DPS v LED lampách - jak navrhnout odolnou a bezpečnou desku

🧠 ÚVOD

Není to jen „zelený talíř“. Je to srdce lampy – elektřina, teplo a odolnost v jednom.

Většina lidí se podívá na LED lampu a vidí:
– „svítí to, funguje to.“

Ale lampa není jen dioda.
Je to integrovaný obvod, stopy, pájka, vrstvy, kontaktní plošky, kontaktní plošky a… deska plošných spojů .

Tato příručka není příběhem o zázracích elektroniky.
Toto jsou znalosti z technické oblasti:

• ✅ z čeho jsou vyrobeny LED desky,
• ✅ jak přenášejí elektřinu, teplo a signály,
• ✅ co se stane, když je navrhnete špatně (spoiler: smažení LED diody),
• ✅ a jak si takovou dlaždici sami navrhnout – od materiálu, přes průchody, až po gerbery.

Nemusíte být elektrotechnik.
Ale pokud chcete vyrobit lampy, které vydrží déle než týden – musíte vědět, co máte po ruce.

V této příručce:

• rozebíráme dlaždice vrstvu po vrstvě,
• porovnáváme FR-4 s MCPCB a flexy,
• Vysvětlíme, jak měď vede, jak se průchodky chladí a jak chrání pájecí maska.
• Ukazujeme dobré i špatné příklady – skutečné, z lamp, které skutečně svítí (nebo ne).

🧠 MODUL 1: Co je to deska plošných spojů – jak funguje a k čemu slouží?

PCB není kulisa. Je to hlavní aktér.

🔧 CO JE DESKA PLOCB?

Deska plošných spojů (PCB) je deska s měděnými vrstvami, která:

• mechanicky drží prvky (např. LED, driver, konektory),
• elektricky je propojuje (nahrazuje stovky kabelů),
• tepelně odvádí teplo (zejména zpod napájecích LED diod).

To je absolutní základ každé moderní LED lampy.
Od jednoduchého pěstebního panelu až po pokročilou kvantovou desku, každý z nich má uvnitř desku plošných spojů.

🧱 STRUKTURA DESKY PLOŠNÝCH PLOŠIN – VRSTVY ​​POD SKLEM

Typická deska (např. 1,6 mm FR-4) se skládá z:

1. Jádro – nejčastěji laminát ze skleněných vláken a epoxidové pryskyřice (FR-4)
2. Měděné vrstvy – tenká vodivá fólie (standardně: 35 µm = 1 oz/ft²)
3. Pájecí masky – ochranná vrstva (zelená, černá atd.) chránící pájecí cesty
4. Sítotisk – tisk s označením (R1, D2, +, – atd.)

Mezi pokročilejší verze patří:

• vnitřní vrstvy (pro uzemnění, napájení, stínění),
• průchozí kontakty (via),
• kovové jádro (MCPCB) – hliníkové jádro pro chlazení.

⚡ ELEKTRICKÁ ROLE – CESTY MÍSTO KABELŮ

Místo ručního pájení kabelů – deska plošných spojů je integrovaný systém připojení.

Měděné kolejnice vedou proud:

• od ovladače k ​​LED,
• mezi součástkami (např. MCU, MOSFET, konektory),
• mezi vrstvami (průchodky, průchodky).

💡 Každá cesta má svůj vlastní odpor. Proto je důležité:

• tloušťka mědi,
• šířka cesty,
• délka – vše ovlivňuje poklesy napětí a ohřev.

🌡️ TERMOVÝ VÁLEC - CHLAZENÍ BEZ VENTILÁTORU

V LED lampě dělá deska plošných spojů něco jiného: odvádí teplo od diod.

Zejména v COB a MCPCB, PCB:

• funguje jako lokální radiátor,
• přenáší teplo do velkého radiátoru nebo skříně,
• určuje životnost diody – protože teplota přechodu (T _j ) závisí na tom, jak dobře z něj teplo „uniká“.

💡 Špatně navržená deska = LED se smaží, i když kryt je v pohodě.

🧷 MECHANICKÝ VÁLEČEK – NEJEN K DRŽENÍ

Deska pojme:

• elektronické součástky (LED diody, rezistory, integrované obvody),
• konektory (DC-IN, DIM, I2C),
• někdy i celou mechanickou strukturu lampy (u kvantových desek a LED panelů).

Ale musí to být:

• odolný proti vibracím,
• pevné nebo flexibilní (pokud je to nutné),
• tepelně stabilní (nebobtná při 80 °C)

📐 DESKA PLOŠNÝCH PLOŠIN V KONTEXTU LED SVĚTEL

V LED lampě deska dělá vše najednou:

• drží diody,
• distribuuje proud s vysokou intenzitou,
• ochlazuje je přes průchodku a podložku,
• musí pasovat do pouzdra s tolerancí ±0,2 mm,
• nemůže prasknout při kroucení ani časem vést vlhkost.

