DE202015004725U1 - Effektive und kostengünstige Kühlung von LEDs auf Leiterplatten - Google Patents

Abstract

Vorrichtung bzw. Leiterplattenaufbau zur effektiven und kostengünstigen Wärmeableitung von LEDs, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn, auf die LED bzw LEDs aufgelötet sind, direkt mit einem wärmeableitendem Material verbunden ist.

Description

• LEDs, speziell Power-LEDs, bedürfen einer guten Wärmeableitung. Eine starke Erwärmung der LEDs läßt die Lichtausbeute rasch stark abfallen und verkürzt die Lebensdauer erheblich. Daher werden Power LEDs zumeist auf Metallkernleiterplatten aufgelötet. Dabei wird die in dem LED-Kühlkörper auftretende Abwärme über die Kupferleitbahn durch eine dünne isolierende Keramikschicht in den Metallkern der Leiterplatte abgeleitet. Dies ist zwar ein effektiver, aber auch relativ aufwendiger und kostenintensiver Aufbau.
• Der Erfindung liegt dagegen ein sehr einfacher und kostengünstiger, aber auch sehr effektiver Aufbau zu Grunde. Überraschenderweise kann die Leiterbahn, auf die der Kühlkörper bzw. die Leiterbahn der LED aufgelötet ist, gleichzeitig zur Wärmeableitung genutzt werden. Dabei wird die Leiterbahn möglichst großflächig ausgeführt, so daß in die große Kupferfläche der Leiterbahn die Abwärme der LED fließen kann. Diese Kupferfläche ist metallisch belassen, entweder als blankes oder verzinntes, bzw. vergoldetes Kupfer ohne Lötstoplack. Diese metallische Oberfläche wird nun ebenfalls großflächig, mit oder ohne Wärmepaste dazwischen, fest mit einem gut wärmeleitenden Material verbunden, so daß jetzt die Wärme von der Kupferoberfläche in das verbundene Material einfließen kann. Dieses Material ist idealerweise ebenfalls metallisch und kann gleichzeitig als Reflektor, belüftet oder unbelüftet, ausgebildet sein. Das Substrat, aus dem die Leiterplatte gefertigt ist, ist bei dieser Anordnung ohne Bedeutung, da die Wärme nicht durch das Substrat hindurch, sondern bereits auf der Oberfläche abgeleitet wird, so daß die Leiterplatte aus Standardmaterial wie glasfaserverstärktem Epoxidharz produziert werden kann. Besonders geeignet hat sich folgender Aufbau erwiesen: Dabei wird die Power-LED direkt auf die vorgesehenen Lötstellen auf eine doppelseitige Standardleiterplatte aufgelötet. Die Kontakte für die Elektroden der LED sind durchkontaktiert, die Zuleitungen zur LED befinden sich ebenfalls auf der Rückseite. Die Leiterbahn für die Hitzesenke bzw. Kühlkörper der LED befindet sich gänzlich auf der Vorderseite. Ebenso ist nur in einem sehr begrenzten Bereich um die LED herum Lötstoplack auf der Vorderseite angebracht, die anderen Flächen sind blank verzinnt, und füllen die komplette Vorderseite aus. In der blanken Fläche auf der Vorderseite sind Bohrungen angebracht, so daß die bestückte Leiterplatte direkt mit metallenen blanken Flächen auf der Rückseite eines ebenfalls metallenen Reflektors, verschraubt werden kann. An der Stelle der LED ist der Reflektor durchbrochen, wobei bevorzugterweise der Durchbruch im Reflektor etwas größer dimensioniert ist als die Fläche mit dem Lötstoplack um die LED.
• Durch den direkten Kontakt der beiden blanken Metallflächen findet ein effektiver Wärmeübergang von der Kupferfläche der Leiterplatte in den Reflektor statt. Weil die Hitzesenke der LED direkt auf die Kupferfläche aufgelötet ist, diese direkt mit einem Metallreflektor verbunden ist und weil in der ganzen Kühlkette keine isolierende Zwischenschicht notwendig ist, wird letztendlich die Erwärmung der LED hervorragend abgeleitet (s. 1 und 2).
• Bezugszeichenliste
• Fig. 1

A, B

durchkontaktierte Lötstellen für die Elektroden der LED

C

Lötstelle für den Kühlkörper bzw. Wärmesenke der LED

C'

großflächige und mit der Lötstelle C verbundene Leiterbahn zur Wärmeableitung

D

Lötstoplack, Fläche um LED herum

Fig. 2

1

Reflektor

2

Leiterplatte

3

Leiterbahn

4

LED

Claims (8)

1. Vorrichtung bzw. Leiterplattenaufbau zur effektiven und kostengünstigen Wärmeableitung von LEDs, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn, auf die LED bzw LEDs aufgelötet sind, direkt mit einem wärmeableitendem Material verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn, auf die der Kühlkörper der LED aufgelötet ist, großflächig ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn blank, verzinnt oder vergoldet und ohne Lötstoplack ausgeführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeableitende Material metallisch ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeableitende Material als Reflektor ausgeführt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Leiterbahn und dem wärmeableitendem Material eine Wärmeleitpaste angebracht ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor belüftet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatten als Standardleiterplatten, z. B. bestehend aus glasfaserverstärktem Epoxidharz, ausgeführt sind.

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