Tabla de Contenidos
- 1. Descripción General del Producto
- 2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos
- 2.1 Límites Absolutos Máximos (Ts=25°C)
- 2.2 Características Electro-Ópticas (Ts=25°C)
- 3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)
- 3.1 Clasificación por Flujo Luminoso
- 3.2 Clasificación por Voltaje Directo
- 3.3 Clasificación por Cromaticidad
- 4. Análisis de Curvas de Rendimiento
- 4.1 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)
- 4.2 Corriente Directa vs. Flujo Luminoso Relativo
- 4.3 Temperatura de Unión vs. Potencia Espectral Relativa
- 4.4 Distribución de Potencia Espectral Relativa
- 5. Información Mecánica y de Empaque
- 5.1 Dimensiones del Paquete
- 5.2 Patrón de Pads y Diseño de Esténcil
- 6. Guías de Soldadura y Ensamblaje
- 6.1 Sensibilidad a la Humedad y Horneado
- 6.2 Condiciones de Almacenamiento
- 6.3 Perfiles de Soldadura por Reflujo
- 7. Protección contra Descargas Electroestáticas (ESD)
- 8. Consideraciones de Aplicación y Diseño
- 8.1 Diseño del Circuito
- 8.2 Precauciones de Manejo
- 9. Regla de Nomenclatura del Producto
- 10. Escenarios de Aplicación Típicos
- 11. Comparación y Diferenciación Técnica
- 12. Preguntas Frecuentes (FAQ)
- 12.1 ¿Por qué es necesario el horneado antes de soldar?
- 12.2 ¿Puedo alimentar este LED directamente con una fuente de 3.3V?
- 12.3 ¿Cuál es el propósito de los diferentes códigos de clasificación (bin)?
- 12.4 ¿Qué tan crítica es la gestión térmica?
- 13. Caso de Estudio de Diseño
- 14. Principio de Funcionamiento
- 15. Tendencias Tecnológicas
1. Descripción General del Producto
La serie 3020 es un LED de montaje superficial (SMD) compacto y de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones de iluminación general. Este LED blanco de un solo chip ofrece un equilibrio entre eficiencia, fiabilidad y rentabilidad, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de soluciones de iluminación interior y exterior. Sus principales ventajas incluyen una huella estándar 3020, una salida luminosa consistente y un rendimiento térmico robusto dentro de su rango de operación especificado.
2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos
2.1 Límites Absolutos Máximos (Ts=25°C)
Los siguientes parámetros definen los límites operativos del LED. Exceder estos valores puede causar daños permanentes.
- Corriente Directa (IF):90 mA (Continuo)
- Corriente Directa de Pulso (IFP):120 mA (Ancho de pulso ≤ 10ms, Ciclo de trabajo ≤ 1/10)
- Disipación de Potencia (PD):297 mW
- Temperatura de Operación (Topr):-40°C a +80°C
- Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +80°C
- Temperatura de Unión (Tj):125°C
- Temperatura de Soldadura (Tsld):Soldadura por reflujo a 230°C o 260°C durante un máximo de 10 segundos.
2.2 Características Electro-Ópticas (Ts=25°C)
Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo condiciones de prueba estándar.
- Voltaje Directo (VF):3.2 V (Típico), 3.4 V (Máximo) a IF=60mA
- Voltaje Inverso (VR):5 V
- Corriente Inversa (IR):10 µA (Máximo)
- Ángulo de Visión (2θ1/2):110° (Típico)
3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)
El producto utiliza un sistema de clasificación integral para garantizar la consistencia de color y rendimiento en las aplicaciones finales.
3.1 Clasificación por Flujo Luminoso
Para el color especificado (Blanco Frío con CRI 85, CCT >5000K), el flujo luminoso se mide a una corriente directa de 60mA. Las clasificaciones se definen de la siguiente manera:
- Código C8:16 lm (Mín) a 17 lm (Máx)
- Código C9:17 lm (Mín) a 18 lm (Máx)
- Código D1:18 lm (Mín) a 19 lm (Máx)
- Código D2:19 lm (Mín) a 20 lm (Máx)
La tolerancia para la medición del flujo luminoso es de ±7%.
