In kurzer Zeit Leuchten-Designs entwerfen

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Heitec AG

CTX Thermal Solutions GmbH

Eurocircuits GmbH

Cree Europe GmbH

Eine COB-LED einfach im Baukastensystem

In dieser Situation kann ein Baukastensystem große Abhilfe schaffen. Wer hat als Kind oder später als Eltern kleiner Kinder nicht gerne mit LEGO gespielt. Dabei erlebt man die Begeisterung, mit einzelnen Bausteinen tollste Bauten erstellen zu können. Auch im Bereich LED sind mit den mittlerweile umfassenden Eco-Systemen vielfältigste Komplementärlösungen verfügbar. Damit kann ein COB-Aufbau fast so einfach zusammengefügt werden wie LEGO.

Ergänzendes zum Thema

Das thermische Interfacematerial bei der LED

Zwischen einer LED und dem Kühlkörper wird ein TIM (Thermal Interface Material) platziert. Dabei handelt es sich um thermisch leitfähige Werkstoffe, die die Kontaktleitfähigkeit der miteinander verbundenen Oberflächen erhöhen und die Effizienz der Wärmeübertragung steigern. Die Lücke zwischen LED und Kühlkörper wäre sonst mit Luft gefüllt, die ein sehr schlechter Wärmeleiter ist. Zu den TIMs zählen Fette, gefüllte Epoxidharze, Phase-Change-Materialien und thermisch leitende Pads. Die Entwicklungen bei Kohlenstoff-Nanostrukturen als Füllstoffe haben bei TIMs zu wesentlichen Verbesserungen geführt. Dabei ist es essentiell, genaue Kenntnis der Wärmeleitfähigkeit und Schichtdicke der thermischen Interface-Materialien zu haben. Gerade die Widerstände an den thermischen Schnittstellen verursachen einen Großteil des Temperaturanstiegs zwischen Halbleiter-Sperrschicht und der Umgebung.

Thermische Anbindung und elektrische Isolation

Bei modernen COB-Generationen handelt es sich meist um keramikbasierte Plattformen, die eine gute thermische Anbindung bei gleichzeitig guter elektrischer Isolation gewährleisten. Jedoch ist eine direkte Verschraubung bei COBs nicht zu empfehlen, da das Keramiksubstrat brechen könnte. Stattdessen sollte das COB entweder verklebt oder besser noch mit einem bewährten Anschlusselement auf dem Kühlkörper verschraubt werden. Um die thermische Anbindung zwischen COB und Kühlkörper zu optimieren, sollte außerdem ein sogenanntes TIM (Thermal Interface Material) verwendet werden, da beispielsweise bei rauen Metalloberflächen sonst der Wärmeübergang begrenzt ist.

Ein weiterer wichtiger Aspekt für den Einsatz von TIMs ist die stetig steigende Leistungsdichte bei den COBs. Mit den neusten Generationen gelingt es, immer höhere Leistungsbereiche mit kleiner werdenden Lichtaustrittsflächen zu erreichen. Die Lichtaustrittfläche oder auch Durchmesser der lichtemittierenden Fläche nennt sich LES, was für Light Emitting Surface steht. Auf der anderen Seite erhöhen sich auch die maximalen Leistungsaufnahmen. So hat beispielsweise eine CXA3590 mit einem LES von 30 mm eine maximale Leistungsaufnahme von 150 W.

Um insbesondere eine gute Systemeffizienz und Lebensdauerperformance zu bieten, sind die TIMs eine wichtige Komponente. Im Hinblick auf den Systemaufbau bieten Hersteller von Anschlusselementen oder Konnektoren ganz unterschiedlichste Lösungen an, die den Leuchtenherstellern eine größere Designfreiheit geben. Ein gutes Beispiel ist hier die Firma BJB. In ihren Anschlusselementen ist zum einen zur mechanischen Fixierung, dem definierten Anpressdruck auf das COB zur thermischen Adaption, und der elektrischen Kontaktierung mit einer Bajonettaufnahme eine simple, aber sehr anwendungsfreundliche Anbringung optischer Komponenten (Reflektoren) möglich. Bereits einige der bekanntesten Reflektor- beziehungsweise Optikhersteller nutzen dieses Interface, sodass der Anwender einfach nur mit einem Schraubendreher jetzt tatsächlich eine LED verarbeiten kann.

LEDs ohne viel Aufwand verarbeiten

Das wurde teilweise bereits in den Anfangsjahren mit den SMD-LEDs versucht, allerdings ohne Erfolg. Nun lässt sich die Verarbeitung mit minimalem Aufwand an Equipment sehr flexibel realisieren. Beispielsweise kann das COB schnell zur Auslieferung mit der gewünschten Farbtemperatur eingebaut werden, wodurch sich die Lagerhaltung reduzieren lässt. Mit diesen Fortschritten wird der steigenden Innovationsgeschwindigkeit bei LEDs Rechenschaft getragen. Hinsichtlich der Anschlüsse gibt es Derivate, die ZHAGA-konform sind und interessierten Anwendern damit Standardisierungsoptionen bieten.

* Kai Klimkiewicz ist Field Application Engineer Central Europe bei Cree in Unterschleißheim bei München.

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