Hoja de Datos del LED LTPA-2720ZCETU - Paquete 2.7x2.0mm - 3.2V Típico - 1.26W Máx - Color Cian - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTPA-2720ZCETU es un diodo emisor de luz (LED) de alta potencia perteneciente a la serie 2720. Este producto está específicamente diseñado para los exigentes requisitos de los sistemas electrónicos automotrices. El dispositivo utiliza un material semiconductor de InGaN (Nitruro de Galio e Indio) para producir una salida de luz cian, filtrada a través de una lente verde. Su característica definitoria es su huella miniaturizada, lo que lo hace adecuado para aplicaciones con espacio limitado en placas de circuito impreso (PCB) donde se emplean procesos de montaje automatizado.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La ventaja principal de este LED es su combinación de alta salida luminosa dentro de un factor de forma extremadamente pequeño. Está diseñado para ser compatible con equipos estándar de colocación automática, facilitando la fabricación en volumen. El producto está pre-acondicionado para cumplir con los requisitos de Nivel de Sensibilidad a la Humedad 2 (MSL2) de JEDEC, garantizando fiabilidad durante el proceso de soldadura por reflujo. Su calificación está alineada con el estándar AEC-Q102, que es el estándar clave de fiabilidad para semiconductores optoelectrónicos discretos en aplicaciones automotrices. El mercado objetivo son principalmente las aplicaciones de accesorios automotrices, donde se requieren soluciones de iluminación robustas, fiables y compactas.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Esta sección proporciona un análisis detallado de los límites operativos y las características de rendimiento del LED bajo condiciones definidas.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estos límites.

• Disipación de Potencia (P_D):1.26 Vatios máximo. Esta es la potencia eléctrica total que el paquete puede disipar como calor sin exceder la temperatura máxima de unión.
• Corriente Directa (I_F):5 mA mínimo, 400 mA máximo en CC. El dispositivo requiere una corriente mínima para encenderse eficazmente. La corriente continua máxima en CC no debe exceder los 400 mA.
• Corriente de Pico Pulsada (I_P):750 mA bajo condiciones específicas (ciclo de trabajo 1/100, ancho de pulso 0.1ms). Esto permite ráfagas cortas de corriente más alta, útiles para aplicaciones de brillo pulsado.
• Sensibilidad ESD (V_HBM):8 kV (Modelo de Cuerpo Humano) según AEC-Q102-001. Esto indica un nivel robusto de protección contra descargas electrostáticas adecuado para entornos de manipulación automotriz.
• Rangos de Temperatura:La temperatura de unión (T_j) no debe exceder los 150°C. El dispositivo está clasificado para operar desde -40°C hasta +125°C de temperatura ambiente (T_opr), con un rango de temperatura de almacenamiento idéntico (T_stg).

2.2 Características Electro-Ópticas a T_a=25°C, I_F=200mA

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos bajo condiciones de prueba estándar.

• Flujo Luminoso (Φ_V):45 lm (mínimo) a 63 lm (máximo). Esta es la salida total de luz visible. El valor típico no se especifica, lo que indica que el rendimiento se gestiona a través del sistema de clasificación (binning).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):120 grados típico. Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa es la mitad del valor en el eje central, indicando un patrón de haz amplio.
• Coordenadas Cromáticas (Cx, Cy):Los valores típicos son x=0.165, y=0.362 en el diagrama de cromaticidad CIE 1931, definiendo el punto de color cian. Se aplica una tolerancia de ±0.01 a estas coordenadas.
• Tensión Directa (V_F):2.8V (mínimo) a 3.6V (máximo) a 200mA. La tolerancia para cualquier unidad dada es de ±0.1V respecto a su valor de clasificación (bin). Este parámetro es crucial para el diseño del driver y la gestión térmica.
• Corriente Inversa (I_R):10 μA máximo a la tensión de prueba especificada. La hoja de datos establece explícitamente que el dispositivo no está diseñado para operación en polarización inversa.

2.3 Características Térmicas

Una gestión térmica efectiva es crítica para el rendimiento y la longevidad del LED.

