La electrónica de un LED, primera parte: la placa base o circuito impreso

La electrónica de un LED, primera parte: la placa base o circuito impresoLa electrónica de un LED, primera parte: la placa base o circuito impresoLa electrónica de un LED, primera parte: la placa base o circuito impreso
La placa base es fundamental para una correcta disipación del calor, uno de los aspectos que determinan la duración y calidad dela iluminación de una lámpara LED.

Siguiendo con el repaso a los componentes más importantes de una lámpara o luminaria LED, en esta ocasión vamos a centrarnos en la placa base.

La placa base,  circuito impreso o PCB (del inglés printed circuit board) es el elemento que soporta el chip y sus conexiones y cuya composición es fundamental para una correcta disipación del calor, uno de los aspectos que determinan la duración y por consiguiente la rentabilidad y calidad de una lámpara LED, como veremos en más profundidad en próximas entradas.

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 (FR4), cerámica o plástico.

El uso de circuitos impresos es generalizado en todo tipo de aparatos eléctricos (radios, ordenadores, televisiones, etc.) 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.

PCB LED

Placa base o circuito impreso de una lámpara LED.

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 de FR4 —fibra de vidrio recubierta de resina epoxy 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 LEDs 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.

MC-PCB

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.

ledia group utiliza en las 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/m.k 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.
Placa base de eficacia superior de LEDIA GROUP

Esquema de la “placa de unión directa” de alta disipación del calor utilizada por ledia group en las lámparas y luminarias de alta gama que comercializa.

 

En próximas entradas continuaremos con el siguiente elemento de las lámparas y luminarias LED: el disipador de calor. Hablaremos de su importante papel para obtener una aplicación balanceada y de alto rendimiento. Anticipamos que son estructuras normalmente estriadas hechas a partir de aluminio, que existen diferentes modelos en el mercado y que su elección contibuye a la duración y a la calidad de la iluminación.

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Periodista de Coonic. Especializado (e interesado) en ciencia, energía y nuevas tecnologías.

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