Ficha Técnica LED EL 2020 Cube Light - Paquete SMD - Blanco Frío - 50lm @ 140mA - 3.0V - Ángulo de Visión 120° - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El EL 2020 Cube Light es un LED de montaje superficial (SMD) de alto rendimiento, diseñado para exigentes aplicaciones de iluminación automotriz. Este componente representa una solución de iluminación de estado sólido compacta y fiable, que ofrece un equilibrio entre salida luminosa, eficiencia y robustez requerido para los sistemas modernos de vehículos. Su filosofía de diseño central se basa en proporcionar un rendimiento consistente bajo los amplios rangos de temperatura y las duras condiciones ambientales típicas de los entornos automotrices.

El LED se ofrece en una temperatura de color blanco frío, dirigido a aplicaciones donde se desea una luz blanca brillante, de neutra a ligeramente azulada. El paquete está diseñado para procesos de montaje automatizado, facilitando la fabricación en gran volumen. Una ventaja clave de este dispositivo es su cumplimiento con la calificación de pruebas de estrés AEC-Q102 para semiconductores optoelectrónicos discretos, que es el estándar de la industria para componentes de grado automotriz. Esto garantiza un nivel de fiabilidad y longevidad que cumple o supera los requisitos de los fabricantes de equipos originales (OEM) automotrices.

2. Análisis Exhaustivo de Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Eléctricas

La característica fotométrica principal es el flujo luminoso típico de 50 lúmenes (lm) cuando se alimenta con una corriente directa (I_F) de 140 mA. Es crucial tener en cuenta la tolerancia de medición especificada de ±8% para el flujo luminoso, que contempla las variaciones normales de producción. Los valores mínimo y máximo en la misma condición son 45 lm y 70 lm, respectivamente, definiendo la ventana de rendimiento.

Eléctricamente, el dispositivo presenta una tensión directa típica (V_F) de 3.0 voltios a 140 mA, con un rango de 2.75 V a 3.5 V. La tolerancia de medición de la tensión directa se especifica como ±0.05V. El dispositivo tiene un amplio rango de corriente directa de funcionamiento, desde un mínimo de 10 mA hasta un límite absoluto máximo de 250 mA. El rendimiento óptico se caracteriza por un amplio ángulo de visión de 120 grados (con una tolerancia de ±5°), proporcionando un patrón de radiación amplio y uniforme adecuado para diversas ópticas de iluminación.

2.2 Especificaciones Térmicas y Límites Absolutos

La gestión térmica es crítica para el rendimiento y la vida útil del LED. La ficha técnica especifica dos valores de resistencia térmica: la resistencia térmica real (R_{th JS real}) desde la unión (junction) hasta el punto de soldadura es típicamente 24 K/W (máx. 32 K/W), mientras que el valor derivado eléctricamente (R_{th JS el}) es típicamente 17 K/W (máx. 23 K/W). El valor eléctrico más bajo suele servir como una guía de diseño conservadora.

Los límites absolutos máximos definen los límites operativos que no deben excederse para evitar daños permanentes. Las especificaciones clave incluyen:

• Disipación de Potencia (P_d): 875 mW
• Corriente Directa (I_F): 250 mA (continua)
• Corriente de Sobretensión (I_FM): 750 mA para pulsos ≤10 μs con un ciclo de trabajo bajo (D=0.005)
• Temperatura de Unión (T_J): 150 °C
• Temperatura de Operación y Almacenamiento: -40 °C a +125 °C
• Sensibilidad ESD (HBM): 8 kV
• Temperatura de Soldadura por Reflujo: 260°C de pico durante 30 segundos máximo

El cumplimiento de estos límites es esencial para una operación fiable.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para gestionar las variaciones de producción y permitir un diseño de sistema preciso, los LED se clasifican en lotes (bins) según parámetros clave.

3.1 Clasificación por Flujo Luminoso

El flujo luminoso se categoriza en tres lotes:

• F4:45 lm (Mín.) a 52 lm (Máx.)
• F5:52 lm (Mín.) a 60 lm (Máx.)
• F6:60 lm (Mín.) a 70 lm (Máx.)

