PCB w lampach LED – jak zaprojektować trwałą i bezpieczną płytkę

🧠 WSTĘP

To nie tylko „zielona płytka”. To serce lampy – prąd, ciepło i trwałość w jednym.

Większość ludzi patrzy na lampę LED i widzi:
– „świeci, to działa”.

Ale lampa to nie tylko dioda.
To układ scalony, ścieżki, lut, warstwy, podkładki, pady i… PCB.

Ten poradnik to nie opowieść o cudach elektroniki.
To twarda wiedza inżynierska o tym:

• ✅ z czego zrobione są płytki pod LED,
• ✅ jak przenoszą prąd, ciepło i sygnały,
• ✅ co się dzieje, jak je źle zaprojektujesz (spoiler: smażenie LED-a),
• ✅ i jak samemu zaprojektować taką płytkę – od materiału, przez vias, po gerbery.

Nie musisz być elektronikiem.
Ale jeśli chcesz robić lampy, które działają więcej niż tydzień – musisz wiedzieć, co masz pod ręką.

W tym poradniku:

• rozbieramy płytki warstwa po warstwie,
• porównujemy FR-4 z MCPCB i flexami,
• tłumaczymy, jak przewodzi miedź, jak chłodzą vias, jak chroni soldermaska,
• pokazujemy dobre i złe przykłady – realne, z lamp, które faktycznie świecą (albo nie).

🧠 MODUŁ 1: Co to jest PCB – jak działa i po co jest?

Płytka drukowana to nie tło. To główny aktor.

🔧 CZYM JEST PCB?

PCB (Printed Circuit Board) to płytka z warstwami miedzi, która:

• mechanicznie trzyma elementy (np. LED, driver, złącza),
• elektrycznie je łączy (zastępuje setki kabli),
• termicznie odprowadza ciepło (zwłaszcza spod LED-ów mocy).

To absolutna podstawa każdej nowoczesnej lampy LED.
Od prostego panelu grow po zaawansowany quantum board – każdy ma w środku PCB.

🧱 BUDOWA PCB – WARSTWY POD LUPĄ

Typowa płytka (np. 1.6 mm FR-4) składa się z:

1. Rdzenia (core) – najczęściej laminat z włókna szklanego i żywicy epoksydowej (FR-4)
2. Warstwy miedzi – cienka folia przewodząca (standard: 35 µm = 1 oz/ft²)
3. Soldermaski – warstwa ochronna (zielona, czarna itd.) chroniąca ścieżki
4. Silkscreenu – nadruk z oznaczeniami (R1, D2, +, – itd.)

W wersjach bardziej zaawansowanych dochodzą:

• warstwy wewnętrzne (dla masy, zasilania, ekranowania),
• pady przelotowe (vias),
• metal core (MCPCB) – rdzeń z aluminium dla chłodzenia.

⚡ ROLA ELEKTRYCZNA – ŚCIEŻKI ZAMIAST KABLI

Zamiast lutować wszystko ręcznie kabelkami – PCB to zintegrowany układ połączeń.

Ścieżki miedziane prowadzą prąd:

• z drivera do LED,
• między komponentami (np. MCU, MOSFET, złącza),
• między warstwami (vias, przelotki).

💡 Każda ścieżka ma swoją rezystancję. Dlatego ważne są:

• grubość miedzi,
• szerokość ścieżki,
• długość – wszystko wpływa na spadki napięcia i grzanie.

🌡️ ROLA TERMICZNA – CHŁODZENIE BEZ WENTYLATORA

W lampie LED, PCB robi coś jeszcze: odprowadza ciepło z diod.

Zwłaszcza w COB i MCPCB, PCB:

• działa jak radiator lokalny,
• przekazuje ciepło do dużego radiatora lub obudowy,
• decyduje o żywotności diody – bo temp. złącza (T_j) zależy od tego, jak dobrze ciepło z niej „ucieka”.

💡 Źle zaprojektowana płytka = LED się smaży, choć obudowa jest chłodna.

🧷 ROLA MECHANICZNA – NIE TYLKO DO TRZYMANIA

Płytka trzyma:

• elementy elektroniczne (LED, rezystory, układy scalone),
• złącza (DC-IN, DIM, I2C),
• czasem całą konstrukcję mechaniczną lampy (przy quantumboardach i panelach LED).

Ale musi być:

• odporna na drgania,
• sztywna albo elastyczna (jeśli trzeba),
• termicznie stabilna (nie puchnie przy 80°C)

📐 PCB W KONTEKŚCIE LAMPY LED

W lampie LED płytka robi wszystko jednocześnie:

• trzyma diody,
• rozprowadza prąd dużym natężeniem,
• chłodzi je przez via i podkładkę,
• musi się zmieścić w obudowie z tolerancją ±0.2 mm,
• nie może popękać przy skręcaniu ani przewodzić wilgocią po czasie.

