Hoja de Datos del LED SMD LTST-C28NBEGK-2A - 2.8x3.5x0.25mm - Rojo/Azul/Verde - 10-20mA - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTST-C28NBEGK-2A es un LED de montaje superficial (SMD) multicolor y extra delgado, diseñado para aplicaciones electrónicas modernas con limitaciones de espacio. Este componente integra tres chips LED distintos en un único encapsulado compacto, permitiendo generar luz roja, azul y verde desde una misma huella. Su objetivo principal de diseño es facilitar los procesos de ensamblaje automatizado, al tiempo que proporciona una salida de alta luminosidad adecuada para diversas funciones de indicación e iluminación de fondo.

1.1 Ventajas Principales

El dispositivo ofrece varias ventajas clave para diseñadores y fabricantes. Su perfil ultra delgado de 0.25 mm lo hace ideal para aplicaciones donde el espacio vertical es crítico, como en dispositivos móviles o pantallas ultradelgadas. El encapsulado cumple con los estándares EIA, garantizando compatibilidad con una amplia gama de equipos automatizados de colocación y soldadura por reflujo infrarrojo, lo que agiliza la producción en volumen. Además, el uso de materiales semiconductores avanzados InGaN (para azul/verde) y AlInGaP (para rojo) proporciona una alta eficiencia luminosa y una excelente pureza de color.

1.2 Mercado Objetivo y Aplicaciones

Este LED está dirigido a los mercados de electrónica de consumo, telecomunicaciones y equipos industriales. Sus aplicaciones típicas incluyen, entre otras: indicadores de estado e iluminación de fondo para teclados en teléfonos inteligentes, tabletas y portátiles; iluminación de señales y símbolos en equipos de red y electrodomésticos; y micro pantallas o iluminación decorativa donde se requieren múltiples colores desde una única fuente puntual. Su fiabilidad y compatibilidad lo convierten en una opción versátil tanto para productos electrónicos portátiles como estacionarios.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

Una comprensión exhaustiva de los parámetros eléctricos y ópticos es crucial para un diseño de circuito exitoso y una predicción precisa del rendimiento.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Operar el dispositivo más allá de estos límites puede causar daños permanentes. La corriente directa máxima en DC (I_F) se especifica en 10 mA para los chips azul y verde, y 20 mA para el chip rojo, todo a una temperatura ambiente (T_a) de 25°C. La disipación de potencia máxima es de 38 mW para azul/verde y 50 mW para rojo. El dispositivo puede soportar una corriente directa pico de 40 mA en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms). El rango de temperatura de operación es de -20°C a +80°C, y las condiciones de almacenamiento van de -30°C a +85°C. El componente está clasificado para soldadura por reflujo infrarrojo a una temperatura pico de 260°C durante un máximo de 10 segundos.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden bajo condiciones de prueba estándar (T_a=25°C, I_F=2mA). La intensidad luminosa (I_V) varía según el color: el Azul tiene un rango de 18.0-45.0 mcd, el Rojo de 28.0-71.0 mcd, y el Verde de 112.0-280.0 mcd. El ángulo de visión típico (2θ_1/2) es de 120 grados, proporcionando un patrón de luz amplio y difuso. El voltaje directo (V_F) es otro parámetro crítico para el diseño de la fuente de alimentación: los LED Azul y Verde tienen un rango de V_F de 2.2V a 3.0V, mientras que el LED Rojo opera entre 1.2V y 2.2V a 2mA. La corriente de fuga inversa (I_R) está garantizada en menos de 10 μA a un voltaje inverso (V_R) de 5V para todos los colores.

