Derzeit gibt es drei Arten von Leiterplatten, bei denen Hochleistungs-LEDs zur Wärmeableitung eingesetzt werden: gewöhnliche doppelseitig kupferbeschichtete Leiterplatten (FR4), empfindliche Kupferplatten auf Aluminiumlegierungsbasis (MCPCB) und flexible Folien-Leiterplatten mit Klebstoff auf Aluminiumlegierungsplatten.
Der Wärmeableitungseffekt hängt von der Kupferschicht und der Dicke der Metallschicht sowie der Wärmeleitfähigkeit des Isoliermediums ab. Im Allgemeinen wird MCPCB mit einer 35-um-Kupferschicht und einer 1,5-mm-Aluminiumlegierung verwendet. Die flexible Leiterplatte ist auf eine Aluminiumlegierungsplatte geklebt. Natürlich haben MCPCBS mit hoher Wärmeleitfähigkeit die beste thermische Leistung, aber auch der Preis steigt.
Hier werden einige Daten als Berechnungsbeispiele dem Beispiel von MEASURING TC der NICHIA Company entnommen. Die Bedingungen sind wie folgt: LED:3W weiße LED, Modell MCCW022, RJC=16℃/W. Messkopf des Thermoelement-Punktthermometers vom Typ K, am Kühlkörper angeschweißt.
PCB-Testplatine: doppelschichtige kupferbeschichtete Platine (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, Kupferschichtfläche der Schweißfläche 1180 mm2, Kupferschichtfläche der Rückseite 1600 mm2.
LED-Arbeitsstatus: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71℃ wurde mit einem Thermoelement-Punktthermometer vom Typ K gemessen. Die Umgebungstemperatur TA=25℃
1. TJ wird berechnet
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2.RBA wird berechnet
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. RJA wird berechnet
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Wenn der geplante TJmax -90℃ beträgt, kann der gemäß den oben genannten Bedingungen berechnete TJ die Entwurfsanforderungen nicht erfüllen. Es ist notwendig, die Leiterplatte mit besserer Wärmeableitung auszutauschen oder ihre Wärmeableitungsfläche zu vergrößern und erneut zu testen und zu berechnen, bis TJ≤TJmax.
Eine andere Methode besteht darin, dass, wenn der UC-Wert der LED zu groß ist, VF = 3,65 V, wenn RJC = 9℃/WIF = 500 mA ersetzt wird, andere Bedingungen unverändert bleiben, T) wie folgt berechnet werden kann:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Bei der obigen Berechnung von 71℃ liegt ein Fehler vor. Eine neue 9℃W-LED sollte eingeschweißt werden, um den TC erneut zu testen (der gemessene Wert ist etwas kleiner als 71℃). Es spielt keine Rolle. Nach der Verwendung einer 9℃/W-LED ist keine Änderung des PCB-Materials und der Leiterplattenfläche erforderlich, was den Designanforderungen entspricht.
Kühlkörper auf der Rückseite der Leiterplatte
Wenn der berechnete TJmax viel größer ist als die Designanforderung und die Struktur keine zusätzliche Fläche zulässt, sollten Sie erwägen, die Leiterplatte wieder auf das „U“-förmige Aluminiumprofil (oder die gestanzte Aluminiumplatte) oder auf den Kühlkörper zu kleben. Diese beiden Methoden werden üblicherweise beim Design mehrerer Hochleistungs-LED-Lampen verwendet. Im obigen Berechnungsbeispiel wird beispielsweise ein 10℃/W-Kühlkörper mit TJ=103℃ auf die Rückseite der Leiterplatte geklebt, und sein TJ sinkt auf etwa 80℃.
Hierbei ist zu beachten, dass der oben genannte TC bei Raumtemperatur (im Allgemeinen 15–30 °C) gemessen wird. Wenn die Umgebungstemperatur der LED-Lampe TA höher als die Raumtemperatur ist, ist der tatsächliche TJ höher als der berechnete TJ, gemessen bei Raumtemperatur, daher sollte dieser Faktor bei der Konstruktion berücksichtigt werden. Wird der Test im Thermostat durchgeführt, ist es am besten, die Temperatur im Betrieb auf die höchste Umgebungstemperatur einzustellen.
Darüber hinaus sind die Wärmeableitungsbedingungen der Leiterplatte unterschiedlich, unabhängig davon, ob sie horizontal oder vertikal installiert ist, was einen gewissen Einfluss auf die TC-Messung hat. Auch das Gehäusematerial, die Größe und das Wärmeableitungsloch der Lampe haben einen Einfluss auf die Wärmeableitung. Daher sollte bei der Gestaltung ein gewisser Spielraum vorhanden sein.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 23. März 2022