• Resistencia Térmica, Unión a Punto de Soldadura (R_th,J-S):
  • Real (R_{th,J-S real}):13 °C/W típico. Representa la ruta térmica real desde la unión del semiconductor hasta el punto de soldadura en el PCB.
  • Eléctrica (R_{th,J-S el}):9.1 °C/W típico. Este es un valor calculado derivado del coeficiente de temperatura de la tensión directa y se utiliza para la estimación de temperatura in situ.

Un valor de resistencia térmica más bajo es mejor, ya que significa que el calor puede escapar de la unión más fácilmente, lo que conduce a temperaturas de operación más bajas y una mayor salida de luz para una corriente de accionamiento dada.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia en la producción en masa, los LED se clasifican en rangos de rendimiento (bins). El LTPA-2720ZCETU utiliza un sistema de clasificación tridimensional: Tensión Directa (V_F), Flujo Luminoso (Φ_V), y Color (Cromaticidad). Una pieza completa se especifica mediante una combinación como D7/5J/C4.

3.1 Clasificación por Tensión Directa (V_F) Binning

Los rangos (bins) se definen a I_F= 200mA. Cada rango tiene una tolerancia de ±0.1V.

• D7:2.8V a 3.0V
• D8:3.0V a 3.2V
• D9:3.2V a 3.4V
• D10:3.4V a 3.6V

3.2 Clasificación por Flujo Luminoso (Φ_V) Binning

Los rangos (bins) se definen a I_F= 200mA. Cada rango tiene una tolerancia de ±10%.

• 5J:45 lm a 50 lm
• 6J:50 lm a 56 lm
• 7J:56 lm a 63 lm

3.3 Clasificación por Color (Cromaticidad) Binning

El color se define por coordenadas en el diagrama CIE 1931 a I_F= 200mA. Se aplica una tolerancia de ±0.01 a las coordenadas (x, y). La hoja de datos proporciona dos rangos definidos por regiones cuadriláteras:

• Rango C3:Definido por los puntos (x,y): (0.100, 0.335), (0.105, 0.375), (0.195, 0.358), (0.195, 0.335).
• Rango C4:Definido por los puntos (x,y): (0.105, 0.375), (0.110, 0.420), (0.195, 0.386), (0.195, 0.358).

El número de pieza LTPA-2720ZCETU corresponde al rango de color C4.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varios gráficos que representan la relación entre parámetros clave. Estos son esenciales para el diseño de circuitos y la comprensión del rendimiento en condiciones no estándar.

4.1 Tensión Directa vs. Corriente Directa (Curva I-V)

Esta curva muestra la relación no lineal entre la tensión a través del LED y la corriente que fluye a través de él. La tensión aumenta con la corriente pero no de forma lineal. Este gráfico es vital para seleccionar resistencias limitadoras de corriente o diseñar drivers de corriente constante.

4.2 Flujo Luminoso Relativo vs. Corriente Directa

Esta curva demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente de accionamiento. Normalmente muestra una relación sub-lineal a corrientes más altas debido a la caída de eficiencia y al aumento de la temperatura de unión. Ayuda a determinar la corriente de accionamiento óptima para un nivel de brillo deseado considerando la eficiencia.

4.3 Curva de Reducción de Corriente Directa

Este es uno de los gráficos más críticos para la fiabilidad. Muestra la corriente directa continua máxima permitida en función de la temperatura ambiente (T_a). A medida que aumenta la temperatura ambiente, la corriente segura máxima disminuye para evitar que la temperatura de unión exceda su límite de 150°C. Los diseñadores deben operar por debajo de esta curva.

4.4 Flujo Luminoso Relativo vs. Temperatura de Unión

Este gráfico ilustra el efecto de extinción térmica. A medida que la temperatura de unión del LED (T_j) aumenta, su salida luminosa disminuye. La curva está normalizada a la salida a 25°C. Esta información es crucial para el diseño térmico para mantener un brillo consistente.

4.5 Desplazamiento de Coordenadas Cromáticas vs. Temperatura de Unión

Este gráfico muestra cómo las coordenadas de color (x e y) se desplazan con los cambios en la temperatura de unión. Se espera cierto desplazamiento, y comprender su magnitud es importante para aplicaciones que requieren una salida de color estable.

