Cuando una luz de trabajo LED falla antes de tiempo, los LED en sí rara vez son lo primero en fallar. Lo que falla es la lámpara que los rodea: calor que no se disipa, una soldadura que se agrieta, una lámpara conectada al revés, una lente que se pone amarilla. Cada una de estas fallas suele remontarse a un punto donde la lámpara se abarató.
Esta guía recorre siete de esos puntos, lo que cada uno provoca en servicio y cómo fabricamos nuestras lámparas para reducir la probabilidad de que ocurra. Está escrita para ingenieros y compradores que comparan proveedores, porque casi ninguna de estas decisiones se ve en una ficha técnica ni en una foto.
Por qué el calor decide cuánto dura una luz de trabajo LED
Un LED convierte parte de su potencia en luz y la mayor parte del resto en calor en la unión, el punto dentro del chip donde se produce la luz. El Departamento de Energía de EE. UU. lo dice sin rodeos: el calor en la unión es la causa principal de la depreciación del flujo luminoso, y aunque un periodo breve a alta temperatura es reversible, el funcionamiento continuo a alta temperatura provoca una pérdida permanente de flujo luminoso.
Ese calor tiene que pasar del LED a la placa de circuito, atravesar una capa de material de interfaz térmica y llegar a la carcasa, que lo cede al aire. Tres de los siete ahorros que siguen están en ese camino. Cada uno añade resistencia al flujo de calor, de modo que el LED trabaja más caliente de lo previsto en el diseño, pierde brillo más rápido y, en las posiciones más desfavorables de la lámpara, se quema.
1. La carcasa: aleación de magnesio y paredes demasiado delgadas
La carcasa de una lámpara es también su disipador de calor. El aluminio inyectado A380 conduce el calor a 96 W/m·K. Las dos aleaciones de magnesio más usadas en fundición a presión conducen mucho menos: AZ91D a 51 W/m·K y AM60B a 61, según los datos publicados de las aleaciones. El magnesio es aproximadamente un tercio más ligero y se funde en paredes delgadas, lo que reduce el costo de material, pero una carcasa de estas aleaciones aleja el calor de los LED más despacio que la misma forma en aluminio. La elección de la aleación importa: algunas aleaciones de magnesio, como la AM20 con 94 W/m·K, se acercan al aluminio, por eso conviene pedir la designación por su nombre.
| Aleación | Tipo | Conductividad térmica (W/m·K) | Densidad (g/cm³) |
|---|---|---|---|
| A380 | Aluminio inyectado | 96 | 2.74 |
| AM60B | Magnesio inyectado | 61 | 1.80 |
| AZ91D | Magnesio inyectado | 51 | 1.81 |
El espesor de pared funciona igual. Una base y unas aletas más delgadas contienen menos metal para repartir el calor, así que la zona bajo cada LED se calienta más.
Cómo lo fabricamos: nuestras carcasas son de aleación de aluminio fundida a presión con el disipador integrado en la pieza, y la carcasa se dimensiona según la potencia de cada modelo en lugar de compartirse entre distintas potencias.
2. La placa de circuito: demasiado delgada y con una capa aislante deficiente
Las luces de trabajo LED montan sus LED en placas de núcleo metálico: un circuito delgado de cobre, una capa aislante y una base de aluminio. La capa aislante es el cuello de botella. La guía de diseño de placas de Cree indica que el rendimiento térmico cae bruscamente cuando esa capa conduce menos de unos 2 W/m·K, y muestra que el mismo material puede anunciarse con 2.2 W/m·K según el método de ensayo normalizado o con más de 30 según uno no normalizado. Un valor de la ficha técnica de una placa solo es comparable si se sabe cómo se midió.
Una base de aluminio más delgada reparte menos el calor antes de que llegue a la carcasa, lo que concentra el calor bajo los LED.
Cómo lo fabricamos: la placa y su espesor se eligen según la potencia de cada modelo, no por el precio de placa más bajo.
