Isolierte Metallsubstrate: Bau eines LED-Panels

In diesem Projekt werden wir ein LED-Panel mittlerer Größe auf isoliertem Metallsubstrat (IMS) bauen, als Fortsetzung meines Studio-LED-Treiber-Projekts. Im vorherigen Projekt haben wir eine Reihe von LED-Treibern entworfen, um dieses Lichtpanel zu betreiben.

Dieses Lichtpanel hat drei verschiedene Weißabgleichs-LED-Typen mit hohem CRI darauf: warm, neutral und kühl. Durch Ändern der Helligkeit der verschiedenen Weißabgleiche kann das Licht des Panels an andere Beleuchtungen angepasst werden, was es perfekt für den Einsatz im Film macht - aber auch perfektes Licht für die Elektronikarbeit schafft. Die von mir für dieses Projekt ausgewählten Samsung SPMWH1228MD7WA-Serien-LEDs bieten eine außergewöhnlich hohe Effizienz für eine High-CRI-LED, die bei gleicher Wattzahl doppelt so viel Licht liefert wie meine vorhandenen kommerziellen LED-Panels. Mit 272 LEDs wird das Panel extrem hell sein mit fast 9000 Lumen, jedoch wird durch die Verteilung über eine große PCB eine weiche Lichtquelle geschaffen.

Wie bei all meinen Projekten ist dieses LED-Panel Open Source, Sie können die Altium-Projektdateien auf meinem GitHub finden, veröffentlicht unter der permissiven MIT-Lizenz. Dies ermöglicht es Ihnen, mit den Design-Dateien zu tun, was Sie möchten, auf eigenes Risiko, einschließlich der Verwendung des Designs teilweise oder ganz für kommerzielle Zwecke.

Was ist eine isolierte Metallsubstratplatine?

Eine isolierte Metallsubstratplatine hat typischerweise eine Metallbasis, mit einer sehr dünnen Schicht aus FR4, mit einer typischen geätzten Kupferoberfolie. Sie werden auch häufig als Metal Core PCBs, Metal Clad PCBs, Aluminium Clad oder Aluminium Base Boards bezeichnet. Aluminium ist das am häufigsten verwendete Metall, jedoch können sie auch mit einer Basis aus Edelstahl oder Kupfer für extrem leistungsdichte Designs hergestellt werden. Aluminium bietet die kostengünstigste Option, hat jedoch einige Nachteile.

Mehrschichtige IMS-Platinen sind im Allgemeinen weniger verbreitet und können im Vergleich zu einer einlagigen Platine erhebliche Mehrkosten verursachen. Im Gegensatz zu einer typischen Schaltplatine werden die meisten mehrschichtigen IMS-Platinen auf der Metallsubstratbasis aufgebaut, was in einer einzigen Komponentenschicht resultiert. Obwohl es nicht unmöglich ist, ist es weniger üblich, das Metallsubstrat in der Mitte des Schichtstapels zu finden.

Isolierte Metallsubstrate haben einige erhebliche Vorteile bei Anwendungen mit hoher Leistung aufgrund der zusätzlichen thermischen Masse des Substrats. Sie finden auch in Anwendungen mit großen mechanischen Belastungen Verwendung, da der Metallkern einige Lasten besser tragen kann als FR-4.

Die hohe Wärmeleitfähigkeit von IMS-Platinen ermöglicht die dichte Packung von Komponenten, die erhebliche Wärmemengen erzeugen, was sie sehr beliebt für LED-Beleuchtungsanwendungen macht. Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer beträgt 385W/m/K, Aluminium 205W/m/K, beide liegen weit vor FR-4 mit nur 0,25W/m/K. Während mehrere Kupferlagen in einer Standard-FR-4-Platine die thermische Leistung verbessern können - dicke Aluminium- oder Kupfersubstrate sind weit voraus.

Überlegungen zum isolierten Metallsubstrat

Obwohl IMS-Platinen ihre Vorteile haben, haben sie auch einige erhebliche Nachteile für bestimmte Anwendungen.

Einlagig/Einseitig

Die kosteneffektivsten IMS-Platinen haben eine einzelne Komponentenseite und typischerweise nur eine einzige Kupferschicht. Dies schließt die Verwendung von Durchsteckkomponenten aus und kann das Routing für komplexere Schaltungen herausfordernd gestalten. Platinen mit Signallagen auf beiden Seiten des Substrats sind in der Regel sehr teuer aufgrund des erforderlichen Verarbeitungsaufwands. Sie könnten feststellen, dass eine mehrlagige, doppelseitige, kupferkernige Platine die teuerste Platinenkonfiguration ist, die Sie bei vielen Herstellern bestellen können.

Dielektrische Festigkeit

Die dünne Schicht aus isolierendem Material zwischen den Kupferleitern und dem Substrat begrenzt die Verwendung von IMS-Platinen auf niedrigere Spannungen. Eine typische IMS-Platine hat 100um - 200um (4-8mil) Prepreg zwischen dem Leiter und dem Substrat. Während FR4 typischerweise zwischen 20kV/mm bis 54kV/mm liegt, was eine Isolationsstärke von 2000v für einen typischen IMS-Stapel ergibt - dies könnte nicht ausreichend sein, um regulatorische Anforderungen für netzbetriebene Geräte zu erfüllen. Ein häufiger Ausfallmodus für netzbetriebene LEDs auf IMS ist der Isolationsdurchbruch.

Kosten

Selbst bei preisorientierten chinesischen Platinenherstellern sind IMS-Platinen deutlich teurer als eine reguläre FR-4 Platine. Der Preis ist in den letzten Jahren jedoch erheblich gesunken, die Platinen für dieses Projekt kosteten ein Zehntel des Preises, den ich bei der Planung dieses Projekts vor zwei Jahren geschätzt hatte.

Platinenverzug/Thermische Ausdehnung

Aluminium hat einen ziemlich hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, was Komponenten belasten kann, wenn die Platine einem Temperaturbereich ausgesetzt ist, den sie durch Eigenerwärmung oder die Umgebungstemperatur erfährt. FR4 und die Kupferleiter haben viel kleinere thermische Ausdehnungskoeffizienten und daher können größere IMS-Platinen dazu neigen, sich zu einer Banane zu verformen, wenn sie erhitzt werden, da sich das Aluminiumsubstrat ausdehnt und die Isolations- und Leiterschichten dies nicht tun. Dies passiert auch während des Reflow-Lötens, obwohl Sie den Effekt bei einer kleineren Platine wahrscheinlich nicht bemerken werden.

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Panel-Schaltungsdesign

Anstatt 272 LEDs zum Schaltplan hinzuzufügen und alle in Serie/Parallel zu verdrahten, nutze ich die Multi-Channel-Funktion von Altium. Das wird auch das Layout der Platine erleichtern, da ich jede Weißabgleichung nur einmal anlegen muss und diese dann auf alle anderen anwenden kann.

Jeder Weißabgleich befindet sich auf seinem eigenen Schaltplanblatt und besteht nur aus einer einzigen LED-Kette.

Dann hat das oberste Schaltplanblatt die Multi-Channel-Blattsymbole, um die parallelen LED-Ketten zu erstellen. Ein Stecker und ein Thermistor für jeden LED-Kanal befinden sich ebenfalls auf dem obersten Blatt.

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Der Thermistor dient dem thermischen Rückfahrschutz, einer Funktion des Treibers, die es ihm ermöglicht, die Platinentemperatur zu erfassen. Sobald der Treiber erkennt, dass die Platine zu heiß wird, reduziert er den Antriebsstrom, um die LEDs vor Überhitzung zu schützen und deren Lebensdauer zu verlängern.

Panel Board Design

Ich wollte, dass das Board 300mm breit ist, aber ich hatte keine spezifische Höhe für das Board im Sinn - ich entschied mich, das Goldene Verhältnis zur Bestimmung der Höhe zu verwenden, was mir ein 185mm hohes Board gab. Ich muss alle Anschlüsse zusammen auf der rechten Seite des Boards haben, damit der Treiber mit vorgefertigten Kabeln verbunden werden kann. Dies definiert die Gesamtgröße des Boards und den verfügbaren Verdrahtungsraum.

Nach einem ersten gescheiterten Versuch, etwas Interessantes mit dem Abwechseln von Weißabgleichen zu machen, griff ich auf Plan B zurück - das Anordnen von abwechselnden Reihen von Weißabgleichen. Die Lichtausgabe am Ende wird genauso gleichmäßig verteilt sein, jedoch ist das Layout viel einfacher. Der Hauptnachteil davon, Reihen aus Kupfer auf einem IMS-Board zu machen, ist, dass die langen Kupferbahnen hauptsächlich in eine Richtung das Board während der thermischen Ausdehnung einschränken, genau wie ein bimetallischer Streifentemperatursensor.

Um die LEDs anzuordnen, habe ich die Räume genutzt, um alles zu arrangieren. Indem ich den Abstand der LEDs über das Board berechnete, konnte ich einen Raum mit dem korrekten LED-Abstand einrichten und dann diese Anordnung auf alle anderen Räume in diesem Kanal anwenden. Mit den Räumen in der richtigen Größe konnte ich einen auf jeder Seite der Reihe platzieren und dann das Werkzeug Align -> Distribute Horizontally verwenden, um alle Räume gleichmäßig in der Reihe zu verteilen. Die Komponenten bewegen sich beim Tun dessen nicht mit den Räumen - jedoch bringt das erneute Anwenden des Raumformats alles wieder in eine gleichmäßig verteilte Anordnung.

Mit den LEDs in einer generell gleichmäßig verteilten Anordnung habe ich Leiterbahnen zwischen den LEDs in einem Raum jedes Kanals verlegt und dann dieses Raumformat auf alle anderen Räume im Kanal angewendet, wobei ich jeweils einen Kanal nach dem anderen bearbeitete.

Für ein so einfaches Board wie dieses verwende ich nicht einmal Leiterbahnen für das Routing - nur Füllungen. Sie machen es sehr einfach, große Leiterbahnen wie diese anzulegen, obwohl ich auf einer „normalen“ Leiterplatte nicht davon träumen würde, ein Routing mit einer Füllung durchzuführen. Es ist eine neuartige Erfahrung.
Das Verlegen von 3 Weißabgleichen auf einer einlagigen Platine ist nicht möglich, da an einem bestimmten Punkt Leiterbahnen überkreuzt werden müssen. An diesem Punkt gibt es ein paar verschiedene Optionen:

• Auf eine 2-lagige IMS-Platine wechseln.
• Oberflächenmontierte Jumper/Shunts verwenden, um über die anderen Spuren zu brücken.
• Lötdrähte oder Kupferband auf die Platine löten, um als Jumper zu fungieren.

Eine 2-lagige IMS-Platine erhöht die Kosten erheblich, daher war ich nicht besonders geneigt, diesen Ansatz zu verfolgen. Es würde auch eine weitere dielektrische Schicht zwischen den LEDs und dem Substrat hinzufügen, was den thermischen Transfer reduziert.

Oberflächenmontierte Jumper sind fantastisch, wenn man eine große Menge Strom über eine relativ kurze Distanz leiten möchte - jedoch waren die Bereiche, die ich überbrücken musste, einfach zu lang für einen Jumper von der Stange, und sie sind nicht besonders kosteneffektiv.

Lötdrähte oder -band auf die Platine zu löten ist kosteneffektiv, aber nicht besonders elegant und sicherlich ohne ästhetischen Reiz.

Nachdem ich die Optionen abgewogen hatte, stellte sich heraus, dass die Erstellung einer benutzerdefinierten Leiterplatte, die als Jumper für alle Verbindungen gleichzeitig dient, die kostengünstigste Option war und mit dem gleichen schwarzen Finish wie die Panelplatte kaum auffällig sein würde. Ich entschied mich für eine 0,8 mm dicke PCB, da dies das Jumper-Board unter der Höhe der LEDs halten würde, was bedeutet, dass es keinen Einfluss auf deren Lichtausgabe rund um das Jumper-Board geben würde.