📚 ZDROJE:

• IPC-2221 – Generická norma pro návrh desek plošných spojů
• UL 796 – Norma pro desky plošných spojů
• Cree – Tepelný návrh pro LED systémy
• Würth – Základy návrhu DPS

✅ ZÁVĚRY:

• Deska není pozadím - je aktivním, kritickým prvkem lampy
• Dělá kabeláž, radiátor a konstrukci
• Musí být navržen a vyroben se stejnou péčí jako LED dioda nebo ovladač.
• Špatně vyrobená deska plošných spojů = lampa, která se zahřívá, špatně svítí a příliš brzy selhává

🧱 MODUL 2: Základní materiály

Protože vše závisí na podkladu: elektřina, teplo a trvanlivost

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Deska plošných spojů není jen měď.
Měď je jen „drát“.
A celý skutečný život dlaždice se odehrává uvnitř ní – tam, kde je umístěn nosný materiál.
Právě tento materiál rozhoduje o tom, zda:

• cesty se nerozcházejí,
• dlaždice nebobtná od vlhkosti,
• LED se nesmaží jako vejce na pánvi,
• Desky plošných spojů (PCB) lze ohýbat, pájet, chladit nebo šroubovat.

🔬 ČÁST 1: Co je FR-4 a proč kraluje?

FR-4 je zkratka pro Flame Retardant, třída 4. Jedná se o laminát z:

• sklolaminát (tuhost),
• epoxidová pryskyřice (viskozita a izolace),
• přísady proti plameni.

Standardní tloušťka: 1,6 mm (k dispozici také v tloušťkách 0,6 mm, 0,8 mm, 2,0 mm)

📌 Výhody: levné, stabilní, snadná výroba
📌 Nevýhody: špatný odvod tepla - s LED diodami je třeba být opatrný

🧊 ČÁST 2: MCPCB – neboli deska plošných spojů s kovovým jádrem (hliník)

MCPCB = Kovová deska s jádrem (obvykle hliník), místo plné FR-4.

Typická struktura:

1. Měděná vrstva
2. Tepelné dielektrikum (0,1–0,2 mm)
3. Hliníková základna (1-2 mm)

💡 Pro výkonové LED diody je MCPCB nezbytná – krátká tepelná cesta k chladiči znamená nižší teplotu přechodu a delší životnost.

🧘 ČÁST 3: Flexibilní desky plošných spojů a polotuhé hybridy

Flex = deska na bázi polyimidové fólie (např. Kapton), bez tuhého laminátu.

📌 Výhody: ultralehký, flexibilní
📌 Nevýhody: Pečlivá montáž, vyšší cena

🔧 ČÁST 4: Jiné substráty – keramika, kovy, kompozity

🧱 Keramika (Al₂O₃, AlN, Si₃N₄)

• vysoká tepelná vodivost (>150 W/m K),
• úplná izolace,
• extrémní teplotní odolnost

📌 Používá se ve špičkových LED COB, laserech, lékařství, armádě
📌 Drahé, křehké, obtížně zpracovatelné

🔎 SROVNÁNÍ MATERIÁLŮ:

📚 ZDROJE:

• IPC-4101 – Specifikace pro základní materiály pro pevné a vícevrstvé desky plošných spojů
• Würth Elektronik – Poznámky k návrhu PCB s kovovým jádrem
• Přehled polyimidových fólií DuPont – Kapton
• Cree – Tepelný management v LED aplikacích

✅ ZÁVĚRY:

• Ne každá deska je FR-4 – existují lepší (MCPCB), tenčí (flexibilní), tvrdší (keramické)
• Výběr materiálu je kompromisem mezi chlazením, tuhostí, cenou a montáží
• MCPCB je nutností pro vysoce výkonné diody
• FR-4 je skvělý základ… pokud neočekáváte, že bude chladit.

🧲 MODUL 3: Tloušťka a kvalita mědi

Protože se nezahřívá jen LED. Někdy cesta funguje jako topné těleso.

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Na desce plošných spojů jsou nejdůležitější stopy – měděné proužky, které vedou elektřinu.
Ale ne každá cesta je stejná. Zda se zahřeje, závisí na:

• tloušťka této mědi (v mikronech nebo uncích),
• šířka cesty,
• intenzita proudu,
• a povrchové úpravy.

Dobrá měď = studený plech, stabilní napětí, delší životnost.
Špatná měď = přehřátá místa, poklesy napětí, blikání LED diod a zápach spáleného laminátu.

📐 ČÁST 1: Co je to „1 unce mědi“ a co to znamená?

