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?
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.htmlhttp://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
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!
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.
