cree XR verlöten

Update: 12.3.2009

Nach dem was ich in der Zwischenzeit über SMD Bauteile und die entsprechenden Lötverfahren gelernt habe, ist diese Methode ausdrücklich NICHT! mehr zu empfehlen. Ich lasse das How-To trotzdem noch online, aus Fehlern kann man auch lernen und dieses Beispiel schreckt hoffentlich ab.

Update: 21.12.2009

Wie man es besser machen kann erfahrt ihr hier.

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Dieses Tutorial dreht sich um einen recht speziellen Fall. Es soll ein Weg vorgestellt werden, Highpowerleds wie z.B die Cree XR, mit Hilfe einer starken Hitzequelle ( schwerer Lötkolben / Herdplatte) auf einer Aluminiumplatine zu befestigen. Zum Einsatz kommt dabei keine Reflowpaste sondern herkömmliches Lötzinn. Auch wenn sich hier alles um die Cree dreht, lassen sich die Ergebnise mit Sicherheit auch auf andere Modelle übertragen.

Stellt sich die Frage warum man überhaupt löten sollte. Die Alternative wäre einfach mit Wärmeleitkleber oder -Paste einen Kontakt zwischen Kühlfläche und Aluplatine herzustellen. Eine gelötete Verbindung bietet jedoche einen deutlich günstigeren Wärmewiderstand, was sich positiv auf die Lebensdauer der Leds auswirken soll. Die Verwendung eines fertig bestückten Staremitters wäre zwar immer noch einfacher, in machen Fällen mag die Bauform jedoch wenig zweckdienlich sein und man setzt lieber auf die Stücke aus der Multilineplatine.

Im Vergleich mit den Modellen von Seoul oder Luxeon weist die Bauform der Cree XR Serie einige Besonderheiten auf:

1. keine einzelnen Beinchen, nur schmale Kontaktflächen an der Grundplatte, 2. die Verwendung einer Glaslinse statt des gewohnten Silikons und 3. der Metallring um den Dome.

Die schmalen Kontaktflächen erleichtern das manuelle Verlöten nicht unbedingt. Man ist dazu gezwungen um ein vielfaches präziser zu arbeiten, als wenn man die leicht flexiblen Beinchen einer Lumiled auf der Platine fixieren müsste. Aus der Verwendung einer Glaslinse ergeben sich weitere Probleme, auf die auch im weiteren Verlauf eingegangen wird.

Wie genau man Arbeiten muss wird wohl in diesem Bild deutlich genug, wo die LED bereits auf der späteren Trägerplatine ( Multiline )steht.

Das benötigte Werkzeug sollte sich in jedem besseren Bastelhaushalt finden lassen. Wer über keinen ähnlich kräftig dimensionierten Lötkolben verfügt kann das ganze auch auf dem Elektro- oder Ceranfeld durchführen.

Wir brauchen: Zwei Zangen oder Pinzetten ( dazu später mehr), eine geeignete Wärmequelle, Lötzinn, LED + Platine und ein Kühlblech.

Man wird in jedem Fall beide Hände für den eigentlichen Lötvorgang benötigen, es ist daher sinnvoll den Lötkolben zu fixieren.

Wenn die Vorbereitungen soweit abgeschlossen sind kann man sich dem eigentlichen Löten widmen.

Zuerst wird die Platine einfach locker auf der Spitze des Lötkolbens abgelegt und verzinnt. Man sollte an dieser Stelle schon darauf achten die Platine so zu positionieren, dass man sie nach dem Verzinnen problemlos mit dem Greifwerkzeug seiner Wahl packen kann. Es bietet sich an die Platine direkt wieder zu entfernen, damit sie nich zu heiß wird. Das erneute Aufheizen ist dann meist nur eine Sache von Sekunden.

Vom folgenden Arbeitsschritt existieren leider keine Fotos. In diesem entscheidenden Schritt hat man nur Sekundenbruchteile um die beiden Teile zu fixieren. Man hält die Platine via Zange in der einen und die Led in der anderen Hand ( auch mit Zange/Pinzette wenn man möchte). Die Platine wird dann auf den Lötkolben gehalten, bis sich das Zinn wieder verflüssigt. In das flüssige Zinn wird nun die Led gepresst und nach einer halben, maximal einer Sekunde müssen beide Teile vom Lötkolben entfernt werden. Man hat also keine Zeit eventuelle Fehler bei der Positionierung zu korrigieren. Lässt man die LED nur einen Tick zu lange auf dem Lötkolben springt sofort die Glaslinse. Die LED ist danach nicht zerstört, nur die Linse wird etwas an Durchlässigkeit verloren haben. Es ist daher auch wichtig die beiden Teile auf ein Kühlblech zu legen, da in der Platine noch einiges an Wärme gespeichert ist. Bis die Aluplatine auf dem Blech liegt, kann man auch davon ausgehen, dass das Zinn noch flüssig ist und die LED noch verrutschen kann.

Wenn man die Bauteile auf einem thermisch isolierenden Körper zusammenbringt, könnte dies einen weiteren Sicherheitsgewinn in Bezug auf die Haltbarkeit der Linsen darstellen.

Eine gesprungene Linse sieht dann so aus:

Oben die Defekte, unten der erfolgreiche Lötversuch. Die Risse befinden sich dabei direkt oberhalb der Phosphorschicht und ziehen sich nicht bis in die Spitze des Domes, verlaufen also parallel zur Grundplatte.

Fazit: Die hier vorgestellte Methode ist nur dann zu empfehlen, wenn man ruhige Hände hat und nur eine Led auf ein einzelnes Stück der Aluplatine ( ein Star wäre hier natürlich auch denkbar) löten möchte. Wenn man einen ganzen Streifen bestücken möchte, sollte man in jedem Fall auf Reflowpaste zurückgreifen. Im Reflowverfahren, auch dem auf der Herdplatte, liegt die Arbeitstemperatur deutlich niedriger. Rein subjektiv liegt die Helligkeit der Leds mit defekter Linse auf gleicher Höhe wie die einer unbeschädigten. Mein Bauchgefühl sagt mir aber, dass das nicht sein kann. Ob sich ähnliche Probleme auch bei den Z-Leds oder Lumileds ergeben konnte ich mangels Testobjekten nicht überprüfen. Die weiche Silikonlinse und die Kunsstofffassung werden sie jedoch deutlich toleranter gegenüber solchen Hitzeattacken machen.