作る人 （つくるんちゅ）日記

リフローハンダは難しい…

　　

最初は、ハンダ付けによる、放熱板の取り付けに挑戦してみました。

まずは１mm厚の銅板を切り出し、取り付け用パーツを準備します。→ アルミ板の切り方。
適当なサイズに切り分け、ボール盤で穴開けし、グラインダーでバリ取りをしておきます。


１，置きハンダ方式
銅板に小さく切ったハンダを置きます。
その上にパワーLEDを載せて、クリップで挟んで位置を決めたら、銅板の下からミニ・バーナーで炙っていきます。
と、一見、くっついたように見えましたが、後からLEDがポロッと落ちてしまいました。
LEDのベース部分まで、熱が伝わっていなかったようです。

２，予備ハンダ方式
予備ハンダとは、先に薄くハンダを付けておくことです。
まず、ハンダゴテで銅板の中央でハンダを溶かし、すぐにティッシュで拭き取ります（ハンダメッキ）。そして、LEDの裏側に、ハンダを溶かして盛り、準備OK。
さっきとおなじように銅板にLEDを載せ、下からジワジワと炙ります。

と、急にハンダが流れてはみ出し、LEDと銅板がピタリと、完璧にくっ付きます。

…でも、僕は見てしまいました！　LEDの透明なドームの中が、一瞬曇ったのを…。


▲一瞬の曇りは、すぐに消えましたが、よく見ると内部に亀裂が残っています。

LED自体は、ハンダ程度の熱には耐えられるのですが、問題は透明な充填部。
確か、シリコン系だったと思いますが、空気中の水分を吸収しやすい材質で、水分を含むと高温での加熱時に破損してしまいます。
これが性能劣化に繋がるので、新品LEDにはシリカゲルが同梱されているんですね。

僕がハンダ付けしたLEDをよく見ると、ドームの中に、斜め方向の亀裂が走っているようです。

これはマズイ。ある程度の数をこなさないと、上手になれそうにありません。
というか、カンや熟練度に頼る工作方法では、歩留まりが悪すぎます。
ここは、他の手段を考えるべきでしょう。
注：リフローハンダは、通常はペースト状のハンダやリフロー炉を使用します。今回は、あくまで素人実験です。

取り付け金具方式

LED工作を扱ったサイトを巡ると、パワーLEDの取り付けには、｢固まる放熱用シリコーン｣がよく使われています。

これで取り付ければ話は早いのですが、屋外使用での耐候性・耐震性はどうなのでしょうか？

せっかく作るのなら、前回の自作LEDウインカーのように、５年以上は使えて欲しいものです。

今回は放熱に、アルミ板を使う予定。（銅の方が放熱性は良いのですが、錆びやすいのと、加工がしにくいため）
しかし、アルミという素材は、例えば瞬間接着剤でも、後からポロッと取れる場合が多々あります。
表面の酸化膜のせいか、（経験上）どうも、長期間の接着性に難があるのです。

そのため、今回は金具で固定する方法を考えてみます。
工具箱にたくさんあるステンレスのワッシャーの内径が、LEDのドームとピタリ同じだったので、まずは、これを加工してみましょう。
　　
▲左：5mmボルト用のワッシャーの内径が、パワーLEDのドームにピッタリ。　／　右：必殺！ ｢膝のせ双頭グラインダー｣。こうすると、ほとんど騒音が出ません。アパートでもOK！

ワッシャーを束ねて、グラインダーで削って形を整えていきます。

次に、放熱用のアルミ板をカット。寸法は、パワーLED一個あたり、25mm × 40mm。
ウインカーは長時間点灯するパーツではないので、この程度で大丈夫（だったらいいなぁ　笑）。

　　
▲左、カッターでアルミ板を切り出していきます。→　アルミ板の切り方。　／　右：自作の金具（四角く削ったワッシャー）を取り付けた状態。

高さは、パワーLEDのベース部分が2.5mm、ステンレスのワッシャーの厚みが0.7mm。計3.2mm。
家にあったアクリル棒が3mm角だったので、これをスペーサーに使ってあります。
アルミ板に穴あけして、ビスとナットでLEDを固定。

試作品なので手作り感いっぱいですが、実用版ではもう少し工夫してみる予定です。

いざ、通電！

▲定格の350mAの電流を流して、放置してみます。明るさは、テスターによると約1500ルクス。
今回の実験は、放熱板の取り付け方法の確認と、サイズが十分かを見るためのテスト。

実験用電源に、テスターを介してパワーLEDを繋ぎ、徐々に電圧を上げていきます。
カタログ値の350mAの電流を流したところ、じわじわとアルミ板が温かくなって来ます。

数分後には、多少熱くなりますが、指で触れる程度。ウインカーはデューティで点灯・消灯を繰り返すのと（通電時間は半分程度）、長くてもハザードで連続10分位しか使わない部品なので、現状の2.5 × 4cmサイズで大丈夫そうです。（もっと小さくてもOK！）

パワーLEDの現状

LEDは、その高い発光効率から、発熱が少なく明るいイメージがありますが、トータルで考えると、現状でやっと電球に近づいたかな。というレベルです。

例えば、家庭用の電球型LED。
ここ1年くらいで急速に普及してきましたが、まだまだ完全に置き換えに耐える所までは至ってません。

写真は60Ｗ型の電球型LED。
6.6Ｗで明るさは350ルーメン（1,980円）。

正面では電球並みの明るさですが、横や後ろ側には光が回らず、全体では電球に負けてしまいます。（JIS規格での60Ｗ電球の明るさは810ルーメン）

いったい、どうして効率が良いハズのLEDが電球にかなわないのでしょう…？


実は、設計上、明るさを上げるのは簡単なのですが、それを電球のサイズに納めた場合には、放熱が間に合わないそうです。

電球だと、ガラスと金属だけで作られているので、100℃を越える温度でも全然平気！
対して、LED電球の場合は、LED自体も、駆動回路も半導体が多用されていて、温度条件が厳しいのです。

しかも、電球なら、赤外線や様々な波長でエネルギーを四方に放出するのに対して、LEDは特定の波長の光（しかも一方向に）しか出せません。発光の変換効率は30％程度と高いのですが（電球では、約10％程度）、残りの電力の70％は小さなチップに蓄熱される事になります。

◆ 1ワットタイプのLEDの熱量

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3V×0.35A=1.05W	1.05W×70%=0.735W
↑ LEDのパワー	↑ LEDの熱

そのため、この熱をどう逃がすかが、パワーLED運用のカギとなるわけ。

僕が放熱にこだわるのも、こういう背景があるからなんですねー。
注：Super Flux LED等は、熱的には設計が楽です。ただ、面積あたりの光量ではパワーLEDが優るようです。

ちなみに、自動車のウインカーに使われる電球は12V21W。
で、一般的な電球20Ｗの明るさは、目安として170ルーメン程度です。（黄色だと、もう少し低いかな？）

--> パワーLEDを、固定せよ！