Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Haben Sie produktspezifische Fragen ?

Moderator: T.Hoffmann

Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Beitrag am Fr, 05.10.12, 12:38 (1 Bewertungen, 33 Sterne)

  •  
  •  
  •  
Hier kann man den Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen:



Mit den Vorgabewerden ergäben sich für die Samsung LED 3535 --> 2,3mm*3,3mm=7,6 mm^2 Kontaktfläche (nicht Grundfläche) der LED 50°C/W und für 5 Watt Rth=251°C.

Den mit Abstand größten Einfluss hat die Dicke der Isolations/Klebeschicht. Der Hersteller LeitOn geht da "nur" bis zu 70 µm herunter (für die bei LEDs üblichen Spannungen sicherlich kein Problem), das halbiert den Wärmewiderstand im Vergleich zu den Vorgabewerten im Rth-Rechner auf immer noch stattliche 25,5°C/W. Das ist aber im Vergleich zu den 6 °C/W der LED immer noch sau-schlecht.
Und der Übergang Aluplatine -> Kühlkörper kommt natürlich nach wie vor immer noch hinzu!

Allerdings müsste man noch die tatsächlichen Daten der Platine haben, aber 70 bis 140 µm für die Klebeschicht dürften durchaus üblich sein... :-(

IMHO Einmal mehr ein mehr als triftiger Grund, endlich LEDs auf Keramikplatine anzubieten!
Insbesondere bei den winzigen Kontaktflächen von nur z.B. 7,6 mm^2 (Samsung 3535) für eine 5-Watt-LED ist das ganz offensichtlich dringend notwendig!

Wünschenswert wären also 10..35µm Stärke der Isolations-Klebeschicht zwischen Kupfer und Platine.

Hinweis: die Stärke der Kupferschicht, sowie die Stärke des Alus haben nahezu keinen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit. Die Stäke des Alus aber sicherlich ein wenig auf die Wäreverteilung und damit die Wärmeübertragung auf den Kühlkörper.



Welche Daten (insbesondere Stärke der Klebeschicht) haben die von euch verkauften Alukern-Platinen?

Und gilt das dann für alle eure LEDs auf Platine, oder gibt's da viele verschiedene Platinen?
Benutzeravatar
CRI 93+ / Ra 93+
 
Posts: 2801
Sterne: 1683
Wohnort: Hannover

Re: Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Beitrag am Fr, 05.10.12, 22:49 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

  •  
  •  
  •  
Beispiel für ein Alu mit 1cm x 1cm x 1,5mm:

Alu hat einen Wärmeleitwert von 236W/m*K.
Der Kehrwert (Zähler und Nenner werden vertauscht) ist 1/236 m*K/W = 0,00424m*K/W.

Für die Umrechnung in einen Wärmewiderstand sind Fläche und Dicke des Material (in Meter) erforderlich.
Bei einer Kantenlänge von 1cm wäre die Fläche 1x1cm = 1cm² = 0,0001m².
Bei einer Dicke von 1,5mm wäre diese 0,0015m dick.

Kehrwert x Dicke / Fläche =
0,00424m*K/W x 0,0015m / 0,0001m² = 0,0636K/W


Edit:
1cm x 1cm sind 0,0001m² (da war eine Null zuviel).
Zuletzt geändert von Achim H am So, 07.10.12, 16:18, insgesamt 1-mal geändert.
Benutzeravatar
Achim H
 
Posts: 13058
Sterne: 12690
Wohnort: Herdecke (NRW)

Re: Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Beitrag am Sa, 06.10.12, 14:38 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

  •  
  •  
  •  
Wir verwenden tatsächlich verschiedene Hersteller und dadurch kommen auch unterschiedliche Wärmeleitwerte zustande. Alle unsere 10x10mm und Star Platinen aus Alu liegen aber im Bereich zwischen 1.0-1.3 W/mk
Wir haben übrigens auch Kermaikplatinen für XPE/XPG und ähnliche Pad Layouts. Aufgrund der schwierigen Verarbeitung bieten wir diese aber nicht im Shop an. Für Leistungen bis ca. 3W sind auch die üblichen Aluminiumplatinen technisch vollkommen ausreichend.
Benutzeravatar
P.Sparenborg
 
Posts: 1276
Sterne: 3098

Re: Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Beitrag am Sa, 06.10.12, 19:01 (1 Bewertungen, 10 Sterne)

  •  
  •  
  •  
Zuletzt geändert von Achim H am So, 07.10.12, 16:20, insgesamt 1-mal geändert.
Benutzeravatar
Achim H
 
Posts: 13058
Sterne: 12690
Wohnort: Herdecke (NRW)

Re: Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Beitrag am So, 07.10.12, 15:23 (1 Bewertungen, 10 Sterne)