4.6 Desplazamiento de Tensión vs. Temperatura de Unión

La tensión directa de un LED tiene un coeficiente de temperatura negativo (disminuye a medida que aumenta la temperatura). Esta curva cuantifica ese desplazamiento, que puede usarse en algunos circuitos para estimar o monitorear la temperatura de unión.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El LED utiliza la huella estándar de la industria del paquete 2720. Las dimensiones clave incluyen un tamaño de cuerpo de aproximadamente 2.7mm x 2.0mm. Los terminales están chapados en oro. Todas las tolerancias dimensionales son de ±0.2mm a menos que se especifique lo contrario. Se debe hacer referencia al dibujo mecánico exacto para el diseño del patrón de soldadura en el PCB.

5.2 Identificación de Polaridad y Diseño de Pads

La hoja de datos incluye un diseño recomendado de pads de soldadura para soldadura por reflujo infrarroja o por fase de vapor. Este diseño está pensado para garantizar una junta de soldadura fiable y una alineación adecuada durante el montaje. El terminal del cátodo (negativo) suele estar indicado por un marcador visual en el paquete del LED, como una muesca o un tinte verde. El diagrama del diseño de pads muestra claramente los pads del ánodo y del cátodo.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El dispositivo es compatible con procesos de soldadura por reflujo infrarroja. La hoja de datos hace referencia a un perfil de soldadura sin plomo según el estándar J-STD-020. Los parámetros clave de este perfil incluyen:

• Precalentamiento:Un aumento gradual para activar el fundente y minimizar el choque térmico.
• Estabilización Térmica (Soak):Un período a una temperatura estable para garantizar un calentamiento uniforme de la placa y los componentes.
• Reflujo (Líquidus):Una zona de temperatura máxima donde la soldadura se funde. La temperatura máxima y el tiempo por encima del líquidus (TAL) son críticos y no deben exceder los límites máximos del LED para evitar daños.
• Enfriamiento:Un período de enfriamiento controlado para formar juntas de soldadura fiables.

6.2 Precauciones de Almacenamiento y Manipulación

El LED está clasificado como Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) 2 según JEDEC J-STD-020.

• Paquete Sellado:Cuando se almacena en su bolsa original a prueba de humedad con desecante, debe mantenerse a ≤30°C y ≤70% de Humedad Relativa (HR) y usarse dentro de un año.
• Paquete Abierto:Una vez abierta la bolsa, los componentes deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% HR. Se recomienda completar el proceso de soldadura por reflujo dentro de los 365 días posteriores a la apertura de la bolsa.
• Nota de Aplicación:La hoja de datos contiene una exención de responsabilidad estándar que señala que el dispositivo está destinado a equipos electrónicos ordinarios. Para aplicaciones donde un fallo podría poner en peligro la vida o la salud (aviación, médicas, etc.), se requiere consulta y calificación adicional.

7. Embalaje e Información de Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LED se suministran en embalaje estándar de la industria para montaje automatizado.

• Cinta Portadora:Cinta de 8mm de ancho.
• Carrete:Carrete de 7 pulgadas (178mm) de diámetro.
• Cantidad:2000 piezas por carrete completo.
• Cantidad Mínima de Pedido (MOQ):500 piezas para cantidades restantes.
• Estándares:El embalaje cumple con las especificaciones ANSI/EIA-481. Los huecos vacíos se sellan con cinta de cubierta, y se permite un máximo de dos componentes faltantes consecutivos.

8. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Dada su calificación AEC-Q102, alta potencia y pequeño tamaño, este LED es ideal para varias funciones de iluminación automotriz más allá de los faros principales. Ejemplos incluyen:

• Módulos de Luces de Conducción Diurna (DRL)
• Luces de Frenado Altas Centrales (CHMSL)
• Iluminación ambiental interior y retroiluminación del cuadro de instrumentos
• Luces de charco exteriores, luces de manija de puerta o iluminación de emblemas
• Iluminación de señalización en espejos laterales

8.2 Consideraciones de Diseño Críticas

1. Gestión Térmica:Esto es primordial. Con una disipación de potencia de hasta 1.26W, el PCB debe proporcionar una ruta térmica adecuada. Utilice los valores de resistencia térmica (R_th,J-S) para calcular la temperatura de unión esperada (T_j) para su diseño: T_j= T_a+ (R_th× P_D). Asegúrese de que T_jpermanezca por debajo de 150°C, y preferiblemente más baja para maximizar la salida de luz y la vida útil. Utilice vías térmicas, áreas de cobre y posiblemente un PCB de núcleo metálico si es necesario.
2. Circuito de Accionamiento:Siempre utilice un driver de corriente constante, no una fuente de tensión constante con una simple resistencia. Esto garantiza una salida de luz estable independientemente de las variaciones en la tensión directa (debido a la clasificación o la temperatura). El driver debe estar clasificado para todo el rango de temperatura de operación (-40°C a +125°C).
3. Diseño Óptico:El ángulo de visión de 120 grados proporciona un haz amplio. Para aplicaciones enfocadas, se requerirán ópticas secundarias (lentes, reflectores). Considere el rango de color inicial (C4) y su posible desplazamiento con la temperatura al especificar los requisitos de color.
4. Diseño del PCB:Siga el diseño recomendado de pads de soldadura con precisión. Asegure un espacio suficiente entre pads para evitar puentes de soldadura. El diseño del pad influye tanto en la fiabilidad de la junta de soldadura como en el rendimiento térmico.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Si bien una comparación directa con competidores no está en la hoja de datos, se pueden inferir los diferenciadores clave de este producto:

• Factor de Forma vs. Potencia:Ofrece un alto flujo luminoso (hasta 63 lm) desde un paquete miniatura 2720 (2.7x2.0mm), proporcionando una alta densidad de potencia.
• Calificación Automotriz:El cumplimiento con AEC-Q102 y el pre-acondicionamiento a MSL2 son diferenciadores críticos para LED automotrices frente a los de grado comercial.
• Fuente de Color Cian:Usar un chip InGaN con una lente verde para producir cian es una solución específica para aplicaciones que requieren esa longitud de onda particular, a diferencia de usar un LED blanco convertido por fósforo.
• Clasificación Integral:La clasificación tridimensional (V_F, Flujo, Color) permite un emparejamiento preciso del rendimiento a nivel de sistema, lo cual es importante en aplicaciones automotrices para la consistencia en todo el vehículo.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

1. P: ¿Puedo accionar este LED con una fuente de 3.3V y una resistencia?
   R:Es posible pero no recomendado para un diseño profesional. La tensión directa varía de 2.8V a 3.6V. A 3.3V, un LED del rango D10 (3.4V-3.6V) puede no encenderse, mientras que uno del rango D7 (2.8V-3.0V) tendría una corriente muy variable dependiendo del V_F exacto, lo que lleva a un brillo inconsistente y posible sobrecorriente. Un driver de corriente constante es esencial.
2. P: ¿Por qué disminuye la salida luminosa cuando el LED se calienta?
   R:Esto se debe al "extinción térmica" o "caída de eficiencia", una característica fundamental de los LED semiconductores. El aumento de la temperatura incrementa los procesos de recombinación no radiativa dentro del semiconductor, reduciendo la eficiencia cuántica interna (la relación de fotones generados por electrones inyectados).
3. P: ¿Cuál es la diferencia entre R_{th,J-S real}y R_{th,J-S el}?
   ? R_R:th,J-S real_{se mide directamente utilizando un método de prueba térmica. R}th,J-S el
4. se calcula utilizando el método del parámetro sensible a la temperatura (TSP), que se basa en el cambio de la tensión directa con la temperatura. El método eléctrico se utiliza a menudo para el monitoreo de temperatura in situ en una aplicación real.
   P: La clasificación ESD es de 8kV. ¿Aún necesito protección ESD en mi placa?R:

