Leiterplatten in LED-Lampen – So entwerfen Sie eine langlebige und sichere Platine

🧠 EINFÜHRUNG

Es handelt sich nicht nur um eine „grüne Platte“. Es ist das Herzstück der Lampe – Strom, Wärme und Langlebigkeit in einem.

Die meisten Menschen sehen eine LED-Lampe und sehen:
– „es leuchtet, es funktioniert.“

Aber eine Lampe ist nicht nur eine Diode.
Es handelt sich um einen integrierten Schaltkreis, Leiterbahnen, Lötstellen, Schichten, Pads, Pads und … PCB .

Dieser Leitfaden ist keine Geschichte über die Wunder der Elektronik.
Dabei handelt es sich um fundiertes Ingenieurwissen über:

• ✅ Woraus bestehen LED-Platten?
• ✅ wie sie Strom, Wärme und Signale übertragen,
• ✅ was passiert, wenn man sie falsch konstruiert (Spoiler: die LED durchbrennt),
• ✅ und wie Sie eine solche Kachel selbst gestalten – vom Material über Vias bis hin zu Gerbera.

Sie müssen kein Elektronikingenieur sein.
Wenn Sie jedoch Lampen herstellen möchten, die länger als eine Woche halten, müssen Sie wissen, was Sie zur Hand haben.

In diesem Handbuch:

• wir zerlegen die Fliesen Schicht für Schicht,
• Wir vergleichen FR-4 mit MCPCB und Flexen,
• Wir erklären, wie Kupfer leitet, wie Vias kühlen, wie Lötstopplack schützt,
• wir zeigen gute und schlechte Beispiele – echte, von Lampen, die tatsächlich leuchten (oder nicht).

🧠 MODUL 1: Was ist PCB – wie funktioniert es und wozu dient es?

Die Leiterplatte ist keine Kulisse. Sie ist der Hauptdarsteller.

🔧 WAS IST PCB?

PCB (Printed Circuit Board) ist eine Platte mit Kupferschichten, die:

• hält die Elemente (z. B. LED, Treiber, Anschlüsse) mechanisch,
• verbindet sie elektrisch (ersetzt Hunderte von Kabeln),
• leitet Wärme thermisch ab (insbesondere unter den Power-LEDs).

Dies ist die absolute Grundlage jeder modernen LED-Lampe.
Von einem einfachen Grow Panel bis hin zu einer fortschrittlichen Quantenplatine ist in jedem eine Leiterplatte integriert.

🧱 PCB-STRUKTUR – SCHICHTEN UNTER EINEM GLAS

Eine typische Platine (z. B. 1,6 mm FR-4) besteht aus:

1. Kern – meist ein Laminat aus Glasfaser und Epoxidharz (FR-4)
2. Kupferschichten – dünne leitfähige Folie (Standard: 35 µm = 1 oz/ft²)
3. Lötstoppmasken – Schutzschicht (grün, schwarz usw.) zum Schutz der Pfade
4. Siebdruck – Druck mit Markierungen (R1, D2, +, – etc.)

Zu den erweiterten Versionen gehören:

• Innenlagen (für Masse, Strom, Abschirmung),
• Durchgangspads (Vias),
• Metallkern (MCPCB) – Aluminiumkern zur Kühlung.

⚡ ELEKTRISCHE ROLLE – WEGE STATT KABEL

Anstatt alles mit Kabeln von Hand zu verlöten – PCB ist ein integriertes Verbindungssystem.

Kupferbahnen führen Strom:

• vom Treiber zur LED,
• zwischen Komponenten (z. B. MCU, MOSFET, Steckverbinder),
• zwischen den Schichten (Vias, Ösen).

💡 Jeder Weg hat seinen eigenen Widerstand. Deshalb ist es wichtig:

• Kupferdicke,
• Pfadbreite,
• Länge – alles beeinflusst Spannungsabfälle und Erwärmung.

🌡️ THERMOROLLE – KÜHLUNG OHNE LÜFTER

In einer LED-Lampe hat die Leiterplatte noch eine andere Aufgabe: Sie leitet die Wärme von den Dioden ab.

Insbesondere bei COB und MCPCB, PCB:

• wirkt als lokaler Strahler,
• überträgt Wärme an einen großen Heizkörper oder ein Gehäuse,
• bestimmt die Lebensdauer der Diode – denn die Sperrschichttemperatur (T _j ) hängt davon ab, wie gut die Wärme aus ihr „entweicht“.

💡 Schlecht designte Platine = LED frittiert, obwohl das Gehäuse kühl ist.

🧷 MECHANISCHE ROLLE – NICHT NUR ZUM HALTEN

Die Platte fasst:

• elektronische Bauteile (LEDs, Widerstände, integrierte Schaltkreise),
• Anschlüsse (DC-IN, DIM, I2C),
• manchmal die gesamte mechanische Struktur der Lampe (bei Quantenplatinen und LED-Panels).

Aber es muss sein:

• vibrationsbeständig,
• starr oder flexibel (falls erforderlich),
• thermisch stabil (quillt bei 80°C nicht auf)

📐 PCB IM KONTEXT DER LED-LAMPE

In einer LED-Lampe erledigt die Platine alles auf einmal:

• hält die Dioden,
• verteilt Strom mit hoher Intensität,
• kühlt sie durch die Durchkontaktierung und das Pad,
• muss mit einer Toleranz von ±0,2 mm in das Gehäuse passen,
• Es kann beim Verdrehen nicht reißen oder mit der Zeit Feuchtigkeit leiten.

📚 QUELLEN:

• IPC-2221 – Allgemeiner Standard für Leiterplattendesign
• UL 796 – Standard für Leiterplatten
• Cree – Thermisches Design für LED-Systeme
• Würth – Grundlagen des PCB-Designs

✅ SCHLUSSFOLGERUNGEN:

• Die Platte ist kein Hintergrund - sie ist ein aktives, kritisches Element der Lampe
• Es übernimmt die Verkabelung, den Heizkörper und die Struktur
• Es muss mit der gleichen Sorgfalt wie eine LED oder ein Treiber entworfen und hergestellt werden.
• Schlecht verarbeitete Leiterplatte = Lampe, die sich erhitzt, schlecht leuchtet und zu früh ausfällt

🧱 MODUL 2: Grundmaterialien

Denn vom Untergrund hängt alles ab: Strom, Wärme und Haltbarkeit

🧠 EINLEITUNG – Der gesunde Menschenverstand:

Eine Leiterplatte besteht nicht nur aus Kupfer.
Kupfer ist nur ein „Draht“.
Und das ganze eigentliche Leben einer Fliese spielt sich in ihrem Inneren ab – dort, wo sich das Trägermaterial befindet.
Dieses Material entscheidet darüber, ob:

• die Wege trennen sich nicht,
• die Fliese quillt nicht durch Feuchtigkeit auf,
• die LED brät nicht wie ein Ei in der Pfanne,
• Leiterplatten können gebogen, gelötet, gekühlt oder geschraubt werden.

🔬 TEIL 1: Was ist FR-4 und warum ist es das unangefochtene Spitzenreiter?

FR-4 ist die Abkürzung für Flammhemmend, Klasse 4. Es handelt sich um ein Laminat aus:

• Fiberglas (Steifigkeit),
• Epoxidharz (Viskosität und Isolierung),
• Flammschutzmittel.

Standarddicke: 1,6 mm (auch in 0,6 mm, 0,8 mm, 2,0 mm erhältlich)

📌 Vorteile: günstig, stabil, einfach herzustellen
📌 Nachteile: schlechte Wärmeableitung – bei LEDs ist Vorsicht geboten

🧊 TEIL 2: MCPCB – oder Metallkern-PCB (Aluminium)

MCPCB = Metallkernplatine (normalerweise Aluminium) statt vollständigem FR-4.

Typischer Aufbau:

1. Kupferschicht
2. Thermisches Dielektrikum (0,1–0,2 mm)
3. Aluminiumbasis (1-2 mm)

💡 Für Power-LEDs ist MCPCB unerlässlich – ein kurzer Wärmepfad zum Kühlkörper bedeutet niedrigere Sperrschichttemperatur und längere Lebensdauer.

🧘 TEIL 3: Flexible Leiterplatten und halbstarre Hybride

Flex = Platte auf Basis einer Polyimidfolie (z. B. Kapton), ohne starres Laminat.

📌 Vorteile: ultraleicht, flexibel
📌 Nachteile: Sorgfältige Montage, höhere Kosten

🔧 TEIL 4: Andere Substrate – Keramik, Metalle, Verbundwerkstoffe

🧱 Keramik (Al₂O₃, AlN, Si₃N₄)

• hohe Wärmeleitfähigkeit (>150 W/m K),
• Vollisolierung,
• extreme Temperaturbeständigkeit

📌 Wird in High-End-LED-COB, Lasern, Medizin und Militär verwendet
📌 Teuer, zerbrechlich, schwer zu verarbeiten

🔎 MATERIALVERGLEICH:

📚 QUELLEN:

• IPC-4101 – Spezifikation für Basismaterialien für starre und mehrschichtige Leiterplatten
• Würth Elektronik – PCB-Designhinweise mit Metallkern
• DuPont – Übersicht über Kapton-Polyimidfolien
• Cree – Wärmemanagement in LED-Anwendungen

✅ SCHLUSSFOLGERUNGEN:

• Nicht jede Platine ist FR-4 – es gibt bessere (MCPCB), dünnere (Flex), härtere (Keramik)
• Die Materialauswahl ist ein Kompromiss zwischen Kühlung, Steifigkeit, Preis und Montage
• MCPCB ist ein Muss für Hochleistungsdioden
• FR-4 ist eine großartige Basis… solange Sie nicht erwarten, dass es kühlt

🧲 MODUL 3: Kupferdicke und -qualität

Denn nicht nur die LED erwärmt sich, auch der Weg wirkt mitunter als Heizung.

🧠 EINLEITUNG – Der gesunde Menschenverstand:

Das Wichtigste auf einer Leiterplatte sind die Leiterbahnen – die Kupferstreifen, die Strom leiten.
Doch nicht jeder Weg ist gleich. Ob es wärmer wird, hängt ab von:

• die Dicke dieses Kupfers (in Mikrometern oder Unzen),
• Breite des Weges,
• Stromstärke,
• und Oberflächenbeschaffenheit.

Gutes Kupfer = kalte Platte, stabile Spannung, bessere Lebensdauer.
Schlechtes Kupfer = Hotspots, Spannungsabfälle, blinkende LEDs und der Geruch von verbranntem Laminat.