Ve světě desek plošných spojů se tloušťka mědi měří v oz/ft² – unce na čtvereční stopu.

💡 1 oz = 35 µm mědi = standard, ale ne vždy dostačující pro vyšší proudy.

⚡ ČÁST 2: Jak velký proud může kolejnice unést?

Záleží na:

• tloušťka a šířka cesty,
• ať už se jedná o vnitřní nebo vnější vrstvu,
• přípustné zvýšení teploty (ΔT).

Přibližné hodnoty (pro 35 µm, ΔT = 10–20 °C):

📌 Zjednodušený vzorec: I [A] ≈ (szerokość [mm] × grubość [oz]) × 2.5

🔥 ČÁST 3: Co se stane, když je cesta příliš tenká?

• Lokálně se zahřívá → bodové vyhoření
• Napětí na sekci klesne → LED svítí slaběji
• Špatně snáší zapínání/vypínání → mikrotrhlinky
• Může poškodit pastu/pájecí masku → koroze, zkraty

💡 LED dioda odebírá konstantní proud, často vysoký. Není to logika 3,3 V, ale 1-3 A po dobu několika hodin.

🧪 ČÁST 4: Co jsou měděné povrchové úpravy – a proč?

Po moření mědi zůstává surovina, která oxiduje a špatně pájí.

📌 Pro LED žárovky doporučeno: bezolovnaté ENIG nebo HASL – odolnost + pájitelnost + estetika.

⚠️ ČÁST 5: Časté chyby

• Příliš tenké cesty → zahřívají se nebo taví
• Příliš úzké destičky → špatný kontakt s řidičem
• Žádné tepelné úlevy → obtížné pájení
• Tenká měď + vysoký proud → cesta funguje jako topné těleso

📚 ZDROJE:

• IPC-2221 – Generická norma pro návrh desek plošných spojů
• Sada nástrojů Saturn PCB – kalkulačka šířky trasy
• Texas Instruments – Zatížitelnost proudu na deskách plošných spojů
• Würth – Pokyny pro tloušťku mědi

✅ ZÁVĚRY:

• Tloušťka mědi je kritický parametr - pokud ji vyberete špatně, LED dioda neztratí, pouze deska plošných spojů.
• Lepší je příliš tlustý než příliš tenký – rozdíl v ceně je menší než ztráta energie
• S napájecími cestami zacházejte jako s vodiči – počítejte je, kontrolujte je, tepelně testujte
• Měděná povrchová úprava (ENIG, HASL) ovlivňuje trvanlivost, pájitelnost a odolnost

🧮 MODUL 4: Vrstvy plošných spojů – od 1L do 6L a kdo je potřebuje

Více vrstev = více možností, ale také více problémů.

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Jednovrstvá dlaždice je jako venkovský asfalt: dá se po ní jezdit, ale jakmile se něco zkomplikuje, musíte postavit viadukt.
V deskách plošných spojů je tento viadukt tvořen vrstvami – po sobě jdoucími úrovněmi mědi, které umožňují:

• oddělení napájení a signálů,
• hustší systémy,
• lepší chlazení,
• stínění a stabilita.

Každá vrstva také znamená: vyšší cenu, složitější výrobu, obtížnější servis.

📐 ČÁST 1: Co znamená „vrstva“?

Vrstva desky plošných spojů = jeden plochý povrch mědi, který může mít stopy.

🧪 ČÁST 2: Co vám dá více vrstev?

💡 Čím více vrstev, tím snazší:

• udržovat oddělení mezi signálem a napájením,
• minimalizovat narušení,
• dosáhnout konstantní impedance (důležité pro I2C, SPI, PWM)

🔧 ČÁST 3: Dvouvrstvé desky plošných spojů – ideální volba pro lampy

• ✅ LED diody na jedné straně
• ✅ řidič/ovládání na straně druhé
• ✅ vrchní vrstva pro napájení
• ✅ spodní vrstva jako zem (GND)

📌 Umožňuje rozumné oddělení proudů a cest

📌 Levná výroba, stále se dá opravit ručně

📊 ČÁST 4: Vícevrstvé desky plošných spojů – Kdy jsou potřeba?

