Wärme an der LED abführen

Wie sich die Temperatur am Lötpunkt einer LED exakt ermitteln lässt

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Die Temperatur an einer LED messen

Organisationen wie die Alliance for Solid-State Illumination Systems and Technologies (ASSIST) [3] empfehlen, dass Thermoelemente gegen direkten Lichteinfall und andere Formen optischer Strahlung abgeschirmt werden sollten. Nach Praxiserfahrungen von Cree eignen sich beispielsweise Thermoelemente der Kategorie K (ANSI-Code) am besten für Messungen an den LEDs der CX-Reihe des Unternehmens. Die Design-Guides für die entsprechenden Leuchtdioden enthalten Informationen darüber, wie sich Thermoelemente am besten befestigen und Temperaturmessungen durchführen lassen.

Die Vorgaben variieren je nach LED-Typ. So kommen beispielsweise für bestimmte LED-Typen K-Thermoelemente mit einer Teflon-Isolierung (Fluorinated Ethylene Propylene FEP) in Betracht. Für Thermoelemente auf Leiterplatten (PCBs) ist dagegen eine dreischichtige Isolierung mit einem weißen Teflon-Band [4] empfehlenswert. Auf diese Weise lässt sich das Thermoelement während der Tests vor jeglicher Lichteinstrahlung schützen. Ein Thermoelement sollte so befestigt werden, dass es direkten Kontakt zur Oberfläche der LED hat, deren Temperaturwert Tj ermittelt werden soll. Wo sich der jeweilige Messpunkt befindet, ist in den Unterlagen der Hersteller aufgeführt, etwa in den Soldering and Handling Documents von Cree [5]. Im Idealfall wird das Element möglichst nah am Thermal Pad angebracht. Am gebräuchlichsten ist es, die Elemente zu löten oder zu verkleben.

Wird das Thermoelement verlötet, wird eine sichere mechanische Verbindung und ein guter thermischer Kontakt zum Messpunkt hergestellt. Mit dem Verfahren lassen sich die Temperaturen zuverlässig messen. Allerdings sollte der Anwender erfahren sein und die entsprechende Oberfläche muss sich für das Löten eignen. So kommt das Verfahren nicht bei Kunststoff-Flächen, Lötmasken und Boards aus schwer entflammbaren Verbundmaterialien (FR4) in Betracht, auf denen LEDs im Normalfall befestigt werden. Ein Thermoelement kann an speziellen Kontakt-Pads angebracht werden.

Kleben als eine Alternative zur Lötverbindung

Eine Alternative zu den Lötverbindungen ist es, die Thermoelemente aufzukleben. Allerdings haben die so verbundenen Thermoelemente eine geringere Lebensdauer. So kann es vorkommen, dass ein Thermoelement mehrmals befestigt werden muss. Zudem besteht die Gefahr, dass Messwerte durch unzureichend angebrachte Elemente verfälscht werden. Derselbe unerwünschte Effekt tritt auf, wenn ungeeignete chemische Substanzen verwendet werden. Daher ist es empfehlenswert, bereits im Vorfeld alle Materialien zu testen, die in einer LED-Leuchte zum Einsatz kommen. Das gilt auch für Lötpasten und die Rückstände von Substanzen wie Maschinenöl. Die passenden Materialien sind für die Performance einer LED-Leuchte ebenso wichtig wie der Kühlkörper, die Treiberelektronik und die optischen Komponenten.

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