Hallo, rätsele gerade darüber, wie Alukern-Platinen für Power-LEDs eigentlich genau funktionieren. Wenn ich es richtig verstanden habe, bekommt man entweder eine sehr dünne, "normale" ein- oder zweiseitige Platine aus FR4, die auf ein Alublech laminiert wurde (so im Prinzip). Oder man bekommt zwei normale, sehr dünne FR4-Platinen, die als Sandwich einen Alukern einschließen, wobei auch Durchkontaktierungen durch den Alukern möglich sind. Meine Frage zielt darauf ab, wie genau man die Wärme von dem LED-Chip in das Alu einleitet. Macht man in den FR4-Teil Ausfräsungen und klebt den Chip direkt auf den Aluträger, wobei die Anschlussbeinchen der LED dann auf die Platine ragen und dort verlötet werden? Oder bekommt die Platine einfach eine Massefläche (beidseitig), die mit möglichst vielen Vias versehen wird, so dass die Wärme durch die Platine hindurch in den Alukern übertragen wird? Wie stellt man dann die elektrische Isolation zwischen Chip Heatpad und Alukern sicher, oder ist die schlicht nicht möglich? So wie ich es sehe, sind die meisten LED-Chips aber untenrum plan, so dass das mit der Ausfräsung nicht funktionieren wird. Bei einseitigen FR4-Platinen auf Alukern gibt es ja eigentlich gar keine Möglichkeit, die Wärme durch das FR4 hindurchzuleiten, oder nimmt man diesen Übergangswiderstand einfach in Kauf?
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Achso, konkret geht es um eine größere Anzahl Cree MC-Es auf einer Platine.
Doch, im Prinzip ist es so, dass auf das Alu ein dünnes Prepreg (oft FR4, kann in speziellen Fällen auch eine Folie ähnlich Kapton sein) aufgetragen wird und der Aluträger vollständig isoliert ist. Die Wärme geht durch den Prepreg in das Aluminium. Die Wärmeleitfähigkeit ist deshalb so viel besser als bei einer FR4-Platine, weil der Prepreg sehr dünn (oft <150um) ist. Dadurch kommt man auf Wärmeleitwerte von 1..3 W/mK, was verglichen mit dem was das Alu selbst hat (200..350 W/mK) immer noch ein Witz ist. Wenn du Dukas mit einem mittig liegenden Aluträger haben willst, wird die Sache sehr viel teuerer, weil der Aluträger zuerst (mit größerem Durchmesser) vorgebohrt wird. Die Löcher werden dann mit einem Harz wieder verfüllt. Dann kommen die Prepreglagen auf beide Seiten, werden gebohrt (durch das Harz), durchkontaktiert, geätzt, gestripped und mit Lötstop versehen. Die Dukas gehen (nicht direkt) durch das Alu selbst, sondern durch die mit Harz verfüllten Löcher. Im Idealfall hat der Aluträger keinen Kontakt zu irgendwas auf deiner Platine. In der Praxis wird das aber nicht geprüft; d.h. es ist möglich, dass der Aluträger eine elektrische Verbindung zu einem Leiterzug auf deiner Platine aufweist. Ich hatte schon durchkontaktierte Alukern-Platinen wo bei 20% einer Lieferung ein Potential auf dem Träger lag. Bei einsetigen Alukern-Platinen wirst du das Problem nicht haben; ich empfehle dir diese für deine LEDs, auch weil sie preislich durchaus interessant sind. Wenn nur wenige LEDs auf die Platine sollen, überleg mal, ob zur Kühlung nicht auch eine große Kupferfläche auf einer Dickkupferplatine (105um) ausreichend ist. Mach diese einseitig mit einem 0.5mm FR4-Träger und verklebe sie auf deinen Kühlkörper. Leistungselektroniker