2.3 Características Espectrales

El color de la luz emitida se define por su longitud de onda. La longitud de onda de emisión pico típica (λ_P) es de 465 nm para el azul, 632 nm para el rojo y 518 nm para el verde. La longitud de onda dominante (λ_d), que se correlaciona más estrechamente con el color percibido, tiene clasificaciones específicas: el Azul varía de 465-475 nm, y el Verde de 525-535 nm. El ancho medio espectral (Δλ), un indicador de la pureza del color, es típicamente de 25 nm para el azul, 20 nm para el rojo y 35 nm para el verde. Estos valores se derivan del diagrama de cromaticidad CIE 1931.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los LED se clasifican en lotes (bins) según métricas clave de rendimiento.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Los LED se clasifican por su salida de luz a una corriente de prueba estándar de 2mA. Cada color tiene códigos de lote específicos con valores mínimos y máximos de intensidad luminosa. Por ejemplo, los LED Azules se clasifican en Lote M (18.0-28.0 mcd) y Lote N (28.0-45.0 mcd). Los LED Rojos usan el Lote N (28.0-45.0 mcd) y el Lote P (45.0-71.0 mcd). Los LED Verdes, que típicamente son más brillantes, se clasifican en Lote R (112.0-180.0 mcd) y Lote S (180.0-280.0 mcd). Se aplica una tolerancia de ±15% dentro de cada lote de intensidad.

3.2 Clasificación por Tono (Longitud de Onda Dominante)

Para aplicaciones que requieren una coincidencia de color precisa, como pantallas multicolor, los LED también se clasifican por su longitud de onda dominante. Los LED Azules están disponibles en Lote B (465.0-470.0 nm) y Lote C (470.0-475.0 nm). Los LED Verdes están disponibles en Lote C (525.0-530.0 nm) y Lote D (530.0-535.0 nm). La tolerancia para cada lote de longitud de onda dominante es un ajustado ±1 nm. El código de lote específico para intensidad y longitud de onda está marcado en el embalaje del producto, permitiendo a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con sus requisitos exactos de color y brillo.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan una visión más profunda del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables, lo cual es esencial para un diseño robusto.

4.1 Corriente vs. Voltaje (I-V) e Intensidad Luminosa

El voltaje directo (V_F) de un LED no es constante; aumenta con la corriente directa (I_F). Las curvas típicas muestran la relación para cada chip de color. El LED rojo típicamente tiene un voltaje directo más bajo para una corriente dada en comparación con los LED azul y verde, lo cual es consistente con su diferente material semiconductor (AlInGaP vs. InGaN). De manera similar, la intensidad luminosa aumenta de forma superlineal con la corriente antes de potencialmente saturarse a corrientes más altas. Los diseñadores deben usar estas curvas para seleccionar resistencias limitadoras de corriente o controladores de corriente constante apropiados para lograr el brillo deseado sin exceder los límites térmicos y eléctricos del dispositivo.

4.2 Dependencia de la Temperatura

El rendimiento del LED se ve significativamente afectado por la temperatura de unión. A medida que aumenta la temperatura, el voltaje directo típicamente disminuye ligeramente para una corriente dada, mientras que la salida luminosa disminuye. La hoja de datos proporciona curvas típicas de reducción de potencia que muestran la intensidad luminosa relativa en función de la temperatura ambiente. Comprender esta relación es crítico para aplicaciones que operan en un amplio rango de temperaturas o en entornos con gestión térmica deficiente, ya que afecta la estabilidad del brillo a largo plazo y el punto de color.

4.3 Distribución Espectral

Las curvas de distribución de potencia espectral ilustran la intensidad relativa de la luz emitida a través de diferentes longitudes de onda para cada color. Los chips InGaN azul y verde típicamente muestran una distribución más estrecha, similar a una Gaussiana, centrada alrededor de su longitud de onda pico. El chip rojo AlInGaP puede tener una forma espectral ligeramente diferente. Estas curvas son importantes para aplicaciones que involucran sensores de color, filtros, o donde se requiere un contenido espectral específico, ya que muestran no solo el color dominante sino también la cantidad de luz emitida en longitudes de onda adyacentes.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado y Asignación de Pines

El LTST-C28NBEGK-2A se ajusta a una huella estándar SMD. Las dimensiones del encapsulado se proporcionan en un dibujo detallado con todas las medidas críticas en milímetros. La tolerancia para la mayoría de las dimensiones es de ±0.1 mm. El dispositivo tiene cuatro pines. El Pin 1 es el ánodo común para los tres chips LED. El Pin 2 es el cátodo del chip Rojo, el Pin 3 es el cátodo del chip Azul, y el Pin 4 es el cátodo del chip Verde. La lente es transparente, permitiendo que el color nativo del chip sea visible.

