Hallo zusammen :) Ich muss für ein Projekt eine LED-Beleuchtung haben. In einem kurzen Impuls von 1-10us werden nahezu 350W in total 48 SMD-LEDs in Licht und Wärme umgewandelt, danach 1s Pause. Dieser Aufbau muss auch eine bestimmte Form haben...: Nun habe ich mir gedacht, ich könnte eine Alu-Leiterplatte nehmen, und diese dann zurechtbiegen. Somit ist eigentlich der gesamte Mechanische Aspekt meiner Konstruktion, die ganze Befestigung etc. schon in der Leiterplatte integriert. Hat hier jemand schon Erfahrungen gemacht? Wie verhalten sich MCPCBs, wenn man sie biegt? Kann man sie gut von Hand biegen, oder braucht man für ansehliche Ergebnisse unbedingt Biegewerkzeug? Ich habe mal die Leiterplatte flach, und gefaltet als Screenshot angehängt, damit Ihr etwa seht was ich meine. Sie ist nur 1-Seitig, 200mm x 100mm und wird wahrscheinlich 1mm stark bei einem chinesischen Hersteller bestellt (und bestückt, da ich keinen Reflow-Ofen habe). Der ganze Spass wird mich wohl für 5 Stück 150-200€ kosten, inkl. Bauteile. Falls das für alle Interessierten Neuland ist - ich werde hier wahrscheinlich updates posten wenn ich sie bestellt habe, oder neues rausfinde.
Angehängte Dateien:
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leiterplatte.png
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leiterplatte_3D_flach.png
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leiterplatte_3D_gefaltet.png
66 KB
Ich hätte als erstes Bedenken, das die Kapton-LP reißt, wenn das Alu sich beim biegen dehnt. Die Platte zu biegen dürfte das einfachste sein, aber ich würde an deiner Stelle vor und hinter dem Knick für jede Verbindung ein Pad machen, damit man da mit Kabel verbinden kann.
Das mit dem Lötpad ist eine sehr gute Idee, danke. Da meine Leiterbahnen aber ziemlich breit sind, sollte das mit Abkratzen und Fädeln aber gut gehen - sonst bin ich selber Schuld, da hast du mich gewarnt ;) Im schlimmsten Fall sind dort 60VDC, da habe ich lieber eine intakte Schicht Lötstopplack. Sofern ich richtig nachgeschaut habe ist es nicht Kapton, sondern irgend ein anderes Material welches sogar Glasfaseranteil hat. Es gibt spezielle MCPCB-Materialien, welche zum Biegen gedacht sind - aber so für Prototypen kommt man schlecht an solche exotischen Materialien... Daher wird es wohl eher ein Ausprobieren und schauen, was passiert.
Die (einmal) biegbaren LPs sind aber m.W. rein Epoxy/FR4: flach bestücken, formen, ins Gehäuse legen. Die tragen nicht selber, und die im Grunde nur dünngefrästen Knickstellen machen das nicht oft mit. Alukaschiertes Material ist afaik immer Kaptonfolie auf Alu geklebt. So oder so: Das Alu dehnt sich auf der Außenseite des Knicks, und da werden die Leiterbahnen m.E. rissig, wenn überhaupt noch was geht.
350W... Dann wuerde ich nicht viel risiko nehmen mit neue techniken. Ist es vielliecht eine idee 4 gleichen Platinen zu machen (jeder mit 12 leds) und dann die konstruktion mittels zB 3d druck machen ? 4 gleichen kleinere Platinen werden wahrscheinlich auch kostenguenstiger sein.
Meine Inspiration erhielt ich bei dieser Website/Firma: http://www.baknorthermal.com/heat-sinks/bendable-metal-core-pcbs Und ihre passende Broschüre dazu: http://www.baknorthermal.com/download-files/packaging-general-brochures/Baknor-Aluminium-Backed-PCB-Brochure.pdf Da sieht man, wie auch 90°-Biegungen möglich sind - mit ihren Leiterplatten. Ob es nun ohne Fräsungen auf der Rückseite geht, oder mit 1mm Blechdicke.. werde ich wohl herausfinden :) Den Artikel mit dem Dielektrikum finde ich leider nicht mehr :/
Hab ich das richtig verstanden: Du willst für max. 10µs 350W in deine Schaltung jagen, und hast danach 1s Ruhe? Das würde eine mittlere Leistung von knapp 3,5mW ergeben. Und das, was in Wärme umgewandelt wird, liegt nochmal deutlich darunter. So ineffizient sind LEDs schon lange nicht mehr. Die Spitze ist zwar hoch, aber der Puls dürfte schon lange wieder abgeklungen sein bevor die Wärme die Pads erreicht. Dafür Aluplatinen zu nehmen schaut mir sehr übertrieben aus und außerdem schließe ich mich meinen Vorpostern an: Aluplatinen zu biegen schätze ich auch als problematisch ein. Vorschlag: Rechne das ganze mal mit einer Flex-Platine durch, und lasse möglichst viel Cu auf der Folie um die Wärme in der Fläche zu verteilen. Und dann klebe die Platine möglichst flächig auf den Untergrund. Das Flexmaterial ist an sich zwar kein besonders guter Wärmeleiter, aber unterschätze große Leiterquerschnitte - auch Wärmeleiterquerschnitte - nicht. Damit kann man viel erreichen trotz schlechter Materialeigenschaften. Nicht selten erreicht man damit mehr als mit guten Materialeigenschaften, aber geringerem Querschnitt.