El valor típico de 50 lm se encuentra dentro del lote F4. Los diseñadores deben seleccionar el lote apropiado según la salida de luz requerida para su aplicación.

3.2 Clasificación por Tensión Directa

La tensión directa también se clasifica para ayudar en el diseño del circuito de alimentación y la gestión de potencia:

• 2730:2.75 V (Mín.) a 3.0 V (Máx.)
• 3032:3.0 V (Mín.) a 3.25 V (Máx.)
• 3235:3.25 V (Mín.) a 3.5 V (Máx.)

3.3 Clasificación por Color (Cromaticidad)

La emisión en blanco frío se define dentro del espacio de color CIE 1931. La ficha técnica proporciona las coordenadas de las esquinas para cuatro lotes distintos (63M, 61M, 58M, 56M) que corresponden a rangos de temperatura de color correlacionada (CCT):

• 63M:~6100K a 6600K
• 61M:~5800K a 6300K
• 58M:~5600K a 6100K
• 56M:~5300K a 5800K

Una representación gráfica en el diagrama de cromaticidad CIE muestra estos lotes como cuadriláteros. La tolerancia de medición especificada para las coordenadas de color es ±0.005. Esta clasificación garantiza la consistencia de color entre múltiples LED en un ensamblaje.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Curva IV y Flujo Luminoso Relativo

La gráfica de Corriente Directa vs. Tensión Directa muestra la relación exponencial característica. En el punto de operación típico de 140 mA, V_Fes aproximadamente 3.0V. La curva es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente.

La gráfica de Flujo Luminoso Relativo vs. Corriente Directa demuestra que la salida de luz es sub-lineal con la corriente. Si bien la salida aumenta con la corriente, la eficacia (lúmenes por vatio) típicamente disminuye a corrientes más altas debido al aumento de la temperatura de unión y otros factores. La curva está normalizada al flujo a 140 mA.

4.2 Dependencia de la Temperatura

Dos gráficas críticas ilustran la variación del rendimiento con la temperatura de unión (T_j).

• Flujo Luminoso Relativo vs. Temperatura de Unión:Muestra que la salida de luz disminuye a medida que T_jaumenta. Un disipador de calor efectivo es primordial para mantener el brillo deseado.
• Tensión Directa Relativa vs. Temperatura de Unión:Demuestra que V_Ftiene un coeficiente de temperatura negativo, disminuyendo linealmente a medida que T_jaumenta. Esta propiedad a veces puede usarse para la detección de temperatura.
• Desviación de la Cromaticidad vs. Temperatura de Unión:Traza el cambio en las coordenadas CIE x e y, mostrando un desplazamiento mínimo en todo el rango de temperatura, lo cual es importante para la estabilidad del color.

4.3 Distribución Espectral y Patrón de Radiación

La gráfica de Distribución Espectral Relativa traza la intensidad frente a la longitud de onda desde 400nm hasta 800nm. Muestra un pico en la región azul (alrededor de 450-455nm) proveniente de la emisión primaria del chip LED, con un pico secundario más amplio en la región amarilla (alrededor de 550-600nm) generado por el recubrimiento de fósforo, que se combina para producir la luz blanca fría.

El Diagrama Típico de Características de Radiación representa visualmente el ángulo de visión de 120°, mostrando la distribución angular de la intensidad luminosa relativa a la línea central (0°).

4.4 Desclasificación y Manejo de Pulsos

La Curva de Desclasificación de Corriente Directa es una herramienta de diseño vital. Traza la corriente directa continua máxima permitida frente a la temperatura del pad de soldadura (T_S). A medida que T_Saumenta, la corriente máxima permitida debe reducirse para evitar superar la T_J(máx.) de 150°C. Por ejemplo, a una T_Sde 125°C, la I_Fmáxima es 250 mA.

La gráfica de Capacidad de Manejo de Pulsos Permisible define la corriente de pulso pico (I_FP) permitida para un ancho de pulso (t_p) y ciclo de trabajo (D) dados, con el punto de soldadura a 25°C. Esto es crucial para aplicaciones que utilizan esquemas de conducción por pulsos.

