عند النظر داخل لمبة إضاءة حديثة أو مصباح شارع أو حتى مصباح سيارة، ستجد غالبًا لوحة بيضاء صغيرة تحمل شرائح صفراء صغيرة.
تلك اللوحة هي لوحة LED PCB—المنصّة الخفية التي تجعل إضاءة LED ممكنة. فهي توصل الثنائيات كهربائيًا، وتدعمها ميكانيكيًا، وتنقل الحرارة بعيدًا كي تظل مضيئة لسنوات.
يشرح هذا الدليل ما هي لوحة LED PCB، ولماذا تختلف عن اللوحات التقليدية، وما هي الأنواع والمواد المستخدمة، وما الذي يجب فحصه قبل طلب التصنيع أو الاختبار.
ما هي لوحة LED PCB؟
لوحة LED PCB (وتسمى أيضًا لوحة الدارة الخاصة بإضاءة LED) هي لوحة دوائر مطبوعة صُممت خصيصًا لتركيب ثنائيات LED وتغذيتها.
توفر التوصيل الكهربائي والدعم الميكانيكي وتوصيل الحرارة—وهي ثلاثة أمور يحتاجها كل LED للعمل بأمان.
على عكس لوحات FR-4 الشائعة في الإلكترونيات، تتعامل لوحات LED مع درجات حرارة أعلى بكثير. إذ يحول الـLED جزءًا كبيرًا من طاقته إلى حرارة، وإذا لم تُزال تلك الحرارة فستنخفض الإضاءة ويقصر العمر. لهذا تعتمد الكثير من لوحات LED على ركيزة ذات قلب معدني (MCPCB) لنقل الحرارة بسرعة إلى مشتت حراري أو هيكل معدني.
لماذا تُستخدم لوحات ذات قلب معدني (ألمنيوم)؟
تعمل ألواح FR-4 (الإيبوكسي المقوى بالألياف الزجاجية) جيدًا مع مصابيح المؤشر منخفضة القدرة، لكنها لا تتحمل حرارة الإضاءة الحديثة عالية القدرة.
لذلك يستخدم المهندسون لوحات ذات قلب معدني MCPCB—غالبًا بقاعدة ألمنيوم.
تعمل طبقة الألمنيوم كمشتت حراري مدمج. وتوجد طبقة عازلة رقيقة تحت نحاس التوصيلات تنقل الحرارة مع الحفاظ على العزل الكهربائي. تنقل هذه البنية الحرارة من وصلة الـLED إلى القاعدة المعدنية ثم إلى الهواء أو مشتت خارجي.
المزايا:
- موصلية حرارية ممتازة (أفضل بنحو 5–10 مرات من FR-4).
- درجة تشغيل أقل وعمر أطول للـLED.
- بنية متينة وصلبة.
القيود:
- تكلفة أعلى قليلًا.
- غير مناسبة للتكديس متعدد الطبقات أو التوجيه عالي الكثافة.
لذلك تُعد ألواح الألمنيوم الخيار الافتراضي لمعظم مصابيح LED عالية القدرة، والسبوت لايت، ومصابيح السيارات.
الأنواع الرئيسية للوح LED PCB واستخداماتها
ليست كل ألواح LED متشابهة؛ يختار المصممون النوع وفقًا للقدرة والمرونة والتكلفة.
• ألواح FR-4 الصلبة
للتطبيقات منخفضة القدرة مثل لوحات التحكم والوحدات البسيطة. رخيصة وسهلة التصنيع لكن أداءها الحراري محدود.
• الألواح ذات القلب المعدني (ألمنيوم أو نحاس)
الخيار الأكثر شيوعًا للإضاءة المتوسطة والعالية القدرة. يتعامل الألمنيوم مع عدة واط لكل LED؛ ويُستخدم النحاس للقدرات العالية جدًا أو للوحدات البصرية الدقيقة.
الاستخدامات النموذجية: سبوت لايت، كشافات، وحدات COB، الأشعة فوق البنفسجية أو تحت الحمراء.
• الألواح المرنة (FPC)
مصنوعة من بولييميد ويمكن ثنيها وتقطيعها إلى شرائط طويلة. هي أساس شرائط LED والخلفيات المرنة. تبديدها الحراري أقل؛ لذا تُستخدم عادة مع تيارات منخفضة أو مع دعامة ألمنيوم لتبديد الحرارة.
