Wärmemanagement für LED

Glühlampen wandelten etwa 5% der elektrischen Energie in Licht um, der Rest war Wärmestrahlung. Doch obwohl LED-Leuchtmittel eine über 10-fach bessere Energieausnutzung besitzen, sind Hochleistungs-LED´s einem erhelichen Wärmestress ausgesetzt.

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Auch moderne, energieeffiziente Power-LED´s brauchen ein Wärmemanagement mit Wärmeleitfolien [Bild: Richard Goerg/ CMC Klebetechnik GmbH]

Dieser Wärmestress entsteht, weil der Ort der Lichtentstehung so klein ist. Ein winziger Kristall emittiert den Lichtstrom, der durch Linsen und Diffusorelemente verteilt wird. Der dazu notwendige Stromfluss erhitzt den Kristall erheblich. Diese Wärme muß möglichst effizient von dem Ort der Entstehung abgeleitet werden, denn sonst wird die LED einen vorzeitigen Hitzetod sterben. Diesen Umstand gilt es zu vermeiden, denn gerade die drastisch höhere Lebensdauer einer LED-Beleuchtung gegenüber Glühlampen ist ein wesentliches Argument für deren Einsatz.

Darum besitzen moderne Leistungsleuchtdioden meist bereits einen vergrößerten Metallträger mit Kupferkern und Aluminiumoberfläche. Oder die Gehäuseform ist mit einer flachen Fläche zur Wärmekopplung ausgerüstet, die eine gute Anbindung an Kühlflächen möglich macht. Dabei muß allerdings meistens dennoch eine galvanische Trennung erfolgen. Nur so können Kühlkörper und Betriebsspannung der LED´s voneinander unabhängige elektrische Potentiale annehmen.

Eine häufig eingesetzte Kombination besteht aus einer sehr dünnen Kapton MT Folie (25µm, DuPont) mit einer bis zu 0,6 mm starken, durchvernetzte Silikonschicht. Diese Silikonbeschichtung erfolgt bei der CMC Klebetechnik und kann individuell angepasst werden. Sie besitzt durch einen sehr hohen Füllgrad an z.B. Al2O3 eine gute Wärmeleitfähigkeit und dient vor allem zum Ausgleich von mechanischen Toleranzen. Auf der anderen Seite der Folie kann ein Acrylat-Kleber aufgebracht werden, der z.B. eine einfache Vormontage ermöglicht. Es ist auch z.B. eine Wärmeleitwachsbeschichtung möglich, die durch Aufschmelzen des Wachses Luftkavitäten auffüllt.

Die Kombination aus einer spannungsfesten (3kV Stehspannung, 1 min) Isolationsfolie mit einer hochwärmeleitfähigen, elastischen Beschichtung verbindet die Vorteile einer definierten Durchschlagsspannung mit der Möglichkeit des Ausgleichs von mechanischen Toleranzen und Oberflächenrauigkeit.