📚 ŹRÓDŁA:

• IPC-2221 – Generic Standard on Printed Board Design
• UL 796 – Standard for Printed Wiring Boards
• Cree – Thermal Design for LED Systems
• Würth – PCB Design Fundamentals

✅ WNIOSKI:

• Płytka to nie tło – to aktywny, krytyczny element lampy
• Robi za przewody, radiator i strukturę
• Musi być zaprojektowana i wykonana z taką samą dbałością, jak LED czy driver
• Źle zrobione PCB = lampa, która się grzeje, świeci źle i pada za wcześnie

🧱 MODUŁ 2: Materiały bazowe

Bo od podłoża zależy wszystko: prąd, ciepło i trwałość

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Płytka PCB to nie tylko miedź.
Miedź to tylko "drucik".
A całe prawdziwe życie płytki dzieje się w jej wnętrzu – tam, gdzie siedzi materiał nośny.
To właśnie ten materiał decyduje, czy:

• ścieżki się nie rozjeżdżają,
• płytka nie puchnie od wilgoci,
• dioda LED nie smaży się jak jajko na patelni,
• PCB można zginać, lutować, chłodzić albo przykręcać.

🔬 CZĘŚĆ 1: Co to jest FR-4 i dlaczego króluje?

FR-4 to skrót od Flame Retardant, class 4. To laminat z:

• włókna szklanego (sztywność),
• żywicy epoksydowej (lepkość i izolacja),
• dodatków przeciwpalnych.

Standardowa grubość: 1.6 mm (dostępne także 0.6 mm, 0.8 mm, 2.0 mm)

📌 Zalety: tanie, stabilne, łatwe w produkcji
📌 Wady: kiepsko odprowadza ciepło – przy LED-ach trzeba uważać

🧊 CZĘŚĆ 2: MCPCB – czyli metal core PCB (aluminiowe)

MCPCB = płytka z rdzeniem metalowym (najczęściej aluminium), zamiast pełnego FR-4.

Typowa struktura:

1. Warstwa miedzi
2. Dielektryk termiczny (0.1–0.2 mm)
3. Aluminiowa baza (1–2 mm)

💡 Dla LED-ów mocy MCPCB to podstawa – krótka droga cieplna do radiatora oznacza niższą temperaturę złącza i dłuższą żywotność.

🧘 CZĘŚĆ 3: Flex PCB i półsztywne hybrydy

Flex = płytka na bazie polimidowej folii (np. Kapton), bez sztywnego laminatu.

📌 Zalety: ultralekka, elastyczna
📌 Wady: ostrożność przy montażu, wyższy koszt

🔧 CZĘŚĆ 4: Inne podłoża – ceramika, metale, kompozyty

🧱 Ceramika (Al₂O₃, AlN, Si₃N₄)

• wysoka przewodność cieplna (>150 W/m·K),
• pełna izolacja,
• ekstremalna odporność na temperaturę

📌 Używana w LED COB high-end, laserach, medycynie, wojsku
📌 Droga, krucha, trudna w obróbce

🔎 PORÓWNANIE MATERIAŁÓW:

📚 ŹRÓDŁA:

• IPC-4101 – Specification for Base Materials for Rigid and Multilayer PCBs
• Würth Elektronik – Metal Core PCB Design Notes
• DuPont – Kapton Polyimide Films Overview
• Cree – Thermal Management in LED Applications

✅ WNIOSKI:

• Nie każda płytka to FR-4 – są lepsze (MCPCB), cieńsze (flex), twardsze (ceramika)
• Dobór materiału to kompromis między chłodzeniem, sztywnością, ceną i montażem
• MCPCB to must-have dla diod dużej mocy
• FR-4 to świetna baza… pod warunkiem, że nie oczekujesz od niej chłodzenia

🧲 MODUŁ 3: Grubość i jakość miedzi

Bo nie tylko LED się grzeje. Czasem ścieżka robi za grzałkę.

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Na płytce PCB najważniejsze są ścieżki – pasy miedzi, które prowadzą prąd.
Ale nie każda ścieżka to samo. To, czy się nagrzeje, zależy od:

• grubości tej miedzi (w mikronach lub uncjach),
• szerokości ścieżki,
• natężenia prądu,
• i wykończenia powierzchni.

Dobra miedź = zimna płytka, stabilne napięcie, lepsza żywotność.
Zła miedź = hotspoty, spadki napięcia, miganie LED i węch spalonego laminatu.

📐 CZĘŚĆ 1: Czym jest „1 oz miedzi” i co to znaczy?