3.2 Clasificación por Voltaje Directo
El voltaje directo se clasifica para ayudar en el diseño de circuitos para la regulación de corriente.
- Código B:2.8 V (Mín) a 2.9 V (Máx)
- Código C:2.9 V (Mín) a 3.0 V (Máx)
- Código D:3.0 V (Mín) a 3.1 V (Máx)
- Código E:3.1 V (Mín) a 3.2 V (Máx)
- Código F:3.2 V (Mín) a 3.3 V (Máx)
- Código G:3.3 V (Mín) a 3.4 V (Máx)
La tolerancia para la medición de voltaje es de ±0.08V.
3.3 Clasificación por Cromaticidad
El color del LED se define dentro de regiones específicas en el diagrama de cromaticidad CIE 1931. Para la variante Blanco Frío (CCT >5000K, hasta 20000K), las coordenadas de cromaticidad están delimitadas por regiones poligonales definidas (por ejemplo, Wa, Wb, Wc, Wd, We, Wf, Wg1, Wh1 como se enumera en la hoja de datos). Esto garantiza que la luz blanca emitida se encuentre dentro de un rango de color aceptable. La desviación permitida para las coordenadas de cromaticidad es de ±0.005.
La tolerancia para el Índice de Reproducción Cromática (CRI) es de ±2.
4. Análisis de Curvas de Rendimiento
4.1 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)
La curva I-V es característica de un diodo semiconductor. Para este LED, el voltaje directo aumenta de forma no lineal con la corriente. A la corriente de operación típica de 60mA, el voltaje directo es aproximadamente 3.2V. Los diseñadores deben utilizar circuitos limitadores de corriente, no fuentes de voltaje, para alimentar el LED de manera confiable.
4.2 Corriente Directa vs. Flujo Luminoso Relativo
La salida luminosa aumenta con la corriente directa, pero eventualmente se satura y puede disminuir a corrientes muy altas debido a efectos térmicos. La curva muestra que operar en o por debajo de los 60mA recomendados proporciona una eficiencia y longevidad óptimas.
4.3 Temperatura de Unión vs. Potencia Espectral Relativa
A medida que la temperatura de unión (Tj) aumenta, la distribución de potencia espectral puede cambiar. Para los LED blancos, esto a menudo se manifiesta como un cambio en la temperatura de color correlacionada (CCT) y una posible disminución en el flujo luminoso. Mantener una baja temperatura de unión mediante una gestión térmica adecuada es crucial para la estabilidad del color y el mantenimiento de la salida de luz.
4.4 Distribución de Potencia Espectral Relativa
La curva espectral para un LED blanco (típicamente convertido por fósforo) muestra un pico amplio en la región azul del chip primario y una emisión amarilla/roja más amplia del fósforo. La forma exacta varía con la CCT (por ejemplo, 2600-3700K, 3700-5000K, 5000-10000K), siendo las CCT más frías con más contenido azul y las CCT más cálidas con más contenido amarillo/rojo.
5. Información Mecánica y de Empaque
5.1 Dimensiones del Paquete
El LED sigue la huella estándar 3020: aproximadamente 3.0mm de largo y 2.0mm de ancho. En la hoja de datos se proporcionan dibujos dimensionales detallados con tolerancias (±0.10mm para dimensiones .X, ±0.05mm para dimensiones .XX) como referencia para el diseño del PCB.
5.2 Patrón de Pads y Diseño de Esténcil
Se especifican el diseño recomendado de las almohadillas de soldadura y las dimensiones de apertura del esténcil para garantizar la formación confiable de las juntas de soldadura durante el reflujo. Es importante seguir estas directrices para una alineación adecuada, transferencia térmica y estabilidad mecánica.
6. Guías de Soldadura y Ensamblaje
6.1 Sensibilidad a la Humedad y Horneado
Este LED 3020 está clasificado como sensible a la humedad según IPC/JEDEC J-STD-020C. Si se abre la bolsa de barrera de humedad original y los componentes se exponen a la humedad ambiental, deben hornearse antes de la soldadura por reflujo para prevenir daños por "efecto palomita".
