Espuma acrílica para el montaje de disipadores de calor en LED de alta potencia

Antes de adentrarnos en la importancia de los disipadores de calor en LED de alta potencia, y del empleo de espuma acrílica termoconductora para el ensamblaje, vamos a echar un vistazo rápido al increíble desarrollo de esta tecnología de iluminación.

Se calcula que la humanidad consume una cifra estimada de 40.000 trillones de lumenes-hora por año (Forbes, 2008). Es una magnitud difícil de representar en nuestra cabeza, pero nos permite entender mejor la eficiencia de la tecnología de iluminación.

Si tenemos en cuenta que una bombilla incandescente convencional de 60-100 vatios emite alrededor de 15 lm/W, y las lámparas fluorescentes estándar emiten hasta 100 lm/W, una bombilla LED de buena calidad está en torno a las 120-130 lm/W. Cifra que llega hasta los 303 lm/W en laboratorio (Cree Inc, 2014).

Aunque la eficiencia en realidad es mucho menor una vez instalado debido a que operan a altas temperaturas y a las perdidas de conducción, nos permite hacernos una idea de a dónde puede llegar esta tecnología.

El aumento de la eficiencia, una vida útil mayor (50.000 frente a 10.000 horas de las bombillas de bajo consumo o 1.500 de las convencionales), la eliminación del mercurio, la posibilidad de modular la luz y el coste de la bombilla en descenso, explican el increíble crecimiento de la iluminación LED.

La gestión del calor y el montaje de disipadores en LED de alta potencia

Llegar a 50.000 horas de vida útil ponen de manifiesto una obsolescencia muy limitada en relación al resto de tecnologías de iluminación. Pero la influencia del calor y de la corriente pueden aumentar o disminuir este tiempo de manera significativa.

Con el desarrollo de los LED de alta potencia, los equipos están sometidos a temperaturas de unión más altas y densidades de corriente más elevadas. Esto provoca estrés en los materiales y puede causar una degradación temprana de la emisión de la luz.

Por este motivo es fundamental una correcta gestión del calor.

Cómo funciona la disipación de calor de un LED

El calor residual de un LED de alta potencia se transporta por conducción a través del sustrato y el encapsulamiento hasta un disipador que elimina el calor. Para obtener los mejores resultados es necesaria una buena conducción térmica y la maximización de la superficie de contacto con el aire, pero sin sacrificar el peso, ya que a medida que la tecnología avanza se requieren diseños más ligeros y pequeños. Se suelen fabricar en aluminio por su ligereza, pero también en cobre, acero, etc. Los LED de potencia media van soldados directamente a una placa de circuito impreso que dispone de una capa de metal térmicamente conductora. Sin embargo los LED de alta potencia (HP-LED / HO-LED) se encapsulan en paquetes cerámicos de gran superficie diseñados para ser conectados a un disipador de calor metálico, siendo la interfaz un material de alta conductividad térmica (espuma acrílica conductora, adhesivos Epoxy conductores, pasta térmica, material de cambio de fase, etc.)

Si no se disipa el calor de un LED es probable que los componentes electrónicos tengan problemas de sobrecalentamiento, reduciendo su vida útil o incluso produciendo un fallo completo en el equipo de iluminación. Por este motivo es necesario dedicar tiempo al diseño térmico, teniendo en cuenta las resistencias térmicas del encapsulamiento del LED, el disipador de calor y la interfaz entre ambos. Por último, es importante proteger también los drives o motores de alimentación del calor liberado por el disipador. De lo contrario, estos driver que controlan el flujo de electricidad y ajustan el voltaje suministrado a los LED podrían también deteriorarse.  

Materiales adhesivos para la interfaz de conducción térmica

Para ensamblar el encapsulamiento del LED con el disipador se emplea una interfaz de alta conductividad térmica. Se deben emplear soluciones que ofrezcan una transferencia térmica eficaz y fiabilidad a largo plazo, por lo menos durante todo el ciclo de vida del producto. Las interfaces más empleadas son: pasta térmica, material de cambio de fase, espuma térmica conductora o pegamento termofusible.

En este pequeño monográfico nos vamos a centrar en la espuma acrílica conductora de calor, material con el que trabajamos para crear piezas troqueladas, que se emplean para aplicaciones en automoción, baterías / vehículos eléctricos, UAV (drones) y equipos LED.  

Espuma acrílica para el montaje de disipadores en LED

La espuma o almohadilla acrílica de interfaz conductora térmica está diseñada para crear una ruta de transferencia del calor entre componentes generadores de calor como chips o circuitos impresos hacia disipadores de calor de aluminio. Se emplea principalmente en disipadores de calor en LED de alta potencia. Está fabricada con un elastómero acrílico ligeramente adhesivo relleno de partículas cerámicas térmicamente conductoras. Ayuda a un ensamblaje rápido en la cadena de producción, se puede troquelar a la medida de la pieza, y además de ofrecer una excelente conductividad térmica que aumenta la vida del producto, ofrece una excelente capacidad dieléctrica (baja conductividad eléctrica).

Ventajas de la espuma termoconductora:

• Muy conformable y suave: se adapta muy bien a los superficies de circuitos integrados no planos (IC) y bloques de distribución de calor, sin dañarlos.
• Ayuda a reducir la presión a los componentes eléctricos.
• Excelente conductividad térmica.
• Excelentes propiedades de aislamiento eléctrico.
• Se puede troquelar con la forma exacta para cubrir de manera precisa toda la superficie.
• Se aplica muy rápido acelerando el ensamblaje.
• No mancha por lo que se evitan reprocesos y trabajos de limpieza o rectificado.
• Sin aceite de silicona: no hay contaminación.
• Coste efectivo: mayores prestaciones y menor uso de materiales.

Vídeo de la creación de un componente de espuma termoconductora a partir de un plano

¿Qué podemos ofrecerte en Trayma?

Además del troquelado de espuma acrílica y de ser proveedor de cinta adhesiva termoconductora, cinta de doble cara, aislantes, etc. podemos ofrecerte todo tipo de productos adhesivos para la unión, fijación y ensamblaje. También para la optimización de la producción y protección durante el transporte. Trayma es un convertidor global de cinta adhesiva para la industria que trabaja en mercados como automoción, aeronáutica, electrónica, línea blanca, ascensores…

• Asesoramiento técnico y acompañamiento en el desarrollo de producto Conocimiento de materiales y aplicaciones y soluciones en múltiples sectores. Desarrollo de prototipos y laboratorio de ensayos in-house. Nos integramos en las áreas de investigación, desarrollo y producción de su empresa.
• Los mejores partners y proveedores Trayma es un convertidor multimarca que trabaja con una gran variedad de materiales de diversos fabricantes internacionales. Contamos con alianzas y acuerdos de distribución con fabricantes líderes en diversos sectores, cuyos productos son referencias reconocidas a nivel mundial.
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