W świecie PCB grubość miedzi podaje się w oz/ft² – uncje na stopę kwadratową.

💡 1 oz = 35 µm miedzi = standard, ale nie zawsze wystarcza przy większym prądzie.

⚡ CZĘŚĆ 2: Ile prądu może unieść ścieżka?

To zależy od:

• grubości i szerokości ścieżki,
• czy to warstwa wewnętrzna czy zewnętrzna,
• dopuszczalnego wzrostu temperatury (ΔT).

Przybliżone wartości (dla 35 µm, ΔT = 10–20°C):

📌 Uproszczony wzór: I [A] ≈ (szerokość [mm] × grubość [oz]) × 2.5

🔥 CZĘŚĆ 3: Co się dzieje, gdy ścieżka jest za cienka?

• Grzeje się lokalnie → punktowe przepalenie
• Spada napięcie na odcinku → LED świeci słabiej
• Źle znosi włączanie/wyłączanie → mikropęknięcia
• Może uszkodzić pastę / soldermaskę → korozja, zwarcia

💡 LED pobiera prąd stały, często wysoki. To nie 3.3 V logiki, tylko 1–3 A przez godziny.

🧪 CZĘŚĆ 4: Jakie są wykończenia miedzi – i po co?

Po trawieniu miedzi zostaje surowy materiał, który się utlenia i słabo lutuje.

📌 Dla lamp LED polecane: ENIG lub HASL lead-free – trwałość + lutowność + estetyka.

⚠️ CZĘŚĆ 5: Typowe błędy

• Ścieżki zbyt cienkie → grzeją się lub się topią
• Zbyt wąskie pady → słaby kontakt z driverem
• Brak „thermal reliefs” → trudność w lutowaniu
• Cienka miedź + wysoki prąd → ścieżka robi za grzałkę

📚 ŹRÓDŁA:

• IPC-2221 – Generic Standard for PCB Design
• Saturn PCB Toolkit – Trace Width Calculator
• Texas Instruments – Current-Carrying Capacity of PCB Traces
• Würth – Copper Thickness Guidelines

✅ WNIOSKI:

• Grubość miedzi to krytyczny parametr – jak źle dobierzesz, LED nie przegra, tylko PCB
• Lepiej za grubo niż za cienko – różnica w cenie jest mniejsza niż w stracie energii
• Ścieżki zasilające traktuj jak przewody – licz je, sprawdzaj, testuj termicznie
• Wykończenie miedzi (ENIG, HASL) wpływa na trwałość, lutowność i odporność

🧮 MODUŁ 4: Warstwy PCB – od 1L do 6L i po co to komu

Więcej warstw = więcej możliwości, ale też więcej problemów.

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Jednowarstwowa płytka to jak wiejski asfalt: da się po niej jechać, ale jak tylko coś się skomplikuje – trzeba budować wiadukt.
W PCB tym wiaduktem są warstwy – kolejne poziomy miedzi, które umożliwiają:

• rozdzielenie zasilania i sygnałów,
• gęstsze układy,
• lepsze chłodzenie,
• ekranowanie i stabilność.

Każda warstwa to też: wyższa cena, bardziej złożona produkcja, trudniejszy serwis.

📐 CZĘŚĆ 1: Co to znaczy „warstwa”?

Warstwa PCB = jedna płaska powierzchnia z miedzi, na której mogą być ścieżki.

🧪 CZĘŚĆ 2: Co daje więcej warstw?

💡 Im więcej warstw, tym łatwiej:

• zachować separację między sygnałem a zasilaniem,
• zminimalizować zakłócenia,
• uzyskać stałą impedancję (ważne przy I2C, SPI, PWM)

🔧 CZĘŚĆ 3: Dwuwarstwowe PCB – sweet spot dla lamp

• ✅ LED-y po jednej stronie
• ✅ driver / sterowanie po drugiej
• ✅ warstwa top do zasilania
• ✅ warstwa bottom jako masa (GND)

📌 Pozwala na sensowną separację prądów i ścieżek

📌 Tanie w produkcji, da się jeszcze naprawić ręcznie

📊 CZĘŚĆ 4: Wielowarstwowe PCB – kiedy są potrzebne?