5. Información Mecánica, del Paquete y de Montaje

5.1 Dimensiones Mecánicas

La ficha técnica incluye un dibujo mecánico detallado del paquete del LED. Las dimensiones clave (en milímetros) definen la huella, la altura y las posiciones de los terminales. Las tolerancias son típicamente ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario. El dibujo es esencial para el diseño de la huella en el PCB y para garantizar un ajuste adecuado dentro del ensamblaje final.

5.2 Diseño Recomendado de Pads de Soldadura

Un dibujo separado proporciona el patrón recomendado de pads de cobre en el PCB para una soldadura óptima. Esto incluye los tamaños y espaciados de los pads para los terminales eléctricos y el pad térmico. Seguir esta recomendación asegura una buena formación de la junta de soldadura, una transferencia térmica adecuada al PCB y estabilidad mecánica.

6. Directrices de Soldadura, Montaje y Manipulación

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El componente está clasificado para una temperatura máxima de pico de reflujo de 260°C durante 30 segundos. Debe usarse un perfil de reflujo típico, con fases controladas de precalentamiento, estabilización, reflujo y enfriamiento para minimizar el choque térmico y asegurar juntas de soldadura fiables sin dañar el paquete LED o los materiales internos.

6.2 Precauciones de Uso

Las precauciones generales de manipulación incluyen evitar estrés mecánico en el paquete, prevenir la contaminación de la lente y usar controles ESD adecuados durante la manipulación y el montaje, ya que el dispositivo está clasificado para 8kV ESD HBM.

6.3 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

El LED tiene un Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) de 2. Esto significa que el paquete puede estar expuesto a condiciones de planta de fábrica (≤30°C/60% HR) hasta por un año antes de requerir un horneado previo a la soldadura por reflujo. Para un almacenamiento más prolongado o después de abrir la bolsa, se deben seguir procedimientos de horneado específicos según los estándares IPC/JEDEC para prevenir el "efecto palomita" durante el reflujo.

7. Cumplimiento Ambiental y Fiabilidad

El dispositivo cumple con las regulaciones RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) y REACH. También se especifica como Libre de Halógenos, con límites en el contenido de Bromo (Br) y Cloro (Cl) (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

Una característica de fiabilidad significativa es su rendimiento en entornos ricos en azufre. El dispositivo cumple con los criterios de Prueba de Azufre Clase A1, lo que indica una alta resistencia a la corrosión causada por el azufre atmosférico, una preocupación común en entornos automotrices e industriales.

8. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Aplicación Principal: Iluminación Automotriz

La aplicación principal prevista es la iluminación automotriz. Los casos de uso potenciales incluyen iluminación interior (luces de techo, luces de lectura, iluminación de pasos de rueda, iluminación ambiental), señalización exterior (luces de freno altas centrales - CHMSL) y posiblemente iluminación auxiliar. La calificación AEC-Q102, el amplio rango de temperatura y la resistencia al azufre lo hacen adecuado para estos entornos hostiles.

8.2 Diseño del Circuito de Alimentación (Driver)

Los diseñadores deben implementar un circuito de alimentación de corriente constante, no una fuente de tensión constante, para garantizar una salida de luz estable y prevenir la fuga térmica (thermal runaway). El driver debe diseñarse para acomodar el rango de clasificación de tensión directa. La gestión térmica es innegociable; el PCB debe proporcionar una vía térmica adecuada desde el pad térmico del LED hasta un disipador de calor o las capas de cobre de la placa para mantener la temperatura de unión dentro de límites seguros, especialmente cuando se opera a corrientes altas o en temperaturas ambientales elevadas.

8.3 Diseño Óptico

El ángulo de visión de 120° ofrece flexibilidad. Para aplicaciones que requieren un haz enfocado, serán necesarias ópticas secundarias (reflectores, lentes). El ángulo amplio es beneficioso para aplicaciones que requieren una iluminación uniforme y difusa sobre un área.

9. Comparativa Técnica y Posicionamiento

En comparación con los LED estándar de grado comercial, los diferenciadores clave de este componente son su calificación de grado automotriz (AEC-Q102), su rango de temperatura de operación extendido (-40°C a +125°C) y su resistencia específica a la corrosión por azufre. Estas características conllevan un costo más alto pero son obligatorias para los estándares de seguridad y fiabilidad automotriz. Dentro del mercado de LED automotrices, su salida de 50lm a 140mA lo posiciona como un dispositivo de potencia media adecuado para una amplia gama de aplicaciones más allá de las simples funciones indicadoras.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P: ¿Cuál es la eficacia típica (lúmenes por vatio) de este LED?

