カスタムアルミLED基板仕様ガイド

「カスタムアルミLED基板」という用語は、非標準の基板形状から、3オンス銅箔上に3.0 W/m·Kの誘電体を使用する設計まで、幅広い要望を網羅しています。これらの要望すべてが同じように単純明快なわけではなく、宣伝されている「オプション」の中には、納期と熱性能の両方に影響を与える制約があるものもあります。この記事では、アルミLED基板設計において真にカスタマイズ可能な要素、トレードオフが生じる箇所、そして物理的またはプロセス上の制約を受けるパラメータについて解説します。

アルミニウムベース：合金、厚さ、仕上げ

記事のナビゲーション

1. アルミニウムベース：合金、厚さ、仕上げ
2. 誘電体層：最も重要なカスタマイズ
3. 銅重量：電流容量とエッチング解像度の関係
4. ボードの輪郭と形状
5. アルミニウム製LED基板の表面仕上げオプション
6. ソルダーマスクの色：美観を超えた機能的意義
7. カスタマイズできないもの
8. カスタム仕様の注文：見積依頼書に含めるべき事項
9. FAQ

アルミニウム製のベースは、最も見落とされがちなカスタマイズ要素です。重要な特性は次の3つです。

合金グレード：

• 1050（99.5% Al）：最高の熱伝導率（約220 W/m·K）、最も柔らかく、最も強度が低い — 熱駆動設計の標準的な選択肢
• 5052（Al-Mg）：約140 W/m・K、非常に高い引張強度と耐食性 ― 振動環境や屋外製品に最適
• 6061（Al-Mg-Si）：約170 W/m·K、最高の機械的剛性 ― PCBが構造的なヒートシンク要素としても機能する場合に使用される

厚さ：標準範囲は0.8mm～3.0mmです。1.0mmより薄い板材は、反りを防ぐためにV溝加工またはルーター加工のツールパス設計を慎重に行う必要があります。2.0mmより厚い板材は、組み立て後の重量が増加し、最終製品において締結部品の仕様変更が必要になる場合があります。

基板表面処理：基板の底面が導電性ヒートシンクに接触し、絶縁が必要な設計には、陽極酸化アルミニウム基板が利用可能です。陽極酸化処理により、片面あたり10～20μmの厚さが加わり、二次誘電体層として機能します。これは二重絶縁設計に有効ですが、処理工程が増えます。

誘電体層：最も重要なカスタマイズ

誘電体層は、熱抵抗、絶縁電圧、およびプロセス特性を決定します。アルミニウム基板プリント基板において、最も顕著な性能差が生じるのはまさにこの部分です。

重要なポイント：熱伝導率の高い誘電体は、同等の絶縁破壊電圧を得るためにはより薄くする必要があります。これは、高伝導性フィラーがセラミックを含有しているため、単位厚さあたりの絶縁耐力が標準的なポリマー系よりも低いためです。厚さ100 µmで3.0 W/m·Kを指定すると、厚さ100 µmで1.0 W/m·Kを指定する場合よりも絶縁電圧が低くなります。金属コア基板の設計レビューの際に、製造業者とこのトレードオフについて話し合ってください。

銅重量：電流容量とエッチング解像度の関係

標準的なアルミ製LED基板には、1オンス（35μm）の銅が使用されています。より厚い銅が必要となるケースが3つあります。

2オンス銅線（70µm）：1トレースあたり2～5Aの電流を流せるLEDストリング。ほとんどの産業用および商業用高出力LEDモジュールに適しています。

3オンス銅（105 µm）：5～10 Aの電流が流れるLEDアレイ、または配線の抵抗加熱がLEDの熱負荷を大幅に増加させる場合。Highleap Electronicsは、最大3オンスの銅重量のアルミニウムLED PCBを製造しています。

トレードオフとして、銅の厚みが増すと、最小配線幅と間隔の仕様が厳しくなります。3オンスの場合、最小配線幅/間隔は通常6/6ミルですが、1オンスの場合は4/4ミルです。LEDドライバICに高電流配線に隣接したファインピッチパッドがある場合、銅の厚みの選択によってレイアウトが制限されます。

ボードの輪郭と形状

長方形以外の基板外形（円形、六角形、L字型、またはカスタム輪郭）も完全にサポートされていますが、材料の使用率とルーティングツールパスの複雑さの両方に影響します。大面積LEDパネル（300 × 300 mm超）の場合は、工場の最大アルミニウムパネル寸法を確認してください。一部のメーカーはアルミニウムの最大サイズを400 × 500 mmとしていますが、他のメーカーは最大600 × 800 mmまで対応しています。大面積片面アルミニウム基板の場合は、外形図に取付穴の位置、平面度、および治具との接触要件も定義し、サイズレビューで完成品アセンブリ全体を網羅できるようにする必要があります。

切り欠き、スロット、皿穴加工された取り付け穴が利用可能です。アルミニウムのスロットの公差は通常±0.15mmですが、FR-4の場合は±0.1mmです。これは、スロットが照明器具ハウジング内の高精度な機械的形状と接合する場合に重要となります。