La clasificación de 8kV HBM indica una buena robustez para la manipulación durante el montaje. Sin embargo, para aplicaciones automotrices, los requisitos ESD a nivel de sistema (por ejemplo, ISO 10605) pueden ser más estrictos. A menudo es prudente incluir diodos de supresión de tensión transitoria (TVS) u otra protección en las líneas del driver del LED, especialmente si están conectadas a conectores expuestos al entorno eléctrico del vehículo.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso
Escenario: Diseño de un Módulo de Luces de Conducción Diurna (DRL)

1. Un diseñador está creando un módulo DRL compacto para un automóvil. El espacio es limitado, pero se requiere alto brillo para la visibilidad diurna. Seleccionan el LTPA-2720ZCETU por su alto flujo en un paquete pequeño.Diseño Eléctrico:
2. Diseñan un driver de corriente constante en modo reductor (buck) que puede entregar 350mA (por debajo del máximo de 400mA) desde la batería de 12V del vehículo, operando desde -40°C hasta +105°C ambiente.Diseño Térmico:_{La carcasa del módulo es de aluminio. El PCB es una placa de 2 capas con una gran área de cobre expuesta en la capa inferior conectada al pad térmico del LED a través de múltiples vías térmicas. Se ejecutan simulaciones térmicas usando R}th,J-S real_j <= 13°C/W y la temperatura ambiente esperada para asegurar T
3. < 120°C para una larga vida útil.Diseño Óptico:
4. Se coloca una lente secundaria TIR (Reflexión Interna Total) sobre cada LED para colimar el haz amplio de 120 grados en un patrón de abanico horizontal controlado adecuado para un DRL.Fabricación:

La lista de materiales (BOM) especifica el código de clasificación 7J/D8/C4 para garantizar alto brillo (7J: 56-63 lm), tensión de rango medio (D8: 3.0-3.2V) para la eficiencia del driver y color cian consistente (C4). El ensamblador utiliza el embalaje de cinta y carrete proporcionado en máquinas de colocación automática, siguiendo el perfil de reflujo J-STD-020.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LTPA-2720ZCETU es una fuente de luz semiconductor. Su núcleo es un chip hecho de materiales de InGaN (Nitruro de Galio e Indio). Cuando se aplica una tensión directa, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa del semiconductor. Cuando un electrón se recombina con un hueco, se libera energía en forma de un fotón (partícula de luz). La composición específica de la aleación de InGaN determina la longitud de onda (color) de la luz emitida; en este caso, produce luz en el espectro cian/verde azulado. Esta luz primaria pasa a través de una lente interna de color verde (lente del paquete), que puede absorber algunas longitudes de onda y transmitir otras, resultando en el color cian final percibido. La eficiencia de este proceso de electroluminiscencia se ve afectada por la corriente de accionamiento y la temperatura, como se muestra en las curvas de rendimiento.

13. Tendencias de Desarrollo

• La evolución de LED como el LTPA-2720ZCETU sigue varias tendencias claras de la industria:Mayor Densidad de Potencia:
• La mejora continua en la epitaxia de semiconductores y el diseño térmico del paquete permite un mayor flujo luminoso desde paquetes cada vez más pequeños, posibilitando sistemas de iluminación automotriz más compactos y brillantes.Estándares de Fiabilidad Mejorados:
• Los requisitos automotrices están impulsando estándares de calificación más estrictos más allá del AEC-Q102, incluyendo pruebas de vida útil más largas, rangos de ciclado de temperatura más altos y una resistencia más robusta al azufre y otros agentes corrosivos.Clasificación Más Estrecha y Consistencia de Color:
• A medida que los LED se usan en grupos para estilización (por ejemplo, barras de luz), la demanda de una clasificación de color y flujo extremadamente estrecha ("super-binning") está aumentando para evitar variaciones visibles entre LED adyacentes.Integración con Drivers y Control:
• Existe una tendencia hacia soluciones más integradas, como LED con reguladores de corriente incorporados o drivers LED inteligentes que pueden comunicarse a través de buses automotrices (LIN, CAN), aunque el dispositivo descrito aquí sigue siendo un componente discreto.Enfoque en las Características Espectrales: