LED Alukernplatine 2layer Frage

  • Hallo,


    ich habe mal eine (vielleicht dumme?) Frage:
    Wenn ich eine LED Platine erstelle, die alle Bauteile auf der Vorderseite hat, auf der Rückseite aber Steuerleitungen und 24v Stromversorgung und GND.


    Was passiert, wenn ich nun die Platine auf einem Aluminium Kühlkürper oder eine Aluminium platte schraube. Es muss ja direkter Kontakt sein zum Kühlkörper damit die Wärme abgeführt werden kann.
    (Nebenfrage: Dazu verwendet man ja bestenfalls Wäremeleitpaste richtig?)
    Kann es passieren, dass die Leiterbahnen Kontakt zur Aluplatte bekommen und somit ein Kurzschluss entsteht?
    Oder sollte man die Rückseite komplett mit Lötstopp belegen (der vermutlich nicht leitet)? Ist trotz Lötstoppmaske noch eine entsprechende Wärmeabfuhr gewährleistet?


    Vielen Dank
    Gruß
    Thorsten

  • Wobei zu beachten ist, dass nicht jeder Lötstopplack tatsächlich völlig isolierend ist. In der Regel sollte es allerdings funktionieren (zumindest wenn die Wärmeleitpaste ebenfalls isolierend ist - auch gilt das nicht für alle)


    Thermal Vias sind kleine verkupferte Löcher in der Platine um die Wärme durch das (doch sehr schlecht wärmeleitende) FR4-Material zu bekommen - hierzu findest du aber bei Google sehr viele gute Erklärungen


    EDIT: Nochmal nachgehakt: Im Threadtitel schreibst du "Alukernplatine" - ich habe noch nie zweiSEITIGE Alukernplatinen gesehen, lediglich zweiLAGIGE (mit beiden Lagen auf einer Seite) - oder hast du tatsächlich FR4 Platinen gemeint und den Alukern auf den Kühlkörper bezogen?

  • HI,
    ja hab grad schon mal ein wenig gegoogelt.
    Da ich wenn dann AluKern Material nutze - ist das dennoch hilfreich?
    Was genau ist denn der Slug? Das mittlere Lötpad einer LED? Das ist ja schon relativ klein, kann man da noch vias bohren?


    EDIT:
    Welche Leitpaste wäre denn empfehlenswert, die auch nicht leitfähig ist. WIe ist die Prolimatech PK-1?
    In alten Casemoddingtests hat die recht gut abgeschnitten.

  • Normalerweise benutzt du Alukernmaterial, um die Hitze schnell von den Pads weg zu bekommen und eine vollflächige Anbindung an einen Kühlkörper zu bekommen - wenn du es also irgendwie schaffst das ganze auf eine Lage zu bekommen, dann tu das ;)


    Vias sind bei Alukernplatinen tatsächlich nicht wirklich sinnvoll (Vias werden auch nicht unter der LED platziert sondern nebendran) - hier ist es bedeutend effektiver wenn du das "Thermal Pad"/"Slug"/Mittlere Pad mit einer möglichst großen Kupferfläche verbindest, damit sich die Wärme erstmal im Kupfer verteilen kann um dann durch die Isolation ins Aluminium zu "sickern" - je nachdem wieviel Wärme das ist, kann man hier durchaus über eine 70um Kupferschicht nachdenken, das hilft sehr stark. Und man könnte damit auch kleinere Versorgungsleitungen realisieren (und die auf die Art doch noch auf der Oberseite unterbringen)

  • Hallo,


    ich habe bereits Layouts auf zweiseitigen Alukernplatinen realisiert.
    Dies ist allerdings nur sinvoll wenn man eine Leistungsstarke und vorallem sehr lokalisierte Wärmeabführung hat. Wie z.B. eine Wasserkühlung.


    Eine großflächige Anbindung einer zweiseitigen Alukernplatine bringt einige Probleme mit sich.


    Lötsopp ist definitiv nicht als dauerhafte Isolierung geeignet. Selbst wenn der Hersteller eine Mindestdurchschlagsfestigkeit von z.B. 500V angibt (bsp. Multi-CB) sollte man nie auf den Lötstopp als elektrische Isolation allein zurückgreifen.
    Wenn nun noch Erwärmung und folglich eine Ausdehnung in Zusammenspiel mit mechanischen Anpresskräften auf den Kühlkörper vorhanden sind, ist der Lötstopplack keine verlässliche Isolation mehr. Es muss also eine extra Isolierschicht vorhanden sein. Dies beisst sich natürlich wieder mit der großflächig guten Wärmeanbindung.


