Wärmeleitfähige Compounds für LEDs: Effizienz und Leichtigkeit in COB-Systemen

Die Herausforderung des Wärmemanagements in Hochleistungs-LEDs

Die Entwicklung von LED-Beleuchtungssystemen hat zur Entwicklung von immer leistungsstärkeren und kompakteren Geräten geführt, die in der Lage sind, traditionelle Quellen in industriellen, öffentlichen und architektonischen Umgebungen zu ersetzen.
Unter den am weitesten verbreiteten Technologien zeichnen sich COB-LEDs (Chip On Board) aus, die mehrere Dioden auf einem einzigen Substrat kombinieren, um eine intensive und gleichmäßige Lichtemission zu erzielen.

Die Vorteile liegen auf der Hand – hohe Lichtdichte, weniger Komponenten und höhere optische Effizienz –, aber das Wärmemanagement wird zu einer entscheidenden Herausforderung.
Die Sperrschichttemperaturen von LEDs können 150 °C erreichen, und eine Überhitzung reduziert die Lebensdauer des Geräts erheblich.

Traditionell werden Kühlkörper aus Aluminium oder Metallegierungen hergestellt, aber heute bieten wärmeleitfähige Compounds für LEDs eine innovative und nachhaltige Alternative, die hohe thermische Leistung mit Leichtigkeit und Designfreiheit verbindet.

COB-LEDs und Technopolymer-Kühlkörper: der Fall Electromagnetica

Das rumänische Unternehmen Electromagnetica, das sich auf elektrische und Beleuchtungstechnik spezialisiert hat, hat eine hochmoderne Lösung für den Industrieprojektor CASTOR 2M erprobt, der mit zwei COB-LED-Modulen für eine Gesamtleistung von ca. 70 W ausgestattet ist.

Ziel war es, Folgendes sicherzustellen:

• Betriebssicherheit bis zu 45 °C Umgebungstemperatur,
• Passive Kühlung durch natürliche Konvektion,
• Thermische und mechanische Stabilität des Leuchtenkörpers,
  ohne auf Kühlkörper aus Metall zurückzugreifen.

Die Lösung wurde in LATICONTHER 62 GR/70 gefunden, einem wärmeleitfähigen Compound auf PA6-Basis, das mit 70 % Graphit gefüllt ist und von LATI Industria Termoplastici entwickelt wurde.

LATICONTHER 62 GR/70: Überlegene thermische Leistung

Das von Electromagnetica gewählte wärmeleitfähige Compound für LEDs gewährleistet ein optimales Gleichgewicht zwischen Leitfähigkeit, Widerstandsfähigkeit und Verarbeitbarkeit.

Wichtigste technische Eigenschaften:

• Wärmeleitfähigkeit: bis zu 10 W/m·K, stabil auch bei hohen Temperaturen.
• Leitfähiger Füllstoff: 70 % ausgewählter Graphit mit hoher Reinheit.
• Thermische Stabilität: Dauerbetrieb von -30 °C bis +100 °C.
• Dichte: etwa die Hälfte der von Aluminium, mit deutlicher Gewichtsreduzierung.
• Geringe Schrumpfung und hohe Dimensionsstabilität, ideal für die mechanische Montage.
• Kompatibilität mit Lackierprozessen und Oberflächenveredelung.

Labormessungen bestätigten eine tatsächliche thermische Effizienz von bis zu 10 W/m·K, unabhängig von der Ausrichtung der Graphitflocken, mit einer Leistung, die der von konkurrierenden Compounds deutlich überlegen ist.

Thermisches Design und geometrische Optimierung

Der Erfolg des Projekts CASTOR 2M erforderte eine genaue thermische Auslegung.
Die Ingenieure optimierten:

• Basisdicke des Kühlkörpers,
• Form und Abstand der Rippen,
• thermische Schnittstelle zwischen Leiterplatte und Technopolymer-Körper.

Auf diese Weise konnte die LED-Sperrschichttemperatur unter 80 °C gehalten werden, wodurch ein minimaler Lichtstrom von 8000 Lumen und eine verlängerte Lebensdauer gewährleistet wurden.

Vergleich von Kühlkörpermaterialien

Eigenschaft	Aluminium	Metallegierungen	LATICONTHER 62 GR/70
Wärmeleitfähigkeit (W/m·K)	237	150	10
Dichte (g/cm³)	2,7	3,0	1,3
Verarbeitbarkeit	Zerspanung	Gießen oder Druckgießen	Spritzgießen
Wärmekapazität	Mittel	Mittel	Hoch
Relatives Gewicht	100 %	110 %	50 %
Stückkosten	Mittel	Hoch	Wettbewerbsfähig

Neben der effizienten Wärmeableitung ermöglicht die Kunststoffverbindung die funktionale Integration von Komponenten, wodurch die Anzahl der zu montierenden Teile reduziert und die Produktion vereinfacht wird.

Effizienz und Nachhaltigkeit

Neben den technischen Vorteilen ermöglicht die Verwendung eines wärmeleitfähigen Compounds für LEDs:

• Reduzierung des Gesamtgewichts des Produkts, nützlich für Transport und Installation.
• Beseitigung von Korrosion, dank der nichtmetallischen Beschaffenheit des Materials.
• Möglichkeit des Recyclings oder der energetischen Verwertung des Produkts am Ende seiner Lebensdauer.
• Größere Designfreiheit, mit komplexen Formen, die in Metallen schwer zu erreichen sind.

Das Ergebnis ist ein leichter, effizienter IP65-Projektor mit einem hochwertigen ästhetischen Finish, der kataphoretisch direkt auf das Technopolymer lackiert wird.

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FAQ – Wärmeleitfähiges Compound für LEDs

1. Warum ein wärmeleitfähiges Compound anstelle von Aluminium verwenden?
   Um Gewicht, Kosten und Produktionskomplexität zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Wärmeableitungskapazität aufrechtzuerhalten.
2. Wie hoch ist die Wärmeleitfähigkeit von LATICONTHER 62 GR/70?
   Etwa 10 W/m·K, ein hoher Wert für ein Technopolymer, der auch bei hohen Temperaturen stabil ist.
3. Sind Kühlkörper aus Technopolymer für COB-LEDs geeignet?
   Ja, wenn sie richtig konstruiert sind: Sie gewährleisten eine effiziente Kühlung, eine lange Lebensdauer und Designfreiheit.