• الألواح الهجينة أو متعددة الطبقات
تجمع بين FR-4 والقلب المعدني، أو تكدس طبقات للتحكم والسواقة والمستشعرات في وحدة واحدة. تُستخدم في أنظمة السيارات والإضاءة الاحترافية.
ملخص سريع:
- FR-4: سماكة 1.0–1.6 مم، نحاس 1 أونصة—للمؤشرات والألواح.
- MCPCB ألمنيوم: سماكة 1.0–1.6 مم، نحاس 1–3 أونصة—للمصابيح والمبات.
- قاعدة نحاس: سماكة 1.0–2.0 مم، نحاس 2–3 أونصة—للقدرة العالية جدًا.
- FPC: سماكة 0.1–0.3 مم، نحاس 1 أونصة—لشرائط LED.
- هجينة: مواصفات مخصصة—لوحدات السيارات.
المواد الرئيسية واختيارات المظهر
• مادة القاعدة
- قاعدة ألمنيوم: أفضل توازن بين التكلفة والوزن وتوزيع الحرارة.
- قاعدة نحاس: أعلى أداء حراري عند أحمال حرارية شديدة.
- FR-4: الأرخص ومناسب للمؤشرات الصغيرة.
• لون قناع اللحام (Solder Mask)
الأبيض هو القياسي في لوحات LED لأنه يعكس الضوء ويحسن التجانس. يجب أن يقاوم القناع الأبيض الاصفرار أثناء إعادة اللحام أو التسخين الطويل.
• التشطيب السطحي
تستخدم لوحات LED كثيرًا ENIG (نيكل كيميائي ثم ذهب غمري) لسطح مستوٍ ومقاوم للتآكل، أو OSP للمشاريع الحساسة للتكلفة. كما يُستخدم القصدير الغمري في الشرائط. الأهم هو سطح نظيف عاكس وقابل للحام بشكل ثابت.
أساسيات التصميم الحراري والكهربائي
• مسار الحرارة
تتحرك الحرارة من وصلة الـLED → وسادة اللحام → الطبقة العازلة → القاعدة المعدنية → المشتت → الهواء.
كل خطوة تضيف مقاومة حرارية؛ خفض المقاومة الكلية يعني درجة وصلة أقل وعمرًا أطول.
• سماكة النحاس وعرض المسارات
التيارات العالية تحتاج نحاسًا أكثر سماكة (2–3 أونصة) أو مسارات أعرض لتجنب الهبوط الحراري والجهدي. تساعد مساحات النحاس تحت أو حول الـLED على نشر الحرارة.
• ثقوب حرارية أم مسار مباشر؟
ألواح FR-4 تستخدم ثقوبًا حرارية (مصفوفات من فتحات مطلية) لنقل الحرارة إلى أسفل. أما MCPCB فالقلب المعدني ذاته ينقل الحرارة فلا حاجة للثقوب.
• التأريض والسواقة
كل دائرة LED تحتاج أرضي مستقر كمرجع ومسار عودة التيار. التأريض الجيد يمنع الوميض، ويقلل الضوضاء الكهرومغناطيسية وتفريغ الشحنات الساكنة. استخدم سواقات تيار ثابت لاستقرار السطوع؛ والمقاومات وحدها مناسبة لمؤشرات بسيطة.
• التجانس البصري
حافظ على تباعد متساوٍ بين الـLEDs وفتحات قناع لحام دقيقة للحصول على سطوع متجانس. تحكّم بالفروق اللونية عبر ضبط سماكات اللحام وتفاوتات الأبعاد.
جدول مواصفات مرجعي (قيم شائعة)
- سماكة اللوح: 1.0 / 1.2 / 1.6 مم (خيارات MCPCB القياسية).
- سماكة النحاس: 1–3 أونصة (2 أونصة شائع للقدرة).
- طبقة عازلة: 75–150 ميكرون، موصلية حرارية 1–3 واط/م·كلفن.
- أصغر مسار/مسافة: 6/6 ميل (حد إنتاجي قياسي).
- أصغر ثقب: 0.3 مم (للتثبيت الميكانيكي).
- قناع اللحام: أبيض عالي الانعكاس، مقاوم للاصفرار.
- التقوّس (الاعوجاج): ≤ 0.5% (مهم للألواح الطويلة).
- التشطيب السطحي: ENIG / OSP / قصدير غمري—بحسب التصميم.