- Condición de Horneado:60°C durante 24 horas.
- Post-Horneado:Soldar dentro de 1 hora o almacenar en un ambiente seco (<20% HR).
- No horneara temperaturas superiores a 60°C.
6.2 Condiciones de Almacenamiento
- Bolsa sin Abrir:Temperatura 5-30°C, Humedad <85%.
- Bolsa Abierta:Usar dentro de las 12 horas. Almacenar a 5-30°C, Humedad <60%, preferiblemente en un contenedor sellado con desecante o en un gabinete de nitrógeno.
- Si se expone por >12 horas, se requiere horneado (60°C/24h) antes de su uso.
6.3 Perfiles de Soldadura por Reflujo
Se proporcionan dos perfiles de reflujo estándar:
- Soldadura sin Plomo:Temperatura máxima 230°C o 260°C, con el tiempo por encima del líquido (TAL) controlado.
- Soldadura con Plomo:Perfil de temperatura correspondiente más bajo.
Es fundamental seguir las tasas recomendadas de calentamiento, remojo, reflujo y enfriamiento para minimizar el estrés térmico en el paquete del LED y el chip interno.
7. Protección contra Descargas Electroestáticas (ESD)
Los LED son dispositivos semiconductores susceptibles a daños por ESD, particularmente los tipos blanco, verde, azul y púrpura.
- Daño Potencial:La ESD puede causar fallos inmediatos (LED muerto) o daños latentes que conducen a una reducción del brillo, cambio de color o acortamiento de la vida útil.
- Medidas de Protección:
- Utilizar estaciones de trabajo y suelos antiestáticos conectados a tierra.
- Los operadores deben usar pulseras, guantes y ropa antiestática.
- Usar ionizadores y asegurarse de que el equipo de soldadura esté correctamente conectado a tierra.
- Utilizar materiales de embalaje antiestáticos.
8. Consideraciones de Aplicación y Diseño
8.1 Diseño del Circuito
- Método de Alimentación:Utilizar siempre un driver de corriente constante. Evitar la conexión directa a una fuente de voltaje.
- Limitación de Corriente:Se recomienda encarecidamente incluir una resistencia en serie para cada cadena de LED para una estabilización y protección adicional de la corriente, incluso cuando se utilice un driver de corriente constante.
- Polaridad:Observar la orientación correcta del ánodo/cátodo durante el ensamblaje.
- Secuencia de Encendido:Al probar, conectar primero la salida del driver al LED, luego alimentar la entrada del driver para evitar picos de voltaje.
8.2 Precauciones de Manejo
Un manejo inadecuado puede causar daños físicos y ópticos:
- Evitar los Dedos:No manipular la lente de silicona con los dedos desnudos, ya que los aceites y la presión pueden contaminar la superficie o dañar los alambres de unión o el chip.
- Evitar Pinzas:No apretar el cuerpo de silicona con pinzas, ya que esto puede aplastar el chip o romper las uniones.
- Usar Boquilla Correcta:Para pick-and-place, usar una boquilla de vacío de tamaño apropiado para evitar presionar la silicona blanda.
- Evitar Caídas:Previene la deformación de los terminales.
- Post-Ensamblaje:No apilar PCBs ensamblados directamente uno encima del otro, ya que esto puede rayar las lentes y aplicar presión a los componentes.
9. Regla de Nomenclatura del Producto
El número de parte sigue un sistema de codificación específico:T □□ □□ □ □ □ – □□□ □□
Las definiciones clave de los códigos incluyen:
- Código de Paquete (ej., 34):Huella 3020.
- Código de Conteo de Chips (ej., S):'S' para chip único de baja potencia.
- Código de Color (ej., W):'W' para Blanco Frío (>5000K). Otros códigos: L (Blanco Cálido), C (Blanco Neutro), R (Rojo), etc.
- Código de Óptica (ej., 00):'00' para sin lente primaria.
- Código de Clasificación de Flujo Luminoso (ej., D1):Especifica el rango de salida luminosa.
- Código de Clasificación de Voltaje Directo (ej., D):Especifica el rango de Vf.