📐 TEIL 1: Was ist „1 Unze Kupfer“ und was bedeutet es?

In der Leiterplattenwelt wird die Kupferdicke in oz/ft² gemessen – Unzen pro Quadratfuß.

💡 1 oz = 35 µm Kupfer = Standard, aber für höhere Ströme nicht immer ausreichend.

⚡ TEIL 2: Wie viel Strom kann eine Schiene führen?

Es hängt davon ab:

• Dicke und Breite des Pfades,
• ob es sich um die innere oder äußere Schicht handelt,
• zulässige Temperaturerhöhung (ΔT).

Richtwerte (für 35 µm, ΔT = 10–20°C):

📌 Vereinfachte Formel: I [A] ≈ (szerokość [mm] × grubość [oz]) × 2.5

🔥 TEIL 3: Was passiert, wenn der Pfad zu schmal ist?

• Es erhitzt sich lokal → punktueller Burnout
• Die Spannung im Abschnitt sinkt → die LED leuchtet schwächer
• Verträgt das Ein- und Ausschalten nicht gut → Mikrorisse
• Kann die Paste/Lötmaske beschädigen → Korrosion, Kurzschlüsse

💡 LED zieht konstanten Strom, oft hoch. Es sind keine 3,3-V-Logik, sondern 1–3 A über Stunden.

🧪 TEIL 4: Was sind Kupferoberflächen – und warum?

Nach dem Beizen von Kupfer bleibt ein Rohstoff übrig, der oxidiert und sich schlecht löten lässt.

📌 Für LED-Lampen empfohlen: ENIG oder HASL bleifrei – Haltbarkeit + Lötbarkeit + Ästhetik.

⚠️ TEIL 5: Häufige Fehler

• Zu dünne Pfade → sie erhitzen sich oder schmelzen
• Zu schmale Beläge → schlechter Kontakt zum Fahrer
• Keine thermischen Entlastungen → schwierig zu löten
• Dünnes Kupfer + hoher Strom → der Pfad wirkt als Heizung

📚 QUELLEN:

• IPC-2221 – Allgemeiner Standard für PCB-Design
• Saturn PCB Toolkit – Leiterbahnbreitenrechner
• Texas Instruments – Strombelastbarkeit von Leiterplattenleiterbahnen
• Würth – Kupferdickenrichtlinien

✅ SCHLUSSFOLGERUNGEN:

• Die Kupferdicke ist ein kritischer Parameter. Wenn Sie sie falsch wählen, verliert nicht die LED, sondern nur die Leiterplatte
• Lieber zu dick als zu dünn – der Preisunterschied ist kleiner als der Energieverlust
• Behandeln Sie Strompfade wie Kabel – zählen Sie sie, prüfen Sie sie, testen Sie sie thermisch
• Kupferbeschichtung (ENIG, HASL) beeinflusst Haltbarkeit, Lötbarkeit und Widerstandsfähigkeit

🧮 MODUL 4: PCB-Schichten – von 1L bis 6L und wer sie braucht

Mehr Schichten = mehr Möglichkeiten, aber auch mehr Probleme.

🧠 EINLEITUNG – Der gesunde Menschenverstand:

Mit einer einlagigen Fliese verhält es sich wie mit Asphalt auf dem Land: Man kann darauf fahren, aber sobald es kompliziert wird, muss man ein Viadukt bauen.
Bei Leiterplatten besteht dieser Viadukt aus Schichten – aufeinanderfolgenden Kupferebenen, die Folgendes ermöglichen:

• Trennung von Strom und Signalen,
• dichtere Systeme,
• bessere Kühlung,
• Abschirmung und Stabilität.

Jede Schicht bedeutet auch: einen höheren Preis, eine aufwendigere Produktion, einen schwierigeren Service.

📐 TEIL 1: Was bedeutet „Schicht“?

PCB-Schicht = eine flache Kupferoberfläche, die Spuren aufweisen kann.

🧪 TEIL 2: Was bringen Ihnen mehr Schichten?

💡 Je mehr Schichten, desto einfacher:

• Trennung zwischen Signal und Stromversorgung einhalten,
• Störungen minimieren,
• Erhalten Sie eine konstante Impedanz (wichtig für I2C, SPI, PWM)

🔧 TEIL 3: Zweischichtige Leiterplatten – Der Sweet Spot für Lampen

• ✅ LEDs auf einer Seite
• ✅ Treiber / Steuerung auf der anderen
• ✅ Oberschicht für die Stromversorgung
• ✅ untere Schicht als Masse (GND)

📌 Ermöglicht eine sinnvolle Trennung von Strömen und Pfaden

📌 Günstig in der Herstellung, kann trotzdem von Hand repariert werden

📊 TEIL 4: Mehrschichtige Leiterplatten – Wann werden sie benötigt?