📌 Im więcej warstw – tym większa gęstość, lepsze ekranowanie, ale też:

• trudniejszy montaż (BGA, SMD z obu stron),
• trudniejszy serwis (nie wszystko da się odessać),
• wyższa cena i minimalna ilość przy zamówieniu

⚠️ CZĘŚĆ 5: Wady i ryzyka wielu warstw

• Delaminacja – jeśli źle prasowane, warstwy mogą się rozwarstwiać
• Brak możliwości naprawy – jak padnie wewnętrzna ścieżka → płyta do kosza
• Większa podatność na złe lutowanie – cieńsze warstwy = mniej tolerancji termicznej

📚 ŹRÓDŁA:

• IPC-2222 – Sectional Design Standard for Rigid Organic Printed Boards
• Altium – Multilayer Stackup Design Guide
• Würth – PCB Layer Stack Design and Impedance Control

✅ WNIOSKI:

• 1 warstwa – tylko dla najprostszych układów (taśmy LED, małe COB-y)
• 2 warstwy – złoty środek: tanie, łatwe, wystarczające dla większości lamp
• 4+ warstw – tylko jeśli musisz, np. cyfrowe sterowanie, RF, zasilanie zintegrowane
• Każda warstwa = koszt, ale też możliwości – trzeba to dobrze zbilansować

🧼 MODUŁ 5: Soldermaski, silkscreeny i lakiery

Bo bez nich PCB byłoby nagie, brudne i lutowało się jak kartka papieru.

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Płytka PCB to nie tylko miedź i laminat.
To też:

• warstwa ochronna, która nie pozwala lutowi płynąć tam, gdzie nie trzeba,
• napisy i oznaczenia, które mówią „tu daj kondensator, a tu tranzystor”,
• lakier, który chroni elektronikę przed wilgocią, kurzem i czasem.

Te „dodatki” to soldermaski, silkscreeny i powłoki ochronne – warstwy, które nie przewodzą, ale robią robotę.

🧪 CZĘŚĆ 1: Soldermaska – co to jest i po co się ją daje?

Soldermaska to cienka warstwa polimeru nakładana na całą płytkę poza miejscami lutowania. To ta kolorowa warstwa – najczęściej:

• zielona (standard),
• czarna (modna),
• biała (LED-y i estetyka),
• niebieska, czerwona, fioletowa…

Funkcje soldermaski:

• izoluje ścieżki → zapobiega zwarciom,
• ułatwia lutowanie → lut nie rozpływa się na sąsiednie ścieżki,
• chroni miedź przed utlenianiem,
• podnosi estetykę i kontrast.

🎨 Kolor soldermaski – czy ma znaczenie?

📌 Dla lamp LED: biała maska dobrze odbija światło, czarna wygląda profi, ale może się bardziej grzać.

✍️ CZĘŚĆ 2: Silkscreen – czyli nadruk z oznaczeniami

To cienka warstwa farby nakładana na soldermaskę, która zawiera:

• oznaczenia komponentów: R1, C2, D5, U3,
• biegunowość: +, –, strzałki,
• logo producenta, daty produkcji, rewizje,
• ostrzeżenia: „HOT”, „HV”, „NIE DOTYKAĆ”.

💡 Dobre oznaczenia to mniej błędów przy montażu, testowaniu, serwisie.

🧴 CZĘŚĆ 3: Lakier ochronny (conformal coating)

To bezbarwna, cienka warstwa nakładana po montażu, która chroni płytkę przed:

• wilgocią,
• kurzem i zanieczyszczeniami,
• kondensacją,
• korozją i łukami elektrycznymi.

📌 Dla lamp do growboxa lub outdoor: lakier to must-have.

⚠️ CZĘŚĆ 4: Co się dzieje bez tych warstw?

• Lut rozlewa się → zwarcia, mostki
• Miedź się utlenia → większa rezystancja
• Kurz i wilgoć → korozja, wyładowania powierzchniowe
• Brak opisów → serwis = zgadywanie

📚 ŹRÓDŁA:

• IPC-SM-840 – Qualification and Performance of Permanent Solder Mask
• IPC-CC-830 – Conformal Coating Standards
• Würth – Soldermask Material Properties
• MG Chemicals – PCB Protection Coating Guide

✅ WNIOSKI:

• Soldermaska to bariera ochronna + pomoc lutownicza
• Silkscreen to Twój GPS po płytce
• Lakier to pancerz przeciwko czasowi, wilgoci i zwarciom
• Kolor ma znaczenie – i estetyczne, i termiczne

🌡️ MODUŁ 6: Termika PCB

Bo LED nie ginie od napięcia. Ginie od ciepła, którego nie ma gdzie puścić.

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

W lampie LED diody grzeją się bardziej niż wyglądają.
Ale nie wystarczy przykleić radiatora.
Najpierw ciepło musi „przejść” przez warstwy płytki – i właśnie od tego, jak ta płytka została zaprojektowana i wykonana, zależy żywotność LED-a.
Ten moduł to przegląd wszystkich dróg cieplnych, którymi ciepło schodzi z diody – i wszystkich barier, które mogą go zatrzymać.

🧊 CZĘŚĆ 1: Co generuje ciepło na PCB?

