Especificación Técnica de LED Flip Chip Serie T12 - 10W Blanco - 9 LEDs en Serie - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie T12 representa un módulo LED de montaje superficial (SMD) de alta potencia que utiliza tecnología flip chip. Este documento detalla las especificaciones de una variante de luz blanca de 10W configurada con 9 chips LED conectados en serie. El diseño flip chip ofrece un rendimiento térmico y una fiabilidad mejorados al unir directamente el semiconductor al sustrato, mejorando la disipación de calor y reduciendo la resistencia térmica.

Este módulo LED está diseñado para aplicaciones que exigen una alta salida luminosa y un rendimiento robusto, como iluminación industrial, luminarias para naves altas, iluminación de áreas exteriores y proyectores especializados. Su configuración en serie simplifica el diseño del driver al requerir un voltaje directo más alto a una corriente controlada.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos (T_s=25°C)

Los siguientes parámetros definen los límites operativos más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el LED. Estas no son condiciones de operación recomendadas.

• Corriente Directa (I_F):700 mA (CC)
• Corriente Directa de Pulso (I_FP):700 mA (Ancho de Pulso ≤10ms, Ciclo de Trabajo ≤1/10)
• Disipación de Potencia (P_D):20300 mW (20.3W)
• 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 (Máxima)
• Temperatura de Soldadura (T_sld):Soldadura por reflujo a 230°C o 260°C durante un máximo de 10 segundos.

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

Estos son los valores típicos y máximos bajo condiciones de prueba especificadas, que representan el rendimiento esperado.

• Voltaje Directo (V_F):Típico 27V, Máximo 29V (a I_F=350mA). El alto voltaje se debe a la configuración de 9 en serie.
• Voltaje Inverso (V_R):5V (Máximo)
• Corriente Inversa (I_R):100 µA (Máximo) a V_R=5V.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):130° (Típico). Esto indica un patrón de haz amplio adecuado para iluminación de áreas.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

3.1 Clasificación por Temperatura de Color Correlacionada (CCT)

El producto se ofrece en clasificaciones CCT estándar. Cada clasificación corresponde a una región de cromaticidad específica en el diagrama CIE, asegurando la consistencia de color dentro de un lote. Las opciones de pedido estándar son:

• 2700K:Regiones de cromaticidad 8A, 8B, 8C, 8D (Blanco Cálido)
• 3000K:Regiones de cromaticidad 7A, 7B, 7C, 7D (Blanco Cálido)
• 3500K:Regiones de cromaticidad 6A, 6B, 6C, 6D (Blanco Neutro)
• 4000K:Regiones de cromaticidad 5A, 5B, 5C, 5D (Blanco Neutro)
• 4500K:Regiones de cromaticidad 4A, 4B, 4C, 4D, 4R, 4S, 4T, 4U (Blanco Frío)
• 5000K:Regiones de cromaticidad 3A, 3B, 3C, 3D, 3R, 3S, 3T, 3U (Blanco Frío)
• 5700K:Regiones de cromaticidad 2A, 2B, 2C, 2D, 2R, 2S, 2T, 2U (Luz Día)
• 6500K:Regiones de cromaticidad 1A, 1B, 1C, 1D, 1R, 1S, 1T, 1U (Luz Día)

Nota: La clasificación define el rango permitido de coordenadas de color, no un punto único.

3.2 Clasificación por Flujo Luminoso

El flujo luminoso se clasifica en base a valores mínimos a una corriente de prueba de 350mA. El flujo real puede exceder el valor mínimo pedido pero permanecerá dentro de la clasificación CCT especificada.

• Blanco Cálido (2700K-3700K), CRI ≥70:
  • Código 3H: 800 lm (Mín), 900 lm (Típ)
  • Código 3J: 900 lm (Mín), 1000 lm (Típ)
• Blanco Neutro (3700K-5000K), CRI ≥70:
  • Código 3H: 800 lm (Mín), 900 lm (Típ)
  • Código 3J: 900 lm (Mín), 1000 lm (Típ)
• Blanco Frío (5000K-10000K), CRI ≥70:
  • Código 3J: 900 lm (Mín), 1000 lm (Típ)
  • Código 3K: 1000 lm (Mín), 1100 lm (Típ)

Tolerancias:Flujo luminoso: ±7%; CRI (Índice de Reproducción Cromática): ±2; Coordenadas de cromaticidad: ±0.005.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

La curva I-V es no lineal, típica de un diodo. A la corriente de operación recomendada de 350mA, el voltaje directo típico es 27V. La curva muestra que un pequeño aumento en el voltaje más allá del punto de inflexión conduce a un rápido aumento de la corriente, destacando la importancia de la conducción a corriente constante para una operación estable y una larga vida útil.

4.2 Corriente Directa vs. Flujo Luminoso Relativo

Esta curva demuestra la relación entre la corriente de accionamiento y la salida de luz. El flujo luminoso aumenta aproximadamente de forma lineal con la corriente en el rango de operación normal. Sin embargo, accionar el LED a corrientes superiores a las recomendadas (ej. 700mA) puede producir rendimientos decrecientes en eficiencia (eficacia en lm/W) y aumentar significativamente la temperatura de unión, acelerando la depreciación del lumen y reduciendo la vida útil.

4.3 Temperatura de Unión vs. Potencia Espectral Relativa

A medida que la temperatura de unión (T_j) aumenta, la distribución de potencia espectral de un LED blanco (típicamente un chip azul con fósforo) puede desplazarse. Esto a menudo se manifiesta como una disminución de la potencia radiante en ciertas longitudes de onda y un cambio potencial en la temperatura de color correlacionada (CCT). Una gestión térmica efectiva es crucial para mantener un color y una salida de luz estables a lo largo del tiempo.

4.4 Distribución de Potencia Espectral Relativa

La curva espectral para un LED blanco muestra un pico dominante en la región azul (del chip InGaN) y una banda de emisión más amplia en la región amarilla/verde/roja (del recubrimiento de fósforo). La forma exacta determina la CCT y el CRI. Una emisión de fósforo más amplia y suave contribuye a un CRI más alto.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dibujo de Contorno del Paquete

Las dimensiones físicas del módulo LED se proporcionan en el diagrama de la hoja de datos. Las características mecánicas clave incluyen la longitud, anchura y altura totales, así como la ubicación y el tamaño de las almohadillas de soldadura. El paquete está diseñado para el montaje con tecnología de montaje superficial (SMT).

5.2 Patrón de Almohadillas Recomendado y Diseño de Plantilla

Se proporcionan dibujos detallados para el patrón de pistas en PCB (huella) y la plantilla de pasta de soldar. Adherirse a estas recomendaciones es crítico para lograr una formación correcta de la junta de soldadura, una alineación adecuada y una fijación mecánica fiable. El diseño de las almohadillas asegura la conexión eléctrica correcta y ayuda en la transferencia de calor desde el LED al PCB. La tolerancia para estas dimensiones es típicamente de ±0.10mm.

Identificación de Polaridad:Los terminales ánodo (+) y cátodo (-) están claramente marcados en el paquete o indicados en el diagrama de la huella. La polaridad correcta es esencial para el funcionamiento.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

El LED es compatible con procesos estándar de soldadura por reflujo por infrarrojos o convección. La temperatura máxima permitida del cuerpo durante la soldadura es de 230°C o 260°C, con un tiempo de exposición a la temperatura máxima que no exceda los 10 segundos. Es crucial seguir un perfil de temperatura que precaliente el conjunto adecuadamente para minimizar el choque térmico.

