elektronikJOURNAL
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Lichtquellen<br />
Keramiksubstrate<br />
Scherben bringen Unglück<br />
Die Ursachen von Brüchen bei Keramiksubstraten von Leuchtdioden<br />
Beim Bestücken von Leiterplatten mit LEDs, treten in manchen Fällen im Keramiksubstrat der Leuchtdioden Risse<br />
auf. Ursächlich hierfür sind die Biegungen und Verformungen der Platine während des Bestückungsvorgangs.<br />
Solche Brüche können zum Ausfall von LEDs und entsprechenden Leuchten führen. Allerdings lässt sich dieses<br />
Risiko mithilfe einiger Vorkehrungen minimieren.<br />
Autor: Mitch Sayers<br />
Das Verformen oder Biegen von Platinen ist beim<br />
Bestücken von Leiterplatten mit elektronischen<br />
Bauteilen unvermeidlich. Bei Komponenten mit<br />
Keramiksubstrat, kann das Mikrorisse hervorrufen<br />
und den Ausfall des Bauteils provozieren. Dieses Phänomen<br />
tritt unter anderem bei LED-Beleuchtungssystemen<br />
auf, wie Analysen von Cree ergaben. Bei den Untersuchungen<br />
wurden einer oder gar mehrere Risse im LED-<br />
Chip selbst und im Keramiksubstrat festgestellt (Bild 1).<br />
Die Hersteller von mehrlagigen Keramik-Kondensatoren<br />
in Chip-Bauweise (MLCCs, Multi-Layer Ceramic Chip<br />
Capacitor) haben die Ursachen der Rissbildung erforscht.<br />
Wenn ein Board gebogen oder durchgedrückt wird, erhöht<br />
sich vor allem an den Lötpunkten die Spannung. Dies ist<br />
speziell bei Keramik-Materialien problematisch, denn diese<br />
sind hart und wenig flexibel. Jede Biegespannung wirkt<br />
sich somit direkt auf den Korpus von Elektronikbauteilen<br />
aus und führt unter Umständen zu Rissen oder Brüchen.<br />
Die Schäden lassen sich anfangs in vielen Fällen nur<br />
schwer identifizieren, zumal sie nicht in jedem Fall einen<br />
sofortigen Systemausfall hervorrufen. Erst nach längerer<br />
Betriebszeit und unter Einfluss von Umweltfaktoren wie<br />
Feuchtigkeit vergrößern sich die Bruchstellen und führen<br />
zu Fehlfunktionen. Bei LEDs und entsprechenden Beleuchtungssystemen<br />
lässt die Lichtleistung einer Leuchte<br />
stark nach, ein Flackern tritt auf oder sie fällt komplett aus.<br />
Von Aufbau und Verformung<br />
Bei einer LED-Leuchte (Bild 2) wird das Board im Normalfall<br />
mithilfe einer oder mehrerer Schrauben am Aluminium-Kühlkörper<br />
beziehungsweise Gehäuse befestigt<br />
(Bild 3). Zwischen der Platine und dem Kühlkörper ist zudem<br />
eine Wärmeleitpaste oder ein Löt-Pad vorhanden, um<br />
die Wärmeabführung zu verbessern. Abhängig von der<br />
Größe und dem Design der Leuchte wird zudem innen<br />
Auf einen Blick<br />
No Riss more fun<br />
Treten im Keramiksubstrat der LEDs Risse auf, kann das verschiedene<br />
Ursachen haben. An der Form des Risses lässt<br />
sich häufi g schon identifi zieren, was ihn ausgelöst hat, beziehungsweise<br />
wo er im Fertigungsprozess entstanden ist.<br />
Generell lassen sich diese Fehler aber auch gleich vermeiden,<br />
indem der Entwickler vorab einige Regeln beherzigt.<br />
infoDIREKT www.all-electronics.de<br />
255ejl0413<br />
Bild fotolia: Ryan Jorgensen<br />
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<strong>elektronikJOURNAL</strong> 04 / 2013<br />
www.elektronikjournal.com
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