تطبيقات شائعة للّوحات
• شرائط وألواح LED الطولية
ألواح طويلة وضيقة تحتوي على مجموعات LEDs على التوالي. تُركّب غالبًا على شكل ألواح مقصوصة V-cut أو بوصلات. راقب هبوط الجهد على الطول؛ وامنح التغذية من الطرفين أو كل نصف متر لتحقيق سطوع متجانس.
• إضاءة السيارات والخارج
وحدات عالية القدرة تتحمل الاهتزاز والرطوبة والحرارة. غالبًا ما تستخدم هياكل ألمنيوم تعمل كهيكل ومشتت في آن واحد. احمِ اللوحة بطبقة واقية (Conformal Coating) أو سيليكون ضد التآكل.
• الإضاءة الطبية والصناعية
حيث الموثوقية ودقة اللون مهمة—مصابيح جراحية، إنارة تفتيش، معالجة بالأشعة فوق البنفسجية. تتطلب أداءً حراريًا ثابتًا وأسـطحًا نظيفة بلا بقايا تدفق أو خدوش.
قائمة DFM للتجارب والإنتاج
الممارسات الجيدة في التصميم للتصنيع تمنع إعادة العمل المكلفة:
- الملفات والمستندات
- أرسل ملفات Gerber وإحداثيات XY وBOM.
- ضع علامات قطبية واضحة للـLEDs والموصلات.
- قناع اللحام والكتابة
- تحقق من فتحات القناع الأبيض حول وسادات الـLED لتجنّب التلوث.
- لا تجعل طباعة السلك سكرين تغطي نقاط المرجع أو الوسادات.
- التغضين والتعامل
- للألواح الطويلة/الرفيعة استخدم V-cut أو tab-routing مع نقاط كسر.
- أضف ثقوب أدوات وعلامات محاذاة للتركيب الآلي.
- إعادة اللحام والتحكم الحراري
- اتبع منحنى حرارة مضبوطًا دون 250 °م لتجنب الاصفرار أو الانبعاج.
- اختبر دفعات صغيرة أولًا خاصة مع مصابيح COB الكبيرة.
- اختبارات التشغيل والشيخوخة
- اختبر إضاءة كل لوحة بعد التجميع.
- نفّذ اختبار شيخوخة قصير (مثل 8–12 ساعة عند التيار المقنن) لكشف الأعطال المبكرة.
هذه الخطوات تضمن لونًا وضياءً مستقرين وعمر خدمة أطول عبر دفعات الإنتاج.
أسئلة شائعة (FAQ)
س1: ما هي لوحة LED PCB؟
هي لوحة دوائر محسنة للـLEDs، توصلها وتغذيها وتدير الحرارة الناتجة. غالبًا تُصنع على قواعد معدنية مثل الألمنيوم (MCPCB).
س2: هل تحتوي مصابيح LED على لوحات PCB؟
نعم. معظم لمبات LED والشرائط تحتوي على لوحة لتركيب الـLED والسواقة والمقاومات. حتى “اللمبات” التقليدية بداخلها لوحة ألمنيوم صغيرة.
س3: لماذا يحتاج LED على اللوحة إلى أرضي؟
الأرضي هو المرجع ومسار عودة التيار. بدونه قد يظهر وميض وعدم استقرار وربما أعطال. كما يساعد في تقليل الضوضاء وESD.
س4: ماذا تعني LED وPCB؟
- LED: صمام ثنائي باعث للضوء.
- PCB: لوحة دوائر مطبوعة.
س5: هل يمكن استخدام FR-4 بدل الألمنيوم؟
للمؤشرات منخفضة القدرة—نعم. أما للإضاءة العالية أو المستمرة فـFR-4 يسخن بسرعة. استخدم MCPCB ألمنيوم أو أضف ثقوبًا حرارية ومشتتًا خارجيًا.
الخلاصة
تتطور تقنية LED باستمرار، لكن اللوحة التي تحملها هي العامل الحاسم للأداء والعمر.
لوحة LED PCB المصممة جيدًا تضبط الحرارة، وتؤمن تيارًا مستقرًا، وتحافظ على سطوع متجانس عبر آلاف الدورات.
عند تصميم أو طلب لوحة LED، ابدأ بـمستوى القدرة والهدف الحراري، ثم اختر المادة المناسبة، وسماكة النحاس، والتشطيب السطحي، وشارك ملفات واضحة مع المصنع، واختبر أول دفعة في ظروف حقيقية. بهذه الطريقة ستحصل على إضاءة أكثر سطوعًا وموثوقية ودوامًا.