Die Wärme geht idR durch das "FR4". Das ist meist ein speziell angepasstes Epoxid mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z.B. LeitOn bietet gegen Aufpreis mehrere Varianten an). Bei einlagigen Platinen kann das auch eine siebgedruckte Schicht sein. Kleben + Löten habe ich noch nicht gesehen, müsste aber gehen. Man muss halt Klebstoff und Lotpaste nacheinander auftragen (einmal Schablonendruck, einmal Dispenser) und einen Klebstoff verwenden, der mit dem Reflow-Lötprofil aushärtet. Wenn der Substrathersteller Dir eine (nicht isolierte) lötfähige Fläche direkt auf das Aluminium bringen kann, kannst Du das Wärmeableit-Pad auch mit auflöten. Nachfrage hilft ... bitte auch beim Bestücker nachfragen, ob er auf die Topografie noch sinnvoll Lotpaste drucken kann. Selbst ausprobiert habe ich das bis jetzt nur mit aufgesinterten Glas-Keramik-Pasten, damit bekommt man eine wunderbar lötfähige Silbermetallisierung direkt auf Alu. Will in der Serie nur keiner bezahlen ;-) Noch ein paar Links: http://www.multi-circuit-boards.eu/leiterplatten-design-hilfe/lagenaufbau/metallkern-leiterplatten.html http://www.leiton.de/technologie-alu-leiterplatten.html
Nachtrag: Was ich schonmal gesehen habe: "Normale" Dickkupfer-Leiterplatte mit Ausfräsungen unter den Wärmeableit-Pads. LEDs ganz normal im Reflow gelötet. Dazu ein entsprechend gefräster Kupfer-Kühlkörper, der Erhebungen an den Stellen hat, an denen die Ausfräsungen in der Leiterplatte sind. Klebstoff auf die Erhebungen, und hoffen, dass die Schichtdicke des Klebstoffes nachher nicht zu hoch ist :-) Eine Isolation zwischen dem Kupfer-Kühlkörper und der Leiterplatte hilft, ich würde mich nicht auf abgedeckte Vias verlassen.
Und Vorsicht: Nicht bei allen LED Typen ist das Thermal-Pad potentialfrei, da kann es, bei mehreren LEDs auf einer Platine, Ärger geben. Mit freundlichen Grüßen - Martin
Hab mich auch schon mal mit der Thematik befasst und werde mal versuchen ein Alublech erst zu anodisieren, anschliessend mit Palladium o. silber Katalysator versehen und stromlos verkupfern. Das beim anodisieren entstehende Aluminiumoxid ist ja ein hervorragender Isolator der solange nicht versiegelt, eine schöne poröse Oberfläche hat worauf das kupfer sehr guten halt finden sollte. Natürlich muß das stromlos aufgebrachte Kupfer noch Galv. verstärkt werden. Eventuell abschliessend noch versiegeln?? Was denkt o. meint ihr dazu?
