Tecnología de las Luminarias LED y III

Luminarias LED: La Placa Base

La placa base es fundamental para una correcta disipación del calor, uno de los aspectos que determinan la duración y calidad de la iluminación de una lámpara LED.

Es la placa de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Board), que soporta las conexiones de los componentes electrónicos, como las conexiones del chip y las vías de disipación del calor. Según el sistema de evacuación del calor utilizado puede componerse de distintas capas y materiales (principalmente aluminio y cobre además de otros materiales conductores).

En términos generales, un circuito impreso es una placa sobre la que se conectan diferentes componentes electrónicos, a través de una serie de pistas de un material conductor (normalmente cobre) dispuestas sobre una base de un material no conductor, como fibra de vidrio reforzada, cerámica o plástico.

El uso de circuitos impresos es generalizado en todo tipo de aparatos eléctricos desde los años 50, aunque lógicamente tanto los materiales empleados, como el diseño y la fabricación han evolucionado durante todos estos años. No obstante la industria ha desarrollado circuitos impresos específicamente diseñados para lámparas LED, con materiales que favorecen la conductividad térmica.

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 Tipos de placas base

En tecnología LED, existen dos tipos de placas base, en función del método empleado para la disipación de calor:

  • PCB con vías térmicas.
  • PCB de núcleo metálico.

PCB con vías térmicas

Las vías térmicas son pequeñas perforaciones (de entre 0,3 y 0,5 mm de diámetro) que atraviesan la placa base. Estos agujeros están recubiertos de un metal que favorece el traspaso del calor emitido por el LED, a través de la placa base hasta el disipador de calor. En estos casos la placa base suele ser fibra de vidrio recubierta de resina epoxi ignífuga, muy resistente a la temperatura y baja absorción de humedad sobre la que se aplica una o varias capas de cobre (por una o ambas caras).

 PCB de núcleo de metálico (MC-PCB)

Actualmente el sistema más utilizado y más recomendado para LED’s de alta potencia son los circuitos impresos de núcleo metálico (MC-PCB o metalcore printed circuit board). Son más caros (y eficientes) ya que se utiliza como base una placa de aluminio de entre 1,5 y 3 mm de grosor.  A esta placa base de aluminio se añade otra capa de una material dieléctrico que conduce el calor pero no la electricidad.

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Esquema de una placa base LED de núcleo metálico (MC-PCB).

Unión de los chips LED a la placa base

No solamente es importante el tipo de la placa base, sino la unión de los chips LED a la misma, especialmente para favorecer la transmisión del calor generado por los LED.

En la mayoría de las lámparas y luminarias existentes en el mercado, independientemente del tipo de placa base que utilicen, se montan los chips utilizando un material de unión que favorece la conducción del calor, como silicona o un pegamento especial. Cada chip LED se conecta a la placa base soldando su correspondiente ánodo (polo negativo) y cátodo (polo negativo) a las almohadillas dispuestas a tal efecto en el circuito eléctrico, que se diseña en función del número de LEDs que quieran instalarse en cada luminaria y la forma de la misma. Algunas placas base son flexibles, de tal forma que pueden adaptarse a la forma del soporte.

Una placa base de baja calidad puede llegar a reducir hasta un 30% la vida del LED y aumentar hasta un 15% su consumo.

Se están utilizando lámparas y luminarias de alta gama que comercializa una tecnología pionera (unión directa a la placa base), que disminuye la resistencia térmica aumentando considerablemente la disipación del calor. Esta nueva tecnología hace innecesaria la capa dieléctrica entre la placa base y el chip, ya que éste se une directamente a la PCB a través de una soldadura de SnAgCu (estaño-plata-cobre) de alta conductividad, lo que aumenta la conductividad térmica de 2W/mk a 200W/m.k. y, en consecuencia:

  • Reducen el número de LED necesarios (y el tamaño de la placa) para una cantidad de luz dada.
  • Producen mucha más luz a mismo tamaño de placa (y por consiguiente lámpara o luminaria final).
  • Reducen el tamaño del disipador de calor.

Esquema de la “placa de unión directa” de alta disipación del calor