LED-PCB-Design-Tipps für Herstellbarkeit und thermische Leistung

Wenn Sie LED-Module für Automobil, Straßenbeleuchtung, Beschilderung oder Hintergrundbeleuchtung entwerfen, ist der schnellste Weg, um thermische, optische und Kostenziele zu erreichen, von Anfang an LED-PCB-Fertigung zu integrieren. Die folgenden Richtlinien sind aus Tausenden von Projekten destilliert – nutzen Sie sie als praktische Checkliste, um Neuentwürfe zu reduzieren, Hotspots und Flackern zu vermeiden und die Time-to-Production zu verkürzen.

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Benötigen Sie die richtige Basistechnologie für Ihr Modul? Siehe: Metallkern-PCBs (MCPCB) · Keramik-PCBs · Flexible PCBs · Hochthermische PCBs

Wärmepfad: FR-4 vs. MCPCB (Nicht gleich behandeln)

FR-4 LED-PCBs
Verwenden Sie Via-in-Pad (gefüllt und abgedeckt) oder dichte Wärme-Via-Felder direkt unter den LED-Wärmepads, um Wärme in die Rückseitenkupferung/Kühlkörper abzuleiten. Typische Startpunkte: 0,25–0,35 mm Löcher, 0,8–1,2 mm Abstand verbunden mit großen Kupferflächen. Halten Sie den Leiter-zu-Kanten-Abstand ≥0,5 mm (erhöhen auf ≥1,0 mm für Hochspannungsstreifen), um den Kriechstrom zu schützen und Kurzschlüsse durch Gratbildung zu vermeiden.

MCPCB / Aluminium- oder Kupferkern
Verlassen Sie sich nicht auf plattierte Durchkontaktierungen in den Metallkern. Optimieren Sie durch Spezifikation hochleitfähiger Dielektrika (≈1,0–5,0 W/m·K) mit kontrollierter Dicke, Vergrößerung der Kupferausbreitungsflächen und – bei konzentrierter Leistung – Verwendung von Kupfermünzen oder eingebetteten Wärmeleitern. Für optische Effizienz: Spezifizieren Sie weiße Lötmaske mit ≥88 % Reflexion bei 550 nm (integrierende Kugel gemessen, UV-stabile Formulierung).

LED-Abstand & Array-Planung (Methode zuerst)

Beginnen Sie mit der Leistungsdichte (W/cm²) und dem Ziel-Junction-Temperaturanstieg (ΔTj), dann wählen Sie den Abstand, den Ihr Basismaterial thermisch und optisch unterstützen kann.

Mittelstarke SMD auf FR-4: Beginnen Sie mit 2,5–3× Gehäusekantenlänge als Mitte-zu-Mitte-Abstand, dann optimieren Sie über Prototypen oder Simulation.
Hochleistungs-LEDs auf MCPCB: Verwenden Sie 5–10 mm als Machbarkeitsstart, überprüfen Sie mit thermischer Abtastung unter Worst-Case-Betrieb und Umgebung.
Versetzte Arrays verbessern meist die Gleichmäßigkeit und reduzieren Wärmekopplung im Vergleich zu strengen Gittern bei gleicher Bauteilanzahl.
Für lineare/Streifenmodule kann alternierende LED-Ausrichtung die Schleifenfläche verkleinern und EMI in Treiberabschnitte reduzieren.

Strombelastbarkeit & Spannungsabfall (IPC-2152-basiert)

Dimensionieren Sie Leiterbahnen nach zulässigem Temperaturanstieg und einem Spannungsabfall-Budget (oft begrenzt auf ≤3 % Gesamtabfall vom Treiber zur entferntesten LED). Als schnelle Referenz (1 oz Kupfer, 25 °C Umgebung, natürliche Konvektion – validieren Sie für Ihre Bedingungen):

Gleichstrom	Länge ≤10 mm	Länge 10–50 mm
20–60 mA	0.15–0.20 mm	0.20–0.30 mm
100–350 mA	0.25–0.40 mm	0.40–0.70 mm
≥1 A (Busse)	0.80–1.50 mm	1.50 mm+ oder 2 oz Kupfer

Verteilung ist entscheidend: Bevorzugen Sie Sterntopologien von einem niederohmigen Knoten gegenüber Daisy-Chains, um sichtbare Helligkeitsgradienten zu vermeiden. Fügen Sie Testpunkte an Stromschienen/Strings hinzu, um ICT- und Funktionsprüfungen zu beschleunigen.

