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Diseño con LED de montaje superficial de alta luminosidad para aplicaciones de letreros electrónicos

Con la creciente demanda de una comunicación oportuna de información relevante y crítica en una variedad de entornos, el uso de la tecnología LED en el diseño y la fabricación de letreros y señales electrónicos (ESS, por sus siglas en inglés) ha crecido de manera exponencial en los últimos años.
DisenoautorEsta creciente demanda ha implicado un desafío para los fabricantes de productos LED a la hora de realizar diseños más pequeños, más económicos, más eficientes, con menor consumo de energía (ahorro energético) y soluciones que sean amigables con el medioambiente para satisfacer las demandas de la industria ESS.


Incluso con la adopción generalizada de la tecnología LED, la necesidad de innovación en cuanto a letreros y señales continúa.
Hoy en día, el estándar es la tecnología de agujeros pasantes (Through-Hole). Infortunadamente, la tecnología de agujeros pasantes (TH) disponible hoy en día tiene limitaciones técnicas debido a que el LED TH requiere más espacio en el circuito impreso (PCB) que la tecnología de montaje superficial (SMT).
Los LED de agujeros pasantes limitan el diseño, ya que sólo permiten la implementación de PCBs de doble capa, aumentando así el tamaño, peso y coste de las soluciones para pantallas basadas en LED.


Los LED SMT actuales han sido limitados en cuanto a la luminosidad proporcionada y a la sensibilidad frente a la humedad. Como respuesta a la necesidad de ESS LED SMT más versátiles, Avago Technologies presentó recientemente las primeras lámparas LED de la industria con tecnología de montaje superficial (SMT) de alta luminosidad en formatos ovalado y circular, para su uso en aplicaciones interiores o exteriores de letreros electrónicos.
Estos productos fueron desarrollados como resultado de una intensa colaboración con nuestros clientes, quienes diseñan, fabrican y proporcionan grandes pantallas para la industria del entretenimiento (marcadores de estadios), paneles informativos (pantallas del Time Square) y aplicaciones exteriores como los VMS (letreros de mensajes variables), con área gráfica RGBY y/o área alfanumérica, SMS (mensajes de signos individuales) para letreros de control de carril, límites de velocidad variable y señales de advertencia.


Diseno1Los LED circulares ALMD-xx3D y ovalados ALMD-Lx36 de Avago (disponibles en ámbar, rojo, verde y azul) ofrecen un rendimiento óptico similar en comparación con los LED de agujeros pasantes de alta luminosidad y pueden ensamblarse utilizando procesos comunes de montaje SMT.
Para ofrecer al cliente una mayor uniformidad, cada bobina se envía con una única intensidad y en una única fuente de color, con lo que se consigue una visualización consistente y más uniforme de la información en el letrero por parte del observador desde múltiples ángulos de visión.
Las características principales incluyen:

-    Diseño compacto con un patrón de radiación espacial bien definido.
-    Ángulos de visión de 30 grados para LED circulares y de 40 por 100 grados para LED ovaladas.
-    Lentes polarizadas.
-    Material de alta luminosidad.
-    Compatible con los procesos industriales de soldadura por reflujo.
-    Epoxi de calidad óptica avanzada que proporciona un nivel de sensibilidad frente a la humedad (MSL) 2 A.

Uno de nuestros clientes, Imago Screens ha adoptado la tecnología de lámparas LED SMT de Avago y ha hecho una demostración de los últimos letreros de mensajes variables en el Salón Internacional de la Seguridad Vial y el Equipamiento el pasado mes de octubre en Madrid, España.
“Hemos estado trabajando con Imago durante más de una década en el desarrollo e innovación de letreros de mensajes variables y a todo color para sus clientes”, dice Fatt-Lun Ho, vicepresidente y director general de la División de Productos de Optoelectrónica de Avago Technologies.
“Durante este período, han encontrado métodos innovadores para integrar nuestros LED SMT en sus letreros electrónicos y se han convertido en uno de nuestros clientes más valiosos. Como resultado de esta relación, creemos que el compromiso de Imago en cuanto a la utilización de lámparas SMT marcará el comienzo de una transición de componentes de tecnología que será adoptado cada vez por más proveedores de letreros electrónicos de toda la industria”.


Según Tony Batllo, jefe ejecutivo de Imago Screens, la colaboración entre Avago e Imago Screens incluye un conjunto específico de desafíos para los ingenieros de diseño de Avago.
El proyecto incluye los siguientes objetivos:

-    Reducir el coste de montaje (SMD en comparación a las lámparas de agujeros pasantes).
-    Evitar lentes que utilicen la cubierta LED para reducir el ángulo SMD habitual.
-    Mejorar el contraste usando LED polarizadas que reducen el reflejo.
-    Desarrollar una LED “araña”; una lámpara con un encapsulado cuadrado.
-    Alcanzar un rendimiento óptico similar con un consumo de energía menor.