3. La pasta térmica: irregular o de calidad inadecuada
Entre la placa y la carcasa siempre queda un hueco, por planas que parezcan ambas superficies. El aire en ese hueco conduce unos 0.024 W/m·K, así que un material de interfaz térmica, normalmente una pasta o una lámina, lo rellena con aproximadamente 0.1 a 10 W/m·K. La guía de gestión térmica de Cree resume la regla como «thin to win» (cuanto más fina, mejor): la capa tiene que ser fina, uniforme y completa. Si es demasiado gruesa, añade resistencia; si deja zonas sin cubrir, queda aire; y algunos materiales son expulsados de la unión (efecto de bombeo o pump-out) con los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento y dejan huecos.
La pasta aplicada a mano, o un compuesto más barato de baja conductividad, produce exactamente esos defectos. La lámpara pasa una prueba rápida en fábrica y trabaja caliente en el campo.
Cómo lo fabricamos: la pasta se aplica en una capa uniforme sobre toda la placa, con un compuesto elegido por su conductividad térmica y no por su precio.
4. La soldadura: mal control del reflujo
Los LED y los componentes del driver se sueldan en un horno de reflujo que sigue un perfil de temperatura definido. Si la temperatura pico es demasiado baja o la soldadura permanece fundida muy poco tiempo, el resultado es una soldadura fría que parece correcta y conduce, pero es débil. En un vehículo, esa unión sufre después dos tipos de esfuerzo: los ciclos de temperatura, que fatigan un poco la soldadura con cada calentamiento y enfriamiento, y la vibración, que flexiona la placa hasta que una unión debilitada se agrieta. La lámpara empieza a parpadear y luego se apaga, a menudo solo cuando la máquina está en marcha.
Cómo lo fabricamos: nuestra línea SMT trabaja con un perfil de reflujo controlado, y cada diseño se somete en nuestra propia mesa de vibración al perfil de vibración del cliente y a ciclos de choque térmico antes de la producción. Antes del envío, cada lámpara se enciende para una prueba de quemado (burn-in) con alimentación alterna de 12 V y 24 V. Para saber cómo se expresan los valores de vibración, consulte índice de vibración.
5. Inversión de polaridad: sin protección cuando se intercambian los cables
Las luces de trabajo se cablean a menudo en el campo, en máquinas donde ambos cables son negros o el código de colores se ha borrado. Una lámpara sin protección contra inversión de polaridad puede dañarse la primera vez que se intercambian positivo y negativo. El lado del vehículo tampoco es benigno: la ISO 16750-2, la norma sobre cargas eléctricas en vehículos de carretera, incluye ensayos de tensión inversa y de load dump (descarga brusca de carga), la sobretensión que se produce cuando una batería se desconecta mientras el alternador está cargando.
Cómo lo fabricamos: nuestros drivers incluyen protección contra inversión de polaridad, y nuestras luces de trabajo funcionan a 9–32 V CC, de modo que una sola referencia sirve para máquinas de 12 V y de 24 V.
6. La lente: plástico que se pone amarillo
El policarbonato es resistente, por eso se usa en las lentes de las luces de trabajo, pero el policarbonato sin estabilizar amarillea con la luz ultravioleta, transmite menos luz y se vuelve más frágil. Los fabricantes de resina venden grados estabilizados contra UV y recubrimientos precisamente por eso. Una lente más barata se ve igual el día de la entrega y, tras un tiempo a la intemperie, deja pasar notablemente menos luz. Más sobre materiales de lente en Polycarbonate Lens.
Cómo lo fabricamos: la mayoría de nuestras lentes son de policarbonato anti-UV, algunos modelos llevan una lente con superficie endurecida y algunos usan vidrio en su lugar.
7. Los sellos: silicona que desgasifica y empaña la lente
Una luz de trabajo se sella para que no entre el agua, lo que también retiene dentro todo lo que desprendan los materiales interiores. Adhesivos, juntas, juntas tóricas y compuestos de encapsulado pueden liberar compuestos volátiles cuando se calientan. En una lámpara cerrada, estos se condensan en la cara interior de la lente como una película que parece suciedad, y también pueden ser absorbidos por la propia silicona de los LED y decolorarla. La nota de compatibilidad química de Cree muestra una luminaria casi sellada cuya luz había amarilleado visiblemente en menos de 100 horas, y un grupo de ensayo sellado que perdió el 90% de su flujo luminoso tras 450 horas, mientras que un grupo cuyo recinto estaba ventilado recuperó casi todo el flujo perdido en 24 horas.
