Prototypen-Design einer LED-Leuchte Niedrigere Betriebstemperaturen - längere Lebensdauer

Ein LED-Leuchtendesign-Muster aus Fernost
Ein LED-Leuchtendesign-Muster aus Fernost

Für ein neues LED-Leuchten-Projekt holte sich die DigitaLicht AG mit der Contag AG einen Spezialisten für Prototypen ins Boot, mit dem man die auftretenden Wärmetransferprobleme lösen konnte. Maßgebend war unter anderem die Wahl des geeigneten Leiterplattenmaterials.

Die DigitaLicht AG hat in der Vergangenheit eine Leuchten-Reihe entwickelt, die eine Leistungsdichte bis 33 W/cm² aufweist. Im Rahmen der Entwicklung wurden zunächst Leiterplatten-Basismaterialien auf Aluminium-Substrat-Basis verwendet, wie diese insbesondere bei Importwaren marktüblich sind. Die thermischen Messungen waren jedoch äußerst unbefriedigend, so dass nach einer Alternative gesucht wurde, welche die Wärmetransferprobleme mildert oder vermeidet.

Mit dieser Ausgangslage wurde die Contag AG in das Projekt eingebunden und ein für die hohen Anforderungen geeignetes Leiterplatten-Material ausgewählt. Im vorliegenden Beispiel wurde IMS-Kupfer mit einer Stärke von 2,5 mm verwendet, auf der ein selbstklebendes Arlon Prepreg als Dielektrikum mit einer 70 μm Cu-Folie verarbeitet ist. Die thermischen Vergleichsmessungen ergaben eine erhebliche Verbesserung im Verhältnis zu dem „konventionellen“ Aufbau:

Beim vorliegenden Muster (oben) werden die LEDs bereits im thermisch instabilen Bereich betrieben. Die Temperaturdifferenz zwischen Platine und Kühlkörper von ca. 30 K führt zu vorzeitgen Ausfällen der Leuchtdioden. 

Der Prototyp von Contag (unten) hingegen lässt einen kontinuierlichen Betrieb im thermisch sicheren Bereich zu. Auch das Temperatur-Abklingverhalten nach dem Ausschalten wurde mit dem Ergebnis untersucht, dass bei dem von Contag empfohlenen und hergestellten Aufbau mit Cu-IMS die Wärme nach nur 1 Sekunde an den Kühlkörper abgeleitet ist.