Techniek - Hersolderen van een Cree XR-E LED
Woord vooraf
Aan de fabrikant twijfel ik niet, maar ondanks zorgvuldige determinatie durf ik niet met 100% zekerheid te zeggen dat dit écht een XR-E LED is. Het soldeerproces verschilt echter amper van andere types.
Defecte LEDs
Op m'n werk werden enkele van deze Lumoluce Lugano LEDspotjes (L05410WW 28L125) vervangen omdat er gewoon amper tot geen licht meer uit kwam. Dat was, na pakweg 7 jaar op een bewegingsmelder, op zich niet zo gek, al verbaasde het me dat niet de driver maar de LEDs het probleem waren.
Omdat ik benieuwd was naar het defect maar ik op m'n werk alleen een labvoeding tot m'n beschikking had (die hetzelfde resultaat gaf als de driver: geen licht) nam ik er een paar mee naar huis om te onderzoeken.
Erg duidelijk defect...
Erg lang te zoeken hoefde ik niet, want bij het af-schroeven van het dekseltje van de Lumoluce armaturen waar deze LEDs in zitten, viel de LED-chip met zijn aangemonteerde lens bijna spontaan van de hitte-geleidende print.
Wat een apart defect! Zou dit puur een hitte-probleem zijn of is dit een slechte serie geweest waarbij de LED niet goed vastgesoldeerd is geweest óf het verkeerde soldeer gebruikt is?
Een poging tot hersolderen
Omdat de LED zelf nog prima werkte en hij nu toch al stuk was, besloot ik eens te kijken of ik dit als gewoon mens weer kon herstellen. Normaliter begin ik niet aan het solderen van kale LED-chips omdat ik er de juiste apparatuur gewoon niet voor heb.
In dit geval kon er niets mis gaan en was het een leuk leer-object.
Ik keek eerst of alleen flux voldoende zou zijn om dit op te lossen. Helaas is m'n flux wat oud, dus erg lekker doseren lukte niet.
Daarnaast had ik waarschijnlijk m'n hetelucht-station net niet heet genoeg staan. De eerste poging mislukte. Met een nogal ferme 'pets' ontstond ineens een 'barst' in de LED (lees: het gel-lichaam onder de glazen lens) en had de hele lens van de LED-chip losgelaten.
Nou ja... deze moest ik dan maar in z'n geheel vervangen door een nieuwe LED.
Omdat ik nog een exemplaar had dat losgelaten had, waagde ik een nieuwe poging. Nu vermengde ik eveneens erg oude soldeerpasta en flux op de plek waar de LED moest komen, met een nogal slordig resultaat.
Dit werd 'm overigens ook niet: hoewel de flux en het tin duidelijk heet genoeg werden, was er blijkbaar te weinig pasta (of teveel) om de LED ook te fixeren. Na afkoelen viel de chip er net zo snel weer af.
Ik maakte alles schoon voor een derde poging en bracht met de soldeerbout op elk eilandje een klein beetje gewoon harskernsoldeer aan. Daarna ben ik gaan verwarmen met hete lucht en heb de LED zo goed mogelijk op z'n plek gelegd met een pincet. Mooi effect om de LED recht 'getrokken' te zien worden door de capillaire werking van het vloeibare tin!
Na voldoende afkoeling (NIET BLAZEN!): Ja! Jaha! Hij doet het!
Ongelooflijk! Gezien de thermische mishandeling (ik heb waarschijnlijk veel langer verhit dan volgens specificaties aan te raden is) vind ik het echt bewonderenswaardig dat de LED nog functioneert.
Maar, dit zegt niet zoveel. De LED moet ook goed gekoeld worden via het enorme contact onder de LED, dat in verbinding staat met de koelster waar de LED op gemonteerd is en weer in thermische verbinding staat met de behuizing waar alles ingebouwd is.
Daarom ga ik nog een stapje verder...
Thermische controle
De LED heeft een enorm koelvlak onderop zitten. Omdat een elektrische test alleen niet voldoende is om te bepalen of de LED echt goed vast zit, controleer ik ook het temperatuurverloop bij nominale stroom en vergelijk die met een fabrieksgemonteerde LED.
Koelsterren voor hoogvermogen-LEDs hebben 1 of meer testpunten voor dit soort metingen, vaak te herkennen aan een verguld punt. Op de foto zie je ze vlak onder de schroef en direct boven de linkerhoek van de LED-chip.
Het punt het dichtst bij de chip is de temperatuur van de LED-chip behuizing (Tcase). Het andere testpunt zal in dit geval vooral de dissipatie naar behuizing waar de koelster contact mee maakt meten. Omdat daar in mijn geval, op het verwijderen van de LED en weer terugplaatsen ervan na, niets veranderd is, ga ik die niet controleren.
Gebruikte apparatuur:
- Multimetrix DMM220 inclusief meegeleverde temperatuursensor in de temperatuurstand
- Fluke 62 mini IR thermometer
- UNI-T 210E stroomtang
- Philips PE1540 labvoeding in stroombegrenzing op 694 mA
De Fluke thermometer werd hierbij alleen gebruikt om de omgevingstemperatuur te vergelijken met de multimeter.
De afwijking was verwaarloosbaar.
Omgevingstemperatuur bij de test met hergesoldeerde LED: 19 graden.
Omgevingstemperatuur bij test met originele LED: 20 graden.
Duidelijk zichtbaar is dat er zo weinig verschil in zit dat ik er wel van uit durf te gaan dat de LED ook met z'n koelvlak voldoende contact maakt om betrouwbaar te blijven werken. Omdat de omgevingstemperatuur een graad hoger lag bij het testen van de fabrieksgemonteerde LED, is het verschil erg klein.
Wel lijkt de temperatuur van de hergesoldeerde variant zich iets eerder te stabiliseren. Iets langer doorgaan met meten had mogelijk een iets groter verschil opgeleverd, maar omdat de resultaten erg lang zo dicht bij elkaar bleven, zag ik weinig noodzaak.
Laatste controle en conclusie
Belangrijk punt: zit de LED wel goed in het midden? Hoewel het tin de LED op z'n plek 'trekt' kan het bijna niet missen, maar de reflector die op het spotje geschroefd wordt laat erg weinig ruimte voor fouten in de uitlijning over, dus dit was best wel spannend. Maar alles is in orde.
Conclusie: Dit is als mens wel te doen, al is de betrouwbaarheid op de lange termijn lastiger te controleren.