10. Escenarios de Aplicación Típicos
Debido a su tamaño compacto, buena eficiencia y rendimiento confiable, el LED blanco 3020 0.2W es muy adecuado para:
- Retroiluminación:Pantallas LCD, paneles indicadores, señalización.
- Iluminación Decorativa:Tiras de luz, iluminación de contorno, iluminación de acento.
- Iluminación General:Integrado en bombillas, downlights y paneles de luz donde se utilizan múltiples LED en un arreglo.
- Electrónica de Consumo:Indicadores de estado, retroiluminación de teclados.
11. Comparación y Diferenciación Técnica
En comparación con paquetes anteriores como el 3528, el 3020 ofrece una huella más compacta, permitiendo diseños de PCB de mayor densidad y, potencialmente, una mejor gestión térmica debido a una estructura interna diferente. Su potencia nominal de 0.2W lo sitúa entre los LED indicadores de muy baja potencia y los LED de iluminación de mayor potencia, ofreciendo un buen compromiso entre salida de luz y consumo de energía para muchas aplicaciones. El sistema detallado de clasificación para flujo, voltaje y cromaticidad proporciona a los diseñadores la previsibilidad necesaria para una calidad de producto final consistente.
12. Preguntas Frecuentes (FAQ)
12.1 ¿Por qué es necesario el horneado antes de soldar?
El paquete del LED puede absorber humedad del aire. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad se convierte rápidamente en vapor, creando presión interna que puede deslaminar el paquete o agrietar el chip, provocando fallos. El horneado elimina esta humedad absorbida.
12.2 ¿Puedo alimentar este LED directamente con una fuente de 3.3V?
No. El voltaje directo varía según la clasificación y con la temperatura. Una fuente de 3.3V podría causar una corriente excesiva en una clasificación de Vf baja, provocando sobrecalentamiento y fallo. Utilice siempre un driver de corriente constante o una fuente de voltaje con una resistencia limitadora de corriente en serie.
12.3 ¿Cuál es el propósito de los diferentes códigos de clasificación (bin)?
La clasificación garantiza la consistencia. Al seleccionar LED de la misma clasificación de flujo y cromaticidad, un producto de iluminación tendrá un brillo y color uniformes. Seleccionar de una clasificación de voltaje específica puede simplificar el diseño del circuito de regulación de corriente.
12.4 ¿Qué tan crítica es la gestión térmica?
Muy crítica. Exceder la temperatura máxima de unión (125°C) acortará drásticamente la vida útil del LED y causará un cambio de color. El PCB debe diseñarse para actuar como disipador de calor, y el LED no debe operarse a corrientes máximas absolutas sin un enfriamiento adecuado.
13. Caso de Estudio de Diseño
Escenario:Diseñar una tira de LED lineal para iluminación de acento arquitectónico.
- Selección:Se elige el LED 3020 por su tamaño compacto, permitiendo muchos LED por metro para líneas de luz suaves, y su potencia nominal de 0.2W mantiene la potencia total de la tira manejable.
- Clasificación:Se especifican LED de una sola clasificación de flujo luminoso (ej., D1) y clasificación de cromaticidad para garantizar un brillo y color consistentes a lo largo de toda la tira.
- Circuito:Los LED se organizan en cadenas serie-paralelo. Se utiliza un driver de corriente constante, con una pequeña resistencia en serie en cada rama paralela para un equilibrio y protección adicional de la corriente según el circuito recomendado en la hoja de datos (Figura 2).
- Térmica:La tira utiliza un PCB de aluminio para disipar eficazmente el calor de los LED, manteniendo la temperatura de unión muy por debajo de la máxima nominal durante la operación continua.
- Ensamblaje:El fabricante por contrato sigue estrictamente las directrices de manejo, almacenamiento y reflujo para lograr un alto rendimiento en la primera pasada.