Und Flexplatinen lassen sich in Altium übrigens ganz hervorragend falten. Wenn du schonmal damit arbeitest...
Ich habe Aluminium als Leiterplattenmaterial hauptsächlich wegen den mechanischen Eigenschaften gewählt - biegbar, und bleibt dann so. Flexprint hab ich schon verwendet, das wäre kein Problem - so habe ich aber die ganze mechanische Konstruktion auch schon im Preis der Leiterplatte, sofern es funktioniert. Die Wärme hab ich mir auch schon mal ausgerechnet, es ist wirklich nur die Festigkeit/Duktilität des Aluminium die mich interessiert. Ja, ist im Altium gezeichnet, aber ich habe erst letzte Woche mit Altium angefangen.. kenne sonst nur Eagle ;)
StarrFlex gibts auch mit Alu, zB: https://www.wonderfulpcb.com/ordinary-discount-pcb-for-led-lighting-2l-flex-board-wonderful-technology.html
Ja, aber bei meiner Hitzeentwicklung würde theoretisch auch ein normales Starrflex/Flex reichen. Es geht mir wirklich nur darum, dass es eine gewisse Festigkeit nach dem Biegen hat. So wie in der 3D-Ansicht - der ganze "Lampenschirm"/Halterung ist die Leiterplatte.
R. H. schrieb: > Meine Inspiration erhielt ich bei dieser Website/Firma: > > http://www.baknorthermal.com/heat-sinks/bendable-metal-core-pcbs Es wurde auch schon gemacht, in einer ziemlich ähnlichen Anwendung - ausrichten der LED. Nur weiss ich nicht, ob dort ein anderes Dielektrikum verwendet wurde / wie es mit den Blechdicken aussieht.
R. H. schrieb: > Die Wärme hab ich mir auch schon mal ausgerechnet, es ist wirklich nur > die Festigkeit/Duktilität des Aluminium die mich interessiert. Ok, das war mir nicht ganz klar. Dann würde ich auch, wie von anderen bereits vorgeschlagen, wenigstens vor und nach den Biegestellen Lötpads vorsehen. Ich würde nicht davon ausgehen, daß die Leiterbahnen heile bleiben. Wieviele willst du denn produzieren (lassen)? Einzelstück? Großserie? R. H. schrieb: > Ja, ist im Altium gezeichnet, aber ich habe erst letzte Woche mit Altium > angefangen.. kenne sonst nur Eagle ;) Ah, endlich vernünftiges Werkzeug? ;) (Nein, Spaß, bevor sich hier wieder jemand in die Eier getreten fühlt, das Forum insgesamt ist da ja recht empfindlich bei sowas.) Fuchs dich gut ein, ich wünsche dir jedenfalls viel Erfolg dabei. Ich sag das nur weil ich mittlerweile ein paar Leute kenne, die von Eagle nach Altium umgestiegen wurden, und auf einmal Ärger haben den ich nicht nachvollziehen kann da es sich doch ganz gut damit arbeiten läßt.
Nachtrag: Ich hab mir mal grad die Seite von baknothermal angesehen. Ich würde darauf tippen daß das etwas spezielles ist, eigens auf Biegung ausgelegt. Ich denke nicht daß man das auf alle Alukernleiterkarten verallgemeinern sollte. Ich glaube auch nicht daß das Problem nur der Isolator zwischen Leitermaterial und Alukern ist. Ich könnte mir gut vorstellen daß auch das Cu beim Biegen reißt. Die Bilder sind leider etwas unscharf, aber mir scheint das Cu recht dick zu sein. Und die Biegeradien finde ich auch recht groß, besonders wenn das Cu auf dem äußeren Teil der Biegung ist. Idee: Du könntest die Biegelinien ja vorm Biegen anfräsen, sodaß das Material dünner ist. Dann sollten kleinere Biegeradien möglich sein.
R. H. schrieb: > Es geht mir wirklich nur darum, dass es eine > gewisse Festigkeit nach dem Biegen hat. Aus dem KFZ-Bereich kenn ich gebogenes Alu und angetackertes Flex-PCB. Thermisch so ausgetüftelt, das die LEDs direkt parallel geschalten sind. Wie genau befestigt?-|
Bei den meisten chinesischen Herstellern liegt die Mindestbestellmenge bei 5 Stück, darum wird es erst mal ne 5er-Serie (1-2 wäre mir lieber, aber für den Preis kann ich nichts sagen). Lötpads.. ich bin mir noch nicht ganz sicher, ich habe kein Problem mit Fädeln - seit dem ich das bei Flex-Prints musste geht es relativ gut :D So Kupferfolienklebeband anlöten ist ne Idee. Aber werde noch ein paar Tage darüber schlafen (kriege so oder so erst dann Feedback vom Konstrukteur wegen den ganzen maximalen Dimensionen im Gerät) - es kann gut sein, dass ich sie dann trotzdem platziere. Es ist ein Prototyp, irgendwann wird es schon in der Serienproduktion landen (nach einem gruündlichen Redesign natürlich) - war nur mal so ne Idee, wenn es klappt dann ist gut, ansonsten schaue ich weiter. Die Fräsungen hab ich mir auch schon überlegt, muss aber noch herausfinden wie man das im Altium zeichnet, und ob meine Billighersteller das überhaupt fabrizieren können. Zum vernünftigen Werkzeug.. Eagle gefällt mir trotzdem bis jetzt mehr, aber ich bin mir auch den gesamten Ablauf gewohnt :) Hatte den Luxus, richtige Scripts, Libraries und weitere Tools verwenden zu können. Altium hat eine relativ steile Lernkurve, vor allem wenn man bewusst "von Grund auf" alles neu erlernt, und die Firma keine richtige Dokumentation/Wiki hat ( Ja, Stellenwechsel xD ). Eagle ist nun mal übersichtlicher, weniger komplex, man kann vielleicht weniger machen - ich bin dort aber nie an irgend eine Grenze gestossen. Aber ich bin offen für Neues, und es wird sicher nützlich sein, wenn ich beide verwenden kann. @teoderix Hmm, das ist auch interessant. Werde mir noch dazu Gedanken machen, für heute aber mal Feierabend :)
R. H. schrieb: > Die Fräsungen hab ich mir auch schon überlegt, muss aber noch > herausfinden wie man das im Altium zeichnet, und ob meine > Billighersteller das überhaupt fabrizieren können. Schau dir mal ein paar Tutorials zu Draftsman an. Damit kann man ganz passble mechanische Zeichnungen von der Leiterplatte machen.
R. H. schrieb: > In einem kurzen > Impuls von 1-10us werden nahezu 350W in total 48 SMD-LEDs in Licht und > Wärme umgewandelt, danach 1s Pause. Hast du geprüft, ob die LED da sicher mitspielen? Die meisten modernen LED sind nicht sehr hoch überlastbar, und evtl. leuchten sie auch unzulässig lange nach.
R. H. schrieb: > Ja, aber bei meiner Hitzeentwicklung würde theoretisch auch ein normales > Starrflex/Flex reichen. Es geht mir wirklich nur darum, dass es eine > gewisse Festigkeit nach dem Biegen hat. Dann schau dir mal die sog. Wirelaid Technik an. Bieten verschiedene Fertiger an (Würth, KSG/Häusermann, ...) Das bietet genau das: Biegen und bleibt danach mechanisch in der Form. Ich hab da mal eine Entwicklung gemacht, wo diese Eigenschaften notwendig waren.
Also kurzes Update: Wegen Zeitdruck und weil es im ersten Schritt darum geht, zu schauen ob die Lichtmenge reicht habe ich mal bei pcbway ein Assembly in Auftrag gegeben. Kostenpunkt 96$ pro Leiterplatte bei 5pcs (Mindestmenge) inklusive aller Bauteile (48 LED à 1.28$), Versand, Bestückung... Wenn es funktioniert schaue ich weiter wegen Wirelaid - sieht gut aus. Alternativ ein Blech biegen lassen mit einem Flexprint aufgemacht, das hat den Vorteil dass es von Aussen mechanisch etwas geschüzt ist (60VDC und Berührungssicherheit) Aber das ist alles eigentlich eher nach dem Proof Of Concept :) Sobald ich die Printe erhalte werde ich hier wieder posten, wie meine Erfahrungen sind, und wie die Qualität der PCBs ist. Wenn es komplett nicht funktioniert braucht da nicht jemand den selben Fehler zu machen ;) Wegen den LED: laut Datenblatt Spitzenstrom 2A. Dann habe ich mir die Vorwärtsspannung aus dem I/U-Diagramm interpoliert, weil dieses nur bis 1.5A ging. Berechnet habe ich die Leistung pro LED mit 2A * 3.62V. Da wir nur wenig Energie auf die Zeit betrachtet umwandeln, muss das ganze nur für 2A und nicht für die Wärme dimensioniert sein. Auch die verwendeten Widerstände (0Ohm, aber da falls man nachrüsten muss - jeder Strang hat seinen eigenen Treiber) haben eine genügende Impulsbelastbarkeit. Da schaue ich schon drauf :)
Nun sind die Leiterplatten fertig hergestellt und getestet (durch pcbway). Der Versand erfolgt in den nächsten Tagen. Sie haben mir ein Testvideo geschickt, welches ich unter diesem Link heraufgeladen habe: https://nrm.dev/c8ceb
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