📌 Je mehr Schichten – je höher die Dichte, desto besser die Abschirmung, aber auch:

• schwierigere Bestückung (BGA, SMD beidseitig),
• schwierigerer Service (es kann nicht alles abgesaugt werden),
• höherer Preis und Mindestbestellmenge

⚠️ TEIL 5: Nachteile und Risiken mehrerer Schichten

• Delamination – bei unsachgemäßem Pressen können sich die Schichten ablösen
• Keine Reparaturmöglichkeit - bei Ausfall der internen Leiterbahn → landet die Platine im Müll
• Anfälliger für schlechte Lötstellen – dünnere Schichten = geringere thermische Toleranz

📚 QUELLEN:

• IPC-2222 – Sektionaler Designstandard für starre organische Leiterplatten
• Altium – Leitfaden zum Design mehrschichtiger Stapel
• Würth – PCB-Layer-Stack-Design und Impedanzkontrolle

✅ SCHLUSSFOLGERUNGEN:

• 1 Schicht – nur für einfachste Systeme (LED-Streifen, kleine COBs)
• 2 Schichten – die goldene Mitte: günstig, einfach, ausreichend für die meisten Lampen
• 4+ Schichten - nur wenn es unbedingt sein muss, z.B. digitale Steuerung, HF, integrierte Stromversorgung
• Jede Schicht = Kosten, aber auch Chancen – das muss man gut ausbalancieren

🧼 MODUL 5: Lötmasken, Siebdrucke und Lacke

Denn ohne sie wäre die Leiterplatte blank, schmutzig und verlötet wie ein Blatt Papier.

🧠 EINLEITUNG – Der gesunde Menschenverstand:

Eine Leiterplatte besteht nicht nur aus Kupfer und Laminat.
Auch das:

• eine Schutzschicht, die verhindert, dass Lot dorthin fließt, wo es nicht hingehört,
• Aufschriften und Markierungen mit der Aufschrift „Setzen Sie hier einen Kondensator und hier einen Transistor ein“,
• Lack, der Elektronik vor Feuchtigkeit, Staub und Zeit schützt.

Zu diesen „Extras“ zählen Lötmasken, Siebdrucke und Schutzbeschichtungen – Schichten, die nicht leitend sind, aber ihren Zweck erfüllen.

🧪 TEIL 1: Lötstopplack – was ist das und wozu dient er?

Eine Lötmaske ist eine dünne Polymerschicht, die auf die gesamte Platine mit Ausnahme der Lötstellen aufgetragen wird. Dies ist die farbige Schicht – am häufigsten:

• grün (Standard),
• schwarz (modisch),
• weiß (LEDs und Ästhetik),
• blau, rot, lila…

Lötstoppmaskenfunktionen:

• isoliert Pfade → verhindert Kurzschlüsse,
• erleichtert das Löten → das Lot läuft nicht auf benachbarte Bahnen,
• schützt Kupfer vor Oxidation,
• verbessert Ästhetik und Kontrast.

🎨 Lötstopplackfarbe – ist sie wichtig?

📌 Für LED-Lampen: Weiße Maske reflektiert Licht gut, Schwarz sieht professionell aus, kann sich aber stärker erhitzen.

✍️ TEIL 2: Siebdruck – ein Druck mit Markierungen

Es handelt sich um eine dünne Farbschicht, die auf die Lötmaske aufgetragen wird und Folgendes enthält:

• Bauteilbezeichnungen: R1, C2, D5, U3,
• Polarität: +, –, Pfeile,
• Herstellerlogo, Produktionsdaten, Revisionen,
• Warnhinweise: „HEISS“, „HV“, „NICHT BERÜHREN“.

💡 Gute Markierungen bedeuten weniger Fehler bei Montage, Prüfung und Wartung.

🧴 TEIL 3: Schutzlack

Es handelt sich um eine farblose, dünne Schicht, die nach der Verlegung aufgetragen wird und die Fliese vor Folgendem schützt:

• Feuchtigkeit,
• Staub und Schmutz,
• Kondensation,
• Korrosion und Lichtbögen.

📌 Für Growboxen oder Außenlampen: Lack ist ein Muss.

⚠️ TEIL 4: Was passiert ohne diese Schichten?

• Lot läuft aus → Kurzschlüsse, Brücken
• Kupfer oxidiert → höherer Widerstand
• Staub und Feuchtigkeit → Korrosion, Oberflächenentladungen
• Keine Beschreibungen → Service = Raten

📚 QUELLEN:

• IPC-SM-840 – Qualifikation und Leistung der permanenten Lötmaske
• IPC-CC-830 – Normen für Schutzbeschichtungen
• Würth – Lötstopplack-Materialeigenschaften
• MG Chemicals – Leitfaden für PCB-Schutzbeschichtungen

✅ SCHLUSSFOLGERUNGEN:

• Lötstoppmaske ist eine Schutzbarriere + Löthilfe
• Der Siebdruck ist Ihr GPS auf der Platine
• Lack ist ein Schutz gegen Zeit, Feuchtigkeit und Kurzschlüsse
• Farbe ist wichtig – sowohl ästhetisch als auch thermisch

🌡️ MODUL 6: PCB-Thermik

Denn LEDs sterben nicht an der Spannung, sondern an der Hitze, die nicht entweichen kann.

🧠 EINLEITUNG – Der gesunde Menschenverstand:

In einer LED-Lampe werden die Dioden heißer als sie aussehen.
Doch es genügt nicht, den Heizkörper einfach nur anzukleben.
Zunächst muss die Wärme durch die Schichten der Platine „durchdringen“ – und genau von der Konstruktion und Herstellung dieser Platine hängt die Lebensdauer der LED ab.
Dieses Modul bietet einen Überblick über alle thermischen Pfade, die die Wärme von einer Diode wegführt – und alle Barrieren, die sie stoppen können.

🧊 TEIL 1: Was erzeugt Wärme auf Leiterplatten?

