Wenn Sie in eine moderne Glühlampe, eine Straßenlaterne oder sogar einen Autoscheinwerfer schauen, sehen Sie oft eine kleine weiße Platine mit vielen gelben Chips.
Diese Platine ist eine LED-PCB – die versteckte Plattform, die LED-Beleuchtung möglich macht. Sie verbindet die LEDs elektrisch, stützt sie mechanisch und leitet die Wärme ab, damit sie jahrelang hell leuchten können.
Dieser Leitfaden erklärt, was eine LED-Leiterplatte ist, warum sie sich von einer normalen Leiterplatte unterscheidet, welche Haupttypen und Materialien es gibt und was Sie prüfen sollten, bevor Sie bestellen oder testen.
Was ist eine LED-PCB?
Eine LED-PCB (auch LED-Licht-Leiterplatte) ist eine gedruckte Leiterplatte, die speziell für das Bestücken und Versorgen von Leuchtdioden entwickelt wurde.
Sie bietet elektrische Verbindungen, mechanische Stabilität und Wärmeleitung – drei Dinge, die jede LED für einen sicheren Betrieb braucht.
Im Gegensatz zu üblichen FR-4-Leiterplatten in der Elektronik müssen LED-Platinen deutlich höhere Temperaturen verkraften. LEDs wandeln einen großen Teil der Energie in Wärme um; wird diese nicht abgeführt, sinkt die Helligkeit und die Lebensdauer verkürzt sich. Deshalb verwenden viele LED-PCBs Leiterplatten mit Metallkern (MCPCB), die die Wärme schnell zu einem Kühlkörper oder Metallgehäuse leiten.
Warum Metallkern-(Aluminium-)Leiterplatten?
Normale FR-4-Platinen (Glasfaser/Epoxid) sind für kleine Anzeige-LEDs ausreichend, kommen bei moderner Hochleistungsbeleuchtung jedoch an Grenzen.
Die Lösung sind MCPCBs – meist mit Aluminium als Basismaterial.
Die Aluminiumschicht wirkt wie ein integrierter Kühlkörper. Unter den Kupferstrukturen liegt eine dünne dielektrische Schicht, die Wärme überträgt und gleichzeitig elektrisch isoliert. So wandert die Wärme von der LED-Sperrschicht über die Lötpads in die Metallbasis und weiter an die Luft oder einen externen Kühlkörper.
Vorteile:
- Sehr gute Wärmeleitfähigkeit (ca. 5–10× besser als FR-4)
- Niedrigere Betriebstemperatur, längere LED-Lebensdauer
- Robuste, verwindungssteife Struktur
Einschränkungen:
- Etwas höhere Kosten
- Nicht ideal für mehrlagige oder sehr dichte Signalleitungen
Für die meisten Hochleistungs-LED-Lampen, Fluter und Fahrzeugscheinwerfer sind Aluminium-PCBs die erste Wahl.
Haupttypen von LED-PCBs und typische Einsätze
Nicht jede LED-Platine ist gleich – die Auswahl hängt von Leistung, Flexibilität und Kosten ab.
• Starre FR-4-LED-PCBs
Für Anwendungen mit niedriger Leistung wie Bedienfelder oder einfache Lichtmodule. Preiswert und leicht herzustellen, aber begrenzte Thermik.
• Metallkern-PCBs (Aluminium oder Kupfer)
Der Standard für mittlere bis hohe Leistungen. Aluminium schafft mehrere Watt pro LED; Kupfer wird für extreme Leistungen oder präzise optische Module genutzt.
Typische Einsätze: Fluter, Scheinwerfer, COB-Module, UV-/IR-Lampen.
• Flexible LED-PCBs (FPC)
Aus Polyimid-Folie, leicht biegbar und in langen Formen schneidbar. Grundlage für LED-Streifen und flexible Backlights. Da die Wärmeableitung geringer ist, werden sie meist mit niedrigen Strömen betrieben oder auf Aluminiumprofilen gekühlt.
• Hybride bzw. Mehrlagige Platinen
Kombinieren FR-4 mit Metallkern oder stapeln mehrere Lagen (Treiber, Steuerung, Sensoren) in einem Modul. Häufig in Automotive- und Profi-Beleuchtung.
