Hoja de Datos del LED Azul de 1W en Cerámica Serie 3535 - Dimensiones 3.5x3.5x?mm - Voltaje 3.2V - Potencia 1W - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un LED azul de alta potencia de 1W encapsulado en un robusto paquete cerámico 3535. Los encapsulados cerámicos ofrecen una gestión térmica superior en comparación con los paquetes plásticos tradicionales, lo que hace que este LED sea adecuado para aplicaciones que requieren alta fiabilidad y rendimiento estable en condiciones térmicas exigentes. Los mercados objetivo principales incluyen iluminación profesional, módulos de iluminación automotriz y aplicaciones industriales especializadas donde una salida de color consistente y una durabilidad a largo plazo son críticas.

1.1 Ventajas Principales

El sustrato cerámico proporciona una excelente disipación de calor, lo que contribuye directamente a temperaturas de unión más bajas, un mejor mantenimiento de la eficacia luminosa y una mayor vida operativa. El diseño del encapsulado garantiza una buena estabilidad mecánica y resistencia al estrés térmico. El LED presenta un amplio ángulo de visión de 120 grados, lo que lo hace versátil para diversos diseños ópticos que requieren una iluminación amplia.

2. Parámetros Técnicos e Interpretación Objetiva

2.1 Límites Absolutos Máximos (T_s=25°C)

• Corriente Directa (I_F):500 mA (Continua)
• Corriente Directa de Pulso (I_FP):700 mA (Ancho de pulso ≤10ms, Ciclo de trabajo ≤1/10)
• Disipación de Potencia (P_D):1700 mW
• Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +100°C
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +100°C
• Temperatura de Unión (T_j):125°C
• Temperatura de Soldadura (T_sld):Soldadura por reflujo a 230°C o 260°C durante un máximo de 10 segundos.

Estos límites definen los márgenes operativos. Exceder estos valores puede causar daños permanentes. La especificación de corriente de pulso permite una sobreexcitación breve en aplicaciones como estroboscopios o sensado pulsado.

2.2 Características Electro-Ópticas Típicas (T_s=25°C)

• Voltaje Directo (V_F):Típico 3.2V, Máximo 3.4V a I_F=350mA.
• Voltaje Inverso (V_R):5V (Máximo).
• Longitud de Onda Pico (λ_d):460 nm (Típica).
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 50 µA.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):120 grados (Típico).

El voltaje directo es un parámetro clave para el diseño del driver. El valor típico de 3.2V a 350mA indica el punto de operación nominal. Los diseñadores deben tener en cuenta el V_Fmáximo para asegurar que la fuente de corriente pueda proporcionar voltaje suficiente.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El LED se clasifica (binning) según parámetros clave de rendimiento para garantizar la consistencia dentro de un lote de producción. Esto permite a los diseñadores seleccionar LEDs que cumplan con requisitos específicos de la aplicación.

3.1 Clasificación de Flujo Luminoso (a 350mA)

Los LEDs azules se clasifican por su salida de luz. El código de clasificación, los valores mínimo (Min) y típico (Tipo) de flujo luminoso son los siguientes:

• Código 1C:Mín 14 lm, Tipo 16 lm
• Código 1D:Mín 16 lm, Tipo 18 lm
• Código 1E:Mín 18 lm, Tipo 20 lm
• Código 1F:Mín 20 lm, Tipo 22 lm
• Código 1G:Mín 22 lm, Tipo 24 lm

La tolerancia del flujo luminoso es de ±7%. Seleccionar un código de clasificación más alto garantiza una salida de luz mínima mayor, lo cual es crucial para alcanzar los niveles de brillo objetivo en un diseño.

3.2 Clasificación de Voltaje Directo

Los LEDs también se clasifican por su caída de voltaje directo a una corriente de prueba para garantizar una distribución uniforme de corriente cuando se conectan múltiples LEDs en serie. Las clasificaciones son:

• Código 1:2.8V a 3.0V
• Código 2:3.0V a 3.2V
• Código 3:3.2V a 3.4V
• Código 4:3.4V a 3.6V

La tolerancia de medición de voltaje es de ±0.08V. Usar LEDs de la misma clasificación de voltaje o de clasificaciones adyacentes en una cadena en serie minimiza el desequilibrio de corriente y la posible sobreexcitación de LEDs con V_F.

3.3 Clasificación de Longitud de Onda Dominante

Para aplicaciones críticas en color, la longitud de onda dominante se controla estrictamente. Las clasificaciones disponibles para azul son:

• Código B2:450 nm a 455 nm
• Código B3:455 nm a 460 nm
• Código B4:460 nm a 465 nm

Esto permite un emparejamiento de color preciso, esencial en aplicaciones como retroiluminación de pantallas o sistemas de mezcla multicolor.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos clave que ilustran el comportamiento del LED bajo diferentes condiciones.

4.1 Curva de Voltaje Directo vs. Corriente Directa (V_F-I_F)

Esta curva muestra la relación no lineal entre voltaje y corriente. Es esencial para comprender la resistencia dinámica del LED y para diseñar drivers de corriente constante. La curva típicamente muestra un aumento brusco en la corriente una vez que el voltaje directo supera el umbral del diodo.

4.2 Curva de Flujo Luminoso Relativo vs. Corriente Directa

Este gráfico ilustra cómo escala la salida de luz con la corriente de accionamiento. Si bien la salida aumenta con la corriente, la eficacia (lúmenes por vatio) a menudo disminuye a corrientes más altas debido al aumento de la generación de calor. Esta curva ayuda a optimizar el equilibrio entre brillo y eficiencia para una aplicación dada.

4.3 Curva de Potencia Espectral Relativa vs. Temperatura de Unión

Esta curva demuestra el efecto de la temperatura de unión (T_j) en la salida espectral del LED. Para los LEDs azules, la longitud de onda pico puede desplazarse ligeramente con la temperatura (típicamente 0.1-0.3 nm/°C). Mantener una T_jbaja es crucial para la estabilidad del color en aplicaciones sensibles.

4.4 Curva de Distribución de Potencia Espectral

Este gráfico muestra la intensidad de la luz emitida a través del espectro visible. Un LED azul tendrá un pico estrecho y pronunciado alrededor de su longitud de onda dominante (ej., 460 nm). El ancho a media altura (FWHM) de este pico indica la pureza del color del LED.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dibujo de Contorno y Dimensiones

El LED utiliza una huella estándar cerámica 3535, que mide aproximadamente 3.5mm x 3.5mm. La altura exacta no se especifica en el extracto proporcionado. El dibujo incluye dimensiones críticas como el espaciado de las almohadillas y el tamaño total del paquete con tolerancias asociadas (ej., .X: ±0.10mm, .XX: ±0.05mm).

5.2 Patrón de Almohadilla y Diseño de Esténcil Recomendados

La hoja de datos proporciona diseños recomendados de patrón de soldadura y esténcil para el diseño del PCB. Adherirse a estas recomendaciones asegura la formación adecuada de la junta de soldadura, una conexión eléctrica fiable y una transferencia térmica óptima desde la almohadilla térmica del LED al PCB. El diseño del esténcil controla el volumen de pasta de soldadura depositada.

6. Guías de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

El LED es compatible con procesos estándar de soldadura por reflujo. La temperatura máxima de soldadura permitida es de 230°C o 260°C durante un tiempo que no exceda los 10 segundos. Es crítico seguir un perfil de temperatura que precaliente el ensamblaje adecuadamente para minimizar el choque térmico y asegurar que la temperatura pico no exceda el límite especificado.

6.2 Precauciones de Manipulación y Almacenamiento

Los LEDs son sensibles a la descarga electrostática (ESD). Se deben observar las precauciones adecuadas contra ESD (ej., estaciones de trabajo conectadas a tierra, pulseras antiestáticas) durante la manipulación. Los dispositivos deben almacenarse en sus bolsas originales barrera de humedad en un ambiente controlado (temperatura de almacenamiento especificada: -40°C a +100°C) para prevenir la absorción de humedad y la oxidación.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificaciones de la Cinta Portadora

Los LEDs se suministran en cinta portadora embutida para ensamblaje automático pick-and-place. La hoja de datos incluye dibujos detallados de las dimensiones de los bolsillos de la cinta portadora, el paso y la dirección de enrollado para asegurar la compatibilidad con equipos estándar de tecnología de montaje superficial (SMT).

7.2 Empaquetado en Carrete

La cinta portadora se enrolla en carretes estándar. El tipo de carrete, la cantidad por carrete y el empaquetado exterior deben especificarse según el estándar del fabricante o los requisitos del cliente para facilitar la alimentación eficiente de la línea de producción.