Bevor ich das Hauptpanel fertigstellte, vergrößerte ich alle Füllungen, um so viel Platz wie möglich zu nutzen - schließlich baue ich ein LED-Panel und kein Widerstandsheizungsboard. Ich fügte auch ein zentrales Montageloch hinzu, um es an einem Gehäuse zu befestigen, das ich in Zukunft 3D-drucken möchte. Dieses Montageloch sollte helfen, das Board zu fixieren, damit es sich während der Temperaturänderungen im Betrieb nicht verzieht und verformt.

Sie könnten auch bemerken, dass das Board einige Luftdrähte/nicht geroutete Netze zeigt. Diese werden angezeigt, weil ich die Abkürzung genommen habe, keinen Footprint/Symbol für das Jumper-Board zu erstellen, was bedeutet, dass Altium denkt, diese seien nicht geroutet.

Jumper-Board

Das Jumper-Board ist eine extrem einfache PCB. So einfach, dass ich mir nicht die Mühe gemacht habe, ein Schaltbild zu erstellen oder irgendwelche Footprints dafür anzulegen - ich habe einfach obere Löt- und Pastenaussparungen auf dem Panel hinzugefügt, um Pads auf meinen bestehenden Bahnen zu erstellen, und dasselbe auf dem Jumper-Board gemacht.

Um die Größe des Jumper-Boards und die Stellen, an denen Verbindungen benötigt werden, zu definieren, habe ich eine mechanische Schicht auf dem Panel-Board verwendet, um die Form des Jumper-Boards und die Verbindungen zu definieren. Dann habe ich das auf eine leere PCB kopiert und eingefügt.

Ich habe auch einen Siebdruck zum Panel-Board hinzugefügt, um zu zeigen, welche Verbindungen wohin gehen, um das Testen des Boards zu erleichtern.

Um das Routing des Jumper-Boards zu erleichtern, habe ich manuell Netze auf dem Board erstellt, indem ich Design -> Netlist -> Edit Nets verwendet habe.

In kurzer Zeit hatte ich ein individuelles Jumper-Board. Bei einem günstigen chinesischen Platinenhersteller kostete das gesamte Schaltungsboard weniger als ein Shunt-Jumper in Einzelstückzahl, was es extrem kosteneffektiv macht.

DIY IMS-Montage

In einem früheren Artikel habe ich über DIY-Leiterplattenmontage mit einfachen Werkzeugen gesprochen - jedoch bringen IMS-Platinen im Vergleich zu einfachen FR-4-Platinen eine ganze Reihe neuer Herausforderungen mit sich. Sowohl die thermische Masse als auch die Wärmeleitfähigkeit des Substrats machen die Arbeit sehr anspruchsvoll. Während eine einfache Heißluft-Rework-Station für die meisten auf FR-4 basierenden Platinen ausreicht, kann eine Rework-Station nicht genug Hitze liefern, um die Wärmeableitung des Metallsubstrats zu überwinden.

Die Montage beginnt wie bei jeder anderen Platine, indem man seine Platine in eine Art Rahmen montiert, um ihre Position zu halten, und dann eine Schablone anbringt. Ich verwende ein lasergeschnittenes Stück 5mm dickes Acryl als meine Pastenoberfläche, da es mir ermöglicht, es schnell von meinem Schreibtisch zu nehmen und mit der Montage fortzufahren. Früher habe ich den Rahmen mit Klebeband an meinem Schreibtisch befestigt, wie es die meisten Anleitungen empfehlen, aber das schränkt wirklich die nutzbare Arbeitsfläche ein. Ich verwende 3D-gedruckte Umrandungen für die Platine, anstatt Ersatz-Leiterplatten, wie es die meisten Anleitungen vorschlagen. Diese 3D-Drucke haben eine Lippe, die eine Schicht niedriger als die Oberfläche ist, auf der die Schablone sitzt, um das Klebeband passen zu lassen. Durch das Vorhandensein einer Klebelippe sitzt die Schablone perfekt bündig mit der Leiterplatte.

Nachdem die Paste aufgetragen wurde, kann die Platine wie jede andere Leiterplatte bestückt werden. In diesem Fall mit 272 LEDs und 3 Thermistoren.