• Diody LED – od 40 do 70% energii zamieniają w ciepło
• Driver – przetwornica, mosfety, mostki – też mają straty
• Ścieżki – przy wysokim prądzie grzeją się jak cienki przewód

📌 W typowej lampie LED 100 W, trzeba rozproszyć ~60–70 W ciepła. To dużo – i jeśli nie masz zaprojektowanej drogi ucieczki ciepła, LED zacznie się smażyć.

📐 CZĘŚĆ 2: Droga ciepła – od diody do powietrza

1. Chip LED → podkładka termiczna (np. metal core)
2. Miedź PCB → via termiczne
3. Laminat (FR-4 lub MCPCB)
4. Pasta termiczna (jeśli jest)
5. Radiator / obudowa
6. Powietrze

💡 Każda warstwa ma swoją rezystancję termiczną (R_th) – i to właśnie ona decyduje, jak gorąco będzie na chipie.

🔧 CZĘŚĆ 3: Vias termiczne – małe dziurki, wielka sprawa

Via termiczne to przelotki (otwory metalizowane), które:

• łączą górną warstwę miedzi z dolną,
• przenoszą ciepło przez płytkę,
• najczęściej umieszczone pod diodą lub driverem.

📌 Tip: via nie muszą być lutowane – mogą być wypełnione (plugged vias) dla lepszego transferu.

⚙️ CZĘŚĆ 4: Metal core PCB (MCPCB) – płytka jako radiator

MCPCB to płytka, która ma w sobie metalowy rdzeń, najczęściej aluminium.

Warstwy:

1. Miedź
2. Dielektryk o wysokiej przewodności cieplnej
3. Aluminiowa baza

📌 Stosowana w: COB, SMD 3030/5050, power LED

🧪 CZĘŚĆ 5: Wzory i dane – jak to policzyć?

Rth = d / (λ × A)

• R_th – rezystancja termiczna [K/W]
• d – grubość warstwy [m]
• λ – przewodność cieplna materiału [W/m·K]
• A – pole przekroju cieplnego [m²]

Przykładowe wartości λ:

💡 Im niższe R_th → tym lepsze chłodzenie.

⚠️ CZĘŚĆ 6: Błędy, które psują termikę PCB

• Brak vias termicznych pod COB → gorący punkt
• Cienka warstwa dielektryka → dobra, ale tylko jeśli ma wysoką λ
• Soldermaska między COB a pastą → izolacja cieplna
• Zbyt cienka ścieżka prądowa → sama się grzeje i grzeje diodę

📚 ŹRÓDŁA:

• Cree – LED Thermal Management Guidelines
• Würth – Thermal Design for MCPCB
• IPC-2152 – Standard for Current Capacity and Thermal Analysis
• Bergquist – Thermal Conductivity of Insulating Layers

✅ WNIOSKI:

• Dobra termika PCB to więcej niż tylko radiator – to vias, materiał i kontakt
• Każda warstwa między diodą a powietrzem = bariera cieplna
• MCPCB z dobrą pastą i dociskiem = LED chłodny i żywotny
• Termika to nie opcja – to warunek działania lampy dłużej niż tydzień

🧱 MODUŁ 7: Sztywność, giętkość, grubość

Bo PCB to nie tylko przewodnik prądu – to też konstrukcja mechaniczna.

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Czasem płytka PCB musi być twarda jak stal – bo trzyma złącza, LED-y, radiatory.
Czasem musi się zginać – np. żeby zmieścić się w obudowie albo przejść między dwoma elementami.
A czasem pęka, bo ktoś nie pomyślał o grubości, wspornikach albo rozszerzalności termicznej.
Ten moduł to o tym, jak płytka wytrzymuje siły – i co zrobić, żeby nie odpadła, nie pękła, nie zgięła się ani nie „złamała charakteru”.

📐 CZĘŚĆ 1: Grubość PCB – dlaczego 1.6 mm to standard?

1.6 mm to najczęściej stosowana grubość laminatu FR-4.

To dobry kompromis między:

• sztywnością,
• odpornością na zginanie,
• masą,
• a ceną i łatwością obróbki.

📌 Grubsze płytki = większa sztywność, ale gorsze dopasowanie do radiatora
📌 Cieńsze płytki = ryzyko pękania, chyba że to flex

🧊 CZĘŚĆ 2: Sztywność – co ją definiuje?

• Grubość (kubicznie! – 2x grubsza = ~8x sztywniejsza),
• Materiał (FR-4 vs aluminium vs poliimid),
• Rozmieszczenie wsporników i otworów,
• Obciążenie montażowe (np. złącza, przewody, ciężkie komponenty).

💡 Nie projektuj płytki 0.8 mm z gniazdem zasilania 230 V na końcu. To nie przeżyje.