    Des weiteren ist es auch nicht möglich einfach das Kupfer unter dem Thermal-Pad von Lötstopp freizustellen (also selbstverständlich auf der botton Seite der Platine), und diese Kupferfläche dann auf den Alukühlkörper zu pressen.
    Duch die thermischen Ausdehnungen kann Feuchtigkeit eindringen, und elektrochemische Korrosion verursachen. Die verwendeten Materialien (Wärmeleitpasten oder Folien) müssen also diffusionsdicht sein. Somit sollte man Produkte auf Silikonbasis schonmal meiden.


    Thermal VIAs in einer Kupferkernplatine machen keinen Sinn. Sie können sogar die Performance wesentlich verschlechtern.
    Ich denke das Bild spricht für sich, warum dies so ist:


    http://www.ats.net/wp-content/…/Aluminiumkern_web_03.jpg


    Die Kupferfläche auf welcher das thermal-Pad sitzt sollte gut dimensioniert werden. Wobei ich auch hier 70µm Kupfer bei LED-Anwendungen auf einer Alukernplatine ziemlich overkill finde. Auf einer FR4 macht das durchaus sinn, aber bei Alukernplatinen findet der Wärmetransport bei LED-Anwendungen onehin schnell genug statt, so dass ein Aufkupfern auf 70µ nicht notwendig ist.
    Bei höheren Wärmedichten sieht das wieder anders aus.


    Bei 70µ Kupfer muss man zudem auch die sich ändernden Clearance Angaben des Herstellers bedenken. Fine Pitch Bauteile wie z.B. LED-Treiber ICs in QFN Packages könnten schon schwierig werden.


    Ich würde bei deinem Problem wie folg vorgehen:


    Alle Bauteile mit hoher Wärmeabgabe sollten auf eine Einseitige Alukern-Platine gepackt werden.
    Alle anderen Treiber und Digitalschaltungen kannst du auf ein Onboard PCB Modul packen. Somit kann man eine optimale Wärmeabfuhr mit einer hohen Packungsdichte an Bauteilen realisieren, und kann dabei zudem auf einseitige Alukernplatinen zurückgreifen.


    Um das ganze etwas anschaulicher zu gestalten ein kleines Beispiel:


    http://www.thin-layer-embedded…tom_board_messy_1920w.jpg


    Das PCB Modul würde ich über angefräste VIAs oder über Sideplating-Streifen realisieren. Diese Verbindungen sind dann sehr belastbar was die Ströme betrifft.
    Bachte aber bei dieser Methode die unterschiedliche thermischen Ausdehnungen der Materialien. Das Onboard Module darf nicht zu groß werden. Falls eine gewisse Größe sich aber nicht vermeiden lässt, müssen auf der Achse der größten Ausdehnung release-Fräsungen vorgenommen werden, um die Spannungen auszugleichen.


    Wobei dieses Thema wohl zu vernachlässigen ist, da das gesamte System ja durch den Kühlkörper ausreichend gekühlt werden sollte, so das es nicht zu großen Temperatur-Deltas kommt.


    Grüße
    Superfluid

  • Hi,
    super- vielen Dank schon mal für die ganzen Infos.
    Die Idee mit dem OnboardPCB Modul hatte ich ebenfalls, allerdings nicht aufgelötet sondern aufgesteckt. Spricht was gegen aufstecken und für auflöten?


    Da man leider auch einseitig immer wieder Brücken schaffen muss um Leiterbahnen zu kreuzen, habe ich mich hier für 2510er 0-Ohm Widerstände entschieden.
    Die Leiterbahnen vom TreiberIC zu den 8 LEDs in Reihe plane ich mit 0.6 mm Breite.
    DIe Leiterbahn für die Stromversorgung der Treiber mit 0.8mm BReite.
    Reicht das wenn ich auf einer Platine 7 Treiber bei max 500mA (eher 350) und 24V schalte?


