Thermische Belastung bei LEDs charakterisieren

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Den Emissionsgrad auf der Platine bestimmen

Aber es ist noch auf eine andere Beobachtung aufmerksam zu machen. Schaut man sich das Bild 6 genau an, erkennt man die stromführenden Leitungen auf der Platine. Sie erwärmen sich durch den Stromfluss leicht und werden durch den Lack hindurch sichtbar. Mit Bild 7 wird eine andere Methode aufgezeigt, den Emissionsgrad zu bestimmen. Kennt man den Emissionsgrad eines Gegenstandes – in diesem Fall ist es ein schwarzes Isolierband – so lässt sich ein Messpunkt auf diesem Isolierband als Referenzpunkt definieren. Das Isolierband hat einen Emissionsgrad von ε = 0,9. Im Bild 7 sind die Enden des quer zur Platine geklebten Isolierbandes zu erkennen, da sie in den Aluminium-Kühlkörper reichen. Auf der Platine ist das Isolierband nicht mehr zu erkennen, was darauf hinweist, dass das Band und die Platine einen annähernd gleichen Emissionsgrad aufweisen.

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Die Temperaturunterschiede sichtbar machen

Mit der Wärmebildkamera lassen sich die beiden Messpunkte MP1 und MP2 einrichten, die sich in diesem Fall genau im hellen Zentrum der beiden LEDs befinden. Der Unterschied zwischen diesen beiden Messpunkten auf den beiden LEDs beträgt gerade 2,3 °C bei einem Temperaturniveau von ca. 46 °C. Werden nun weitere LED-Arrays für Qualitätssicherungsaspekte aufgenommen, können sie gegen dieses Golden Device vermessen werden. Mit der mitgelieferten Software lassen sich die Temperaturunterschiede eines Bildes gegen das Golden Device darstellen. Engt man die Temperaturskala (Level und Span) ein, so werden die Temperaturunterschiede sichtbar (Bild 8).

Es ist genau die Messung wie in Bild 7, jedoch mit dem Unterschied, dass die Temperaturskala eingeengt wurde, damit werden die einzelnen Konturen unterschiedlicher Temperatur sichtbar. Deutlich ist zu erkennen, dass die linke LED um ca. 2 °C wärmer wird. Diese Temperaturunterschiede werden mit unterschiedlichen Farbzuordnungen sichtbar gemacht. Je feiner die Auflösung der Kamera, desto besser sind die Details erkennbar.

Für die Messung von Temperaturen muss für alle Messpunkte der Emissionsgrad des Messobjektes bekannt sein. Diesen gilt es vorher zu ermitteln, was durch zwei Methoden durchgeführt werden kann – zum einen durch die Temperaturmessung mit einem Messfühler und dem folgenden Abgleich des Emissionsgrades in der Kamera, bis die gemessene und die durch die Kamera angezeigte Temperatur gleich sind, zum anderen durch den direkten Vergleich des Messobjektes mit einem anderen bekannten Gegenstand, dessen Emissionsgrad gleich dem des mit der Kamera zu messenden Objektes ist.

Gleiche Farbskala und sich ändernde Temperaturskala

Ein Hinweis sei an dieser Stelle erlaubt: Vergleicht man Bild 8 mit Bild 7 so gibt es blau eingefärbte Bereiche, die nicht gleichbedeutend mit „kalt“ zu verwechseln sind. Dazu vergleiche man die Temperaturen am unteren Ende der Skala. An diesem Punkt muss der Anwender, der beginnt sich mit Wärmekameras auseinanderzusetzen, umdenken. Die Farbskala bleibt immer gleich – die zugeordnete Temperaturskala ändert sich!

In Bild 9 sind drei Messpunkte zu sehen, wobei der Referenzpunkt durch einen halb mit einem Isolierband abgedeckten Bauteil definiert wurde. Auch hier ist der Emissionsgrad ε_ref = 0,9 von Isolierband und dem Bauteil gleich MP 2; die beiden gemessenen Temperaturen des Bauteils sind gleich. Anders ist die Situation bei Messpunkt MP3. Das hier vermessene Bauteil hat einen ganz anderen Emissionsgrad von ε_MP3 = 0,7. Hier lag die Oberflächen-Temperatur des Bauteils bei einer Temperatur von 47,7 °C. Vergleicht man Messpunkte MP2 und MP3, so kann aufgrund der Farbskala kein Temperaturunterschied festgestellt werden. Der Unterschied in diesen beiden Messpunkten geht in den Farbnuancen unter. Der Unterschied der Emissionsgrade dieser beiden Punkte ist erheblich: Die Temperatur von MP3 liegt bei 47,7 °C, während die Temperatur von MP2 mit 34 °C bestimmt wurde.

* Frank Riedel ist bei dataTec für den technischen Support, Spezialgebiet Wärmebildkameras, Klaus Höing ist für das technische Marketing bei dataTec verantwortlich.

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