Los LED han revolucionado la iluminación. Hace tan solo algunos años, los tubos fluorescentes y las lámparas de halogenuros metálicos seguían siendo habituales en las oficinas y en las calles, además de usarse para retroiluminar las pantallas de los ordenadores. Sin embargo, en la actualidad nos iluminamos casi exclusivamente con emisores de estado sólido. Los LED están en todas partes, desde los edificios y las carreteras hasta los teléfonos móviles, y con razón, porque se calientan menos, consumen menos energía y suelen dar más luz que las tecnologías convencionales a las que sustituyen. Aún hoy, la tecnología LED sigue mejorando. Innovaciones como el chip en la placa (CoB) y la tecnología Flip chip han permitido que los LED sean aún más eficientes y duraderos. Ahora, los fabricantes pasan al siguiente nivel con los paquetes de escala de chip (CSP). Al encapsular el LED en la fase de fabricación del chip, su tamaño se reduce al mínimo, se requieren menos recursos y ofrecen mayor eficiencia térmica.
Del paquete de doble hilera (DIP) al dispositivo de montaje superficial (SMD)
Para comprender la eficiencia de los LED CSP, necesitamos un conocimiento básico de cómo han evolucionado los paquetes LED y por qué. Inventados en la década de los 60 del siglo pasado, los LED eran originalmente DIP. Estos sencillos dispositivos optoelectrónicos, que consistían en un chip emisor encapsulado en un bulbo de plástico con dos alambres largos que sobresalían, llevan décadas con nosotros y, por su facilidad de uso y durabilidad, siguen usándose en aplicaciones como las señales de tráfico y en la electrónica casera. Sin embargo, los DIP eran voluminosos. En los SMD desaparecieron las largas patillas que caracterizaban a los componentes de agujeros pasantes como los LED DIP. Los LED SMD se colocaban directamente en el circuito impreso (PCB) y, a continuación, se soldaban para crear una conexión eléctrica y física. La tecnología de montaje superficial aportó numerosas ventajas a los LED. Al eliminarse el voluminoso paquete de plástico del aislante térmico y situarse más cerca del PCB, los LED SMD ofrecen mucha más disipación térmica que los DIP. Estas mejores características térmicas permiten usar los LED SMD con más corriente (por lo que dan más luz) y garantizar una larga vida útil. A diferencia de los LED DIP, que tienen varios centímetros de largo para dar cabida a las largas patillas de la tecnología de agujeros pasantes, los actuales LED SMD solo miden 1 mm2. El tamaño compacto de estos LED SMD permite introducir más elementos luminosos en un espacio reducido para crear una aproximación a una fuente puntual. Esta característica permite ajustar el rendimiento de las luminarias mediante la elección del tipo y la cantidad de LED SMD que se usan en ellas.
Tecnología LED CoB
Los LED SMD supusieron un gran avance respecto a los LED DIP en términos de tamaño, densidad y eficiencia, pero seguían sin ser ideales. Instalar en una luminaria los LED SMD, empaquetados de forma individual, requiere una cantidad relativamente alta de mano de obra. Cada LED SMD necesita sus propias conexiones por soldadura a un circuito impreso y tiene su propio circuito. Además, la homogeneidad del color entre todos los LED SMD de una luminaria puede ser difícil de lograr. Los LED CoB constituyeron otra novedad cuyo objetivo era resolver todos estos problemas. En lugar de los dispositivos LED SMD empaquetados de forma individual que tenían que incorporarse a un PCB uno a uno, ahora tenemos los LED CoB, con numerosos LED integrados en un único módulo empaquetado, listo para instalarse y funcionar como una sola unidad. Cada LED CoB tiene numerosos chips LED de pequeño tamaño, con frecuencia decenas o incluso cientos de ellos. Estos chips se unen directamente al sustrato y suelen cubrirse con una capa de fósforo para crear una sola zona de fuente de luz en lugar de varias fuentes puntuales, como sucede con los LED SMD.
