FAQQuestions are there tobe answered

Questions are part of the routine, particularly with technical innovations which are numerous in the area of LED technology. As are the right answers.  An overview of the most frequent questions and answers is available here. For more information, please contact your assigned customer advisor.

LED technology in general

A LED essentially consists of the LED chip, a contact to the cathode and anode and a plastic lens. The light-emitting diode consists of two layers of semiconductor material. One layer has an excess of electrons (n-layer). The second is the so-called p-layer. If these two layers are brought together, the charge differences in the same Boundary layer off. There is no current flowing, the n-p body is neutral. If a voltage is now applied, the current flow is started. The energy contained is released in the form of light.

Around 70 percent of energy is converted to light and 30 percent to heat.

Je höher die Temperatur, desto kürzer ist die Lebensdauer. Das Wärmemanagement ist beim Aufbau der LED sowie des Moduls ein entscheidender Faktor.

Die Betriebstemperatur ist entscheidend für die Lebensdauer von LEDs. Grundsätzlich gilt: Je kühler, desto besser. Besonders bei der thermischen Auslegung einer LED-Leuchte/-Anlage sollte sichergestellt sein, dass alle LEDs einer Anordnung der gleichen Betriebstemperatur ausgesetzt sind. tc-Punkt steht für „casing temperature“. Dieser bezeichnet den Punkt an der LED oder am Gerät, der üblicherweise am heißesten ist. Er ist an der Platine angebracht und erlaubt

einen Rückschluss auf das Verhalten der LED. Der tc-Punkt sollte möglichst niedrig gehalten werden. Bei Reduzierung der Temperatur des tc-Punktes von
80 °C auf 60 °C erhöht sich die erwartete Lebensdauer um 19.000 Stunden und die Helligkeit um 6 Prozent.

Der Farbwiedergabeindex (Ra) gibt Auskunft, wie natürlich Farben im Licht einer LED wiedergegeben werden. Je niedriger der Wert, desto schlechter ist die Farbwiedergabe. Ra-Werte von über 80 signalisieren gute bis sehr gute Farbwiedergabeeigenschaften.

Die R1 – R15-Werte sind festgelegte genormte Testfarben, die als Referenz für die Messungen der CRI bzw. Ra-Werte verwendet werden. Der Mittelwert von diesen 15 Referenzfarben ist der Ra bzw. CRI-Wert. R9 ist wichtig, da es der Wert mit dem größten Rotanteil ist und dieser Wert von Endverbrauchern am häufigsten verwendet wird.

Das menschliche Auge toleriert Farbabweichungen je nach Farbe sehr unterschiedlich. Zur Einteilung von LEDs, insbesondere hinsichtlich des Farbortes, werden die sogenannten MacAdam-Ellipsen verwendet. Sie stellen elliptische Farbräume (x- und y-Koordinaten) dar, in denen wir gerade noch keine Abweichungen zur Referenz wahrnehmen. Die MacAdam-Ellipse der Stufe 3 (SDCM3) repräsentiert die Farbkonsistenz (Farbbinning), die durch die enge Gruppierung von LEDs möglich ist. Diese Abweichung ist bereits so gering, dass sie mit bloßem Auge kaum mehr wahrnehmbar ist.

Mit Nanometer sind in der Lichttechnik die Nanohalbleiterschichten gemeint, die auf den Leuchtdioden aufgebracht sind.

Die Methode nach dem Standard LM-80-08 zur Bestimmung des Lichtstromabfalls einer LED-Lichtquelle wurde durch das IESNA Solid State Lighting (SSL) Subcommittee im dritten Quartal 2008 veröffentlicht. Dieses Dokument beinhaltet das Messverfahren zur Bestimmung des Lichtstromabfalls für anorganische LED-basierende Leuchtquellen, Arrays und Module.

Es beinhaltet keine weiteren Aspekte in Bezug auf die LED-Eigenschaften.
Einer der Gründe zur Entwicklung von LM-80-08 sind die bisher unterschiedlichen Herangehensweisen und die Kriterien zur Bestimmung der LED-Eigenschaften. LED-Hersteller messen typischerweise mit kurzem Impuls ohne zusätzliche Wärmeableitung. Dieser Impuls ist sehr kurz und liegt zwischen 10 und 20 ms. Dabei wird die LED nahezu im kalten Zustand gemessen.
Dadurch wird keine Wärmeableitung benötigt und die Temperatur tj am pn-Übergang entspricht der Umgebungstemperatur ta (üblicherweise wird dieser Wert mit 25 °C angegeben). Dieses Verfahren ist erforderlich, um sehr viele LEDs in kurzer Zeit zu messen. Dies erklärt, warum in den Datenblättern der LED-Hersteller für gewöhnlich die LED-Eigenschaften bei tj = 25 °C angegeben werden.

Flexible printed circuit boards

FPC steht für Flexible Printed Circuit Board.

Prinzipiell sind alle chemischen Verfahren der Leiterplatinenfertigung möglich, in denen eine „sanfte“ Abscheidung auf die Platine stattfindet. Dies ist der Fall bei chemischem Zinn, chemischem Nickel-Gold (ENIG), chemischem Silber und OSP (Organic Surface Protection). Nicht möglich ist die Oberfläche HAL (Hot Air Leveling). Temperaturen und Druckluft in diesem Verfahren würden die flexible Leiterplatte zerstören.

Polyimid (PI) ist ein thermoplastischer Kunststoff für Hochtemperaturanwendungen. Er ist sehr formbeständig, hat eine sehr hohe Spannungsfestigkeit und ist als kleberloses Foliensubstrat auch high-frequence-tauglich.

Die maximale Dauertemperatur liegt bei kleberlosen Polyimid-Flex-Leiterplatinen bei ca. 200 °C. Flexible Leiterplatinen mit Kleber haben eine maximale Betriebstemperatur von ca. 100 °C.

Üblicherweise verwendet man Polyimid oder Polyester. Polyimid ist hierbei die qualitativ hochwertige Lösung. In Sachen Temperaturbeständigkeit, Spannungsfestigkeit und Formbeständigkeit ist Polyimid klar leistungsfähiger als Polyester (PET). Eine kostengünstige und leistungsfähige Zwischenlösung ist Polyimid mit Kleber. Der Nachteil zum erheblich teureren reinen Polyimid besteht hier hauptsächlich in der geringeren Temperaturbelastbarkeit.

Parallele Leiterbahnen sollen bei doppelseitigen flexiblen Platinen auf Top und Bottom versetzt zueinander verlegt sein. Neben dem versetzten Anordnen sollten rechte Winkel vermieden werden. Sie erzeugen scharfe Kanten und könnten zum Anheben des Kupfers führen, wenn die flexible Leiterplatte an dieser Stelle belastet wird. Bei allen Pads sind Tear-Drops eingeplant.

Tear-Drops sind abgewinkelte Verstärkungen der Leiterbahn kurz vor den Pads. Sie verhindern eine zu abrupte Kantenbildung. Rechtwinkelige Kanten werden somit vermieden, denn besonders an diesen Stellen könnten ansonsten beim Verbiegen der flexiblen Schaltungen Risse im Kupfer entstehen.

Neben der Materialdicke nimmt auch die Lagenzahl Einfluss auf die Flexibilität der Platine. Je mehr Lagen, desto starrer wird die Leiterplatte. Außerdem spielt die Kupferstärke eine entscheidende Rolle. Es gibt daher Verfahren, die das Kupfer an bestimmten Biegebereichen dünner ätzen, sodass die Flexibilität dort erhöht wird.

Zu unterscheiden ist hier prinzipiell zwischen kleberlosem Flex-Material und Flex-Leiterplatten mit Kleber. Die tg liegt bei kleberlosen flexiblen Leiterplatten mit Polyimidfolie bei 220 °C. Handelt es sich um flexible Platinen mit Kleber, so liegt die tg bei nur ca. 130 °C. Das liegt daran, dass der Kleber ein Epoxidharz ist und damit ähnliche thermische Eigenschaften hat wie FCB.