> Werner H. schrieb: > Natürlich muß das stromlos aufgebrachte > Kupfer noch Galv. verstärkt werden. Eventuell abschliessend noch > versiegeln?? Was denkt o. meint ihr dazu? Hallo, wozu soll das gut sein? Was für Hochleistungs-LED willst du so applizieren? Mir scheint, man macht sich oft übermäßig Gedanken um eine einzigen Übergangswiderstand ohne das ins Verhältnis mit dem Gesamtsystem zu setzen. Erts mal nachrechnen, ist manchmal die bessere Idee. Gruß Öletronika
Hallo > Jochen schrieb: > Bei einseitigen FR4-Platinen auf Alukern gibt es ja eigentlich gar keine > Möglichkeit, die Wärme durch das FR4 hindurchzuleiten, oder nimmt man > diesen Übergangswiderstand einfach in Kauf? Natürlich nimmt man den Übergangswiderstand in Kauf und es ist bis zu bestimmten Leistungen gar kein Problem, die Wärme durch das FR4 zu bekommen. Hier wird das beispielhaft berechnet: http://www.leiton.de/leiterplatten_teaser_alu-1.html Mit dem Ergebniss von ca. 2K/W kann man doch sehr gut leben bei solchen 4W-LED, wie du sie einsetzen willst. Da bei diesen recht großformatigen LED ist aber auch für das Wärmepad rundum noch mehr Platz hat als die angenommenen 100mm² und da auch die 8 Pins noch Wärme ableiten, wird man sogar noch bessere Werte erzielen können. Für kleinere Leistung z.B die typischen 1W-LED muß man noch nicht mal so viel Aufwand treiben. Da kann das Prepeg auch noch deutlich dicker sein und trotzdem bleibt der Wärmeübergang moderat. Da kommt man selbst für FR4 mit 0,8mm Dicke gut unter 10K/W. Ich habe mir für 1W-LED solche Trägerplatinen aus FR4 Dicke 0,8mm gemacht. Die reichen da völlig aus. http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/LED_LAMPEN/SCHREIBTISCHLAMPE/LPL_LED-Traeger_25x25mm_einzeln.JPG http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/LED_LAMPEN/SCHREIBTISCHLAMPE/09_LPL_LED-LAMP_3xXR-E.JPG Die haben oben und unten 70um Kupfer. Die größere LP für 3 LED ist ausreichend für ca. 3...5W ohne weitere Kühlflächen. http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/LED_LAMPEN/SCHREIBTISCHLAMPE/07_LED_Tischlampe_oben.JPG Gruß Öletronika
U. M. schrieb: > Hallo, > wozu soll das gut sein? > Was für Hochleistungs-LED willst du so applizieren? > Mir scheint, man macht sich oft übermäßig Gedanken > Übergangswiderstand > Erts mal nachrechnen Es wär schön wenn in den Antworten erkennbar wär das der Schreiber mit der Materie (Galvanik) vertraut ist. Das Galvanische Verkupfern dient lediglich dem Zweck das Kupfer lötbar zu machen. Das stromlos Kupfer ist schliesslich nur eine hauchdünne Schicht. Da gehts nicht um Übergangswiderstände und auch nicht um Hochleistungs LED's, es geht um eine (wenns geht!) preiswerte Alternative zum käuflichen Material. Was willst du da rechnen? edit; morgen kann ich mit einem Ergebnis aufwarten!
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Hallo, > Werner H. schrieb: > es geht um eine (wenns geht!) preiswerte > Alternative zum käuflichen Material. ja gut, unter dem Aspekt kann solche Technologie natürlich auch interessant sein. Würde mich auch schon interesssieren, ob und wie gut das funktioniert auch wen ich das selber normal nicht benötigen würde. Für viele einfache Anwendungen habe ich mir mal größere Stückzahlen (200er os) an solchen Träger-LP für alte XR-E machen lassen. Die kosten dann auch nur noch paar 10 Cent. Für die Cree XM-L habe ich jetzt auch mal einige zig Stück in verschiedenen Varianten Stück mit in ein Los geschoben. Gruß Öletronika
Werner H. schrieb: > Hab mich auch schon mal mit der Thematik befasst und werde mal versuchen > ein Alublech erst zu anodisieren, anschliessend mit Palladium o. silber > Katalysator versehen und stromlos verkupfern. Das beim anodisieren > entstehende Aluminiumoxid ist ja ein hervorragender Isolator der solange > nicht versiegelt, eine schöne poröse Oberfläche hat worauf das kupfer > sehr guten halt finden sollte. Natürlich muß das stromlos aufgebrachte > Kupfer noch Galv. verstärkt werden. Eventuell abschliessend noch > versiegeln?? Was denkt o. meint ihr dazu? Willst du das ganze Alublech verkupfern und hinterher ätzen? Da wird die Auswahl an Ätzmitteln knapp. Sonst, mit Laminaten, brauchst du wieder basische Lösungsmittel, die das Al-Oxid angreifen könnten. Ich bin aber mal auf das Ergebnis gespannt, die Idee ist interessant.
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