Kurzüberblick:
| Typ | Typische Dicke | Kupferauflage | Anwendung |
|---|---|---|---|
| FR-4 (starr) | 1,0–1,6 mm | 1 oz | Anzeigen, Panels |
| MCPCB (Aluminium) | 1,0–1,6 mm | 1–3 oz | Lampen, Leuchtmittel |
| Metallbasis Kupfer | 1,0–2,0 mm | 2–3 oz | sehr leistungsstarke LEDs |
| FPC (flexibel) | 0,1–0,3 mm | 1 oz | LED-Strips |
| Hybrid/Mehrlagig | kundenspezifisch | 1–3 oz | Automotive-Module |
Materialien und Optik
• Basismaterial
- Aluminium: bestes Verhältnis aus Kosten, Gewicht und Wärmeverteilung
- Kupfer: höchste thermische Performance für extreme Lasten
- FR-4: am günstigsten, gut für kleine/indikative LEDs
• Lötstopplack-Farbe
Weiß ist Standard bei LED-PCBs, da es Licht reflektiert und die Helligkeitsgleichmäßigkeit verbessert. Hochwertiger weißer Lack sollte beim Reflow oder Dauereinsatz nicht vergilben.
• Oberflächenfinish
Häufig ENIG (chem. Nickel/Gold) für Ebenheit und Korrosionsschutz, oder OSP für kostensensitive Projekte. Auch Immersion Tin ist bei Streifen verbreitet. Wichtig: saubere, reflektierende Oberfläche mit gleichbleibender Lötbarkeit.
Thermische und elektrische Grundlagen
• Wärmepfad verstehen
Wärme fließt von der LED-Sperrschicht → Lötpad → dielektrische Schicht → Metallkern → Kühlkörper → Luft.
Jeder Abschnitt fügt thermischen Widerstand hinzu; je kleiner die Summe, desto kühler und langlebiger die LED.
• Kupferstärke und Leiterbahnbreite
Höhere Ströme erfordern dickeres Kupfer (2–3 oz) oder breitere Bahnen, um Spannungsabfall und Überhitzung zu vermeiden. Kupferflächen unter/um die Pads verteilen Wärme zusätzlich.
• Thermovias vs. direkter Wärmepfad
FR-4-Platinen nutzen Thermovias (Gitter aus durchkontaktierten Bohrungen), um Wärme auf die Unterseite zu leiten. Bei MCPCBs übernimmt dies der Metallkern – Vias sind nicht nötig.
• Erdung und Ansteuerung
Jede LED-Schaltung benötigt eine stabile Masse als Referenz und Rückstrompfad. Saubere Erdung verhindert Flimmern, EMV-Störungen und ESD-Probleme. Für konstante Helligkeit sind Konstantstrom-Treiber ideal; reine Vorwiderstände eignen sich nur für kleine Anzeigen.
• Optische Gleichmäßigkeit
Gleiches LED-Raster und präzise Lötstop-Aussparungen sichern gleichmäßige Helligkeit. Farbunterschiede vermeiden Sie durch kontrollierte Pad-Toleranzen und Lotdicken.
Referenzwerte für Spezifikationen
| Parameter | Übliche Werte | Hinweise |
|---|---|---|
| Leiterplattendicke | 1,0 / 1,2 / 1,6 mm | Standard bei MCPCB |
| Kupferstärke | 1–3 oz | 2 oz typisch für Power-LEDs |
| Dielektrikum | 75–150 µm, k = 1–3 W/m·K | Wärmeleitendes Prepreg |
| Min. Leiter/Abstand | 6 mil / 6 mil | Standard-Fertigung |
| Min. Bohrung | 0,3 mm | Mechanische Befestigung |
| Lötstopplack | Weiß, hochreflektiv | Vergilbungsarm |
| Verzug | ≤ 0,5 % | Wichtig bei langen Leisten |
| Oberflächenfinish | ENIG / OSP / Immersion Tin | je nach Design |
Häufige Anwendungen
• LED-Streifen und -Leisten
Lange, schmale Platinen mit vielen in Reihe geschalteten LEDs. Oft als V-Nut-Panels oder per Steckverbinder gekoppelt. Achten Sie auf Spannungsabfall über die Länge; speisen Sie idealerweise an beiden Enden bzw. alle 0,5 m ein.