6.2 Precauciones de Manipulación y Almacenamiento

• Sensibilidad ESD:Los LEDs son dispositivos sensibles a la electricidad estática. Utilice las precauciones ESD apropiadas durante la manipulación y el montaje.
• Sensibilidad a la Humedad:El paquete puede tener un nivel de sensibilidad a la humedad (MSL). Si se especifica, cumpla con los requisitos de horneado y vida útil en planta antes del reflujo.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacene en un ambiente seco y oscuro dentro del rango de temperatura especificado (-40°C a +100°C). Evite la exposición a gases corrosivos.
• Limpieza:Si es necesaria la limpieza post-soldadura, utilice disolventes y métodos compatibles que no dañen la lente del LED o el material de silicona.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Iluminación de Naves Altas e Industrial:Aprovecha la alta salida de lúmenes y la construcción robusta.
• Iluminación de Áreas Exteriores:Farolas, luces de aparcamiento, iluminación de estadios.
• Luminarias Especializadas de Alto Flujo:Luces para cultivo, proyectores, iluminación escénica.
• Iluminación Arquitectónica y Comercial:Donde se prioriza la alta eficiencia y la larga vida útil.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión Térmica:Este es el factor más crítico para el rendimiento y la vida útil. Diseñe el PCB y el disipador de calor para mantener la temperatura de unión del LED (T_j) muy por debajo del límite máximo de 125°C, idealmente por debajo de 85°C para una vida útil óptima. Utilice vías térmicas, PCB de núcleo metálico (MCPCB) o refrigeración activa según sea necesario.
• Corriente de Accionamiento:Utilice un driver LED de corriente constante clasificado para el rango de voltaje requerido (basado en V_F). Se recomienda operar a o por debajo de la corriente típica de 350mA para un equilibrio entre salida, eficiencia y vida útil. Reducir la corriente aumenta significativamente la vida útil.
• Diseño Óptico:El amplio ángulo de visión de 130° puede requerir ópticas secundarias (lentes, reflectores) para lograr el patrón de haz deseado para la aplicación.
• Protección Eléctrica:Considere la protección contra polaridad inversa, transitorios de sobretensión y descarga electrostática (ESD) en las líneas de entrada.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

LED Flip Chip vs. LED Tradicional con Conexión por Hilo (Wire-Bonded):

• Rendimiento Térmico:La unión flip chip proporciona una ruta térmica más corta y directa desde la unión activa al sustrato/disipador, resultando en una menor resistencia térmica (R_th). Esto permite corrientes de accionamiento más altas o una vida útil mejorada a la misma corriente.
• Fiabilidad:Elimina las conexiones por hilo, que pueden ser puntos de fallo debido a ciclos térmicos, vibración o electromigración.
• Distribución de Corriente:A menudo incorpora una mejor capa de distribución de corriente bajo el chip, lo que conduce a una emisión de luz más uniforme y potencialmente a una mayor eficiencia.
• Diseño Óptico:Puede permitir un paquete más compacto o diferentes características de extracción de luz.

Configuración en Serie (9 en Serie):Simplifica el diseño del driver para aplicaciones de alto voltaje y baja corriente, a menudo mejorando la eficiencia del driver en comparación con accionar múltiples cadenas en paralelo.

9. Preguntas Frecuentes (FAQs)

9.1 ¿Cuál es la corriente de operación recomendada?

La hoja de datos especifica las características a 350mA, que es el punto de operación típico recomendado. Se puede accionar hasta el máximo absoluto de 700mA, pero esto aumentará significativamente la temperatura de unión y reducirá la vida útil. Para una vida útil y eficiencia óptimas, se recomienda operar a o por debajo de 350mA.

9.2 ¿Por qué el voltaje directo es tan alto (~27V)?

El módulo contiene 9 chips LED individuales conectados en serie. Los voltajes directos de cada chip se suman. Un chip LED blanco típico tiene una V_Fde alrededor de 3V; 9 * 3V = 27V.

9.3 ¿Cómo selecciono la clasificación CCT correcta?

Elija la CCT nominal (ej. 4000K) basándose en el ambiente y la reproducción cromática requeridos por su aplicación. Las regiones de cromaticidad asociadas (ej. 5A-5D) aseguran la consistencia de color. Para aplicaciones críticas de igualación de color, solicite una clasificación más estricta o seleccione de un solo lote de producción.

9.4 ¿Qué disipador de calor se requiere?

El disipador de calor requerido depende de su corriente de operación, temperatura ambiente, T_jdeseada, y la resistencia térmica de su PCB y materiales de interfaz. Debe realizar un cálculo térmico basado en la disipación total de potencia (V_F* I_F) y la resistencia térmica objetivo desde la unión al ambiente (R_θJA).

9.5 ¿Puedo usar PWM para atenuar?

Sí, la modulación por ancho de pulso (PWM) es un método de atenuación efectivo para LEDs. Asegúrese de que la frecuencia PWM sea suficientemente alta (típicamente >100Hz) para evitar parpadeo visible. El driver debe estar diseñado para entrada PWM o tener una interfaz de atenuación dedicada.

10. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Escenario:Diseñar una luminaria de nave alta de 100W utilizando múltiples módulos T12.