Sobald Sie an dem Punkt angelangt sind, an dem Sie bereit sind, die Platine zu reflowen, benötigen Sie eine zusätzliche Wärmequelle für die Platine, da eine Heißluft-Reflow-Station allein nicht viel nutzen wird. Leider ist das Aluminiumsubstrat auf der Unterseite der Platine hochreflektierend, sodass ein Infrarot-Platinenheizer keinen großen Vorteil bietet.

Reflow Teppanyaki Grill

Die DIY-Montage bringt keinen großen Vorteil, wenn sie extrem teure oder große Werkzeuge wie einen Mehrzonen-Reflow-Ofen erfordert. Diese PCB ist zu groß, um in die Mehrheit der Toasteröfen zu passen, die ebenfalls beliebt für DIY-Montagen sind, und zu groß für meinen DIY-Dampfphasenofen, für den wir auf diesem Blog eine Steuerplatine erstellt haben. Nach langer Suche nach einer guten Lösung habe ich mich für einen sehr günstigen Teppanyaki-Grill von einem Online-Marktplatz entschieden - sein breites Format war die beste Passform für diese Größe der Platine.

Leider heizt sich wie bei den meisten Grill-/Griddle-Kombinationen die Fläche nicht sehr gleichmäßig auf. Mit einer einzigen Widerstandsschleife und einer ziemlich dünnen Gussaluminium-Kochfläche ist es weit entfernt von ideal. Ich hatte gehofft, dass die Aluminiumplatte selbst dazu beitragen würde, die Wärme viel gleichmäßiger zu verteilen.

Mit der Platte auf dem Grill ist es immer noch ungleichmäßig, aber etwas besser und etwas, mit dem wir arbeiten können. Die Platte auf dem Grill wirft ein zweites Problem auf: Der Grill ist weit davon entfernt, flach zu sein. Mit einem integrierten Fettablauf neigt sich die Oberfläche zur vorderen Mitte hin, was weniger als idealen Kontakt für die Platte bietet - besonders da sich die Platte beim Erhitzen ausdehnt und an den Rändern zu kräuseln beginnt. Ich habe letztendlich ein Paar Scheren auseinander gespreizt verwendet, um die Platte an verschiedenen Stellen nach unten zu drücken und den Kontakt zu verbessern, um die Temperatur zu erhöhen.

Wenn ich diesen Grill benötigen würde, um mehr als die drei LED-Paneele zu montieren, die ich baue, würde ich einige Änderungen vornehmen, die seine Nützlichkeit erheblich verbessern würden:

• Eine zusätzliche 6mm/¼ Zoll Aluminiumplatte als Wärmeverteiler hinzufügen.
• Umrüsten auf einen PID-Regler oder Reflow-Controller, um die Wärmekontrolle zu verbessern.

Mit dem Standard-Kochhitze-Knopf lohnt es sich, die Temperatur des Grills genau zu überwachen. Ein Thermoelement oder zwei wären in Ordnung, jedoch habe ich meine Wärmebildkamera verwendet. Um zu verhindern, dass die Platine zu schnell aufheizt, müssen Sie die Temperatur manuell hoch- und runterregeln, um die Leistung in kurzen Stößen durch die Spule zu bekommen. Dies ermöglicht auch, dass sich die Wärme vom Element ausbreitet. Wenn Sie die Platine zu schnell auf Reflow-Temperatur erhitzen, gibt es zu viel flüssiges Flussmittel auf der Platine, wenn das Lötzinn schmilzt, was zur Bildung von Lötkugeln führt, da das Flussmittel durch das geschmolzene Lötzinn kocht. Dies kann auch Probleme für Komponenten verursachen. Ein laufender Timer mit Ihren Ziel-Reflow-Temperaturprofilen kann Ihnen helfen, ein großartiges Reflow-Ergebnis zu erzielen.

Während dieser Ansatz dem Reflow-Löten einer FR-4-Leiterplatte auf einem Grill ähnelt, muss mit der IMS aufgrund ihrer größeren Wärmeleitfähigkeit und thermischen Masse mehr Zeit und Sorgfalt aufgewendet werden.