🧪 CZĘŚĆ 3: Pękanie PCB – czemu się zdarza?

🤸 CZĘŚĆ 4: PCB elastyczne – jak z nimi pracować?

Flex PCB to laminaty na bazie poliimidów (np. Kapton), które:

• można zginać tysiące razy (o ile zaprojektowane z głową),
• nie mają sztywnego rdzenia,
• wymagają innych reguł prowadzenia ścieżek (np. zaokrąglone rogi, brak padów na linii zgięcia).

💡 Flex PCB ≠ tańsze. Zwykle droższe i bardziej wrażliwe na złe projektowanie.

⚠️ CZĘŚĆ 5: Błędy konstrukcyjne

• Brak podparcia PCB przy montażu – płytka pęka przy wkręcaniu
• Za mało śrub = płytka "tańczy" na dystansach
• Montaż COB bez sztywnego podparcia = środek PCB wygina się od śruby
• Zbyt długi przewód lutowany bez strain reliefa = urywa pad
• Zbyt mała grubość vs za duży radiator = PCB się łamie przy transporcie

📚 ŹRÓDŁA:

• IPC-2221 – Generic Standard for Printed Board Design
• DuPont – Flex Circuit Design Guide
• Würth – Mechanical Guidelines for PCB Designers
• Panasonic – PCB Material Strength vs Thickness Whitepaper

✅ WNIOSKI:

• Grubość ma znaczenie – ale to nie tylko kwestia „czy się zmieści”, tylko czy wytrzyma
• Flex nie znaczy „giń sobie dowolnie” – tylko: projektuj do zginania
• Podparcie, dystanse, tulejki, grubość – to wszystko robi różnicę między płytką, która przetrwa 5 lat, a taką, która pęknie po pierwszym montażu

🔍 MODUŁ 8: Jak rozpoznawać dobre i złe PCB

Wzrok, dotyk, miernik – więcej nie trzeba, żeby nie wpaść w chińszczyznę klasy B.

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Płytki potrafią wyglądać bardzo podobnie, ale działać kompletnie inaczej.
W jednej prąd leci jak po autostradzie.
W drugiej – jak po krzakach i z cofką.

Dobre PCB to nie tylko działający układ – to trwałość, chłodzenie, łatwość lutowania, odporność na wilgoć i wibracje.
Złe PCB to:

• ścieżki jak papier toaletowy,
• pady, które odpadają przy dotknięciu grota,
• soldermaska, która schodzi palcem.

👁️ CZĘŚĆ 1: Ocena wizualna – co widać bez narzędzi?

📌 Czerwone flagi:

• widoczne „pająki” w masce,
• ścieżki nierówne, jakby odręczne,
• pad mniejszy niż komponent (!)

✋ CZĘŚĆ 2: Ocena dotykowa – co czujesz w palcach?

• Pady oderwalne = za słabe połączenie miedzi z laminatem
• Ścieżki wypukłe i miękkie = za mało miedzi albo nadtopienie
• PCB wygina się jak kartka (przy grubości >1 mm) = zły laminat lub za cienkie warstwy

💡 Porządna płytka powinna trzymać kształt, dawać opór przy zginaniu, mieć sztywne brzegi i gładkie otwory.

🔬 CZĘŚĆ 3: Miernik w dłoń – szybka diagnostyka

1. Ciągłość ścieżek (tryb buzzer)
   • Sprawdź od pad do pad
   • Buzzer milczy = przerwa, np. źle wytrawione
2. Rezystancja między masą a zasilaniem
   • Przy braku zasilania: ∞ lub megaomy
   • <1kΩ → potencjalne zwarcie (np. pozostałość topnika)
3. Rezystancja między ścieżkami równoległymi
   • Oczekujesz: >10 MΩ
   • <100kΩ = zbyt mała odległość lub wilgoć

🧪 CZĘŚĆ 4: Test termiczny – co się grzeje, a nie powinno

Uruchom lampę i zmierz temperatury:

• LED,
• ścieżka zasilania,
• pad zasilania,
• via termiczne.

📌 Hotspoty na PCB bez elementów = kiepski kontakt termiczny, cienka miedź, słaba jakość

⚠️ CZĘŚĆ 5: Typowe błędy w złych PCB

• Złe wycentrowanie otworów – trudny montaż
• Brak soldermaski między padami – lut się rozlewa, zwarcia
• Miedź odsłonięta = korozja po pół roku
• „Tanio wyglądający” silkscreen = czasem są tam też błędy projektowe…

📚 ŹRÓDŁA:

• IPC-A-600 – Acceptability of Printed Boards
• JLCPCB QA – Visual Inspection Criteria
• Würth – Design for Manufacturability Guide
• EEVBlog Forum – Real World PCB QA Horror Stories

✅ WNIOSKI:

• Po samej płytce można poznać, czy produkt jest projektowany z głową, czy w Excelu
• Dobre PCB = równa maska, dobre pady, niepalne, odporne
• Złe PCB = dużo poprawek, gorące ścieżki, odklejające się pady, reklamacje

💡 MODUŁ 9: Przykłady z lamp – COB, SMD, quantum board

Zajrzyjmy do środka prawdziwych źródeł światła i porównajmy, jak zrobione są ich PCB.

