A pesar de la continua reducción de los precios de LED, el Departamento de Energía de EEUU (DOE) sigue preocupado acerca de los altos precios tanto de los LED como de los productos de iluminación relacionados con estos y desde este organismo consideran que se trata del principal factor que está limitando la adopción masiva de esta tecnología.
En su Hoja de Ruta de la Iluminación de Estado Solido (Solid State Lighting Manufacturing R&D Roadmap) editada en Agosto 2014, el DOE expresó que los LED y los productos de iluminación LED presentan todavía una penetración del mercado relativamente modesta. El DOE cree firmemente que el porcentaje de penetración solo aumentará si existe una reducción significativa de los costes.
Reducir el coste del producto final de iluminación LED implica un exhaustivo conocimiento de las fuentes de los costes en cada una de las etapas clave del proceso de fabricación y requiere una atención meticulosa en el diseño del producto y su proceso de fabricación.
Incremento de la capacidad de producción de iluminación LED
El DOE ha indicado que los fabricantes de LED deben encontrar estrategias para reducir los costes de los LED y de los productos de iluminación LED de forma agresiva. Se necesitarán capacidades de fabricación de luminarias y módulos altamente flexibles para responder a un mercado que se expande muy rápidamente. Las líneas de producción necesitarán ser eficientes y efectivas a nivel de costes para hacer frente a la enorme variedad de diseños demandados por los consumidores para las múltiples aplicaciones. Esto requerirá métodos y equipos de fabricación innovadores.
En la actualidad el reto principal para los fabricantes de iluminación LED reside en incrementar la producción a la vez que siguen reduciendo costes, mientras la calidad y consistencia del producto se mantienen. El reto emergente es demostrar al cliente el valor añadido que la tecnología LED ofrece, ya sea su capacidad de reducir el consumo, su extensa vida o las funcionalidades añadidas, además de evitar la decepción del cliente frente a promesas no cumplidas.
De modo que como solución de corto plazo para reducir los costes, la expansión de la capacidad productiva de iluminación LED y la mejora de los procesos actuales de fabricación se perfilan como las mejores soluciones del momento.
Diseño innovador
Para las soluciones a largo plazo, también es esencial introducir métodos de diseño innovadores. Sin embargo los diseños de paquetes de LED se han expandido y se han convertido en innovadores en los dos últimos años con el fin de cumplir con los requerimientos de aplicaciones de iluminación específicas. En la actualidad los fabricantes prefieren utilizar paquetes de LED de alto rendimiento, low-cost, y potencia media. A pesar de que estos paquetes de LED no son compatibles con los criterios del DOE, lo cierto es que reducen el precio de forma notable.
La reducción de costes es también posible mediante el uso de métodos de diseño mejorados. Como resultado de esta mejora en los métodos de diseño, los costes de lámparas de sustitución se redujeron cerca del 22% entre 2013 y 2014.
Reducción del coste en la etapa de empaquetado
Una proporción importante del coste se concentra a nivel de la etapa de empaquetado a nivel del chip. El mayor cambio en la descomposición de costes se refiere al coste del empaquetado de LED, que se prevé se reduzca desde el cercano 35% del coste de la lámpara en 2014 hasta el 22% en 2020.
El coste del chip y coste de empaquetado son mucho menores para la gama de empaquetado de potencia media. Normalmente, el coste de empaquetado de potencia media será de 5 a 10 veces menor, dependiendo del área de chip, y se refleja en un diferencial de precio similar. Por lo tanto los costes asociados a las actividades al nivel del chip tenderán a dominar y los fabricantes deberán encontrar nuevos procesos de empaquetado a nivel del chip o realizar una mayor proporción de las actividades de empaquetado a nivel del wafer de manera que puedan llevar a cabo la reducción de costes requerida.
Los sustratos térmicamente eficientes pueden reducir costes
Los sustratos térmicamente eficientes son unos elementos de reducción de coste muy potentes, que habitualmente son menospreciados. Por ejemplo si un fabricante quiere reducir el coste de su bombilla LED, debe reducir el número de LEDutilizados en el diseño en casi la mitad y esto es posible si los LED operan a una potencia nominal superior, lo que permitirá obtener los mismos lúmenes y finalmente obtener ahorros notables de costes.
Por otra parte, la calidad del color, la eficiencia y la vida útil son elementos que pueden todos ellos mejorarse con una mejor gestión térmica. Los materiales avanzados de sustratos térmicos que están emergiendo en la actualidad también permitirán que los costes de diseño se reduzcan en la mitad.
Los gastos generales también deben ser considerados
Los gastos generales también suponen un elemento de coste significativo y deberían de ser incluidos en las gráficas de costes junto con el listado de materiales (BOM). Los gastos generales incluidos en los gráficos de costes se refieren a la ingeniería de fabricación, desarrollo de producto, documentación, embalaje, pruebas de cumplimiento y en fábrica, costes de expedición y logística y distribución.
Conclusión
Nos estamos acercando a una etapa en la cual ningún elemento individual dominará en el coste, y la reducción de coste se conseguirá mediante la concentración en la optimización del sistema completo más que a través de la concentración en un elemento específico del coste.
Sin embargo, el informe del DOE ha señalado que enfoques alternativos para el montaje de LED podrían ser Chip-On Flex (COF), Chip-On Board (COB), montaje de chip de LED en un circuito impreso flexible (PCB) o unir el chip directamente al disipador térmico. A pesar de que estas tecnologías no han sido ampliamente adoptadas aun, en cambio sí que han sido probadas extensivamente en pruebas de campo, especialmente el COB. En el futuro cercano estas tecnologías se convertirán en elementos esenciales para reducir los costes significativamente según indica el informe del DOE.
Informe DOE Manufacturing Roadmap:
