaires industriels et les luminaires extérieurs, où une dissipation thermique efficace est essentielle à la performance.
PCB LED COB flexible
Les LED COB flexibles sont fabriquées à partir de polyimide. Ce matériau sert à la fois d'isolant de base et de couche de protection. Il permet au produit final de se courber et d'acquérir la forme souhaitée.
De plus, les LED COB flexibles présentent une conception simple et coûtent beaucoup moins cher que les écrans LED traditionnels. Elles peuvent être utilisées dans divers produits tels que les rubans LED ou les panneaux d'affichage.
PCB LED COB en céramique
Les LED COB céramiques sont fabriquées à partir de matériaux spécifiques, à savoir l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) ou le nitrure d'aluminium (AlN) . L'utilisation de ces matériaux permet d'obtenir une excellente conductivité thermique et une isolation électrique élevée. De plus, ils offrent une faible constante diélectrique et de faibles pertes, ainsi qu'un contrôle précis de l'impédance.
Les circuits imprimés en céramique gèrent la chaleur presque aussi bien que la séparation thermoélectrique . À l'instar des circuits imprimés à noyau de cuivre, ils résistent également aux températures extrêmes. Les circuits imprimés pour LED COB en céramique sont principalement utilisés dans les produits d'éclairage haut de gamme, tels que les éclairages de piscine.
PCB LED COB hybride
Les circuits imprimés LED COB hybrides combinent différents types de substrats. Ce type de circuit imprimé utilise une plaque à base de cuivre fixée aux puces LED par collage d'une section en céramique. Cette structure hybride offre une excellente dissipation thermique tout en répondant aux besoins d'éclairage haute puissance.
Les LED COB hybrides sont généralement destinées aux applications exigeant un éclairage puissant et un contrôle thermique. Elles sont également utilisées pour l'éclairage de scène et de photographie. Elles peuvent être utilisées dans des produits fonctionnant dans des environnements à haute intensité.
Collage de circuits imprimés LED COB
Différentes méthodes de liaison permettent de connecter des puces LED COB sur des circuits imprimés. Les deux principales techniques de liaison possibles sont :
- Liaison par fil
- Collage de puces retournées
Chacune des méthodes mentionnées ci-dessus affecte différemment les performances thermiques, l'efficacité lumineuse et l'adéquation des applications. Le fonctionnement de chacune de ces méthodes est expliqué ci-dessous.
Liaison par fil
Cette méthode permet de connecter les puces LED aux circuits imprimés à l'aide de fils. Ces fils sont généralement en or fin ou en aluminium. La méthode de câblage par fils est utilisée dans l'industrie des circuits imprimés depuis de nombreuses années. Son principal avantage est son côté économique et sa fiabilité.
d simple à mettre en œuvre.
Cependant, les fils utilisés dans cette méthode recouvrent une partie de la surface émettrice de lumière, ce qui réduit le rendement lumineux. De plus, la chaleur de la jonction PN de la LED traverse le substrat de la LED avant d'atteindre le circuit imprimé. Cette couche supplémentaire affaiblit la conductivité thermique.
De nombreux fabricants utilisent le câblage filaire pour les LED COB fonctionnant à faible puissance. Ce choix reste courant lorsque le coût et les performances de base priment sur l'efficacité.
Collage de puces retournées
Avec la méthode de montage par retournement de puce, les puces LED doivent être montées directement sur le circuit imprimé. Des billes de soudure sont utilisées pour connecter les puces LED à la carte. Elles permettent de retourner la puce LED.
De plus, le collage par retournement de puce supprime le substrat et utilise le matériau transparent de la puce pour émettre efficacement la lumière. De plus, cette méthode élimine le recours aux fils et laisse la lumière s'échapper sans obstruction.
De plus, la puce retournée offre de meilleures performances thermiques car elle se connecte directement au circuit imprimé. Elle évacue rapidement la chaleur de la jonction PN. Cette méthode est privilégiée pour les LED COB haute puissance, notamment lorsque chaque puce dépasse 1 W.
Alors que la demande d'une meilleure luminosité et d'un meilleur refroidissement augmente, de plus en plus de lampes LED COB s'appuient sur la liaison par puce retournée pour des résultats optimaux.
Conclusion
Un circuit imprimé à LED COB offre de nombreux avantages, notamment un meilleur éclairage. De plus, il garantit une grande durabilité et une meilleure gestion de la chaleur. Différents types sont disponibles selon vos besoins. La connexion des puces LED aux circuits imprimés s'effectue par des méthodes de câblage telles que le flip chip. Ces méthodes influent également sur les performances.
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