• LEDs – wandeln 40 bis 70 % der Energie in Wärme um
• Treiber – Konverter, Mosfets, Brücken – haben auch Verluste
• Pfade - bei hohem Strom erhitzen sie sich wie ein dünner Draht

📌 Bei einer typischen 100-W-LED-Lampe müssen Sie etwa 60–70 W Wärme abführen. Das ist viel – und wenn die Wärme nicht abgeführt werden kann, beginnt die LED zu brennen.

📐 TEIL 2: Der Wärmepfad – von der Diode zur Luft

1. LED-Chip → Wärmeleitpad (z. B. Metallkern)
2. Kupferplatine → über thermische
3. Laminat (FR-4 oder MCPCB)
4. Wärmeleitpaste (falls vorhanden)
5. Kühler/Gehäuse
6. Luft

💡 Jede Schicht hat ihren eigenen Wärmewiderstand (R _th ) – und dieser bestimmt, wie heiß der Chip wird.

🔧 TEIL 3: Thermal Vias – Kleine Löcher, große Sache

Thermische Vias sind Vias (metallisierte Löcher), die:

• Verbinden Sie die obere Kupferschicht mit der unteren,
• sie übertragen Wärme durch die Platte,
• am häufigsten unter der Diode oder dem Treiber platziert.

📌 Tipp: Vias müssen nicht gelötet werden – sie können für eine bessere Übertragung gefüllt werden (plugged vias).

⚙️ TEIL 4: Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) – die Platine als Kühlkörper

MCPCB ist eine Platine mit einem Metallkern, meistens Aluminium.

Schichten:

1. Kupfer
2. Dielektrikum mit hoher Wärmeleitfähigkeit
3. Aluminiumbasis

📌 Verwendet in: COB, SMD 3030/5050, Power-LED

🧪 TEIL 5: Formeln und Daten – wie berechnet man das?

R th = d / (λ × A)

• R _th – Wärmewiderstand [K/W]
• d – Schichtdicke [m]
• λ – Wärmeleitfähigkeit des Materials [W/m K]
• A – Wärmequerschnittsfläche [m²]

Beispielhafte λ-Werte:

💡 Je niedriger R _th → desto besser die Kühlung.

⚠️ TEIL 6: Fehler, die die Thermik der Leiterplatte beeinträchtigen

• Keine thermischen Vias unter COB → Hotspot
• Dünne dielektrische Schicht → gut, aber nur bei hohem λ
• Lötstopplack zwischen COB und Paste → Wärmeisolierung
• Zu dünner Strompfad → er erwärmt sich selbst und erwärmt die Diode

📚 QUELLEN:

• Cree – Richtlinien zum Wärmemanagement von LEDs
• Würth – Thermisches Design für MCPCB
• IPC-2152 – Standard für Stromkapazität und thermische Analyse
• Bergquist – Wärmeleitfähigkeit von Isolierschichten

✅ SCHLUSSFOLGERUNGEN:

• Gutes PCB-Wärmemanagement ist mehr als nur ein Kühler – es umfasst Vias, Material und Kontakt
• Jede Schicht zwischen der Diode und der Luft = Wärmebarriere
• MCPCB mit guter Paste und Druck = LED kühl und langlebig
• Thermik ist keine Option – sie ist Voraussetzung dafür, dass die Lampe länger als eine Woche funktioniert.

🧱 MODUL 7: Steifheit, Flexibilität, Dicke

Denn eine Leiterplatte ist nicht nur ein Stromleiter, sondern auch eine mechanische Struktur.

🧠 EINLEITUNG – Der gesunde Menschenverstand:

Manchmal muss die Leiterplatte hart wie Stahl sein – denn sie enthält die Anschlüsse, LEDs und Heizkörper.
Manchmal muss es gebogen werden, beispielsweise um in ein Gehäuse zu passen oder zwischen zwei Elementen hindurchzugehen.
Und manchmal bricht es, weil jemand nicht an Dicke, Stützen oder Wärmeausdehnung gedacht hat.
In diesem Modul geht es darum, wie eine Fliese Kräften standhält – und was man tun kann, um zu verhindern, dass sie abfällt, reißt, sich verbiegt oder „ihren Charakter verliert“.

📐 TEIL 1: Leiterplattendicke – Warum ist 1,6 mm der Standard?

1,6 mm ist die am häufigsten verwendete Dicke von FR-4-Laminat.

Dies ist ein guter Kompromiss zwischen:

• Steifheit,
• Biegefestigkeit,
• Masse,
• und der Preis und die einfache Verarbeitung.

📌 Dickere Platten = höhere Steifigkeit, aber schlechtere Passform zum Kühler
📌 Dünnere Fliesen = Rissgefahr, sofern sie nicht flexibel sind

🧊 TEIL 2: Starrheit – was macht sie aus?

• Dicke (kubisch! – 2x dicker = ~8x steifer),
• Material (FR-4 vs. Aluminium vs. Polyimid),
• Anordnung der Halterungen und Bohrungen,
• Montagebelastung (z. B. Steckverbinder, Kabel, schwere Bauteile).

💡 Entwerfen Sie keine 0,8-mm-Platine mit einer 230-V-Steckdose am Ende. Das wird nicht überleben.

🧪 TEIL 3: Risse in Leiterplatten – Warum treten sie auf?

🤸 TEIL 4: Flexible Leiterplatten – wie arbeitet man damit?