    VG
    Thorsten

  • Hallo,


    gegen das aufstecken spricht nichts. Wenn es die Umstände zulassen (Höhe der Steckverbinder, Strombelastbarkeit, eventuell Signalintegrität...) ist es sicherlich einfacher diese zu verwenden.
    Sollte man einmal das Onboard-Modul auswechseln müssen, ist es bei Alukernplatinen fast unumgänglich die gesamte Platine zu erwärmen, um alle Lötstellen lösen zu können.


    Zur Leiterbahnbreite gibt es hier eine gute Tabelle:


    http://www.mikrocontroller.net/articles/Leiterbahnbreite


    Bei Alukernplatinen können die Leiterbahnen auch noch etwas dünner dimensioniert werden, da die Wärme ja sofort duch das Alusubstrat abgeführt wird.


    Wenn es sich nicht gerade um kritische Signele handelt, welche sich kreuzen kann man auch überlegen diese mit über das Onboard-Modul zu führen, wobei das nicht der "edelste" weg ist.
    Für Ströme bis 0.5A reicht auch eine 1206er Brücke völlig aus zum brücke.


    Grüße
    Superfluid

  • Gegen Stecken spricht in erster Linie nichts - allerdings solltest du dir bewusst sein, dass das mit einem 1lagigen Layout dann doch nicht sehr schön wird (lies: Kürzschlüsse über Aluminium) - wenn du denn eines verwendest.


    Beachte außerdem auch noch diese Aussage:


    Dies ist allerdings nur sinvoll wenn man eine Leistungsstarke und vorallem sehr lokalisierte Wärmeabführung hat. Wie z.B. eine Wasserkühlung.


    Eine großflächige Anbindung einer zweiseitigen Alukernplatine bringt einige Probleme mit sich.

    ich weiß nicht, ob du die so verstanden hast - hier steht: Wenn du zweiseitig arbeitest, solltest du darauf achten, dass du die Platine nur dort an den Kühlkörper anbringen solltest, wo sie NICHT zweiseitig ist - denn an allen anderen Stellen macht dir die "zweiseitigkeit" einige Probleme (unter anderem die, die du selbst schon identifiziert hast)

  • Hallo Fakrae,
    also ich werde definitiv 2 1-seitig planen: Auf die PLatine kommen LEDs und Treiber.
    Ich stelle mir das so vor, dass ich dann von der Rückseite aus Stiftleisten anlöte (die Pads sind dann ja auf der VOrderseite beim einseitigen Layout) und die Platine von der Rückseite aufstecke.
    Die PCB Boards werden zunächst auf eine 5mm ALuplatte montiert. Dort wo dann die Steuereinheit eingesteckt wird, säge ich dann einen Ausschnitt in die Aluplatte.


    Bitte klär mich noh aml auf was du mit "lies: Kürzschlüsse über Aluminium" meinst?


    VG
    Thorsten

  • Damit ist gemeint, dass du bei einer Aluminiumleiterkarte mit einseitigem Layout keine isolierten Kontaktlöcher bekommst. Die Gefahr bei Steckverbindungen ist also sehr hoch, dass du verschiedene Pins über das Aluminium kurz schließt.

  • mit etwas fummelei: die Bohrungen einfach größer machen, so dass zwischen den STeckverbinderPins und dem Alukern im Loch Luft ist.
    Vorm Löten genau platzieren, dann müsste es klappen. Oder?
    AUch mal grad skizziert ;)


    Hier nur die Frage: Wie verhindere ich, dass Lötzinn in den Zwischenraum fließt und damit wieder den Kurzschluss erzeugt?

  • Denke auch.
    Dazu noch mal ne Frage:
    Laut Datenblatt (zB molex) dürfen da bis zu 50 oder 100V und 05, - 1 A (je nach Modell) drüber spazieren.
    Ich gehe davon aus, das betrifft jede einzelne Leitung.
    Ich möchte den 24 V Betriebsstrom für die LEDs auch nach oben führen um damit 2x12vLüfter in Reihe zu schalten. Um die LEitungen nicht auszureitzen, bringt es was, einfach 2 oder mehr Adern eines Flachbandkabels zu nutzen, die alle mit 24V verbunden sind? SOllte docheigentlich wirken wie eine dickere Ader oder Leiterbahn oder?


    BG
    Thorsten