Für steuerungsimpedanzgeregelte Treiber-/Steuerungsabschnitte dimensionieren Sie Leiterbahnen vorab mit dem Impedanzrechner.

LED PCB

Pad, Lötmaske & Kennzeichnung (Für Ausbeute und Optik optimiert)

Lötmaskenüberstand: +0,05–0,10 mm pro Seite über Kupferpads, um Registrierungsfehler auszugleichen und Brückenbildung zu verhindern.
COB/COB-ähnliche Zonen: Fügen Sie Maskendämme zwischen Bondpads hinzu, um Klebstoff zu begrenzen und die Die-Attach-Zone sauber zu halten.
Weiße Maske: ≥88% Reflexion bei 550 nm und UV-Stabilität angeben, um Vergilbung während der Lebensdauer zu widerstehen.
Tropfenförmige Pads: Verwenden Sie diese an Übergängen zwischen Pad und Leiterbahn für mechanische Robustheit/Fertigungstauglichkeit (kein primärer Wärmeableiter).
Klare Beschriftungen: Polaritätsmarkierungen (Symbol + Text), Strombelastbarkeit/Widerstände nahe Treibern, Version/Datumsangaben in Kupfer für dauerhafte Rückverfolgbarkeit.

Prüfbarkeit, AOI-Referenzpunkte & Panelisierung (Sauber, Niedrige Spannung)

Testzugang: Spannungs-/Strom-Testpads pro String freilegen; Platzieren Sie globale + lokale Referenzpunkte diagonal für AOI-Genauigkeit.
Thermische Probenahme: Temperatursondenpads in der Nähe der kritischsten LEDs zur Validierung anbringen.
Panelisierung:
- V-Schnitt für Rechtecke; Tab-Routing + Mäusebisse für unregelmäßige Formen.
- Mäusebisse: Ø0,6–0,8 mm, Abstand 0,8–1,2 mm; Bauteile ≥1,0–1,5 mm von Plattenrand/Bissen halten.
- Fügen Sie Handlingschienen für SMT hinzu; Entfernen nach Reflow/Depaneling.

Fertigungsbereite Dokumentation (Schnell starten, Nacharbeit vermeiden)

Produktionsfertige LED-PCBs beginnen mit einem vollständigen, eindeutigen Dokumentenpaket. Verwenden Sie die folgende Checkliste, um Verzögerungen, Rückfragen und Neuauflagen zu vermeiden.

1) Quelldateien & Kennungen

Fertigungsdaten: Gerber/ODB++-Dateien, Bohrdateien, Netlist (falls verfügbar) und eine kurze README mit Bauhinweisen.
Eindeutige IDs: Projektname, Revision und Datum in jeder Datei; Rev./Datum in Kupfer auf der PCB für Rückverfolgbarkeit.
Stückliste (AVL-bereit): MPN, RefDes, Menge, DNP-Markierungen und genehmigte Alternativen; Listen Sie LED-Bin/CCT/CRI nach Referenzdesignator auf (z.B. D1–D10 = 3000K BIN 3).
CPL/XY (Pick-and-Place): RefDes, Package, Rotation, Seite, X/Y-Koordinaten, Einheiten und Board-Ursprung.
Pre-Flight-Prüfung: Überprüfen Sie Layer/Aperturen vor dem Versand mit dem Gerber-Viewer.