アルミニウム製LED基板の表面仕上げオプション

アルミニウム製LED基板には、通常3種類の表面仕上げが用意されています。

ENIG（無電解ニッケル浸漬金めっき）：100～150μinのニッケル層の上に3～6μinの金層を形成します。平坦で、最長12ヶ月間保存可能。微細ピッチのSMD LEDおよびCOBアレイに推奨されます。ENIGプロセスは、 HASLと比較して3～5営業日余分にかかります。

LF-HASL（鉛フリーホットエアはんだレベリング）：低コストで、取り扱いに寛容です。表面の凹凸が±8～15µmあるため、0402以下のLEDパッドやファインピッチドライバICには適していません。スルーホールコネクタパッドには適しています。

OSP（有機はんだ付け性保護剤）：最も低コストで、最も薄い表面処理剤です。指紋や湿気に敏感なため、受領からSMT実装まで、取り扱いには注意が必要です。保存期間は通常6ヶ月です。シングルリフロープロセスのみに適しています。

ソルダーマスクの色：美観を超えた機能的意義

アルミ製LED基板上の白色ソルダーマスクは、単なる見た目の問題ではなく、機能的な選択です。白色マスクはLEDの光を光学系に反射させ、キャビティ形状に応じて照明器具の効率を3～8%向上させます。反射率が重要な屋外用アルミ製LED基板や屋内栽培用照明では、標準的に採用されています。

黒色のソルダーマスクは迷光を吸収するため、ディスプレイのバックライトや、二次反射によって画質が低下する光学センサーなどの用途で使用される。

標準的な緑色はコストが低く、より多くの誘電体サプライヤーから入手可能ですが、一般的なLED照明器具において光学性能を向上させることも低下させることもありません。

カスタマイズできないもの

一部のパラメータは変数のように見えますが、実際には物理法則やプロセスによって制約されています。

• 誘電体の熱伝導率は、自身の絶縁破壊電圧マージンを損なうことなく、基材のTcを超えることはできない。 ポリマーセラミック複合システムでは、熱伝導率と誘電強度の間には物理的なトレードオフが存在する。
• 銅とアルミニウムベースを接続するスルービアは利用できません ほとんどのLED照明器具設計では、アルミニウムベースは異なる電位（シャーシ接地またはフローティング）にあり、銅とアルミニウムを接続するビアはすべて回路の欠陥となる。
• インピーダンス制御は適用されません 単層アルミニウムLED基板の場合、すべての配線は固体金属グランドプレーンの上にあり、高周波RF設計で使用される特性インピーダンス制御は、同じ意味では適用されません。

カスタム仕様の注文：見積依頼書に含めるべき事項

完全なカスタムアルミ製LED基板の見積依頼書には以下が含まれます。

1. ガーバーファイル + ドリルファイル + ボード外形DXF
2. アルミニウム合金のグレードと厚さ
3. 誘電率とブランドの好み（または「メーカー推奨の同等品」）
4. 銅の重量（オンス）
5. 表面仕上げ
6. ソルダーマスクカラー
7. 高耐圧要件
8. IPCクラス（クラス2標準、必要に応じてクラス3）
9. 必須認証（UL 94V-0、REACH、RoHS）

標準仕様に関する回答をご希望の場合は、 LED基板見積もりフォームからHighleap Electronicsまでお送りください。24時間以内にご回答いたします。

FAQ

カスタム仕様のアルミ製LED基板の最小注文数量はどれくらいですか？完全カスタム仕様（非標準誘電体Tc、非標準アルミ板厚）の場合、最小注文数量は通常、誘電体材料の最小購入要件に応じて50～100枚からとなります。標準仕様（1.0 W/m·K、1.6 mmアルミ板、1オンス銅）は、5枚の試作品からご注文いただけます。

標準パネルよりも大きなカスタムボードサイズを指定できますか？はい、工場が定める最大パネルサイズの範囲内であれば可能です。Highleap Electronicsは、最大600×800mmまでのアルミ製LED基板に対応しています。非常に大きなパネル（500×500mm以上）の場合、アルミベースの端部の剛性が低下するため、固定具の設計において構造的な補強が必要になる場合があります。

白色ソルダーマスクは熱性能にどのような影響を与えるのでしょうか？白色ソルダーマスクは、二酸化チタンフィラーが添加されているため、緑色ソルダーマスクよりもわずかに熱抵抗が高くなります。ただし、熱特性の差はごくわずかです（<<0.1℃/W）。反射型キャビティ設計においては、光反射率の向上（照明器具の効率が3～8%向上）が熱影響をはるかに上回ります。

アルミニウム製LED基板を柔軟にすることは可能でしょうか？いいえ。アルミニウムは柔軟な基板ではありません。ウェアラブル機器や曲面ディスプレイのバックライトなど、柔軟なLED用途には、ポリイミド基板を用いた柔軟なLED基板が適しています。ただし、ポリイミド基板は異なる熱管理要件を満たす必要があります。