Wärmemanagement bei der LED

Zuverlässig gekühlt bis in die dritte Dimension

30.04.15 | Autor / Redakteur: Stefan Hörth * / Hendrik Härter

Geeignete Leiterplatte: Für die Hintergrundbeleuchtung von Anzeigeflächen in Flughäfen (rechts) werden Cogistrip-Module vor Ort zu Leuchtschnüren aneinandergereiht und montiert (links)
Geeignete Leiterplatte: Für die Hintergrundbeleuchtung von Anzeigeflächen in Flughäfen (rechts) werden Cogistrip-Module vor Ort zu Leuchtschnüren aneinandergereiht und montiert (links) (Häusermann)

Hochleistungs LEDs und Wärmemanagement auf engem Raum: Mit einer FR4-Leiterplatte lassen sich anspruchsvolle Leuchtendesigns mit LEDs entwickeln. Wir zeigen Ihnen die Vorteile.

Bei Werbe- und Anzeigenflächen auf Flughäfen mit Größen von bis zu 80 Quadratmeter leuchtet das Billboard-Beleuchtungsmodul cogiSTRIP mit einer gesamten LED-Leistung von 3 kW. Das Einzelmodul besteht aus Osram-LEDs der Oslon-Serie mit 6 x 3 W und einem Abstrahlwinkel von bis zu 150° sowie hermaphroditischen Steckern an beiden Enden für die Versorgungs- und Steuerleitungen. Über die Steckkontakte können 50 und mehr LED-Module direkt vor Ort zu Bändern aneinandergereiht und an der gewünschten Frontfläche montiert werden.

Die Besonderheit der Module ist die vierlagige FR4-Leiterplatte mit eingebetteten Kupferprofilen zur Wärmespreizung direkt unter den Hochleistungs-LEDs. Microvias stellen einen direkten Wärmepfad von der LED zum Kupferprofil her. Die in der Leiterplatte integrierte elektrische Isolationsschicht erreicht ohne zusätzliche isolierende Folien Spannungsfestigkeiten von über 4 kV. Da die Module vor Ort montiert werden, wäre ein anderer Aufbau mit zusätzlichen Wärmeleitpasten oder Folien zur mechanischen Befestigung der Platinen ungeeignet und nicht praktikabel.

Ergänzendes zum Thema
 
Verschiedene Leiterplatten im Vergleich

Minimaler thermischer Widerstand zur Wärmesenke

Dank des direkten Platzierens der Kupferelemente an der Wärmequelle ist ein minimaler thermischer Widerstand zur Wärmesenke garantiert, wodurch die Wärme gezielt und zügig abgeleitet wird. Selbst bei ungünstiger Einbausituation beträgt die Lebensdauer 100.000 Stunden. Dazu wird die LED-Temperatur direkt gemessen und die Leistung über einen Mikrocontroller entsprechend angepasst, so dass die maximal zulässige LED-Temperatur nicht überschritten wird.

Eine aktive oder passive Kühlung bei einer LED

Wärmemanagement bei einer LED

Eine aktive oder passive Kühlung bei einer LED

29.04.15 - Für einen LED-Leuchten-Designer spielt neben Stromversorgung und Optik das Wärmemanagement eine entscheidende Rolle. Doch wann ist eine aktive oder passive Kühlung vorzuziehen? lesen

Der Schaltungsträger für das Beleuchtungsmodul cogiSTRIP ist eine HSMtec-Leiterplatte. Die patentierte HSMtec-Leiterplatte besteht aus dem Standard-Leiterplattenmaterial FR4 und Kupferelementen. Die Kupferelemente mit variablen Breiten von 2 bis 12 mm und individueller Länge werden an den Stellen, wo die Wärme abgeleitet werden soll, additiv zur Verstärkung der Leiterbahnen aufgebracht. Zum Beispiel direkt unter einem High-Brightness-LED-Hotspot. Mit einem patentierten Ultraschallverfahren werden die Kupferprofile stoffschlüssig mit dem geätzten Leiterbild der einzelnen Lagen verbunden. Nach dem Verpressen des Multilayers befinden sich die Kupferelemente im Innern der Leiterplatte.

Ergänzendes zum Thema
 
Tipp: Lichtqualität und Lebensdauer der LED

Die Kupfer-Profile oder Drähte können in jeden Multilayer aus FR4-Leiterplattenmaterial integriert werden. Nach dem Verpressen befinden sich die Kupferelemente etwa 60 µm unterhalb der Leiterplattenoberfläche. Das schafft Platz auf der Leiterplattenoberfläche und ermöglicht das Bestücken und Weiterarbeiten mit Standardprozessen. Der Lagenaufbau lässt sich je nach Design und Anforderung für die Entwärmung mit Microvias, Thermovias (mit Kupfer durchkontaktierte Bohrungen wahlweise mit Wärmeleitpaste verfüllt), Sacklöchern und Buried Vias kombinieren. Direkt unter der LED können Microvias platziert und mit den Kupferprofilen kontaktiert werden. Vorteil: Die Wärme wird rasch und ohne Nadelöhr im thermischen Pfad von der LED abgeleitet und im Kupferprofil gespreizt.

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