Flex-Leiterplatten sind Laminate auf Basis von Polyimiden (z. B. Kapton), die:

• kann tausende Male gebogen werden (bei geschickter Konstruktion),
• sie haben keinen starren Kern,
• erfordern andere Pfadregeln (z. B. abgerundete Ecken, keine Pads auf der Faltlinie).

💡 Flex-Leiterplatte ≠ günstiger. Normalerweise teurer und anfälliger für schlechtes Design.

⚠️ TEIL 5: Designfehler

• Keine Leiterplattenunterstützung bei der Montage – die Platine bricht beim Einschrauben
• Zu wenige Schrauben = die Platte „tanzt“ auf den Abstandshaltern
• COB-Montage ohne starre Unterstützung = PCB-Mitte biegt sich von der Schraube
• Zu langes Kabel ohne Zugentlastung verlötet = Padbrüche
• Zu geringe Dicke vs. zu großer Kühler = PCB bricht während des Transports

📚 QUELLEN:

• IPC-2221 – Allgemeiner Standard für Leiterplattendesign
• DuPont – Leitfaden zum Design flexibler Schaltungen
• Würth – Mechanische Richtlinien für PCB-Designer
• Panasonic – Whitepaper zu PCB-Materialstärke und -dicke

✅ SCHLUSSFOLGERUNGEN:

• Die Dicke ist wichtig – aber es geht nicht nur darum, ob es passt, sondern auch, ob es hält
• Flex bedeutet nicht „biegen, wie Sie wollen“ – es bedeutet: Design zum Biegen
• Stützen, Abstandshalter, Buchsen, Dicke – all das macht den Unterschied zwischen einer Fliese, die 5 Jahre hält, und einer, die schon nach der ersten Installation reißt.

🔍 MODUL 8: So erkennen Sie gute und schlechte Leiterplatten

Sehen, Berühren, Messen – mehr brauchen Sie nicht, um nicht ins Zweitklass-Chinesisch abzurutschen.

🧠 EINLEITUNG – Der gesunde Menschenverstand:

Kacheln können sehr ähnlich aussehen, aber völlig unterschiedliche Funktionen haben.
In einem fließt der Strom wie auf einer Autobahn.
Im zweiten – wie durch Büsche und mit Rückstau.

Eine gute Leiterplatte ist nicht nur ein funktionierendes System – sie zeichnet sich auch durch Langlebigkeit, Kühlung, einfache Lötbarkeit sowie Feuchtigkeits- und Vibrationsbeständigkeit aus.
Schlechte PCBs sind:

• Wege wie Toilettenpapier,
• Pads, die abfallen, wenn Sie die Spitze berühren,
• Lötstoppmaske, die sich mit dem Finger ablösen lässt.

👁️ TEIL 1: Visuelle Beurteilung – was können Sie ohne Hilfsmittel sehen?

📌 Warnsignale:

• sichtbare „Spinnen“ in der Maske,
• unebene Wege, wie handgeschrieben,
• Pad kleiner als Bauteil (!)

✋ TEIL 2: Taktile Beurteilung – was spüren Sie in Ihren Fingern?

• Pads lösen sich = Kupfer-Laminat-Verbindung zu schwach
• Konvexe und weiche Leiterbahnen = zu wenig Kupfer oder Schmelzen
• Leiterplatte biegt sich wie ein Blatt Papier (>1 mm dick) = schlechtes Laminat oder zu dünne Schichten

💡 Eine gute Fliese sollte ihre Form behalten, Biegefestigkeit bieten, steife Kanten und glatte Löcher haben.

🔬 TEIL 3: Messgerät in der Hand – Schnelldiagnose

1. Track-Kontinuität (Summer-Modus)
   • Von Pad zu Pad prüfen
   • Summer stumm = Bruch, z.B. schlecht geätzt
2. Widerstand zwischen Masse und Stromversorgung
   • Wenn keine Stromversorgung vorhanden ist: ∞ oder Megaohm
   • <1kΩ → möglicher Kurzschluss (z.B. Flussmittelrückstände)
3. Widerstand zwischen parallelen Pfaden
   • Sie erwarten: >10 MΩ
   • <100 kΩ = zu nah oder zu feucht

🧪 TEIL 4: Thermischer Test – Was heiß wird, was nicht heiß werden sollte

Schalten Sie die Lampe ein und messen Sie die Temperaturen:

• LED,
• Kraftpfad,
• Powerpad,
• thermische Durchkontaktierungen.

📌 Hotspots auf Leiterplatten ohne Komponenten = schlechter Wärmekontakt, dünnes Kupfer, schlechte Qualität

⚠️ TEIL 5: Häufige Fehler bei schlechten Leiterplatten

• Schlechte Lochzentrierung – schwierige Montage
• Keine Lötstoppmaske zwischen den Pads - Lötzinn läuft aus, Kurzschlüsse
• Freiliegendes Kupfer = Korrosion nach einem halben Jahr
• „Billig aussehender“ Siebdruck = manchmal gibt es Designfehler …

📚 QUELLEN:

• IPC-A-600 – Akzeptanz von Leiterplatten
• JLCPCB QA – Kriterien für die visuelle Inspektion
• Würth – Leitfaden für die Konstruktion nach Herstellbarkeit
• EEVBlog-Forum – Horrorgeschichten aus der PCB-Qualitätssicherung

✅ SCHLUSSFOLGERUNGEN:

• Schon an der Tafel erkennen Sie, ob das Produkt mit Ihrem Verstand oder in Excel entworfen wurde
• Gute Leiterplatte = gleichmäßige Maske, gute Pads, nicht entflammbar, beständig
• Schlechte Leiterplatte = viel Nacharbeit, heiße Leiterbahnen, abblätternde Pads, Beschwerden

💡 MODUL 9: Lampenbeispiele – COB, SMD, Quantum Board

Werfen wir einen Blick in echte Lichtquellen und vergleichen wir die Herstellung ihrer Leiterplatten.