7.3 Sistema de Numeración de Piezas

El número de modelo sigue un formato estructurado que codifica atributos clave: serie, tipo de paquete, configuración del chip, color y clasificaciones de rendimiento (ej., flujo luminoso, voltaje). Comprender esta nomenclatura es esencial para especificar correctamente la variante de LED deseada. Por ejemplo, un código indica un paquete cerámico 3535, un solo dado de alta potencia, color azul y clasificaciones específicas de flujo/voltaje/longitud de onda.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Iluminación Arquitectónica y Comercial:Utilizado como fuente azul primaria en sistemas de mezcla de color RGB para iluminación blanca ajustable o de color.
• Iluminación Automotriz:Adecuado para luces de circulación diurna (DRL), luces de señalización o iluminación interior donde se requiere alta fiabilidad.
• Iluminación Especializada:Aplicaciones que requieren luz azul de alta potencia, como dispositivos médicos, sistemas de curado o iluminación para espectáculos.
• Retroiluminación:Puede usarse en unidades de retroiluminación LCD de alto brillo, a menudo combinado con fósforos para crear luz blanca.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión Térmica:A pesar de las ventajas del paquete cerámico, un disipador de calor efectivo es obligatorio. El PCB debe tener una almohadilla térmica conectada a planos de tierra internos o a un disipador externo para mantener la T_jpor debajo de 125°C.
• Accionamiento de Corriente:Siempre use un driver de corriente constante. La corriente de operación recomendada es de 350mA, pero puede ser accionado hasta 500mA con una adecuada reducción de potencia por temperatura.
• Diseño Óptico:El ángulo de visión de 120 grados puede requerir ópticas secundarias (lentes, reflectores) para lograr el patrón de haz deseado. La superficie cerámica puede tener propiedades de reflectividad diferentes a las de los paquetes plásticos.
• Selección de Clasificación (Binning):Para arreglos de múltiples LEDs, especifique clasificaciones estrechas para flujo luminoso, voltaje y longitud de onda para garantizar una apariencia y rendimiento uniformes.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los paquetes plásticos 3535 estándar, este LED cerámico ofrece ventajas distintivas:

• Rendimiento Térmico Superior:El material cerámico tiene una conductividad térmica más alta que el plástico, lo que conduce a una menor resistencia térmica desde la unión al punto de soldadura (R_th-Js). Esto resulta en una temperatura de unión operativa más baja al mismo nivel de potencia, lo que se traduce directamente en un mejor mantenimiento de la salida de luz (vida útil L70, L90) y una mejor estabilidad del color.
• Fiabilidad Mejorada:La cerámica es inerte y no se degrada ni amarillea bajo alta temperatura o alta exposición a UV, a diferencia de algunos plásticos. Esto la hace ideal para entornos hostiles.
• Robustez Mecánica:El sustrato cerámico es más rígido y menos propenso a agrietarse bajo estrés por ciclos térmicos.
• La contrapartida es típicamente un costo unitario ligeramente mayor en comparación con los paquetes plásticos.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Cuál es la diferencia entre la corriente continua (500mA) y la corriente de operación típica (350mA)?

El límite absoluto máximo de corriente continua (500mA) es la corriente más alta que el LED puede soportar sin fallo inmediato. La corriente de operación típica (350mA) es la corriente recomendada para lograr el rendimiento especificado (flujo luminoso, eficacia) manteniendo un margen de seguridad para la temperatura de unión y la fiabilidad a largo plazo. Operar a 350mA típicamente ofrece un mejor equilibrio entre rendimiento y vida útil.

10.2 ¿Por qué es importante la clasificación de voltaje (voltage binning)?

Cuando los LEDs se conectan en serie, la misma corriente fluye a través de cada uno. Si los voltajes directos varían significativamente, el voltaje total requerido por la cadena aumenta. Más importante aún, los LEDs con V_Fmás baja disiparán menos potencia en forma de calor para la misma corriente, pero el driver debe suministrar voltaje suficiente para el LED con V_Fmás alta. Usar clasificaciones de V_Festrechamente emparejadas asegura un voltaje de sistema predecible y una distribución de potencia uniforme.

10.3 ¿Puedo accionar este LED con una fuente de voltaje constante?

No. Los LEDs son dispositivos accionados por corriente. Su voltaje directo tiene un coeficiente de temperatura negativo y puede variar de una unidad a otra. Una fuente de voltaje constante conduciría a una corriente no controlada, potencialmente excediendo el límite máximo y causando un fallo rápido. Siempre se requiere un driver de corriente constante o un circuito limitador de corriente.

