Modelo de manejo térmico del sistema Nath Istanium. Foto: Simon LightingEl rendimiento lumínico de los LEDs de alta intensidad depende en buena medida la gestión térmica. Este factor ha generado una serie de desafíos para los fabricantes pues es un aspecto fundamental para la calidad de los equipos de iluminación. Como consumidores, es necesario cuestionar al fabricante acerca de las características de disipación térmica para tener mayor certeza al momento de adquirir un producto.
Una alta temperatura interna de los componentes del LED reduce considerablemente la vida de los equipos y es por ello que los fabricantes deben “sacar el calor” del chip mediante componentes especiales.
Cuando se tienen en cuenta factores como la funcionalidad y la durabilidad de la aplicación, calidad de la superficie, etc, se puede encontrar el mejor material de transferencia térmica a fin de que los semiconductores no sufran daño permanente.
Opciones de disipación térmica pasiva en los componentes de un luminario de LEDs
Adhesivos
Comúnmente se utilizan adhesivos para unir el LED con la tablilla (board), y ésta a su vez con los disipadores de calor. Usar un adhesivo conductor térmico puede optimizar el rendimiento térmico.
Disipadores
Los disipadores de calor proporcionan una guía para llevar el calor fuera de la fuente LED y funcionan de tres maneras: por conducción (transferencia de calor entre sólidos), por convección (transferencia de calor de un sólido a un fluido en movimiento, normalmente aire), o radiación (transferencia de calor a partir de dos cuerpos de diferentes temperaturas de la superficie a través de la radiación térmica).
Ejemplo de disipador pasivoMateriales
La conductividad térmica del material del que se compone un disipador afecta directamente en la eficiencia de la disipación por conducción. Normalmente los fabricantes utilizan cobre y aluminio, aunque los nuevos desarrollos ofrecen productos que incluyen materiales termoplásticos que se utilizan cuando los requerimientos de disipación son más bajos de lo normal; también están los disipadores moldeados por inyección, y las soluciones de grafito natural que ofrecen una mejor transferencia que el cobre, con un peso menor que el aluminio, pero a mayor costo.
Forma
La transferencia térmica tiene lugar en la superficie del disipador térmico, por lo tanto éstos deben estar diseñados para tener una gran área. Este objetivo se puede alcanzar mediante el uso de aletas que aumentan el tamaño (área) del propio disipador para permitir la circulación del aire. Aunque una superficie con un área más grande conduce a un mejor enfriamiento, es necesario contar con espacio entre las aletas para generar una diferencia considerable de temperatura entre la aleta y el aire circundante. Cuando las aletas están muy juntas, el aire en el medio tomará prácticamente la misma temperatura de las aletas por lo que la transmisión térmica no sucederá. Así que más aletas no necesariamente significan un mejor rendimiento de enfriamiento.
Acabado de la superficie
Un área de contacto perfectamente plana permite el uso de una capa más fina de compuesto térmico, lo que reducirá la resistencia térmica entre el disipador de calor y la fuente del LED.
PCB (printed circuit board)
Son las tablillas que incorporan un material metálico común como difusor térmico a la placa del circuito. El núcleo metálico por lo general consiste en una aleación de aluminio.
Módulos LUXEON. Foto: Philips LightingSeparación del driver
La separación del driver del resto del circuito eléctrico del LED previene el aumento del calor generado por el driver en la temperatura de unión.
Configuración (LED package)
La presentación en “tableta” puede ser de plomo, soldadura sin plomo o de oro. Varias compañías adoptaron módulos en esta presentación para sus LED de alta potencia y lograron una reducción del 60% en la resistencia térmica del LED, manteniendo su fiabilidad térmica.
Fuentes:
https://www.heatmanagement.com/local/media/news/anspruchsvolles-wrmemanagement-fr-leds-19/technicalpaper_versionen.pdf –enlace caducado
http://www.led-heatsink.com/upload/files/Thermal_Calculation_Model_for_Osram_Soleriq_LED_packages.pdf
https://www.led-heatsink.com/thermal-calculation