📌 Čím více vrstev – čím vyšší hustota, tím lepší stínění, ale také:

• obtížnější osazování (BGA, SMD na obou stranách),
• obtížnější obsluha (ne všechno se dá vysát),
• vyšší cena a minimální objednací množství

⚠️ ČÁST 5: Nevýhody a rizika více vrstev

• Delaminace – při nesprávném stlačení se vrstvy mohou delaminovat
• Bez možnosti opravy - pokud selže vnitřní kolejnice → deska jde do koše
• Náchylnější k špatnému pájení – tenčí vrstvy = menší tepelná tolerance

📚 ZDROJE:

• IPC-2222 – Norma pro sekční návrh tuhých organických desek plošných spojů
• Altium – Průvodce návrhem vícevrstvého stohování
• Würth – Návrh vrstev desek plošných spojů a řízení impedance

✅ ZÁVĚRY:

• 1 vrstva – pouze pro nejjednodušší systémy (LED pásky, malé COB)
• 2 vrstvy – zlatá střední cesta: levné, snadné, dostačující pro většinu lamp
• 4+ vrstvy - pouze pokud je to nutné, např. digitální ovládání, RF, integrované napájení
• Každá vrstva = náklady, ale také příležitosti – musíte to dobře vyvážit

🧼 MODUL 5: Pájecí masky, sítotisky a laky

Protože bez nich by deska plošných spojů byla holá, špinavá a připájená jako list papíru.

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Deska plošných spojů není jen měď a laminát.
I toto:

• ochranná vrstva, která zabraňuje tomu, aby pájka tekla tam, kam by neměla,
• nápisy a označení, které říkají „sem dejte kondenzátor a sem tranzistor“,
• lak, který chrání elektroniku před vlhkostí, prachem a časem.

Mezi tyto „doplňky“ patří pájecí masky, sítotisky a ochranné povlaky – vrstvy, které jsou nevodivé, ale plní svůj účel.

🧪 ČÁST 1: Pájecí maska ​​– co to je a proč se dává?

Pájecí maska ​​je tenká vrstva polymeru nanesená na celou desku s výjimkou pájecích bodů. Toto je barevná vrstva – nejčastěji:

• zelená (standardní),
• černá (módní),
• bílá (LED a estetika),
• modrá, červená, fialová…

Funkce pájecí masky:

• izoluje cesty → zabraňuje zkratům,
• usnadňuje pájení → pájka se nerozpíjí na sousední dráhy,
• chrání měď před oxidací,
• zlepšuje estetiku a kontrast.

🎨 Záleží na barvě pájecí masky?

📌 Pro LED lampy: bílá maska ​​dobře odráží světlo, černá vypadá profesionálně, ale může se více zahřívat.

✍️ ČÁST 2: Sítotisk – tisk s označením

Jedná se o tenkou vrstvu barvy nanesenou na pájecí masku, která obsahuje:

• označení součástek: R1, C2, D5, U3,
• polarita: +, –, šipky,
• logo výrobce, data výroby, revize,
• varování: „HORKÉ“, „VN“, „NEDOTYKAT SE“.

💡 Dobré značení znamená méně chyb během montáže, testování a servisu.

🧴 ČÁST 3: Konformní nátěr

Jedná se o bezbarvou, tenkou vrstvu nanášenou po instalaci, která chrání dlaždici před:

• vlhkost,
• prach a špína,
• kondenzace,
• koroze a elektrické oblouky.

📌 Pro growbox nebo venkovní lampy: lak je nutností.

⚠️ ČÁST 4: Co se stane bez těchto vrstev?

• Pájení se rozpíná → zkraty, můstky
• Měď oxiduje → vyšší odpor
• Prach a vlhkost → koroze, povrchové výboje
• Žádné popisy → služba = hádání

📚 ZDROJE:

• IPC-SM-840 – Kvalifikace a výkon permanentní pájecí masky
• IPC-CC-830 – Konformní normy pro nátěry
• Würth – Vlastnosti materiálu pájecí masky
• MG Chemicals – Průvodce ochrannými nátěry pro PCB

✅ ZÁVĚRY:

• Pájecí maska ​​je ochranná bariéra + pomůcka pro pájení
• Sítotisk je vaše GPS na palubě
• Lak je brnění proti času, vlhkosti a zkratům
• Na barvě záleží – esteticky i tepelně

🌡️ MODUL 6: Tepelné úpravy desek plošných spojů

Protože LED diody neumírají kvůli napětí. Umírají kvůli teplu, které nemá kam jít.

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

V LED lampě se diody zahřívají více, než se zdá.
Ale nestačí jen zalepit radiátor.
Nejprve musí teplo „projít“ vrstvami desky – a právě na tom, jak je tato deska navržena a vyrobena, závisí životnost LED diody.
Tento modul nabízí přehled všech tepelných cest, které teplo odvádí od diody – a všech bariér, které ho mohou zastavit.

🧊 ČÁST 1: Co generuje teplo na deskách plošných spojů?

• LED diody – přeměňují 40 až 70 % energie na teplo
• Budič – měnič, MOSFETy, můstky – také vykazují ztráty
• Cesty - při vysokém proudu se zahřívají jako tenký drát

📌 V typické 100W LED lampě je potřeba odvést ~60-70W tepla. To je hodně - a pokud nemáte způsob, jak teplo odvést, LED dioda se začne spalovat.