R: En el punto de operación típico (140mA, 3.0V, 50lm), la potencia de entrada es de 0.42W (140mA * 3.0V). La eficacia es aproximadamente 119 lm/W (50lm / 0.42W).

P: ¿Puedo alimentar este LED directamente con una batería de coche de 12V?

R: No. El LED requiere un driver de corriente constante. Conectarlo directamente a una fuente de 12V causaría un flujo de corriente excesivo, destruyendo el dispositivo inmediatamente. Se requiere un circuito driver que regule la corriente al nivel deseado (ej. 140mA).

P: ¿Cómo interpreto los dos valores diferentes de resistencia térmica?

R: Utilice el valor más alto, de resistencia térmica "real" (R_{th JS real}típ. 24 K/W) para cálculos de diseño térmico conservadores. El valor eléctrico se deriva de una técnica de medición y suele ser más bajo.

P: ¿Qué significa MSL 2 para mi proceso de producción?

R: MSL 2 significa que los componentes pueden almacenarse en su bolsa sellada con barrera de humedad hasta por 12 meses en condiciones controladas (≤30°C/60%HR). Una vez abierta la bolsa, típicamente se dispone de 1 semana para completar la soldadura por reflujo antes de que las piezas puedan necesitar horneado.

11. Caso de Estudio de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de una luz de techo interior para automóvil.

Un diseñador necesita una luz blanca brillante para un conjunto de luz de techo. Selecciona este LED en el lote de flujo luminoso F5 (52-60 lm) y el lote de color 61M (~5800-6300K) para una apariencia blanca neutra. Diseña un PCB con el diseño exacto recomendado de pads de soldadura. Se selecciona un circuito integrado driver reductor de corriente constante para proporcionar 140mA desde el sistema de 12V del vehículo. Se realiza un análisis térmico utilizando la curva de desclasificación y la resistencia térmica: si la gestión térmica del PCB mantiene el pad de soldadura por debajo de 85°C, el LED puede funcionar a su especificación completa de 140mA. El amplio ángulo de visión de 120° es perfecto para iluminar la cabina de manera uniforme sin requerir ópticas secundarias complejas. La calificación AEC-Q102 brinda confianza en la fiabilidad a largo plazo del componente para esta aplicación automotriz.

12. Principio de Funcionamiento

Este es un LED blanco convertido por fósforo. El núcleo es un chip semiconductor, típicamente hecho de nitruro de galio e indio (InGaN), que emite luz en el espectro azul cuando la corriente eléctrica pasa a través de él (electroluminiscencia). Esta luz azul es parcialmente absorbida por una capa de fósforo de granate de itrio y aluminio dopado con cerio (YAG:Ce) depositada sobre o cerca del chip. El fósforo absorbe algunos fotones azules y re-emite luz a través de un espectro más amplio, predominantemente en la región amarilla. 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 emisión azul a amarilla, controlada por la composición y el grosor del fósforo, determina la temperatura de color correlacionada (CCT), resultando en la salida "Blanco Frío" especificada.

13. Tendencias Tecnológicas

La tendencia general en la iluminación LED automotriz es hacia una mayor eficiencia (más lúmenes por vatio), mayor densidad de potencia y una fiabilidad mejorada. También existe un impulso hacia un control de color más preciso y un Índice de Reproducción Cromática (IRC) más alto para una mejor percepción visual. La integración es otra tendencia, con paquetes multi-chip y paquetes con drivers o circuitos de control integrados volviéndose más comunes. Además, hay un enfoque creciente en sistemas de iluminación inteligentes y adaptativos, que pueden requerir LED capaces de conmutación o atenuación muy rápida. Si bien esta ficha técnica describe un componente discreto de un solo chip, la tecnología subyacente continúa evolucionando para satisfacer estas demandas de los futuros sistemas de iluminación automotriz, incluyendo iluminación delantera avanzada e iluminación de señalización dinámica.