Die Kriechstromfestigkeit ermittelt die Isolationsfestigkeit von Oberflächenmaterialien. Genormte Prüfbedingungen definieren den maximalen Kriechstrom, insbesondere unter der Einwirkung von Verunreinigungen und Feuchtigkeit. Diese Kriechstromfestigkeit von Leiterplattenmaterialien wird in CTI-Werten definiert. Der CTI-Wert von flexiblen Leiterplatinen liegt bei mehr als 100.

Die Spannungsfestigkeit von Polyimid-Flex-Platinen liegt bei 100 bis 240 kV/mm.

Die Dielektrizitätskonstante, auch dielektrische Leitfähigkeit oder dielektrische Funktion genannt, gibt an, wie durchlässig ein Material gegenüber elektrischen Feldern ist. Die Dielektrizitätskonstante von kleberlosen Polyimid-Leiterplatten liegt bei ca. 3,4 (bei Raumtemperatur).

LED-Modules

Der Wärmeausdehnungskoeffizient der BILTON LED-Module beträgt 17 * 10-6 K

Bei den Profilen & Abdeckungen ist darauf zu achten, dass Aluminium und Kunststoff unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen, welche bei der Montage zu berücksichtigen sind. Ausgehend von 20 °C verändert sich die Länge bei Aluminium-Profilen um ca. 0,25 mm pro Meter und bei Kunststoff um ca. 0,7 mm pro Meter je 10 °C Temperaturunterschied.

Es darf nur auf den dafür vorgesehen Lötstellen „+/-“ mit einer maximalen Temperatur von 230 °C gelötet werden. Es darf nur bleifreies Lötzinn verwendet werden. Damit keine Schäden entstehen, darf der Lötkolben die Lötstellen nur max. 10 Sekunden berühren. Der Biegeradius sollte mind. 2 cm betragen, da bei einer zu starken Belastung die Elektronik beschädigt wird.

Mechanisch:

  • Es darf keine mechanische Belastung der Bauteile auf der flexiblen Leiterfolie erfolgen.
  • Die LED-Module dürfen nicht in aufgerolltem Zustand betrieben werden.

Elektrisch:

  • Die Leiterbahnen dürfen durch die Montage nicht beschädigt oder unterbrochen werden.
  • Zum Betrieb sollten nur geeignete Netzteile verwendet werden, außerdem sollten folgende Schutzmaßnahmen gewährleistet sein: Kurzschlussschutz, Überlastschutz, SELV-equivalent.
  • Bei der Inbetriebnahme auf die korrekte Polung achten. Ansonsten kann das Modul beschädigt werden.
  • Unbedingt die max. Leitungslängen beachten.
  • Elektrostatische Entladungen vermeiden.

LED-Dimmers

  • BILTON LED-Dimmer dürfen nicht mit anderen Lasten verwendet werden.

Die angegebenen Maximalwerte dürfen nicht überschritten werden.

  • LED-Dimmer nicht direkt neben Hitzequellen installieren und für genügend Luftzirkulation sorgen (Mindestabstand: 20 cm).
  • Angeschlossene Leuchtmittel müssen für den Maximalstrom ausgelegt sein.
  • Die Zugänglichkeit zum Betrieb und Austausch des Geräts muss sichergestellt sein.
Abkürzung Beschreibung

tp

Betriebstemperatur

ta

Umgebungstemperatur

ts

Lagertemperatur

tc

Referenztemperatur

tw

Verarbeitungstemperatur

f

Luftfeuchtigkeit

tg

Erweichungstemperatur

OSP

Organic Surface Protection:
Organischer Oberflächenschutz, beschreibt ein Verfahren, bei dem die Oberfläche eines Materials beim Lötvorgang von Leiterplatten geschützt ist.

 

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