🧠 EINLEITUNG – Der gesunde Menschenverstand:

Jeder LED-Typ hat unterschiedliche Anforderungen:
• COB muss zentral und viel gekühlt werden,
• SMD will gleichmäßig und breit aufgestellt sein,
• Das Quantum Board ist eigentlich eine große Platine, die aus Hunderten kleiner LEDs besteht und sowohl als Quelle als auch als Strahler fungiert.

In diesem Modul werden drei Ansätze zum Entwurf von Leiterplatten für LEDs verglichen – wie es physikalisch, thermisch, elektrisch und in Bezug auf die Montage aussieht.

🔦 TEIL 1: COB – Diode in der Mitte, Hitze nach unten

• MCPCB (Metallkern)
• runde Form, oft 20–30 mm
• thermische Vias oder vollständiger thermischer Kontakt mit dem Substrat
• dicke Schicht Paste + M3- oder M4-Schraube gegen den Kühler gedrückt
• oft ohne Siebdruck – nur Kupfer + Lötstopplack

📌 Ziel: Die Wärme so schnell wie möglich von der Diode nach unten → durch die Paste → zum Kühlkörper zu leiten.
📌 Stromversorgung: Normalerweise 36–48 V Gleichstrom bei mehreren Ampere.

Was ist zu prüfen?

• Sind die Leiterbahnen am DC-Anschluss zu dünn?
• Ist MCPCB echt (Aluminium + Dielektrikum) und nicht billig FR-4
• Gibt es eine freiliegende thermische Oberfläche - keine Lötmaske unter der Diode

🔌 TEIL 2: SMD – Verteilte Quelle, gleichmäßige Kühlung

• FR-4 oder MCPCB, je nach Leistung
• Pfade: breite Strombusse, dünne Steuerbusse
• oft zweischichtig
• Siebdruck mit LED-, Treiber- und Widerstandsmarkierungen
• Wärmeleitelemente sind verteilt, nicht zentral

📌 Kein zentraler Wärmepunkt – die gesamte Oberfläche muss gleichmäßig gekühlt werden.
📌 Stromversorgung: oft Konstantstrom, z.B. 700 mA / 1050 mA bei 24-36 V

Was ist zu prüfen?

• Sind die Stromschienen breit genug?
• Gibt es keine „Hotspots“ auf der Platine – z. B. konzentrierte LEDs ohne Durchkontaktierungen?
• Ist die Leiterplatte weiß (reflektierend), wenn die Lampe keinen Reflektor hat?

🧮 TEIL 3: Quantenplatine – große Platine, viele LEDs, eine Logik

• FR-4 oder MCPCB (häufiger MCPCB)
• mehrere Dutzend bis mehrere Hundert LEDs (z.B. Samsung LM301, Osram 660 nm)
• Serien-Parallel-Stromversorgung (LED-Gruppen)
• Die Leiterplatte fungiert als Kühlkörper → sie muss auf den Metallrahmen geklebt oder gepresst werden
• oft integrierte Pads zum Anschluss von Strom, DIM, NTC

📌 Typische Spannung: 48 V, 96 V, manchmal 150+ V
📌 Ströme: 1–3 A für die gesamte Platine

Was ist zu prüfen?

• Qualität der Lötstellen – oft werden sie maschinell gelötet, aber man kann auch auf Kaltlöten stoßen
• Sind die Power Pads fettgedruckt (z.B. Leiterbahnen + Lötstoppmaske frei)
• Gibt es einen Schutz gegen Kurzschluss und Verpolung?
• Verbiegt sich die Leiterplatte? Das ist bei großen Platinen entscheidend!

🧪 VERGLEICH:

📚 QUELLEN:

• Bridgelux – Hinweise zum thermischen Design von COB
• Samsung – LM301 Datenblatt & Board-Richtlinien
• Handbuch für Gartenbeleuchtung – ASABE
• LEDTech – Quantum Board PCB-Layoutanalyse

✅ SCHLUSSFOLGERUNGEN:

• Jeder LED-Typ stellt unterschiedliche Anforderungen an die Leiterplatte:
• ✅ COB – Fokus auf zentrale Kühlung
• ✅ SMD – auf das Layout und die breite Stromversorgung kommt es an
• ✅ Quantum-Board – die gesamte Leiterplatte ist Strahler und Quelle in einem
• Gut gestaltete Leiterplatte = weniger Wärme, mehr Lumen, längere Lebensdauer
• Schlechte Leiterplatte = heiße Lampe, durchgebrannte LED, Energieverlust

🧠 MODUL 10: Entwerfen Sie Ihre eigene Leiterplatte

Vom ersten Pfad bis zum fertigen Gerber – ohne Fehler und ohne Rätselraten.