Ein Problem beim langsamen manuellen Ein- und Ausschalten, um die Hitze zu steigern, ist, dass viele einfache bi-metallische Wärmesensoren der Steuerungen es nicht ermöglichen, die Spitzen-Temperatur zu erreichen, die für Lötpaste benötigt wird. Das langsame Aufheizen bedeutet, dass man sich nicht auf das Überschreiten der Schmelztemperatur des Lötzinns durch die Überschusswärme des Heizelements verlassen kann. Es ist eine gute Idee, eine Reflow-Station in der Nähe zu haben, falls dies passiert. Die Reflow-Station kann leicht die zusätzliche Energiemenge liefern, um eine vorgeheizte Platine zu verflüssigen. Sobald der Flussmittel verdampft ist, kann man die Platine nicht abkühlen lassen und es erneut versuchen - ohne Flussmittel wird man etwas ähnliches wie Keramik mit dem oxidierten Lötzinn herstellen. Dieses Material wird nicht leicht schmelzen und ist unglaublich schwierig von der Platine oder bei Nacharbeiten zu entfernen - was bedeutet, dass die Platine und die darauf befindlichen Komponenten höchstwahrscheinlich entsorgt werden müssen.

Die andere Herausforderung bei diesem Ansatz kann das langsame Abkühlen der Platine gemäß dem Reflow-Profil sein. Nachdem das Lötzinn auf der Platine erstarrt war, habe ich die Platine mit ein paar Silikonmatten bedeckt, um zu reduzieren, wie schnell sie abkühlte. Das Verlangsamen des Abkühlprozesses half auch, das Verziehen der Platine zu vermindern.

Erste Tests

Beim ersten Testen eines LED-Panels ist mein Vorgehen etwas anders als bei einer regulären Platine, wie dem Treiber, der für dieses Board gebaut wurde. Wenn eine oder mehrere der LEDs in einer Reihe unterhalb der Komponente kurzgeschlossen sind oder verkehrt herum platziert wurden, könnte die gesamte Reihe eine Vorwärtsspannung von nur einer einzelnen LED haben - selbst das Anlegen einer strombegrenzten vollen Spannung würde wahrscheinlich diese LED beschädigen, während der Rest der LEDs auf dem Board nicht aufleuchtet.

Um das Panel zu testen, beginne ich mit einer Laborspannungsquelle bei der Vorwärtsspannung einer einzelnen LED und dem Stromlimit für die gesamte parallele LED-Gruppe. Wenn die Spannung an der Quelle sofort 0 V oder nahezu 0 V mit dem vollen Stromverbrauch anzeigt, dann liegt ein direkter Kurzschluss auf der Platine vor. Eine Wärmebildkamera kann in diesem Fall schnell den Ort des Kurzschlusses identifizieren. Glücklicherweise war dies bei keinem der von mir zusammengebauten Boards der Fall.

Nach diesem Punkt erhöhe ich langsam die Spannung um 0,5 V jedes Mal, in einem abgedunkelten Raum. Wenn es ein Problem mit irgendwelchen LEDs in einer Reihe gibt, wird diese Reihe beginnen, sich vor den anderen zu beleuchten. Wenn alle LEDs für diesen Kanal gleichmäßig und zur gleichen Zeit aufleuchten, sind sie nicht nur gut abgestimmt, sondern auch frei von Defekten.

Auf meiner Platine hatte ich eine Reihe von LEDs auf einem Kanal, die früher als die anderen aufleuchteten, wobei eine LED überhaupt nicht leuchtete. Leider war diese LED verkehrt herum montiert - der Fußabdruck der LED führte dazu, dass die Kontakte kurzgeschlossen wurden.

Arbeiten an einer Aluminium-PCB

Während die Montage und der erste Reflow seine Herausforderungen haben, ist das Nacharbeiten einer Leiterplatte mit Aluminiumsubstrat wesentlich herausfordernder. Um eine Platine nachzuarbeiten, besteht das Ziel darin, nur den Bereich zu erwärmen, den man nacharbeiten muss. Die gesamte Platine auf einen Reflow-Punkt zu bringen und sie dort zu halten, während die Platine korrigiert wird, ist weniger als optimal. Alle flüssigen Lötstellen werden oxidieren, und die Qualität der Verbindungen kann leiden. Zusätzlich dazu mögen viele Komponenten es nicht, mehrmals neu verlötet zu werden. Zum Beispiel empfiehlt Samsung nicht mehr als einen Reflow-Zyklus für die LEDs, die ich verwende. Elektrolytkondensatoren bei hohen Temperaturen zu halten, kann sie auch schnell degradieren, und Kunststoffverbinder könnten sich verformen, wenn sie bei erhöhten Temperaturen gehalten werden.