📐 ČÁST 2: Tepelná cesta – od diody ke vzduchu

1. LED čip → tepelná podložka (např. kovové jádro)
2. Měděná deska plošných spojů → tepelně
3. Laminát (FR-4 nebo MCPCB)
4. Teplovodní pasta (pokud existuje)
5. Chladič/skříň
6. Vzduch

💡 Každá vrstva má svůj vlastní tepelný odpor ( _Rth ) – a ten určuje, jak moc se čip zahřeje.

🔧 ČÁST 3: Tepelné průchody – Malé otvory, velký problém

Tepelné průchody jsou průchody (metalizované otvory), které:

• spojte horní měděnou vrstvu se spodní,
• přenášejí teplo skrz desku,
• nejčastěji umístěné pod diodou nebo budičem.

📌 Tip: průchodky není nutné pájet – pro lepší přenos je lze zaplnit (zaslepit).

⚙️ ČÁST 4: Deska plošných spojů s kovovým jádrem (MCPCB) – deska jako chladič

MCPCB je deska s kovovým jádrem, nejčastěji hliníkovým.

Vrstvy:

1. Měď
2. Dielektrikum s vysokou tepelnou vodivostí
3. Hliníková základna

📌 Používá se v: COB, SMD 3030/5050, výkonových LED

🧪 ČÁST 5: Vzorce a data – jak je vypočítat?

R th = d / (λ × A)

• _Rth – tepelný odpor [K/W]
• d – tloušťka vrstvy [m]
• λ – tepelná vodivost materiálu [W/m K]
• A – plocha tepelného průřezu [m²]

Příklad hodnot λ:

💡 Čím nižší je R _th → tím lepší chlazení.

⚠️ ČÁST 6: Chyby, které ničí tepelné izolace desek plošných spojů

• Žádné tepelné průchody pod COB → horké místo
• Tenká dielektrická vrstva → dobrá, ale pouze pokud má vysoké λ
• Pájecí maska ​​mezi COB a pastou → tepelná izolace
• Příliš tenká proudová cesta → zahřívá se sama a zahřívá diodu

📚 ZDROJE:

• Pokyny pro tepelné řízení LED diod Cree
• Würth – Tepelný návrh pro MCPCB
• IPC-2152 – Norma pro proudovou kapacitu a tepelnou analýzu
• Bergquist – Tepelná vodivost izolačních vrstev

✅ ZÁVĚRY:

• Dobrý tepelný management desek plošných spojů je víc než jen chladič – jsou to průchodky, materiál a kontakty
• Každá vrstva mezi diodou a vzduchem = tepelná bariéra
• MCPCB s dobrou pastou a tlakem = LED dioda chladná a odolná
• Termoizolace nepřipadá v úvahu – je podmínkou pro to, aby lampa fungovala déle než týden.

🧱 MODUL 7: Tuhost, flexibilita, tloušťka

Protože deska plošných spojů není jen vodičem elektřiny – je to také mechanická struktura.

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Někdy musí být deska plošných spojů tvrdá jako ocel – protože drží konektory, LED diody a radiátory.
Někdy se musí ohnout – například aby se vešel do pouzdra nebo prošel mezi dvěma prvky.
A někdy se to zlomí, protože někdo nepřemýšlel o tloušťce, podpěrách nebo tepelné roztažnosti.
Tento modul se zabývá tím, jak dlaždice odolává silám – a co dělat, aby se zabránilo jejímu pádu, praskání, ohýbání nebo „narušení jejího charakteru“.

📐 ČÁST 1: Tloušťka DPS – Proč je standardem 1,6 mm?

1,6 mm je nejčastěji používaná tloušťka laminátu FR-4.

Toto je dobrý kompromis mezi:

• ztuhlost,
• odolnost proti ohybu,
• mše,
• a cena a snadnost zpracování.

📌 Silnější desky = vyšší tuhost, ale horší uchycení k chladiči
📌 Tenčí dlaždice = riziko prasknutí, pokud nejsou ohebné

🧊 ČÁST 2: Rigidita – co ji definuje?

• Tloušťka (kubická! – 2x silnější = ~8x tužší),
• Materiál (FR-4 vs. hliník vs. polyimid),
• Uspořádání konzol a otvorů,
• Zatížení montáže (např. konektory, kabely, těžké součástky).

💡 Nenavrhujte desku o tloušťce 0,8 mm s 230V zásuvkou na konci. Nepřežije to.

🧪 ČÁST 3: Praskání desek plošných spojů – Proč k tomu dochází?

🤸 ČÁST 4: Flexibilní desky plošných spojů – jak s nimi pracovat?

Flexibilní desky plošných spojů (PCB) jsou lamináty na bázi polyimidů (např. Kapton), které:

• lze ohnout tisíckrát (pokud je navrženo moudře),
• nemají pevné jádro,
• vyžadují jiná pravidla pro cestu (např. zaoblené rohy, žádné výplně na linii ohybu).