🎯 EINLEITUNG – Der gesunde Menschenverstand:

PCB-Design ist kein Copy-and-Paste aus dem Internet.
Es ist Entscheidung für Entscheidung:
• wie dickes Kupfer,
• wie breit der Weg ist,
• wo Durchkontaktierungen,
• sind 2 Schichten ausreichend,
• was sich erwärmt und was nur glänzt,
• wie man alles unterbringt und die Lampe nicht in eine Heizung verwandelt.

Dieses Modul ist eine praktische Checkliste für alle, die ihr eigenes Board bauen möchten – vom einfachen COB bis zum komplexen Quantenboard.

🧱 TEIL 1: Auswahl des Grundmaterials

💡 Wenn die LED 0,5 W überschreitet, ist FR-4 ohne durchdachte Kühlung zu wenig.

📐 TEIL 2: Kupferdicke und Leiterbahnbreiten

📌 Stellen Sie Folgendes sicher:

• die LED-Stromversorgungsschiene ausreichend breit ist,
• Vias ersticken weder Strom noch Wärme,
• Sie leiten nicht 2 A durch den Pfad wie bei einem USB-Ladegerät.

🧪 TEIL 3: Via, Pads, Löcher

• Thermal Via unter der LED – voller Kontakt mit der unteren Schicht oder dem Kühler
• Stromversorgungs-Vias – lassen Sie sie dick sein, viele Stücke
• Befestigungslöcher – im Abstand zu den Leiterbahnen, mit Lötstopplack verklebt
• Das Polster ist größer als das Bein – nicht umgekehrt!

📌 Tipp: Setzen Sie die Durchkontaktierung nicht in ein Pad ohne Metallisierung + Lötstoppmaske ein – Sie saugen das Lot an, das Pad löst sich und es kommt zu keinem Kontakt.

🧭 TEIL 4: Komponentenplatzierung

• LEDs zentral, symmetrisch - bessere Kühlung und Licht
• Stromversorgung von einem Punkt (Stern, nicht Serie)
• Transistoren und Treiber fern von empfindlichen Signalen (PWM, I2C)
• Sensoren (NTC) in der Nähe der Wärmequelle, aber nicht unter der Paste

💡 Konstruieren Sie, als würden Sie selbst löten und messen – das macht einen großen Unterschied.

🖨️ TEIL 5: Was muss auf den Ebenen sein?

Siebdruck:

• R1, D2, +, –, OUT, DIM, GND, NTC
• Logo, Revision, Datum, Spannungen
• evtl. Angaben zur Stromstärke oder „HOT!“

Lötstoppmaske:

• Die Pads dürfen sich nicht überlappen
• wo der Heizkörper = keine Maske, nur reines Kupfer

🧾 TEIL 6: Gerbera und Tellerbestellung

Vorbereiten:

• Ebenen oben, unten, Maske, Seide (normalerweise 6–8 Dateien)
• .drill-Datei mit Löchern
• optional: .bom (Stückliste)-Datei, .picknplace

Beliebte Tools:

• KiCad (Open Source, empfohlen)
• EasyEDA (einfach, online)
• Altium Designer (für Profis)

Wo bestellen?

• JLCPCB (günstig, schnell)
• PCBWay (Qualität)
• Eurocircuits (EU, super Qualität)
• Satland (PL)

🧪 TEIL 7: Was ist nach Erhalt zu prüfen?

• Übergang zwischen Pads und Vias → Meter, Summer
• Temperaturbeständigkeit des Lötkolbens
• Maskenglätte, Druckqualität
• Pfadbreite - Einhaltung des Projekts
• Es kommt zu keinem Kurzschluss auf den Lagen!

📚 QUELLEN:

• IPC-2221 – PCB-Designregeln
• Saturn PCB Toolkit – Leiterbahnrechner
• Würth – Richtlinien zur Layoutgestaltung
• JLCPCB – Checkliste für Gerber-Dateien

✅ SCHLUSSFOLGERUNGEN:

• Gutes Design = weniger Wärme, weniger Fehler, besseres Licht
• Jeder Verstärker, jeder Millimeter Gleis – zählen, nicht raten
• Bei Vias geht es nicht nur um Elektrik – sondern auch um Kühlung
• Planen Sie Ihr Layout wie ein Sanitärsystem – auch Wärme und Strom brauchen eine Route

🏁 DAS ENDE

Die LED-Lampe leuchtet, solange ihre Leiterplatte es zulässt. Nicht länger.

Sie können die besten Dioden, das perfekte Netzteil und ein Designergehäuse haben.
Aber wenn die Kachel:
- das Kupfer ist zu dünn,
– schlechte Kühlung,
– unüberlegte Wege,
– schlechte Lötmasken und keine Durchkontaktierung…
…es wird einfach kochen.

Nach dieser Anleitung:

• ✅ Sie wissen, wie PCB aus thermischer, elektrischer und mechanischer Sicht funktioniert,
• ✅ Sie können eine gute Fliese an der Berührung, der Farbe und dem Geräusch des Messgeräts erkennen.
• ✅ Sie wissen, wie Sie Ihr eigenes Projekt ohne Peinlichkeiten, Kurzschlüsse und Verbrennungen durchführen können.
• ✅ und Ihre Lampen funktionieren nicht „nach Augenmaß“, sondern nach physikalischen Gesetzen.

Denn ein echter LED-Lampen-Ingenieur beginnt nicht mit einer LED.
Es beginnt mit der Kupferschicht und darunter.