Dieser Test soll zeigen, inwieweit FR4-Platinen mit Thermal-Vias für HighPower-LEDs geeignet sind. Als LEDs für diesen Test kamen 2 Typen von Nichia NS3 L/W 183 sowie von Cree MX6 Q5 zum Einsatz. Es handelt sich um 1W-LEDs, die normal mit 350mA betrieben werden. Für diesen Test wurden die LEDs mit 100mA und 200mA betrieben.
Platinendesign 1
Platinendesign 2
Die Platinen sind Streifen-Platinen mit Thermal-Vias in zwei unterschiedlichen Anordnungen. Eine Variante geht längs zur LED und außerhalb der Kontaktflächen, so dass diese Potentialfrei sind. In der zweiten Variante werden die Vias über die Anschluss-Pads geführt. Damit sollte grundsätzlich ein besserer Wärmeübergang vorhanden sein.
Beide LED-Typen (Cree/Nichia) haben einen fast identischen Footprint. Es können also die gleichen Platinen verwendet werden. Bei Nichia gibt es leider kein potentialfreies Thermal-Pad. Bei den Cree ist dieses getrennt. Man könnte deshalb das Layout noch dafür anpassen und die Vias direkt unter der LED setzen.
In einem ersten Test wurden die LED-Streifen ohne Kühlung mit 100mA betrieben und die Temperatur gemessen. Diese wurde jeweils an den KSQs (A6260), der LED daneben, einer LED in der Mitte und am Ende mit einem IR-Thermometer ermittelt. Dabei wurde der Maximalwert durch leichtes Bewegen erfasst. Weiterhin wurde mit einem einfachen Alu-U-Profil für Stripes sowie einem Strang-Kühlkörper (30cm x 5cm x 1cm) gemessen.
Ergebnis der Messungen
Die erwarteten Ergebnisse sind soweit eingetreten, dass die potentialfreie Anordnung der Vias zu höheren Temperaturen führt. Diese ist nur bei geringen Strömen wirklich sinnvoll. Die Anordnung über die Pads zeigt aber Wirkung. Hier kann man die Temperatur durch Einsatz von Alu-Profil oder besser Kühlkörper deutlich verringern. Man kann auch sicher davon ausgehen, dass mit einer Verfeinerung des Layouts eine noch bessere Wärmeabfuhr erreicht werden kann und der Einsatz von FR4 prinzipiell auch möglich ist. Man sollte natürlich viele weitere Faktoren, wie Einbau, Umgebungstemperatur etc. beachten. Auch die Dichte der LEDs spielt eine große Rolle.
Darstellung einer Temperatur
Die Messungen haben natürlich keinen verbindlichen Charakter, zeigen aber sicher, was möglich ist.
Nichia warm/kalt
Nichia warm/kalt