💡 Flexibilní deska plošných spojů ≠ levnější. Obvykle dražší a náchylnější ke špatnému návrhu.

⚠️ ČÁST 5: Designové nedostatky

• Žádná podpora plošných spojů během montáže - deska se při zašroubování zlomí
• Příliš málo šroubů = deska "tančí" na distančních podložkách
• Sestava COB bez pevné podpěry = střed desky plošných spojů se ohýbá od šroubu
• Příliš dlouhý drát pájený bez odlehčení tahu = prasknutí kontaktní plošky
• Příliš malá tloušťka vs. příliš velký chladič = lom plošných spojů během přepravy

📚 ZDROJE:

• IPC-2221 – Generická norma pro návrh desek plošných spojů
• DuPont - Průvodce návrhem flexibilních obvodů
• Würth – Mechanické pokyny pro návrháře desek plošných spojů
• Panasonic – Technická dokumentace o pevnosti materiálu plošných spojů vs. tloušťce

✅ ZÁVĚRY:

• Na tloušťce záleží – ale nejde jen o to, „bude to pasovat“, ale také o to, jestli to udrží
• Flex neznamená „ohýbej se, jak chceš“ – znamená to: navrhnout tak, aby ses ohnul
• Podpěra, distanční podložky, pouzdra, tloušťka – to vše rozhoduje o tom, zda dlaždice vydrží 5 let, nebo popraská hned po první instalaci.

🔍 MODUL 8: Jak rozpoznat dobré a špatné desky plošných spojů

Zrak, hmat, měřič – to je vše, co potřebujete, abyste se vyhnuli čínštině na úrovni B.

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Dlaždice mohou vypadat velmi podobně, ale fungovat zcela odlišně.
V jednom z nich elektřina teče jako po dálnici.
Ve druhém – jako by skrz křoví a s protiproudem.

Dobrá deska plošných spojů není jen funkční systém – je to odolnost, chlazení, snadné pájení, odolnost vůči vlhkosti a vibracím.
Špatné desky plošných spojů jsou:

• cesty jako toaletní papír,
• polštářky, které odpadají, když se dotknete špičky,
• pájecí maska, která se dá sundat prstem.

👁️ ČÁST 1: Vizuální posouzení – co můžete vidět bez nástrojů?

📌 Varovné signály:

• viditelné „pavouky“ v masce,
• nerovné cesty, jako by byly psané rukou,
• ploška menší než součástka (!)

✋ ČÁST 2: Taktilní vyšetření – co cítíte v prstech?

• Uvolnění kontaktních plošek = příliš slabé spojení měděného laminátu
• Konvexní a měkké stopy = příliš málo mědi nebo tavení
• Deska plošných spojů se ohýbá jako list papíru (tloušťka > 1 mm) = špatný laminát nebo příliš tenké vrstvy

💡 Dobrá dlaždice by měla držet tvar, poskytovat odolnost proti ohýbání, mít tuhé hrany a hladké otvory.

🔬 ČÁST 3: Měřič v ruce – rychlá diagnostika

1. Sledování kontinuity stopy (režim bzučáku)
   • Zkontrolujte od podložky k podložce
   • Bzučák je tichý = přerušení, např. špatně leptané
2. Odpor mezi zemí a zdrojem napájení
   • Pokud není dodáváno napájení: ∞ nebo megaohmy
   • <1kΩ → potenciální zkrat (např. zbytky tavidla)
3. Odpor mezi paralelními cestami
   • Očekáváte: >10 MΩ
   • <100kΩ = příliš blízko nebo příliš mokro

🧪 ČÁST 4: Tepelný test – Co se zahřívá, co by se nemělo

Zapněte lampu a změřte teploty:

• LED,
• silová cesta,
• napájecí podložka,
• tepelné průchody.

📌 Horká místa na desce plošných spojů bez součástek = špatný tepelný kontakt, tenká měď, nízká kvalita

⚠️ ČÁST 5: Časté chyby u špatných desek plošných spojů

• Špatné zarovnání otvorů - obtížná montáž
• Žádná pájecí maska ​​mezi kontakty - pájka se rozpíjí, zkraty
• Obnažená měď = koroze po půl roce
• „Levně vypadající“ sítotisk = někdy se vyskytnou designové nedostatky…

📚 ZDROJE:

• IPC-A-600 – Přijatelnost desek plošných spojů
• JLCPCB QA – Kritéria vizuální kontroly
• Würth – Průvodce konstrukcí pro vyrobitelnost
• Fórum EEVBlog – Hororové příběhy z reálného světa o testování kvality desek plošných spojů

✅ ZÁVĚRY:

• Z samotné desky poznáte, zda byl produkt navržen vaší myslí, nebo v Excelu.
• Dobrá deska plošných spojů = rovnoměrná maska, dobré kontaktní plošky, nehořlavá, odolná
• Špatná deska plošných spojů = spousta přepracování, horké spoje, odlupující se kontaktní plošky, stížnosti

💡 MODUL 9: Příklady světelných zdrojů – COB, SMD, kvantová deska

Pojďme se podívat dovnitř skutečných světelných zdrojů a porovnat, jak se vyrábějí jejich desky plošných spojů.