  •  
  •  
  •  
Hallo Achim,

ich habe noch mal nachgeschaut und wir verwenden auch einzelne Materialien die auf >1.5W/mk kommen. Aber teurere Materialien verwenden wir in der Regel nicht.
In deiner Rechnung muss glaube ich ein Fehler sein. Ich nehme an, dass du eine Kommastelle verschoben hast. Ich komme auf 10-15 K/W bei den 10x10mm Platinen(bei 1-1.5W/mk). Dieser Wert erscheint mir auch sehr realistisch und passt ganz gut. Ich lasse das aber Montag noch mal von einem Ingenieur nachrechnen, ich bin physikalisch als BWLer nicht unbedingt immer ganz fehlerfrei ;)
Benutzeravatar
P.Sparenborg
 
Posts: 1276
Sterne: 3098

Re: Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Beitrag am So, 07.10.12, 16:15 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

  •  
  •  
  •  
Da ist tatsächlich ein Fehler in der Formel. Und zwar bei der Fläche.
1cm = 0,01m. Und das im Quadrat sind nur 0,0001m² und nicht 0,00001m². Da war eine Null zuviel.

Ich hatte mich schon vorher gewundert, dass die Ergebnisse dermaßen schlecht ausfielen.
Manchmal bin auch ich blind. :wink:


Die Technik darfst Du trotzdem konsultieren.
Bei den SmartArrays scheint nämlich ein Fehler zu sein.

Nur mal als Beispiel (die Wärmewiderstände stimmen alle nicht):
Laut wird für das "SmartArray S" ein Wärmewiderstand von 2,4 K/W angegeben.

Die Led hat 17 bis 24 K/W.
Das Alu (1,3 W/mK) hätte bei den Ausmaßen einen Wärmewiderstand von 4,18 K/W oder schlechter.
In Summe mindestens 21,18 K/W.

Der Wärmewiderstand wird nicht dadurch besser (geringer als das Alu), weil dort 12 Leds montiert wurden.
Benutzeravatar
Achim H
 
Posts: 13058
Sterne: 12690
Wohnort: Herdecke (NRW)

Re: Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Beitrag am Mo, 08.10.12, 08:24 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

  •  
  •  
  •  
Hallo,

so weit ist der rechnerische Wert vom gemessenen Wert nicht entfernt.

Wenn wir 1,3W/mK für theoretische Betrachtungen zugrundelegen, erhalten wir 0,77 mK/W.

Das SmartArray ist 0,8mm stark und 7x50 mm^2 In den Außenabmessungen.

Wir erhalten also

Rth= 0,77 mK/W * (0,8*(10^-3) m / 0,35*(10^-3) m^2)
Rth = 1,76 K/W

Die Wärmewiderstände der Dioden auf der Platine sind wärmetechnisch parallel geschaltet.
Es ergibt sich ein Gesamtwiderstand der LEDs von 1,42 K/W - 2 K/W.

Rechnerisch erhalten wir den Gesamtwärmewiderstand von 3,18 K/W - 3,76 K/W.
Das ist in der Größenordnung der gemessenen Werte.

Die Parallelschaltung der Wärmewiderstände der LEDs wird angewandt, wenn aus der Gesamtleistung des Moduls auf die Temperatur einer Diode geschlossen wird.
Alternativ kann auch ein 12-tel der Leistung zur Berechnung genommen werden, dann mit dem Wärmewiderstand einer LED.

Gruß
Thomas
t_schulz
 
Posts: 358
Sterne: 431
Wohnort: Streichen

Re: Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Beitrag am Mo, 08.10.12, 09:09 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

  •  
  •  
  •  
Zuletzt geändert von CRI 93+ / Ra 93+ am Mo, 08.10.12, 13:12, insgesamt 1-mal geändert.
Benutzeravatar
CRI 93+ / Ra 93+
 
Posts: 2801
Sterne: 1683
Wohnort: Hannover

Re: Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Beitrag am Mo, 08.10.12, 13:03 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

  •  
  •  
  •  
Benutzeravatar
Achim H
 
Posts: 13058
Sterne: 12690
Wohnort: Herdecke (NRW)

Re: Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Beitrag am Mo, 08.10.12, 13:51 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

  •  
  •  
  •  
tvetter
 
Posts: 72
Sterne: 43

Re: Wärmewiderstand von Alu-Leiterplatten berechnen

Beitrag am Di, 22.05.18, 15:23 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

  •  
  •  
  •  
90/5000
Meiner Meinung nach, ja ... Vor kurzem habe ich darüber auf http://pcb-technoservice.eu/de/aktuelles gelesen
MarkStok
 
Posts: 1


Zurück zu Produktfragen

Wer ist online?

Mitglieder: Bing [Bot], Exabot [Bot], Google [Bot], ustoni