En los chips de un CoB los colores se agrupan, por lo que la iluminación es más homogénea que cuando se usan varios LED SMD. Como los chips se montan directamente sobre el sustrato en lugar de estar separados por paquetes adicionales, la disipación del calor también es mejor. Sin embargo, los LED CoB pueden generar bastante calor, pues suelen tener más LED funcionando en un área menor. Por lo tanto, y según la aplicación, puede ser necesario usar disipadores. Los LED CoB simplifican enormemente el diseño y la fabricación de las luces LED, pues no es necesario soldar cada LED a un PCB personalizado para usarlo a través de él. El LED CoB se usa como un módulo completo. Con frecuencia, no hace falta mucho más que el LED CoB, el controlador del LED, el disipador, la carcasa y la lente para crear una luminaria. Ya no se necesitan hornos de reflujo ni instalaciones de fabricación de PCB. Todo esto permite a los LED CoB ofrecer una gran eficiencia, costes bajos e iluminación distribuida homogéneamente en aplicaciones que antes necesitaban varios LED SMD.
Tecnología Flip chip
La tecnología Flip chip es un nuevo tipo de empaquetado que aumenta la eficiencia térmica y el rendimiento óptico de los LED CoB. En un LED CoB tradicional, el chip LED se une al sustrato con resina epoxi y los electrodos quedan en la parte superior. Estos electrodos se sueldan después con hilo al sustrato. Tener el lado emisor de luz cerca de la parte inferior y las conexiones eléctricas en la superior es un obstáculo para el rendimiento de la iluminación y la disipación del calor, pues el hilo crea sombras y la resina epoxi que une el chip LED y el sustrato impide que haya una buena conductividad térmica. Por el contrario, en los LED con tecnología Flip chip, la capa emisora de luz se coloca de forma que permita obtener la mayor cantidad de luz posible. Los electrodos no están en la parte superior, sino en la inferior, soldados directamente al sustrato, lo que elimina la necesidad de hilo (de modo que no hay sombras). Como ya no hace falta la capa de resina epoxi, el LED también presenta una mejor interfaz térmica con el sustrato, lo que favorece la disipación del calor. El hecho de que la resina epoxi y el hilo ya no sean necesarios reduce el coste, además de aumentar la fiabilidad de la fabricación (con más rendimiento) y el funcionamiento de los LED con tecnología Flip chip, pues se reducen los pasos y los materiales necesarios. Además, el producto terminado resiste mejor los golpes y las vibraciones. Por otra parte, el mejor rendimiento térmico permite que los LED CoB con tecnología Flip chip sean aún más eficientes que los LED CoB estándar.
LED CSP
Los LED CSP llevan la práctica de reducir los paquetes LED aún más allá. Tradicionalmente, los chips LED se cortaban de una oblea y se empaquetaban en un paso posterior. En un LED CSP, el empaquetado se realiza en el nivel de oblea, antes incluso de que se corte el chip. Al empaquetar el emisor LED a nivel de oblea, el dispositivo LED terminado puede tener el mismo tamaño que el chip. Se crean paneles de interconexión en los pasos estándar usados para otros emisores SMD. Reducir al mínimo las dimensiones del LED permite bajar el coste de fabricación, aumentar el rendimiento óptico, mejorar la conductividad térmica y disminuir el tamaño total del LED. Cuando se usan en lugar de los LED SMD tradicionales, los LED CSP presentan una superficie de iluminación mucho mayor para la misma área de PCB. El rendimiento operativo aumenta, pues la luz se emite desde cinco lados del chip, no solo desde la superficie superior. Además, su paquete minimalista permite mejorar la conductividad térmica de estos dispositivos. Gracias a su menor resistencia térmica, los LED CSP pueden usarse con más corriente que otros tipos de paquetes, lo que aumenta el rendimiento de la iluminación sin afectar a la vida útil.
El futuro de las luces LED
Las actuales luces LED brillan, pero el futuro parece aún más brillante. La aparición de la tecnología LED CoB ha reducido enormemente el coste de crear luces LED modernas y de bajo consumo. Al integrar muchos LED en un solo circuito, los LED CoB permiten fabricar luces LED de alto rendimiento que no solo se caracterizan por su bajo consumo, sino también por ser fáciles de integrar. El mayor rendimiento de la iluminación de los LED tampoco muestra signos de ralentizarse, pues continúan surgiendo nuevas tecnologías como los LED Flip chip y CSP, que establecen nuevas marcas en bajo consumo y calidad de la iluminación, al tiempo que reducen los costes como resultado de la fabricación de paquetes cada vez más compactos.