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Každý typ LED má jiné požadavky:
• COB potřebuje centrální chlazení a hodně,
• SMD chce být rovnoměrné a široké,
• kvantová deska je ve skutečnosti velká deska složená ze stovek malých LED diod, která funguje jak jako zdroj, tak jako zářič.

Tento modul je srovnáním tří přístupů k návrhu desek plošných spojů pro LED diody – jak to vypadá fyzicky, tepelně, elektricky a z hlediska montáže.

🔦 ČÁST 1: COB – dioda uprostřed, zahřívání dolů

• MCPCB (kovové jádro)
• kulatý tvar, často 20–30 mm
• tepelné průchody nebo plný tepelný kontakt se substrátem
• silná vrstva pasty + šroub M3 nebo M4 přitlačený k chladiči
• často bez sítotisku – pouze měď + pájecí maska

📌 Cíl: co nejrychleji přenést teplo z diody dolů → přes pastu → do chladiče.
📌 Napájení: Typicky 36–48 V DC při několika ampérech.

Co zkontrolovat?

• Jsou koleje na DC terminálu příliš tenké?
• Je MCPCB skutečný (hliník + dielektrikum) a ne levný FR-4?
• Je pod diodou odkrytý tepelný povrch - není tam pájecí maska?

🔌 ČÁST 2: SMD – Distribuovaný zdroj, rovnoměrné chlazení

• FR-4 nebo MCPCB, v závislosti na výkonu
• Cesty: široké napájecí sběrnice, tenké řídicí sběrnice
• často dvouvrstvé
• sítotisk s označením LED, budiče a rezistoru
• tepelné vodiče jsou rozmístěné, nikoli centrální

📌 Žádný centrální bod ohřevu – celý povrch musí být rovnoměrně ochlazen.
📌 Napájení: často konstantní proud, např. 700 mA / 1050 mA při 24-36 V

Co zkontrolovat?

• Jsou napájecí sběrnice dostatečně široké?
• Nejsou na desce žádná „horká místa“ – např. koncentrované LED diody bez průchodů?
• Je deska plošných spojů bílá (reflexní), pokud je lampa bez reflektoru?

🧮 ČÁST 3: Kvantová deska – velká deska, mnoho LED diod, jedna logika

• FR-4 nebo MCPCB (běžněji MCPCB)
• několik desítek až několik stovek LED diod (např. Samsung LM301, Osram 660 nm)
• sériově-paralelní napájení (skupiny LED)
• Deska plošných spojů funguje jako chladič → musí být přilepena nebo přitlačena k kovovému rámu
• často integrované kontakty pro připojení napájení, DIM, NTC

📌 Typické napětí: 48 V, 96 V, někdy 150+ V
📌 Proudy: 1–3 A pro celou desku

Co zkontrolovat?

• Kvalita pájek – často se pájejí strojově, ale můžete se setkat i s pájením za studena
• Jsou napájecí kontakty tučně vyznačeny (např. stopy + bez pájecí masky)?
• Existuje nějaká ochrana proti zkratu a přepólování?
• Ohýbá se deska plošných spojů – to je u velkých desek klíčové!

🧪 SROVNÁNÍ:

📚 ZDROJE:

• Bridgelux – Poznámky k tepelnému návrhu COB
• Samsung – Datový list a pokyny pro desku LM301
• Příručka pro zahradnické osvětlení – ASABE
• LEDTech – Analýza rozvržení plošných spojů na kvantových deskách

✅ ZÁVĚRY:

• Každý typ LED má jiné požadavky na desku plošných spojů:
• ✅ COB – zaměření na centrální chlazení
• ✅ SMD – důležité je uspořádání a široký napájecí zdroj
• ✅ Kvantová deska – celá deska plošných spojů je zářič a zdroj v jednom
• Dobře navržená deska plošných spojů = méně tepla, více lumenů, delší životnost
• Špatná deska plošných spojů = horká lampa, spálená LED dioda, ztráta energie

🧠 MODUL 10: Navrhněte si vlastní DPS

Od první cesty k hotovému Gerberovi – bez chyb a bez dohadů.

