Etwa 95% der Informationen werden im Straßenverkehr visuell wahrgenommen. Dazu dienen Abblendlicht, Fernlicht, Bremsleuchten, Fahrtrichtungsanzeiger oder auch Innenraumbeleuchtung. Analog zum Abblendlicht, welches der Ausleuchtung des Straßenraumes vor dem Fahrzeug dient, haben Arbeitsscheinwerfer den Zweck der Beleuchtung der Arbeitsfläche von Fahrzeugen wie etwa Einsatzfahrzeugen oder Land- und Forstwirtschaftlichen Geräten unabhängig von Tageslicht.
Ein wesentlicher Bestandteil eines guten LED Arbeitsscheinwerfers ist eine zuverlässige Leiterplatte. Die vorliegende Arbeit behandelt einige Grundlegende Aspekte der Leiterplattentechnologien. Das Thema „Thermomanagement“ erstreckt sich über die gesamte Produktentwicklung. Es stehen einige Technologien zur Verfügung um diesem Problem Herr zu werden: Metallkernleiterplatten, Kupferinlays, Durchkontaktierungen, Dickkupferleiterplatten und auch Wärmeleitfolien. FR4 Platinen ohne Maßnahmen zum Thermomanagement sind nicht geeignet.
Bezüglich der Applikationen auf verschiedenen Leiterplatten gibt es aufgrund von verschiedenen Materialkombinationen einiges zu beachten. Verschiedene LED Bauformen, Temperaturgrenzwerte, Leiterplattenkennzahlen. Lebensdauerbetrachtungen werden derzeit nicht angestellt, es gibt aber Möglichkeiten sich dem Thema zu widmen: Umweltsimulationsprüfungen unter hoher Temperatur sind ein effiziente Methode.
Eine Messung belegt, dass der Einsatz von Wärmeleitfolien notwendig ist. Weiters wird die hohe Effizienz eines guten Dielektrikums bewiesen. Ein Vergleich der verschiedenen genannten Technologien zeigt eindeutig, dass Kupferinlays und Metallkernleiterplatten sehr gute Ergebnisse erzielen.
Inhaltsverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- Leiterplattentechnologien bei LED- Arbeitsscheinwerfern - Inhalt
- Technologies of Printed Circuit Boards in LED Worklamps - Abstract
- Einführung – Besonderheiten von LED Arbeitsscheinwerfern
- Historie
- Aufbau
- Anforderungen
- Photometrische sowie thermische Grundgrößen und Kennzahlen
- Photometrie
- Thermik
- Die aktuellen Leiterplattentechnologien
- FR4
- Aufbau PCB bezüglich Leiterschicht
- Metallkernleiterplatte
- Leiterplattendesign hinsichtlich effizienter Wärmeleitung
- Grundlagen Wärmeleitung - Spezifisch für PCBs
- Dielektrikum
- Thermal Vias
- Kupferinlay
- Dickere Leiterbahnen
- Wärmeleitfolien- u. Pasten
- Bauformspezifische Applikation von LEDs auf unterschiedlichen Leiterplatten
- Thermische Eigenschaften von LEDs
- Bauformen/Konfigurationen von LEDs
- THT (Through Hole Technlogy)
- SMD (Surface Mounted Devices)
- Kombinationen mit Leiterplatten
- Keramikpackage
- Möglichkeiten der Lebensdauerabschätzung
- Allgemeines
- Badewannenkurve
- Lebensdaueruntersuchungen - Versuche
- Versuche Beschleunigen - Arrheniusbeziehung
- Lebensdauerbetrachtungen bei High Power LEDs
- Berechnungen
- Beschleunigungsfaktor für Simulationen nach Arrhenius
- Siemens Norm 29500
- Sonstige Überlegungen
- Praktische Messungen
- Veranschaulichende Wärmemessung einer High Power LED
- Vergleichsmessung verschiedener Dielektrika
- Messungen an diversen Musterplatinen
- Notwendigkeit einer Wärmeleitfolie
- Zusammenfassung und Ausblick
- COB (Chip on Board)
- Literaturverzeichnis
- Internetquellen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Facharbeit befasst sich mit der Analyse und Optimierung von Leiterplattentechnologien für LED-Arbeitsscheinwerfer. Der Fokus liegt dabei auf der Verbesserung der Wärmeableitung und Lebensdauer von LEDs, um deren effiziente und zuverlässige Funktion in anspruchsvollen Einsatzbedingungen zu gewährleisten.
- Analyse der aktuellen Leiterplattentechnologien für LED-Arbeitsscheinwerfer
- Optimierung der Wärmeableitung von LEDs durch angepasste Leiterplattendesigns
- Bewertung der Auswirkungen von verschiedenen Leiterplattenmaterialien und -strukturen auf die Lebensdauer von LEDs
- Entwicklung von praxisnahen Lösungen für die effiziente thermische Steuerung von LED-Arbeitsscheinwerfern
- Untersuchung der Lebensdauer von High Power LEDs unter realen Einsatzbedingungen
Zusammenfassung der Kapitel
Die Facharbeit beginnt mit einer Einführung in die Besonderheiten von LED-Arbeitsscheinwerfern, wobei die Historie, der Aufbau, die Anforderungen und die relevanten photometrischen sowie thermischen Grundgrößen und Kennzahlen beleuchtet werden. Im Anschluss werden die gängigen Leiterplattentechnologien, wie FR4 und Metallkernleiterplatten, hinsichtlich ihrer Eignung für LED-Arbeitsscheinwerfer analysiert. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf den Aspekten der Wärmeleitung und der Lebensdauer von LEDs. Die Analyse der Leiterplattentechnologien wird in den Kapiteln 5 und 6 fortgesetzt, wobei Themen wie Dielektrika, Thermal Vias, Kupferinlay, dickere Leiterbahnen und Wärmeleitfolien behandelt werden. In Kapitel 7 werden die bauformspezifischen Aspekte der Applikation von LEDs auf unterschiedlichen Leiterplatten betrachtet, einschließlich der thermischen Eigenschaften von LEDs und den gängigen Bauformen (THT und SMD). Die Lebensdauer von LEDs wird in Kapitel 8 umfassend behandelt, wobei verschiedene Methoden zur Lebensdauerabschätzung und -bestimmung, wie die Badewannenkurve und die Arrheniusbeziehung, vorgestellt werden. Im Fokus stehen dabei die Lebensdauerbetrachtungen für High Power LEDs. Die Kapitel 9 und 10 befassen sich mit praktischen Messungen zur Veranschaulichung der Wärmeerzeugung und -ableitung von LEDs.
Schlüsselwörter
LED-Arbeitsscheinwerfer, Leiterplattentechnologie, Wärmeableitung, Lebensdauer, High Power LEDs, FR4, Metallkernleiterplatte, Dielektrikum, Thermal Vias, Kupferinlay, Wärmeleitfolie, SMD, THT, Badewannenkurve, Arrheniusbeziehung, thermische Simulation, praktische Messungen.
- Quote paper
- Alber Krammer (Author), 2013, Leiterplattentechnologien bei LED Arbeitsscheinwerfern, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1165410
