Die Attraktivität des Einsatzes von LEDs in Beleuchtungsanwendungen nimmt rapide zu. Die zahlreichen und signifikanten Vorteile der Verwendung von Modulen, die eine Matrix von LEDs enthalten, werden von Konstruktionsingenieuren in verschiedenen Schlüsselindustriesektoren anerkannt, einschließlich der Luft- und Raumfahrt, der Architekturbeleuchtung und des “Golden Egg” -Automobilmarktes.

Attribute wie Designflexibilität, geringer Stromverbrauch, gleichmäßiges und zuverlässiges Licht und lange Lebensdauer zeichnen LED-Module von Designs aus, die auf herkömmlichen Glühlampen und Leuchtstoffröhren basieren. LEDs können auch Vorteile haben, wie zum Beispiel die Größe und Komplexität des Moduls zu reduzieren und das Objektivdesign zu vereinfachen.

Ein gutes Beispiel für einige andere Vorteile von LED-Beleuchtung zeigt eine Anwendung in der Kabine eines Passagierflugzeugs. Eine nachrüstbare LED-Einheit, die ein Leuchtstoffröhren-Leuchtmodul ersetzte, ermöglichte ein fein gesteuertes Dimmen und sorgte durch den Einsatz unterschiedlich farbiger LEDs für stimmungsvolle Beleuchtung.

Wärmemanagement
Das vielleicht schwierigste Problem bei der Realisierung eines Moduldesigns, das LEDs verwendet, ist es, die Temperatur einzelner Geräteverbindungen während des normalen Betriebs zu verwalten. Wenn die beträchtliche Wärmemenge, die von allen Geräten in einem Modul erzeugt wird, nicht richtig geregelt wird, können die Sperrschichttemperaturen ein Niveau erreichen, bei dem die erwartete Lebensdauer der LEDs verkürzt und die Zuverlässigkeit beeinträchtigt wird.

LED-Module umfassen typischerweise eine Matrix von vielen oberflächenmontierten Vorrichtungen. Diese LEDs sind an eine geätzte Kupferschicht gelötet, die die Verbindungen zwischen den einzelnen LEDs sowie andere passive und aktive Komponenten bereitstellt, die benötigt werden, um die Schaltung zu vervollständigen. Die geringe Größe der LEDs und die Nähe, mit der sie montiert werden können, ermöglichen Designern eine große Gestaltungsfreiheit und können komplexe Beleuchtungsmuster mit hoher Helligkeit erzielen.

Die geätzte Kupferschaltung ist von einer Basisplatte – üblicherweise aus Aluminium – durch ein thermisch wirksames, elektrisch isolierendes dielektrisches Material getrennt. Die Eigenschaften und Fähigkeiten der dielektrischen Schicht sind entscheidend für die Flexibilität und Leistungsfähigkeit des gesamten Moduls.

Dielektrische Materialien werden hergestellt, indem thermisch wirksame Materialien wie Aluminiumoxid und Bornitrid mit anderen Bestandteilen gemischt werden, um eine flexible, jedoch elastische Beschichtung auf der Basisplatte bereitzustellen. Ein wichtiges Merkmal der dielektrischen Schicht ist die Menge an elektrischer Isolierung, die zwischen dem Kupfer auf der Oberseite und der metallischen Grundplatte auf der Unterseite bereitgestellt wird. Dies ist bekannt als seine dielektrische Stärke. Ein typisches dielektrisches Material kann eine dielektrische Festigkeit von etwa 800 V / mil besitzen und auf die Basisplatte mit einer Dicke von 8-12 mil (1 mil = 1 inch-3 = 25,4 μm) aufgetragen werden.

Dielektrische Materialien, die auf isolierten Metallleiterplatten verwendet werden, haben üblicherweise eine Wärmeleitzahl im Bereich von 3 W / mK. Dies ist ungefähr das Zehnfache der Leistung, die mit FR4 (schwer entflammbar gewebtes glasverstärktes Epoxidharz) PCB-Material erreicht wird.