5.2 Diseño Recomendado de Pads en PCB

Para una soldadura confiable y un rendimiento térmico óptimo, se recomienda un patrón de pistas específico para la PCB. Este patrón incluye las dimensiones y el espaciado de las almohadillas de soldadura, diseñados para facilitar la formación de un buen filete de soldadura durante el reflujo sin causar puentes o el efecto "tombstoning". Adherirse a este diseño recomendado ayuda a garantizar una fuerte unión mecánica y una disipación de calor eficiente lejos de la unión del LED.

6. Guías de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo Infrarrojo

El dispositivo es compatible con procesos de soldadura por reflujo infrarrojo sin plomo (Pb-free). Se proporciona un perfil de temperatura sugerido, que típicamente incluye una etapa de precalentamiento (ej. 150-200°C), un aumento controlado de temperatura, un tiempo por encima del líquido (TAL), una temperatura pico que no exceda los 260°C, y una fase de enfriamiento controlado. El parámetro crítico es que el cuerpo del componente no debe estar expuesto a temperaturas superiores a 260°C durante más de 10 segundos. Se enfatiza que el perfil óptimo puede variar dependiendo del ensamblaje específico de la PCB, la pasta de soldar y el horno utilizado, y se recomienda una caracterización a nivel de placa.

6.2 Precauciones de Almacenamiento y Manipulación

Una manipulación adecuada es esencial para prevenir daños por descarga electrostática (ESD). Se recomienda usar pulseras o guanti antiestáticos y asegurar que todo el equipo esté conectado a tierra. Para el almacenamiento, los dispositivos sensibles a la humedad sin abrir (MSL 3) deben mantenerse a ≤30°C y ≤90% de humedad relativa (HR) y usarse dentro de un año. Una vez abierto el embalaje sellado original, los LED deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% HR. Los componentes retirados de su paquete seco por más de una semana deben ser "horneados" a aproximadamente 60°C durante al menos 20 horas antes de la soldadura para eliminar la humedad absorbida y prevenir el efecto "palomitas de maíz" durante el reflujo.

6.3 Limpieza

Si es necesaria la limpieza después de la soldadura, solo deben usarse los disolventes especificados. Sumergir el LED en alcohol etílico o isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto es aceptable. El uso de limpiadores químicos no especificados o agresivos puede dañar el encapsulado plástico o la lente, lo que lleva a una reducción en la salida de luz o problemas de fiabilidad.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LED se suministran envasados en cinta portadora embutida de 8 mm de ancho en carretes de 7 pulgadas (178 mm) de diámetro, de acuerdo con las especificaciones ANSI/EIA-481. Cada carrete contiene 3000 piezas. La cinta tiene un paso y dimensiones de bolsillo diseñados para compatibilidad con alimentadores automáticos estándar. Una cinta de cubierta superior sella los bolsillos de los componentes. Las especificaciones de embalaje también indican que se permite un máximo de dos componentes faltantes consecutivos (bolsillos vacíos), y la cantidad mínima de pedido para lotes restantes es de 500 piezas.

8. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Diseño del Circuito

Cada canal de color (Rojo, Verde, Azul) debe ser controlado de forma independiente a través de su propio circuito limitador de corriente conectado al ánodo común (Pin 1) y al pin de cátodo respectivo. Debido a las diferentes características de voltaje directo, se requieren cálculos de ajuste de corriente separados para cada color para lograr un brillo percibido uniforme o mezclas de color específicas. A menudo se prefiere un controlador de corriente constante sobre una simple resistencia en serie para una mejor estabilidad frente a variaciones de temperatura y voltaje de alimentación, especialmente en dispositivos alimentados por batería.

8.2 Gestión Térmica

Aunque la disipación de potencia es relativamente baja (38-50 mW por chip), una gestión térmica efectiva sigue siendo importante para mantener el rendimiento y la longevidad, especialmente cuando se controlan los LED a su corriente máxima nominal o cerca de ella. La PCB actúa como el disipador de calor principal. Asegurar una buena conexión térmica mediante el diseño de pad recomendado y, si es necesario, usar vías térmicas o un área de cobre bajo el encapsulado, ayuda a conducir el calor lejos de la unión del LED.