🎯 ÚVOD – Selský rozum:

Návrh desek plošných spojů není kopírování z internetu.
Je to rozhodnutí od rozhodnutí:
• jako tlustá měď,
• jak široká je cesta,
• kde průchody,
• stačí 2 vrstvy,
• co se hřeje a co jen svítí,
• jak to všechno vejít a neproměnit lampu v topné těleso.

Tento modul je praktickým kontrolním seznamem pro každého, kdo si chce vyrobit vlastní desku – od jednoduchého COB až po složitou kvantovou desku.

🧱 ČÁST 1: Výběr základního materiálu

💡 Pokud LED přesáhne 0,5 W – FR-4 je bez promyšleného chlazení příliš málo.

📐 ČÁST 2: Tloušťka mědi a šířky kolejí

📌 Ujistěte se, že:

• sběrnice napájecího zdroje LED má dostatečnou šířku,
• průchody neškrtí elektřinou ani teplem,
• Neprobíhá tou cestou 2A jako z USB nabíječky.

🧪 ČÁST 3: Průchodky, kontaktní plošky, otvory

• Tepelný průchod pod LED - plný kontakt se spodní vrstvou nebo radiátorem
• Napájecí průchodky – ať jsou silné, mnoho kusů
• Montážní otvory – v určité vzdálenosti od kolejnic, slepené pájecí maskou
• Podložka je větší než noha – ne naopak!

📌 Tip: nevkládejte propojku do kontaktní plošky bez metalizace + pájecí masky – nasáte pájku, ploška se odloupne a nebude docházet ke kontaktu.

🧭 ČÁST 4: Umístění komponent

• LED diody centrálně, symetricky - lepší chlazení a světlo
• Napájení z jednoho bodu (hvězda, ne sériové)
• Tranzistory a budič mimo dosah citlivých signálů (PWM, I2C)
• Snímače (NTC) blízko zdroje tepla, ale ne pod pastou

💡 Navrhněte, jako byste si to sami pájeli a měřili – to má velký význam.

🖨️ ČÁST 5: Co musí být ve vrstvách?

Sítotisk:

• R1, D2, +, –, OUT, DIM, GND, NTC
• logo, revize, datum, napětí
• případně informace o proudu nebo „HOT!“ (horké!).

Pájecí maska:

• nemohou se překrývat
• kde chladič = žádná maska, pouze čistá měď

🧾 ČÁST 6: Gerbery a objednávání talířů

Připravit:

• vrstvy horní, spodní, maska, hedvábí (obvykle 6–8 souborů)
• pilník .drill s otvory
• volitelné: soubor .bom (kusovník), .picknplace

Oblíbené nástroje:

• KiCad (open source, doporučeno)
• EasyEDA (jednoduchý, online)
• Altium Designer (pro profesionály)

Kde objednat?

• JLCPCB (levné, rychlé)
• PCBWay (kvalita)
• Eurocircuits (EU, super kvalita)
• Satland (PL)

🧪 ČÁST 7: Co otestovat po obdržení?

• Přechod mezi kontaktními ploškami a prostupy → měřič, bzučák
• Teplotní odolnost páječky
• Hladkost masky, kvalita tisku
• Šířka cesty - soulad s projektem
• Na vrstvách nedochází ke zkratu!

📚 ZDROJE:

• IPC-2221 – Pravidla pro návrh desek plošných spojů
• Sada nástrojů Saturn PCB – kalkulačka trasování
• Würth – Pokyny pro návrh rozvržení
• JLCPCB – Kontrolní seznam souborů Gerber

✅ ZÁVĚRY:

• Dobrý design = méně tepla, méně chyb, lepší světlo
• Každý zesilovač, každý milimetr trati – počítejte, nehádejte
• Vias se netýká jen elektriky – jde i o chlazení
• Naplánujte si rozvržení jako vodovodní systém – teplo a elektřina také potřebují trasu

🏁 KONEC

LED lampa svítí tak silně, jak jen její deska plošných spojů zvládne. Už ne.

Můžete mít nejlepší diody, perfektní zdroj a designovou skříň.
Ale pokud dlaždice:
- měď je příliš tenká,
– špatné chlazení,
– nepromyšlené cesty,
– špatné pájecí masky a žádný průchod…
...to se prostě uvaří.

Po tomto návodu:

• ✅ víte, jak deska plošných spojů funguje z tepelného, ​​elektrického a mechanického hlediska,
• ✅ dobrou dlaždici poznáte hmatem, barvou a zvukem měřiče,
• ✅ víte, jak si vytvořit vlastní projekt bez trapných situací, zkratů a spálení,
• ✅ a vaše lampy nebudou fungovat „od oka“, ale podle fyziky.

Protože skutečný inženýr LED lamp nezačíná s LED diodou.
Začíná to s měděnou vrstvou a pod ní.