Eine weitere wesentliche Anforderung an die dielektrische Schicht besteht darin, die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kupferschiene auf der Oberseite der Baugruppe und der Aluminium-Grundplatte / Wärmeverteiler auf der Unterseite ausgleichen zu können. Dreidimensional werden
Seit mehreren Jahren sind flache Platten aus einer isolierten Metallleiterplatte mit Kupferfolie, einer dielektrischen Schicht und einer Aluminiumgrundplatte verfügbar. In den Augen des zukunftsorientierten LED-Modul-Designers bestand das Hauptproblem darin, dass flache Platten aus isolierten Metall-Leiterplatten diese auf 2D-Formen beschränken.

Um diese Einschränkungen zu überwinden, werden neue dielektrische Materialien verfügbar, die einen niedrigen Modul aufweisen, was bedeutet, dass sie mechanischen Belastungen und Dehnungen entsprechen. Diese Materialien nehmen nicht nur den Ausdehnungskoeffizienten der Metallelemente der Konstruktion auf, sondern ermöglichen es auch, dass die Teile in rechten Winkeln und sogar bis 360 & deg; ausgebildet werden. Dies ermöglicht Designern, komplexe Formen zu realisieren, die einen vollständigen Kreis mit internen oder externen Kupferspuren bilden.

Bei der Konstruktion mit neuen, formbaren isolierten Metallleiterplattenmaterialien ist es möglich, die Leiterbahnen um Ecken herum zu verlegen, wodurch die Verwendung von Steckverbindern und fester Verdrahtung erleichtert wird. Dies hat mehrere Vorteile, einschließlich verbesserter Zuverlässigkeit aufgrund weniger Verbindungen und Verbindungen. Trotz der etwas höheren Kosten der neuen Materialien werden die Gesamtkosten reduziert, da weniger Komponenten benötigt werden und die Montagezeit reduziert wird.

Stärke und Haltbarkeit
LEDs selbst sind von Natur aus langlebig. Die Montage auf Leiterplatten auf Metallbasis dient nur dazu, die Robustheit und die Robustheit des fertigen Moduls zu erhöhen, wodurch eine hervorragende Beständigkeit gegen Vibrationen und mechanische Stöße gewährleistet wird.

Automotive-Beleuchtungscluster sind ein gutes Beispiel dafür, wie LED-Module im Vergleich zu herkömmlichen Glühlampen eine überlegene Leistung bieten können. Anwendungen im Fahrzeug unterliegen hohen Vibrationen und weiten Betriebstemperaturbereichen, die zu einem vorzeitigen Ausfall von Glühlampen führen können. Unter bestimmten Betriebsbedingungen können LEDs bis zu 100.000 Stunden halten, was bedeutet, dass sie für die Lebensdauer des Fahrzeugs keine Aufmerksamkeit benötigen.

Die lange Lebensdauer von LEDs erleichtert auch die Aufgabe des Konstrukteurs, da es weniger wichtig ist, das Beleuchtungsmodul im fertigen Produkt für Wartungsarbeiten zugänglich zu machen. Dies kann zu einer saubereren, integrierteren Installation und zu möglichen Kosteneinsparungen führen.

Temperaturmodellierung
Softwarepakete für die thermische Analyse stehen zur Verfügung, um LED-basierte Moduldesigns zu beweisen, bevor sie für die Herstellung bereitgestellt werden.
Diese Softwarepakete sammeln Daten aus einer integrierten Datenbank über die LED-Leistung und Spezifikationen sowie die anderer Geräte, die auf der isolierten Metallleiterplatte montiert sind. Diese Daten werden mit anderen Informationen über Elemente des Entwurfs kombiniert, einschließlich der Kupferspuren, der Leistungs- und Masseebenen und der Durchkontaktierungen. Die kollationierte Information wird dann verarbeitet, um eine genaue Darstellung der thermischen Leistungsfähigkeit des Designs zu erzeugen.

Benutzerfreundliche grafische Darstellungen der Ergebnisse ermöglichen es dem Konstrukteur, schnell Bereiche zu identifizieren, die Aufmerksamkeit erfordern, bis hin zur Komponenten- und Spur-Ebene.

Die Software für die thermische Analyse kann erhebliche kommerzielle und gestalterische Vorteile mit sich bringen, da sie die Markteinführungszeit verkürzt und die Anzahl der Iterationen reduziert, die für eine produktionsbereite Lösung erforderlich sind.

Letztes Update am 18. Dezember 2018 20:31