14. Principio de Funcionamiento
Un LED blanco típicamente consiste en un chip semiconductor emisor de luz azul (generalmente basado en InGaN) recubierto con un fósforo amarillo. Cuando la corriente fluye a través del chip, emite luz azul. Parte de esta luz azul es absorbida por el fósforo, que la re-emite como luz amarilla de amplio espectro. La mezcla de la luz azul restante y la luz amarilla convertida es percibida por el ojo humano como luz blanca. La proporción exacta de azul a amarillo determina la temperatura de color correlacionada (CCT) de la luz blanca.
15. Tendencias Tecnológicas
La tendencia general en los LED SMD como el 3020 es hacia una mayor eficacia luminosa (más lúmenes por vatio), un índice de reproducción cromática (CRI) mejorado y una mejor consistencia de color entre lotes. También hay un desarrollo continuo en la fiabilidad y la vida útil bajo diversas condiciones de operación. Además, la tecnología de empaquetado continúa evolucionando para permitir una mayor densidad de potencia y un mejor rendimiento térmico en huellas cada vez más pequeñas. Los principios de una clasificación cuidadosa, el manejo de la sensibilidad a la humedad y la protección contra ESD siguen siendo fundamentales para la calidad y la fiabilidad en todas las generaciones de la tecnología LED.
Terminología de especificaciones LED
Explicación completa de términos técnicos LED
Rendimiento fotoeléctrico
| Término | Unidad/Representación | Explicación simple | Por qué es importante |
|---|---|---|---|
| Eficacia luminosa | lm/W (lúmenes por vatio) | Salida de luz por vatio de electricidad, más alto significa más eficiencia energética. | Determina directamente el grado de eficiencia energética y el costo de electricidad. |
| Flujo luminoso | lm (lúmenes) | Luz total emitida por la fuente, comúnmente llamada "brillo". | Determina si la luz es lo suficientemente brillante. |
| Ángulo de visión | ° (grados), por ejemplo, 120° | Ángulo donde la intensidad de la luz cae a la mitad, determina el ancho del haz. | Afecta el rango de iluminación y uniformidad. |
| CCT (Temperatura de color) | K (Kelvin), por ejemplo, 2700K/6500K | Calidez/frescura de la luz, valores más bajos amarillentos/cálidos, más altos blanquecinos/fríos. | Determina la atmósfera de iluminación y escenarios adecuados. |
| CRI / Ra | Sin unidad, 0–100 | Capacidad de representar colores de objetos con precisión, Ra≥80 es bueno. | Afecta la autenticidad del color, se usa en lugares de alta demanda como centros comerciales, museos. |
| SDCM | Pasos de elipse MacAdam, por ejemplo, "5 pasos" | Métrica de consistencia de color, pasos más pequeños significan color más consistente. | Asegura color uniforme en el mismo lote de LEDs. |
| Longitud de onda dominante | nm (nanómetros), por ejemplo, 620nm (rojo) | Longitud de onda correspondiente al color de LEDs coloreados. | Determina el tono de LEDs monocromáticos rojos, amarillos, verdes. |
| Distribución espectral | Curva longitud de onda vs intensidad | Muestra distribución de intensidad a través de longitudes de onda. | Afecta la representación del color y calidad. |
Parámetros eléctricos
| Término | Símbolo | Explicación simple | Consideraciones de diseño |
|---|---|---|---|
| Voltaje directo | Vf | Voltaje mínimo para encender LED, como "umbral de inicio". | El voltaje del controlador debe ser ≥Vf, los voltajes se suman para LEDs en serie. |
| Corriente directa | If | Valor de corriente para operación normal de LED. | Generalmente accionamiento de corriente constante, la corriente determina brillo y vida útil. |
| Corriente de pulso máxima | Ifp | Corriente pico tolerable por períodos cortos, se usa para atenuación o destello. | El ancho de pulso y ciclo de trabajo deben controlarse estrictamente para evitar daños. |
| Voltaje inverso | Vr | Máximo voltaje inverso que LED puede soportar, más allá puede causar ruptura. | El circuito debe prevenir conexión inversa o picos de voltaje. |
