LED PCB Design
Layout, Thermomanagement und Best Practices
Kurzantwort
LED-PCB-Design dreht sich umThermomanagement: Wärme von der LED-Junction effizient ableiten.
Schlüssel: Große Kupferflächen, Thermal Vias, und bei Hochleistungs-LEDs MCPCB (Metal Core PCB) statt FR4.
PCB-Typen für LED-Anwendungen
| PCB-Typ | Wärmeleitfähigkeit | Anwendung | Kosten |
|---|---|---|---|
| Standard FR4 | 0,3 W/mK | Low-Power LEDs (<0,5W) | € |
| FR4 + Thermal Vias | ~1 W/mK (effektiv) | Mid-Power LEDs (0,5-1W) | €€ |
| IMS (Insulated Metal) | 1-3 W/mK | High-Power LEDs (1-3W) | €€€ |
| MCPCB (Metal Core) | 2-8 W/mK | Hochleistungs-LEDs (>3W) | €€€€ |
| Keramik (Al₂O₃) | 20-30 W/mK | COB-Module, extreme Anforderungen | €€€€€ |
Thermomanagement-Strategien
1. Kupferflächen maximieren
- • GND-Plane als Wärmesenke nutzen
- • Mindestens 35µm Kupferdicke (70µm für High-Power)
- • Thermal-Pad unter LED vollflächig anbinden
- • Thermal-Relief vermeiden bei LED-Pads
2. Thermal Vias einsetzen
- • Via-Durchmesser: 0,3-0,5mm
- • Via-Abstand: 1,0-1,5mm
- • Mit Kupfer gefüllt für beste Leitung
- • Direkt unter dem Thermal-Pad positionieren
3. Wärmepfad optimieren
- • Durchgängiger Kupferpfad zum Kühlkörper
- • Keine Engstellen im Wärmefluss
- • Wärmeleitpaste zwischen PCB und Kühlkörper
4. LED-Abstand beachten
- • Mindestabstand: 2× Chip-Größe
- • Bei Hochleistung: 5-10mm zwischen LEDs
- • Hotspot-Überlappung vermeiden
PCB-Layout Best Practices
- 1
Gleiche Leiterbahn-Längen
Für Farbkonsistenz bei RGB-LEDs identische Pfadlängen zu allen LEDs einer Gruppe
- 2
ESD-Schutz vorsehen
TVS-Dioden nahe den LED-Eingängen platzieren, Schutzschaltung gegen Überspannung
- 3
Entkopplung nicht vergessen
Kondensatoren nahe am Treiber-IC, kurze Leitungen zum Power-Eingang
- 4
Reflektivität beachten
Weiße Lötstoppmaske erhöht Lichtausbeute um 3-5%
- 5
Ausrichtungshilfen
Fiducials für SMD-Bestückung, Montagelöcher für Optik-Ausrichtung
Häufige Fragen
Wann brauche ich ein MCPCB?
Empfohlen ab etwa 2-3W Verlustleistung pro LED oder wenn:
- Keine Konvektion möglich (geschlossenes Gehäuse)
- Hohe Umgebungstemperatur (>40°C)
- Extreme Lebensdauer-Anforderungen
- Kompakte Bauform ohne externen Kühlkörper
Wie viele Thermal Vias sind nötig?
Faustregel: Via-Array mit 1mm Raster unter dem gesamten Thermal-Pad. Für eine 5×5mm LED etwa 16-25 Vias. Mehr ist besser, bis der Platz ausgereizt ist.
Kann ich LEDs direkt auf Aluminium löten?
Nein, Aluminium ist nicht lötbar. MCPCB hat eine dünne Isolationsschicht mit Kupferbeschichtung auf dem Aluminium-Kern. Diese Kupferschicht ist lötbar und elektrisch isoliert vom Metallkern.