Titel S. 40_ Philips: City Touch in Siegburg

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1 Neue Technik & aktuelle Entwicklungen Ein Sonderheft der Komponenten: Vorschaltgeräte_S.48 Projekt: Riverwalk Brisbane_S.36 Titel S. 40_ Philips: City Touch in Siegburg K45886_10 02 November 2015 Interview: Dirk Politowski und José Antonio López

2 Fotos: Daniel Koebe Photography Gute Basis Bei der Verwendung von LEDs in Leuchten hat die Chip-on-board-Technologie den Leuchtendesignern einen großen Effizienzsprung ermöglicht. Abseits von Weiterentwicklungen bei den LED-Chips hat auch die passende Auswahl der Komponenten dieses Bauteils einen großen Einfluss auf dessen gesamte Lichtausbeute. Mit einer passenden reflektiven Basis wird deutlich mehr Licht abgegeben. 54 lichtreport

3 LINKE SEITE: Auf den Rohplatinen verschiedenster Hersteller findet sich das Miro Silver CoM als Grundlage für einen hocheffizienten Aufbau eines CoB-Moduls An sich ist die Chip-on-board-Technologie (CoB) nichts Neues, denn die direkte Montage von Chips auf eine Platine ist in der Elektronik alltäglich. Die Montage wird dadurch einfacher, denn es entfällt der Zwischenschritt des Packaging, das Einpacken des Chips in ein Gehäuse. An sich wäre das schon Grund genug, die Technologie zu nutzen, gleichzeitig wird aber auch die Nutzung des Lichts aus den LED-Chips durch CoB-Module verbessert. Die Kombination vieler Chips kleinerer Leistung macht das System preiswerter und sorgt für einen niedrigeren thermischen Widerstand, was sich positiv auf Lebensdauer von Chip und Leuchtstoff auswirkt. Und dadurch, dass der Leuchtstoff alle Chips umhüllt, wird auch eine erste Mischung des Lichts vorgenommen und so eine bessere Gleichmäßigkeit erzielt. Unterschiedliche Degradation in der Lichtfarbe einzelner Chips kann so ebenfalls (zumindest anfänglich) ausgeglichen werden. Durch die größere Lichtaustrittsfläche, die sich mit CoB-Modulen erzielen lässt, ist die Technologie auch gut in Downlights verwendbar, in denen ein Reflektor das Licht weiter verteilt. Generell sind die CoB-Module in vielen Größen und Formen auf dem Markt erhältlich, von kleinen, punktlichtartigen Modulen bis hin zu großflächigen Platinen mit hohen Leistungen bis um 100 W, die für Außenleuchten oder Hochleistungsstrahler verwendet werden. Alles Licht nutzen Wie in einem Package mit einem einzelnen LED-Chip hat auch das CoB-Modul ein Problem zu überwinden, das im Chip selbst begründet liegt. Das Licht wird hierbei nicht nur in eine Richtung abgestrahlt, auch zur Seite oder nach unten strahlt der LED-Chip ab. Damit dieses Licht auch genutzt werden kann, haben die CoB-Hersteller schon früh mit Beschichtungen gearbeitet, die das Licht reflektieren und so für eine bessere Performance sorgen sollen. Die Platinen (oder Substrate), auf die die Chips aufgebracht sind, werden dabei aus Metall oder Keramik gefertigt, je nach Philosophie des Herstellers, wenn es um die Wärmeableitung und elektrische Isolierung geht. Die ersten Versuche mit Beschichtungen waren nicht sehr erfolgreich, weshalb dann einige Entwickler die auf dem Markt vorhandenen Materialien für die Reflektorfertigung verwendet haben. Insbesondere Miro Silver von Alanod mit einem Reflektionsgrad sehr nahe an 100% war da einer der verwendeten Werkstoffe. Allerdings zeigte sich, dass die im fertigen CoB-Modul gemessenen Werte deutlich unter denen lagen, die sich vorher rechnerisch aus den Werten der Datenblätter ermitteln ließen. Eine Verbesserung der Lichtstromwerte an sich war aber auch hier schon deutlich erkennbar. An diesem Punkt kam es im Entwicklungsprozess dann zu den ersten Kontakten zwischen den Technikern von Modul-Herstellern und den Oberflächenspezialisten bei Alanod. Denn obwohl das Aufbringen von Chips direkt auf Leiterplatten zum Handwerkszeug eines Elektronikherstellers gehört, sind die einzelnen Prozesse doch wichtiges Know-how der einzelnen Anbieter und unterscheiden sich teilweise deutlich. Dementsprechend sind die Entwickler in der Preisgabe dieser Prozesse eher zurückhaltend. Es ließ sich bei den ersten Treffen mit den verschiedenen Herstellern jedoch recht schnell feststellen, dass der Aufbau des standardmäßig vorhandenen Miro- Silver-Materials nicht zum Prozess der LINKS: Das Miro Silver CoM in einem CoB-Modul ist ein komplett anderes Material als das Miro Silver in einem Reflektor, obwohl es die gleichen Reflektionseigenschaften hat. lichtreport 55