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Każdy typ LED-a ma inne potrzeby:
• COB potrzebuje chłodzenia centralnie i dużo,
• SMD chce równo i szeroko,
• quantum board to tak naprawdę wielka płytka złożona z setek małych LED-ów, która robi i za źródło, i za radiator.

Ten moduł to porównanie trzech podejść do projektowania PCB pod LED – jak wygląda to fizycznie, termicznie, elektrycznie i montażowo.

🔦 CZĘŚĆ 1: COB – dioda w centrum, ciepło w dół

• MCPCB (metal core)
• okrągły kształt, często 20–30 mm
• vias termiczne lub pełny kontakt termiczny z podłożem
• gruba warstwa pasty + śruba M3 lub M4 dociśnięta do radiatora
• często bez silkscreenu – sama miedź + soldermaska

📌 Cel: jak najszybciej przenieść ciepło z diody w dół → przez pastę → do radiatora.
📌 Zasilanie: zazwyczaj 36–48 V DC przy kilku amperach.

Co sprawdzić?

• Czy ścieżki nie są zbyt cienkie przy zacisku DC
• Czy MCPCB jest prawdziwe (aluminium + dielektryk), a nie tani FR-4
• Czy jest odsłonięta powierzchnia termiczna – bez soldermaski pod diodą

🔌 CZĘŚĆ 2: SMD – rozłożone źródło, równomierne chłodzenie

• FR-4 lub MCPCB, zależnie od mocy
• ścieżki: szerokie magistrale zasilania, cienkie dla sterowania
• często dwuwarstwowe
• silkscreen z oznaczeniami LED-ów, driverów, rezystorów
• przelotki termiczne rozproszone, a nie centralne

📌 Brak centralnego punktu ciepła – cała powierzchnia musi być chłodzona równomiernie.
📌 Zasilanie: często stałoprądowe, np. 700 mA / 1050 mA przy 24–36 V

Co sprawdzić?

• Czy magistrale zasilania są wystarczająco szerokie
• Czy płytka nie ma „hotspotów” – np. skupionych LED bez vias
• Czy PCB ma biały kolor (odbijanie światła), jeśli lampa jest bez odbłyśnika

🧮 CZĘŚĆ 3: Quantum board – wielka płyta, wiele LED, jedna logika

• FR-4 lub MCPCB (częściej MCPCB)
• kilkadziesiąt do kilkuset LED (np. Samsung LM301, Osram 660 nm)
• zasilanie szeregowo-równoległe (grupy LED)
• PCB pełni rolę radiatora → musi być przyklejona lub dociśnięta do metalowej ramy
• często zintegrowane pady do podłączenia zasilania, DIM, NTC

📌 Typowe napięcie: 48 V, 96 V, czasem 150+ V
📌 Prądy: 1–3 A na całą tablicę

Co sprawdzić?

• Jakość lutów – często są lutowane maszynowo, ale można trafić na cold solder
• Czy pola zasilające są pogrubione (np. ścieżki + soldermask-free)
• Czy są zabezpieczenia przed zwarciem, odwróceniem polaryzacji
• Czy PCB nie wygina się – przy dużych płytkach to kluczowe!

🧪 PORÓWNANIE:

📚 ŹRÓDŁA:

• Bridgelux – COB Thermal Design Notes
• Samsung – LM301 Datasheet & Board Guidelines
• Horticultural Lighting Handbook – ASABE
• LEDTech – Quantum Board PCB Layout Analysis

✅ WNIOSKI:

• Każdy typ LED ma inne wymagania względem PCB:
• ✅ COB – skup się na chłodzeniu centralnym
• ✅ SMD – liczy się rozkład i szerokie zasilanie
• ✅ Quantum board – całe PCB to radiator i źródło w jednym
• Dobrze zaprojektowane PCB = mniej ciepła, więcej lumenów, dłuższe życie
• Złe PCB = gorąca lampa, przepalony LED, straty energii

🧠 MODUŁ 10: Projekt własnego PCB

Od pierwszej ścieżki do gotowego gerbera – bez błędów i bez zgadywania.