• Automotive und Outdoor
Module mit hoher Leistung müssen Vibration, Feuchtigkeit und Hitze standhalten. Häufig werden Aluminiumgehäuse als Chassis und Kühlkörper genutzt. Schutzlack (Conformal Coating) oder Silikon verhindert Korrosion.
• Medizin und Industrie
Wo Zuverlässigkeit und Farbstabilität entscheidend sind – OP-Leuchten, Inspektionslampen, UV-Härtung. Erfordert konstante Thermik und sehr saubere Oberflächen (ohne Flussmittelreste/Kratzer).
DFM-Checkliste für Prototyping & Serie
Gute Design-for-Manufacture-Praxis spart teure Nacharbeit:
- Daten & Unterlagen
Gerber, Bestückkoordinaten (XY) und Stückliste (BOM) bereitstellen.
Polungsmarkierungen für LEDs/Steckverbinder klar kennzeichnen. - Lötstopp & Beschriftung
Weiße Lötstopp-Öffnungen um LED-Pads prüfen, Verunreinigung vermeiden.
Siebdruck darf Pads und Fiducials nicht überdecken. - Panelisierung & Handling
Für lange/dünne Platinen V-Nut oder Tab-Routing mit Sollbruchstellen nutzen.
Werkzeuglöcher und Fiducials für Bestückungsgenauigkeit vorsehen. - Reflow & Temperaturprofil
Kontrolliertes Profil < 250 °C, um Vergilbung/Verzug zu vermeiden.
Zuerst kleine Losgrößen testen, besonders bei großen COB-LEDs. - Funktion & Burn-in
Jede Baugruppe nach dem Bestücken einschalten.
Alterungstest 8–12 h bei Nennstrom, um Frühausfälle zu erkennen.
So sichern Sie gleichmäßige Farbe, Helligkeit und Lebensdauer in der Serie.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
F1: Was ist eine LED-PCB?
Eine für LEDs optimierte Leiterplatte. Sie verbindet und versorgt die LEDs und managt die entstehende Wärme. Meist auf Aluminium- oder anderen Metallkernen aufgebaut.
F2: Haben LED-Lampen Leiterplatten?
Ja. Nahezu jede moderne LED-Lampe oder jeder LED-Streifen nutzt eine Leiterplatte für LEDs, Treiber und Widerstände. Selbst „Glühlampen“ mit LED enthalten innen eine kleine Aluminiumplatine.
F3: Warum brauchen LEDs auf der Platine Masse?
Die Masse ist Referenz und Rückstrompfad. Ohne sie drohen Flimmern oder Ausfälle. Masseflächen reduzieren zudem Störungen und ESD.
F4: Wofür stehen LED und PCB?
- LED: Light-Emitting Diode (Leuchtdiode)
- PCB: Printed Circuit Board (gedruckte Leiterplatte)
F5: Kann ich FR-4 statt Aluminium verwenden?
Für kleine Anzeige-LEDs ja. Bei hoher Leistung oder Dauerbetrieb überhitzt FR-4 jedoch schnell. Nutzen Sie dann Aluminium-MCPCB oder setzen Sie Thermovias plus externen Kühlkörper ein.
Fazit
Die LED-Technik entwickelt sich weiter, doch die Leiterplatte darunter bleibt der Schlüssel für Leistung und Lebensdauer.
Eine gut konstruierte LED-PCB kontrolliert die Wärme, sorgt für stabilen Strom und gleichmäßige Helligkeit über viele tausend Betriebsstunden.
Wenn Sie eine LED-Leiterplatte entwerfen oder bestellen, beginnen Sie mit Leistungsniveau und thermischem Ziel, wählen Sie dann Material, Kupferstärke und Oberflächenfinish. Geben Sie klare Fertigungsdaten weiter und testen Sie die erste Charge unter realen Bedingungen – so leuchten Ihre LEDs heller, zuverlässiger und länger.