Pasos de Diseño:

1. Cantidad de Módulos:Objetivo 100W total. Cada módulo a 350mA consume ~9.45W (27V * 0.35A). Use 10 módulos para ~94.5W.
2. Selección del Driver:Necesita un driver de corriente constante para 10 módulos conectados en serie. Rango de voltaje de salida requerido: 10 * (27V a 29V) = 270V a 290V. Corriente requerida: 350mA. Seleccione un driver clasificado para >290V, 350mA.
3. Diseño Térmico:Disipación total ~94.5W. Use un PCB de núcleo metálico (MCPCB) montado en un gran disipador de aluminio. Calcule la R_θSA(disipador-ambiente) requerida basándose en la temperatura ambiente máxima (ej. 50°C) y la T_jobjetivo (ej. 90°C), teniendo en cuenta la R_θJCy la R_θCSdel LED y la interfaz.
4. Óptica:Para una nave alta, a menudo se desea un ángulo de haz medio (ej. 60°-90°). Seleccione lentes secundarias o reflectores compatibles con la huella del módulo para estrechar el haz desde los 130° nativos.
5. Diseño del PCB:Siga el diseño de almohadillas recomendado. Asegure trazas de cobre gruesas para la conducción de corriente. Implemente patrones de alivio térmico para soldar pero maximice el área de cobre para la dispersión del calor.

11. Introducción al Principio Tecnológico

Tecnología LED Flip Chip:En un LED convencional, las capas semiconductoras se cultivan sobre un sustrato, y las conexiones eléctricas se realizan mediante hilos de conexión (wire bonds) a la parte superior del chip. En un diseño flip chip, después del crecimiento, el chip se "voltea" y se une directamente a un sustrato portador (como un sub-montaje de cerámica o silicio) usando bolitas de soldadura. Esto coloca la región activa emisora de luz más cerca de la ruta térmica. La luz se emite a través del sustrato (que debe ser transparente, como el zafiro) o a través del lateral si se elimina el sustrato. Esta estructura mejora la disipación de calor, permite una mayor densidad de corriente y mejora la fiabilidad al eliminar los frágiles hilos de conexión.

Generación de Luz Blanca:La mayoría de los LEDs blancos utilizan un chip de nitruro de galio e indio (InGaN) que emite luz azul. Parte de la luz azul es absorbida por una capa de material de fósforo (típicamente granate de itrio y aluminio dopado con cerio, YAG:Ce) recubierta sobre o alrededor del chip. El fósforo convierte parte de la luz azul en luz amarilla. La mezcla de la luz azul restante y la luz amarilla generada es percibida por el ojo humano como blanca. Ajustar la composición y el grosor del fósforo controla la CCT y el CRI.

12. Tendencias y Desarrollo de la Industria

Crecimiento de la Eficiencia (lm/W):La tendencia principal sigue siendo el aumento de la eficacia luminosa, reduciendo la energía requerida por unidad de luz. Esto se logra mediante mejoras en la eficiencia cuántica interna (IQE), la eficiencia de extracción de luz y la eficiencia de conversión del fósforo.

Alta Densidad de Potencia y Miniaturización:Existe un impulso hacia empaquetar más lúmenes en paquetes más pequeños, impulsado por aplicaciones como faros de automóviles, microproyectores y luminarias ultracompactas. Las tecnologías flip chip y de paquete a escala de chip (CSP) son facilitadores clave.

Mejora de la Calidad y Consistencia del Color:La demanda de alto CRI (Ra >90, R9 >50) y un punto de color consistente entre lotes y a lo largo de la vida útil está aumentando, especialmente en iluminación minorista, museos y sanitaria.

Fiabilidad y Vida Útil:Enfoque en comprender y mitigar los mecanismos de fallo bajo condiciones de estrés de alta temperatura, alta humedad y alta corriente para garantizar vidas útiles L70/B50 más largas (tiempo hasta el 70% de mantenimiento del lumen para el 50% de la población).

Iluminación Inteligente y Conectada:La integración de electrónica de control, sensores e interfaces de comunicación directamente con los módulos LED es cada vez más común, permitiendo sistemas de iluminación basados en IoT.

Espectros Especializados:Desarrollo de LEDs con salidas espectrales personalizadas para iluminación centrada en el ser humano (HCL), horticultura (luces de cultivo) y aplicaciones médicas.