🎯 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Projektowanie PCB to nie kopiuj–wklej z Internetu.
To decyzja za decyzją:
• jak gruba miedź,
• jak szeroka ścieżka,
• gdzie vias,
• czy wystarczy 2 warstwy,
• co się grzeje, a co tylko świeci,
• jak to wszystko zmieścić i nie zamienić lampy w grzałkę.

Ten moduł to praktyczna checklista dla każdego, kto chce zrobić własną płytkę – od prostego COB po złożony quantum board.

🧱 CZĘŚĆ 1: Wybór materiału bazowego

💡 Jeśli LED przekracza 0.5 W – FR-4 to za mało bez przemyślanego chłodzenia.

📐 CZĘŚĆ 2: Grubość miedzi i szerokości ścieżek

📌 Upewnij się, że:

• magistrala zasilająca LED ma odpowiednią szerokość,
• vias nie dusi prądu ani ciepła,
• nie puszczasz 2 A przez ścieżkę jak z ładowarki USB.

🧪 CZĘŚĆ 3: Via, pady, otwory

• Via termiczne pod LED-em – pełny kontakt z dolną warstwą lub radiatorem
• Via zasilające – niech będą grube, wiele sztuk
• Otwory montażowe – z dystansem od ścieżek, podklejone soldermaską
• Pad większy niż nóżka – nie odwrotnie!

📌 Tip: nie wrzucaj via w pad bez metalizacji + soldermask-free – wciągniesz lut, pad się odklei, kontaktu brak.

🧭 CZĘŚĆ 4: Rozmieszczenie elementów

• LED-y centralnie, symetrycznie – lepsze chłodzenie i światło
• Zasilanie od jednego punktu (gwiazda, nie szereg)
• Tranzystory i driver z dala od czułych sygnałów (PWM, I2C)
• Czujniki (NTC) blisko źródła ciepła, ale nie pod pastą

💡 Projektuj, jakbyś miał sam to lutować i mierzyć – to sporo zmienia.

🖨️ CZĘŚĆ 5: Co musi być na warstwach?

Silkscreen:

• R1, D2, +, –, OUT, DIM, GND, NTC
• logo, rewizja, data, napięcia
• ewentualnie info o amperażu lub „HOT!”

Soldermaska:

• nie może nachodzić na pady
• tam, gdzie radiator = bez maski, tylko czysta miedź

🧾 CZĘŚĆ 6: Gerbery i zamówienie płytki

Przygotuj:

• warstwy top, bottom, maska, silk (zwykle 6–8 plików)
• plik .drill z otworami
• opcjonalnie: plik .bom (bill of materials), .picknplace

Popularne narzędzia:

• KiCad (open source, polecany)
• EasyEDA (prosty, online)
• Altium Designer (dla zawodowców)

Gdzie zamawiać?

• JLCPCB (tanie, szybkie)
• PCBWay (jakość)
• Eurocircuits (UE, super jakość)
• Satland (PL)

🧪 CZĘŚĆ 7: Co przetestować po odbiorze?

• Przejście między padami i vias → miernik, buzzer
• Odporność na temperaturę lutownicy
• Gładkość maski, jakość druku
• Szerokość ścieżek – zgodność z projektem
• Czy nie ma zwarcia na warstwach!

📚 ŹRÓDŁA:

• IPC-2221 – PCB Design Rules
• Saturn PCB Toolkit – Trace Calculator
• Würth – Layout Design Guidelines
• JLCPCB – Gerber File Checklist

✅ WNIOSKI:

• Dobry projekt = mniej ciepła, mniej błędów, lepsze światło
• Każdy amper, każdy milimetr ścieżki – licz, nie zgaduj
• Vias to nie tylko elektryka – to też chłodzenie
• Planuj layout jak instalację hydrauliczną – ciepło i prąd też muszą mieć drogę

🏁 ZAKOŃCZENIE

Lampa LED świeci tyle, ile wytrzyma jej PCB. Nie więcej.

Możesz mieć najlepsze diody, idealny zasilacz, designerską obudowę.
Ale jeśli płytka:
– ma za cienką miedź,
– złe chłodzenie,
– nieprzemyślane ścieżki,
– kiepskie soldermaski i brak via…
…to po prostu się ugotuje.

Po tym poradniku:

• ✅ wiesz, jak działa PCB od strony termiki, prądu i mechaniki,
• ✅ umiesz poznać dobrą płytkę po dotyku, kolorze, dźwięku miernika,
• ✅ wiesz, jak zrobić własny projekt bez wstydu, zwarcia i spalenizny,
• ✅ a Twoje lampy będą działać nie „na oko”, tylko zgodnie z fizyką.

Bo prawdziwy inżynier lamp LED nie zaczyna od LED-a.
Zaczyna od warstwy miedzi i pod nią.