10.4 ¿Cómo interpreto la clasificación de flujo luminoso (luminous flux binning)?

El código de clasificación (ej., 1E) define una salida de luz mínima garantizada (18 lm) y un valor típico (20 lm) cuando se mide a 350mA y 25°C de temperatura de la cápsula. Al diseñar una luminaria, usar el valor \"Mín\" para los cálculos asegura que el producto final cumplirá con el objetivo de brillo mínimo incluso con variaciones entre unidades.

11. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Escenario:Diseñar una linterna subacuática de buceo de alta fiabilidad que requiera un haz azul puro.

Implementación:

1. Selección del LED:Elegir este LED azul cerámico 3535 por su robustez y rendimiento térmico. Seleccionar una clasificación de longitud de onda estrecha (ej., B3: 455-460nm) para un color azul consistente y una clasificación de flujo luminoso alta (ej., 1G) para máxima salida.
2. Diseño Térmico:La carcasa de la linterna está mecanizada en aluminio, actuando como disipador. El PCB es un PCB de núcleo metálico (MCPCB) con una capa dieléctrica de alta conductividad térmica. La almohadilla térmica del LED se suelda directamente a una gran área de cobre en el MCPCB, que luego se monta firmemente a la carcasa de aluminio con pasta térmica.
3. Diseño Eléctrico:Se diseña un driver reductor de corriente constante, eficiente e impermeable para proporcionar 350mA estables desde un paquete de baterías de iones de litio. El driver incluye protección contra sobretensión, polaridad inversa y apagado térmico.
4. Diseño Óptico:Se utiliza una lente colimadora secundaria TIR (Reflexión Interna Total) sobre el LED para estrechar el haz de 120 grados a un punto de 10 grados para una penetración a larga distancia en el agua.
5. Resultado:La linterna final logra alto brillo, salida de color estable incluso después de un uso prolongado y excelente fiabilidad en un entorno desafiante, aprovechando las ventajas inherentes del LED cerámico.

12. Introducción al Principio de Operación

Un diodo emisor de luz (LED) es un dispositivo semiconductor que emite luz cuando una corriente eléctrica pasa a través de él. Este fenómeno se llama electroluminiscencia. En un LED azul, el material semiconductor (típicamente basado en nitruro de galio e indio - InGaN) se diseña con un bandgap específico. Cuando los electrones se recombinan con huecos de electrones dentro del dispositivo, la energía se libera en forma de fotones. La longitud de onda (color) de la luz emitida está determinada por el bandgap de energía del material semiconductor. El paquete cerámico sirve como soporte mecánico, proporciona conexiones eléctricas a través de alambres de unión al ánodo y cátodo, y lo más importante, actúa como una vía eficiente para conducir el calor lejos de la unión semiconductor, lo cual es crítico para el rendimiento y la longevidad.

13. Tendencias y Avances Tecnológicos

El mercado de LEDs de alta potencia continúa evolucionando con varias tendencias claras:

• Mayor Eficiencia (lm/W):Las mejoras continuas en el crecimiento epitaxial, el diseño del chip y las técnicas de extracción de luz impulsan constantemente la eficacia luminosa hacia arriba, reduciendo el consumo de energía para la misma salida de luz.
• Mejor Calidad y Consistencia del Color:Tolerancias de clasificación más estrechas y tecnologías avanzadas de fósforos permiten LEDs con un índice de reproducción cromática (CRI) superior y puntos de color más consistentes entre lotes de producción.
• Empaquetado Avanzado:Los paquetes cerámicos, como el utilizado aquí, son cada vez más prevalentes para aplicaciones de gama alta. Otras tendencias incluyen paquetes a escala de chip (CSP) e integración a nivel de paquete (ej., COB - Chip-on-Board) para reducir costos y mejorar la densidad óptica.
• Mayor Densidad de Potencia:Se están desarrollando LEDs capaces de operar a densidades de corriente más altas, permitiendo fuentes de luz más pequeñas con salida equivalente o mayor, posibilitando diseños de luminarias más compactos e innovadores.
• Iluminación Inteligente y Conectada:La integración de electrónica de control e interfaces de comunicación directamente con los módulos LED es una tendencia creciente, facilitando sistemas de iluminación habilitados para IoT.