El sellado sigue siendo necesario. Se trata de usar materiales de sellado que no desgasifiquen a la temperatura de funcionamiento de la lámpara y de probar la lámpara terminada en caliente.
Cómo lo fabricamos: los materiales de sellado se eligen teniendo en cuenta la desgasificación, el driver va encapsulado y la lámpara sellada pasa nuestros ensayos de inmersión en agua, chorro a alta presión y choque térmico. La comparación de los grados IP de estanqueidad se trata en IP69K vs IP68.
Siete ahorros, qué provocan y qué preguntar
| Dónde se ahorra | Qué provoca | Qué preguntar al proveedor |
|---|---|---|
| Carcasa de aleación de magnesio, paredes delgadas | LED calientes, pérdida de brillo más rápida, algunos LED se queman | Designación de la aleación de la carcasa y espesor de pared |
| Placa delgada, capa aislante deficiente | Calor atrapado bajo los LED | Tipo de placa y cómo se midió la conductividad de la capa aislante |
| Pasta térmica irregular o de baja calidad | Puntos calientes, pérdida de brillo más rápida | Material de interfaz térmica y cómo se aplica |
| Mal control del reflujo | Parpadeo y luego falla con la vibración | Control del perfil de reflujo, ensayos de vibración y de choque térmico |
| Sin protección contra inversión de polaridad | Lámpara destruida al conectarla al revés | ¿Incluye protección contra inversión de polaridad? |
| Lente sin estabilizar | Amarilleo, menos luz | Material de la lente y estabilización UV |
| Materiales de sellado que desgasifican | Película dentro de la lente, decoloración de los LED | Materiales de sellado y ensayo en caliente de la lámpara sellada |
Preguntas para cualquier proveedor
La tabla cubre los siete ahorros. Vale la pena hacer otras tres preguntas a quien fabrique sus lámparas, porque dependen del modelo y del programa:
¿La lámpara tiene un respiradero o una membrana de ventilación, y cómo se gestiona la condensación?
¿El driver reduce la potencia si la lámpara se sobrecalienta?
¿Qué ensayos de transitorios, como el load dump, ha superado la lámpara, y según qué norma?
La comparación de especificaciones entre proveedores se trata en luces LED para maquinaria pesada. Para ver la gama, consulte luces de trabajo LED.
Si una lámpara que usa hoy sigue fallando de alguna de estas formas, envíenos el modelo, la máquina y una descripción de la falla. Le diremos cuál de los siete puntos es la causa probable y qué cambiaríamos.
Preguntas frecuentes
¿Qué hace que las luces de trabajo LED se quemen rápido?
Normalmente, el calor. Si la carcasa, la placa o la pasta térmica no pueden alejar el calor de los LED, estos trabajan más calientes de lo previsto, pierden brillo más rápido y, en las peores posiciones, se queman. Una soldadura deficiente y la falta de protección contra inversión de polaridad provocan las fallas repentinas.
¿Por qué parpadea mi luz de trabajo LED cuando la máquina está en marcha?
El parpadeo que aparece con la vibración del motor suele indicar una soldadura agrietada o una conexión suelta dentro de la lámpara. Los ciclos de temperatura debilitan la soldadura con el tiempo, y la vibración abre la grieta.
¿Por qué hay una película empañada dentro de mi luz de trabajo LED?
O bien ha entrado humedad por un sello, o bien los materiales del interior de la lámpara han desgasificado y se han condensado en la lente. El calor impulsa la desgasificación, por eso aparece sobre todo en lámparas que trabajan calientes.
¿Conectar una luz de trabajo LED al revés puede dañarla?
Sí, si la lámpara no tiene protección contra inversión de polaridad. Pregunte al proveedor si el driver está protegido antes de que los equipos instalen las lámparas en el campo.