Los ingenieros de Avago fueron capaces de satisfacer la mayor parte de los requisitos del Sr. Batllo, incluyendo todos sus requisitos técnicos.
Según el Sr. Batllo: “Con el ritmo de la innovación y la introducción de productos creciendo a un buen ritmo en el mercado de letreros de mensajes variables y de señales a todo color, nuestra asociación con Avago será de gran valor para nosotros y nos permitirá permanecer a la vanguardia de la industria en cuanto al suministro de productos innovadores de señalización electrónica”.


Diseno2Una alta luminosidad, un bajo consumo y un rendimiento superior y confiable en el exterior son atributos importantes para las aplicaciones ESS. Para lograr una alta luminosidad, mientras se mantienen corrientes de conducción muy bajas, el rayo de luz desde el chip LED deberá ser dirigido de manera eficiente para lograr un ángulo de visión de 30 grados para la forma circular, o de 40 x 100 grados, para la forma oval.


La plataforma de semiconductores y los conductores (marco de conexión) deberán estar diseñados con la copa reflectante muy cerca del propio chip LED. Adicionalmente, una lente óptica deberá estar encapsulada para crear el paquete completo. La combinación de una copa reflectante en el marco de conexión y de una lente epoxi encapsulada normalmente se traducirá en una combinación de alto estrés termomecánico.


Esto dará lugar a problemas técnicos que afectan la fiabilidad en aplicaciones exteriores. También es más difícil hacer que la lente del LED sea compatible con los procesos industriales de soldadura por reflujo, manteniendo al mismo tiempo un nivel adecuado de sensibilidad frente a la humedad (MSL, por sus siglas en inglés).


Para afrontar estos retos de la industria ESS y para ofrecer un alto índice de MSL, los ingenieros de Avago han llevado a cabo varios avances tecnológicos para los que se concibieron varias patentes, incluyendo avances en la forma física/ geometría de la lente, con el fin de maximizar la luminosidad, el desarrollo de un único marco de conexión para permitir que el reflector se integrase firmemente, y el desarrollo de materiales epoxi especiales para proporcionar el control de la humedad necesario en lámparas LED SMT de uso exterior.


Los dispositivos SMT de Avago son compactos en función de factor de forma y patrón de radiación espacial. La combinación de diseños de paquetes y de materiales epoxi son los primeros de su tipo en el mundo que cumplen o exceden todos los requisitos de la industria, a la vez que cumplen con las características de funcionamiento necesarias en los letreros y señales exteriores.


Desde el punto de vista de un fabricante de letreros, el gran número de LED utilizados en aplicaciones de letreros electrónicos por panel de visualización es extremadamente alto, lo que incrementa la necesidad de diseños de paquetes de lámparas que sean simples, de bajo coste y fáciles de producir.
El diseñador del sistema de señalización y los ingenieros de fabricación pueden utilizar procedimientos conocidos para instalar los dispositivos de Avago, tales como la utilización de la tecnología de soldadura por reflujo, que ofrece resultados más rápidos, más eficientes y rentables en cuanto al ensamblaje de la placa.


Estas mejoras tecnológicas patentadas posibilitan una mayor facilidad de ensamblaje para el cliente gracias al uso de procesos de soldadura por reflujo “pick-and-place”, ofreciendo a los diseñadores tiempos de ciclo más rápidos con una mayor producción. Cuando se utiliza la antigua tecnología de agujeros pasantes, los diseñadores están limitados a dos capas de PCB.


Los LED SMT de Avago permiten a los diseñadores implementar PCBs de varias capas, reduciendo así el número de PCBs necesarios. Con SMT todo el frente de la placa puede contener LEDs de pantalla, lo que permite situar los conductores, los controladores y otros componentes en la parte posterior de la PCB. Con esto se logra un componente con una densidad mucho más elevada, que a su vez reduce el espesor, el peso y el coste de los letreros basados en tecnología LED.

El autor
Shi Yong Khee actualmente es Gerente de Marketing de Producto de la División de Productos Optoelectrónicos en Avago Technologies. Su experiencia en la empresa se remonta a 1998, cuando formaba parte de HP y Agilent más tarde.

Autor:

Shi Khee Yong, Responsable del Marketing de Productos ESS, Avago Technologies.

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