| Resistencia térmica | Rth (°C/W) | Resistencia a la transferencia de calor desde chip a soldadura, más bajo es mejor. | Alta resistencia térmica requiere disipación de calor más fuerte. |
| Inmunidad ESD | V (HBM), por ejemplo, 1000V | Capacidad de soportar descarga electrostática, más alto significa menos vulnerable. | Se necesitan medidas antiestáticas en producción, especialmente para LEDs sensibles. |
Gestión térmica y confiabilidad
| Término | Métrica clave | Explicación simple | Impacto |
|---|---|---|---|
| Temperatura de unión | Tj (°C) | Temperatura de operación real dentro del chip LED. | Cada reducción de 10°C puede duplicar la vida útil; demasiado alto causa decaimiento de luz, cambio de color. |
| Depreciación de lúmenes | L70 / L80 (horas) | Tiempo para que el brillo caiga al 70% u 80% del inicial. | Define directamente la "vida de servicio" del LED. |
| Mantenimiento de lúmenes | % (por ejemplo, 70%) | Porcentaje de brillo retenido después del tiempo. | Indica retención de brillo durante uso a largo plazo. |
| Cambio de color | Δu′v′ o elipse MacAdam | Grado de cambio de color durante el uso. | Afecta la consistencia del color en escenas de iluminación. |
| Envejecimiento térmico | Degradación de material | Deterioro debido a alta temperatura a largo plazo. | Puede causar caída de brillo, cambio de color o falla de circuito abierto. |
Embalaje y materiales
| Término | Tipos comunes | Explicación simple | Características y aplicaciones |
|---|---|---|---|
| Tipo de paquete | EMC, PPA, Cerámica | Material de alojamiento que protege el chip, proporciona interfaz óptica/térmica. | EMC: buena resistencia al calor, bajo costo; Cerámica: mejor disipación de calor, vida más larga. |
| Estructura del chip | Frontal, Flip Chip | Disposición de electrodos del chip. | Flip chip: mejor disipación de calor, mayor eficacia, para alta potencia. |
| Revestimiento de fósforo | YAG, Silicato, Nitruro | Cubre el chip azul, convierte algo a amarillo/rojo, mezcla a blanco. | Diferentes fósforos afectan eficacia, CCT y CRI. |
| Lente/Óptica | Plana, Microlente, TIR | Estructura óptica en superficie que controla distribución de luz. | Determina el ángulo de visión y curva de distribución de luz. |
Control de calidad y clasificación
| Término | Contenido de clasificación | Explicación simple | Propósito |
|---|---|---|---|
| Clasificación de flujo luminoso | Código por ejemplo 2G, 2H | Agrupado por brillo, cada grupo tiene valores mín/máx de lúmenes. | Asegura brillo uniforme en el mismo lote. |
| Clasificación de voltaje | Código por ejemplo 6W, 6X | Agrupado por rango de voltaje directo. | Facilita emparejamiento de controlador, mejora eficiencia del sistema. |
| Clasificación de color | Elipse MacAdam de 5 pasos | Agrupado por coordenadas de color, asegurando rango estrecho. | Garantiza consistencia de color, evita color desigual dentro del accesorio. |
| Clasificación CCT | 2700K, 3000K etc. | Agrupado por CCT, cada uno tiene rango de coordenadas correspondiente. | Satisface diferentes requisitos CCT de escena. |
Pruebas y certificación
| Término | Estándar/Prueba | Explicación simple | Significado |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Prueba de mantenimiento de lúmenes | Iluminación a largo plazo a temperatura constante, registrando decaimiento de brillo. | Se usa para estimar vida LED (con TM-21). |
| TM-21 | Estándar de estimación de vida | Estima vida bajo condiciones reales basado en datos LM-80. | Proporciona predicción científica de vida. |
| IESNA | Sociedad de Ingeniería de Iluminación | Cubre métodos de prueba ópticos, eléctricos, térmicos. | Base de prueba reconocida por la industria. |
| RoHS / REACH | Certificación ambiental | Asegura que no haya sustancias nocivas (plomo, mercurio). | Requisito de acceso al mercado internacionalmente. |
| ENERGY STAR / DLC | Certificación de eficiencia energética | Certificación de eficiencia energética y rendimiento para iluminación. | Usado en adquisiciones gubernamentales, programas de subsidios, mejora competitividad. |