Daher benötigen wir eine Möglichkeit, einen kleinen Abschnitt der Platine nachzuarbeiten, um die kurzgeschlossene LED zu reparieren, ohne die gesamte Platine übermäßig zu erhitzen. Mit dem Aluminiumsubstrat, das die Wärme schnell verteilt, ist dies keine so einfache Aufgabe.

Ähnlich wie beim ersten Reflow ermöglicht die manuelle Steuerung der Temperatur durch schnelles Ein- und Ausschalten des Grills, dass die Oberfläche gleichmäßig und langsam erhitzt wird. Dies ermöglicht es Ihnen, die Temperatur langsam auf einen Punkt zu bringen, an dem eine Heißluft-Nacharbeitsstation die Temperatur erhöhen kann, um das Lötzinn zu schmelzen.

Sie können den heißen Luftauslass oben im Bild der Wärmebildkamera sehen, markiert bei 60,5°C. Ich musste die Temperatur der Station auf etwa 400°C (752°F) einstellen, um einen lokalen Bereich schnell genug aufzuheizen, um die Wärmeausbreitung zu begrenzen. Um das Lötzinn auf dem LED-Pad, das ich nacharbeitete, zu schützen, fügte ich eine kleine Menge Gel-Flussmittel um die LED hinzu. Im Gegensatz zu flüssigem Flussmittel, wie man es von einem Flussmittelstift erhält, ist das Gel-Flussmittel sehr dick und klebrig, sodass es nicht schnell verbrennt und nicht weggeblasen wird oder verläuft. Gel-Flussmittel ist zwar unordentlich, aber für eine Anwendung wie diese ist es unschätzbar wertvoll - so wertvoll, dass es auf meine Liste der unverzichtbaren Werkzeuge für den Elektronikprototypenbau gelangt ist!

Da sehr wenig freiliegendes Lötzinn vorhanden ist, ist es schwer zu erkennen, wann das Metall flüssig ist, also habe ich die LED seitlich mit den Spitzen meiner Pinzette angestupst, um zu sehen, ob sie sich bewegen lässt. Sobald sie sich bewegte, konnte ich die LED schnell entfernen und eine neue mit der richtigen Ausrichtung einsetzen. Wahrscheinlich hätte ich die LED ohne Probleme wiederverwenden können, jedoch empfiehlt der Hersteller keine mehrfachen Reflow-Zyklen oder das Nacharbeiten einer LED, und sie sind ziemlich günstig.

Betrieb des LED-Panels

Mit der abgeschlossenen Nacharbeit und der Überprüfung der restlichen Panels auf Probleme war ich endlich bereit, es mit dem Treiberboard zu verbinden und zu testen. Das Jumper-Board fügt sich sehr gut in das Panel ein und ist kaum zu bemerken. Wenn die LEDs leuchten, hat das Jumper-Board trotz seiner Nähe zu mehreren LEDs keinen Einfluss auf das Licht.

Wie im Artikel zum Treiberdesign erwähnt, übertraf der Treiber die Effizienzerwartungen, was zeigt, dass die breiten Leiterbahnen einen sehr geringen Widerstand aufweisen.

Das isolierte Metallsubstrat funktioniert unglaublich gut, um Wärme von den LEDs abzuleiten. Aus der Nähe betrachtet, erscheinen die LEDs kaum wärmer als das umliegende Board.

Mit der Rückseite des Boards auf meiner Silikon-Pyramidenmatte, die ihm sehr wenig Luftstrom oder Leitfähigkeit bietet, ist die Temperatur über das Board hinweg ziemlich konstant. Bei einer Umgebungstemperatur von 17,6°C (64°F) beträgt der Temperaturanstieg des Boards, sobald es einen stabilen Zustand erreicht hat, nur 17,8°C (64°F).

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