4 FORUM LINKE ABBILDUNG: Der LED-Chip wird auf das Miro Silver CoM aufgesetzt, das mit dem PCB verbunden ist. Die Lupe zeigt den Aufbau der Schichten auf dem Aluminium-Substrat. Das Bonding, die elektrische Verbindung des Chips, erfolgt von oben. CoB-Herstellung passt. Insbesondere die Plasma-Reinigung im Herstellungsprozess und das Verbinden von Schichten der Leiterplatte mittels Druck, Hitze und Klebstoffen verändert die hauchdünnen optisch wirksamen Schichten, die für die hervorragende reflektive Performance des Miro Silvers sorgen. Die oberste Schicht des Multilayers wurde dabei teilweise zerstört, was zu einer Störung des gesamten optischen Aufbaus führt und daher die reduzierte Performance zur Folge hat. Anpassung für bessere Wirkung Das Erkennen des Problems war dann der erste Schritt zu seiner Lösung, denn nun konnten die Ingenieure bei Alanod darangehen, das Material genau auf die Bedürfnisse der CoB-Hersteller abzustimmen. Das fängt schon bei der Verwendung eines anderen Aluminiumsubstrats als Basis an, das besser für die Anforderung der CoB-Hersteller geeignet ist als das Standard-Material, das auf Schichterhaltung beim Verformen getrimmt ist. Die Schichten darauf sind nun auf die einzelnen Herstellungsprozesse hin optimiert und garantieren einen Erhalt der optischen Eigenschaften auch nach dem Aufbringen von Chips und Leuchtstoff. Wie sehr dabei die Gesamtsicht des Prozesses und auch der späteren Verbindung notwendig ist, zeigt sich an einem Beispiel: So wurde bei ersten CoB-Entwicklungen festgestellt, dass das die anfangs verwendeten einfachen Silberschichten in bestimmten Außenanwendungen recht schnell die zusätzliche Performance verloren haben. In der Untersuchung der Testgeräte wurde dann festgestellt, dass aus Dichtungen ausdiffundierender Schwefel dazu geführt hatte, dass das Silber blind wurde. Auch hier konnten die Entwickler von Alanod mit dem weiter entwickelten Miro Silver eine bessere Lösung als das einfache Standardmaterial bieten: Mit einem besonders angepassten Schichtsystem ist das Miro Silver nun auch schwefelfest erhältlich. Auch ist es wichtig, welche Eigenschaften das Miro-Substrat mitbringt, auf dem die optischen Schichten aufgebaut sind. Auch hier könnte man durch die Verwendung weniger hochreinen Aluminiums Kosten sparen, ohne die mechanischen Eigenschaften zu verändern, es würde dadurch aber der thermische Widerstand erhöht. Die gute Wärmeleitfähigkeit, die das Miro mit sich bringt, ist aber auch eine der Voraussetzungen, dass die Performance des Gesamtsystems des CoB erhalten bleibt. Mehr Performance aus gleichen Chips Für die Herstellung von CoB-Modulen gibt es nun ein angepasstes Miro Silver 56 lichtreport

5 FACHBUCH Erleuchtendes Wissen RECHTE ABBILDUNG: Die Grafik zeigt das über die Wellenlängen reflektierte Spektrum des Lichts beim Miro Silver CoM. Im sichtbaren Bereich werden annähernd 100% reflektiert, was besonders bei Mehrfachreflexionen wie etwa im Leuchtstoff große Vorteile bringt. 17 CoM, wobei das CoM für Chip on Miro steht. In zwei Varianten als Grundmaterial für High-Power-Chips (HP) und zusätzlich optimiert auf die bereits erwähnte Schwefelproblematik (HPSP) stehen den Herstellern nun Möglichkeiten zur Verfügung, ohne weitere Änderungen eine Lichtstromerhöhung von 15 % bis 20 % zu erzielen. Das wird nicht nur durch die Reflektion des Lichts erzielt, das in andere Richtungen als nach vorn aus den Chips austritt, sondern auch durch Reflektionen des Lichts im Leuchtstoff selbst. Hier wird das Licht auch bis zu fünf Mal an den Leuchtstoffmolekülen reflektiert, bis es schließlich austritt. Die nahezu verlustfreie Reflektion des Miro-Silver-Materials sorgt nun dafür, dass auch dieses Licht genutzt werden kann. Generell ist trotz gleichen Namens das Miro Silver CoM ein komplett anderes Material als das für die Reflektorherstellung angebotene Miro Silver. Die reflektiven Eigenschaften sind bei beiden hervorragend, allerdings kann das CoM-Material genauso wenig für die Reflektorherstellung eingesetzt werden wie das herkömmliche Miro Silver im CoB-Modul. Das Beispiel zeigt auch, wie das Know-how der über die LED zusammenwachsenden Branchen der Lichtspezialisten und der Elektronikhersteller in gemeinsamer Arbeit zu neuen Ergebnissen führt und so die Produktperformance dramatisch erhöht einen Effizienzsprung dieser Größe hätte nur eine neue Generation von LED-Chips herbeiführen können. Mit den Herausforderungen der Technik geht auch die Entwicklung weiter. Als Substratlieferant für CoB-Module wird Alanod mit der Geschwindigkeit der Branche mithalten und man darf gespannt sein, welche Entwicklungen zu dieser Technik in der nahen Zukunft folgen. Bruno Weis, Johannes-Gerhard Kaiser, Norbert Wittig Industrie beleuchtung Ca. 480 Seiten. Softcover. Ca. 39,80. ISBN Erscheinungs termin: ca. Dezember 2015 Umfassend und auf dem aktuellsten Stand wird das komplette Thema der Industriebeleuchtung behandelt. Insbesondere die lichttechnischen und elektrotechnischen Anforderungen werden aufgezeigt. Das sind die Themen: Lichttechnische Grundlagen Europäische Richtlinien für Beleuchtung Arbeitsschutz Beleuchtungsaufgaben im Industriebereich Sicherheitsanforderungen an Leuchten EMV von Leuchten Elektrische Lichtquellen u.v.m. Hüthig GmbH Im Weiher 10 D Heidelberg Tel.: +49 (0) Ihre Bestellmöglichkeiten Fax: +49 (0) buchservice@huethig.de Hier Ihr Fachbuch direkt online bestellen!