2) Fertigungshinweise (FR-4, MCPCB, Keramik, Flex)

Basisauswahl: Angabe von FR-4 / MCPCB / Keramik / Flex mit Dielektrikum, Gesamtdicke und Kupfergewicht (z.B. 1 oz / 2 oz)
Schichtaufbau & Ziele: Schichtfolge, Impedanzanforderungen (falls vorhanden), Lötstoppmasken-/Beschriftungsfarben
Kanten & Kriechstrecken: Leiterbahn-Kantenabstand ≥0,5 mm (≥1,0 mm für Hochspannungsleiter); Nuten/Fasen/Sperrzonen definieren
Lötstoppmaske & Pads: Maskenausdehnung +0,05–0,10 mm pro Seite; Maskendämme in COB-Bereichen. Weiße Maske mit ≥88% Reflexion bei 550 nm (UV-beständig)
Panelisierung: Panelgröße, V-Schnitt oder Tab-Routing + Mäusebisse (Ø 0,6–0,8 mm, Abstand 0,8–1,2 mm), Führungsschienen, Fiducials (global + lokal)
Kennzeichnungen: Polarität "+/-", Spannungswarnungen, 1D/2D-Barcode (falls erforderlich), Verpackungsetikettenfelder (PN, Charge, Menge)

3) Thermische, Strom- & Optikziele

Thermische Ziele: Zulässige ΔTj, heißeste LEDs zur Probenahme, Temperaturmesspad-Positionen
Strom & Spannungsabfall: IPC-2152-Leiterbahnberechnungen und ≤3% End-to-End-Abfallbudget; 2 oz/3 oz-Kupferbusse vermerken
Optische Kriterien: Gleichmäßigkeits-/Helligkeitsziele, zulässige Farbverschiebung, Wahl weißer/schwarzer Maske für Reflexion/Blendung

4) Montageanweisungen (LED-spezifisch)

Reflow-/Wellenlötprofile: Spitzentemperatur, Vorheiz-/Spitzenzeiten; MCPCB/Keramikprofile (hohe Wärmekapazität)
Schablone & Lotpaste: Schablonendicke und Öffnungen (Fensterrastern für große Thermopads); Lotlegierungs-/Flussmitteltyp
Niedrige Lunkerrate: Akzeptanzkriterien für Thermopads (≤10–15% durchschnittliche Lunker) und Probenahmemethode
LED-Handhabung: Binning/CCT/CRI-Probenplan, Anti-Mischungsregeln, Linse/Fenster-Hinweise
Sonderprozesse: Konformalbeschichtung/Verguss (Maskierungsplan), Klebstoffe/Vergussmaterialien, Drehmoment/Befestigung, Aushärtezeiten

5) Test- & Qualitätsplan

ICT/Funktionstest: Testpunktkarte, Schwellenwerte, PASS/FAIL-Fenster; für Konstantstromtreiber Strom-/Spannungsbereiche angeben
AOI/Röntgen: Kriterien für große Thermopads/BGAs; AOI-Toleranzen für Rotation/Text
Stichproben & AQL: Losstichprobenprozentsatz und AQL-Niveau; DOA-Behandlung und Bearbeitungszeit
Zuverlässigkeit (bei Bedarf): Thermische Zyklen, Feuchtehitze, Salzsprühnebel und Burn-in-Bedingungen/Dauer
Konformitätspaket: RoHS/REACH-Erklärungen, UL-Datei (falls zutreffend), CoC/CoA, Materialrückverfolgbarkeit

Schnelle DFM-Checkliste (in PRD einfügen)

Basistechnologie nach Leistungsdichte gewählt (FR-4 + Wärmevias / MCPCB / Keramik / Flex)
ΔTj-Ziel & Spannungsabfallbudget zugewiesen; Leiterbahnen nach IPC-2152 dimensioniert
Weiße Maskenreflexion (≥88% bei 550 nm), Beschriftungen & Polmarkierungen bestätigt
Testpads/Fiducials platziert; Führungsschienen & Panel-Methode (V-Schnitt oder Tab-Routing) ausgewählt
Kantenabstände & Kriechstrecken geprüft (insb. Hochspannungsleiter)
Binning/CCT-Zuordnung dokumentiert; Lunkergrenzen für Thermopads definiert
Dateien bereit: Gerber/ODB++, BOM, CPL/XY, Testplan; Vorschau im Gerber Viewer
Montageweg festgelegt (SMT oder Komplettservice)

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IPC-2152-Leiterbahnprüfung und Spannungsabfall-Optimierung (Sternverteilung vs. Daisy Chain)
Masken/Schablonen-Optimierung für Lötstellen mit geringer Lunkerbildung (Ziel ≤10–15%)
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