8.3 Integración Óptica

El amplio ángulo de visión de 120 grados hace que este LED sea adecuado para aplicaciones que requieren una iluminación amplia y uniforme en lugar de un haz enfocado. Para paneles de retroiluminación o guías de luz, los materiales de acoplamiento óptico y difusión deben seleccionarse para funcionar eficazmente con el patrón de emisión y los puntos de color del LED. Los diseñadores también deben considerar el potencial de mezcla de colores cuando se colocan múltiples LED muy juntos, lo que puede usarse para crear colores secundarios como cian, magenta, amarillo o blanco.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTST-C28NBEGK-2A se diferencia en el mercado a través de su combinación de características. Su ventaja principal es la integración de tres chips de alto brillo y colores distintos en un encapsulado estándar de la industria y extra delgado (0.25 mm). Esto contrasta con alternativas como usar tres LED monocromáticos separados (que consumen más espacio en la placa), o un solo LED blanco con filtros de color (que es menos eficiente y ofrece colores menos saturados). El uso de AlInGaP para el rojo proporciona una mayor eficiencia y mejor estabilidad térmica en comparación con tecnologías más antiguas como GaAsP, lo que resulta en una salida roja más brillante y consistente. Su cumplimiento con los estándares de ensamblaje y reflujo automatizados lo convierte en una opción rentable para la producción en masa en comparación con los LED que requieren soldadura manual.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Puedo controlar los tres colores simultáneamente a su corriente máxima?

No, no sin exceder los límites de disipación de potencia total del encapsulado. Si los tres chips se controlaran a su corriente máxima en DC (Rojo: 20mA, Azul: 10mA, Verde: 10mA) y voltajes directos típicos, la potencia total podría acercarse o exceder la capacidad térmica combinada del pequeño encapsulado, lo que provocaría sobrecalentamiento y reduciría la vida útil. El diseño debe considerar el ciclo de trabajo y el entorno térmico. Para luz blanca completa (los tres encendidos), es común controlar cada canal a una corriente más baja para gestionar el calor total.

10.2 ¿Por qué el voltaje directo es diferente para cada color?

El voltaje directo es una propiedad fundamental de la energía de la banda prohibida del material semiconductor. Los LED azules y verdes usan Nitruro de Galio e Indio (InGaN), que tiene una banda prohibida más grande, requiriendo un voltaje más alto (típicamente ~2.8V) para "empujar" los electrones a través de ella y causar la emisión de luz. Los LED rojos usan Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP), que tiene una banda prohibida más pequeña, resultando en un voltaje directo más bajo (típicamente ~1.8V).

10.3 ¿Cómo interpreto los códigos de lote al realizar un pedido?

Al realizar un pedido, puede especificar los códigos de lote deseados para intensidad luminosa y longitud de onda dominante para cada color. Por ejemplo, pedir "Azul: Lote N, Lote B" solicita LED Azules con intensidad luminosa entre 28.0-45.0 mcd y una longitud de onda dominante entre 465.0-470.0 nm. Especificar lotes permite un control más estricto sobre la consistencia del color y la coincidencia de brillo entre múltiples unidades en su producto, lo cual es crítico para aplicaciones de pantalla e indicación.

11. Estudio de Caso Práctico de Diseño y Uso

Considere un dispositivo de juego portátil que utiliza el LTST-C28NBEGK-2A para indicación de estado multicolor alrededor de sus botones de control. El desafío de diseño implica proporcionar colores vibrantes seleccionables por el usuario (Rojo, Verde, Azul, Cian, Magenta, Amarillo, Blanco) mientras se minimiza el consumo de energía de la batería del dispositivo. El ingeniero selecciona un CI controlador de LED de corriente constante triple con baja corriente en reposo. Usando las curvas de V_Fe I_V de la hoja de datos, programan el controlador para suministrar 5mA al canal Rojo y 3mA a los canales Azul y Verde para crear una luz blanca equilibrada con la corriente total más baja. Eligen LED del Lote P para rojo y del Lote S para verde para asegurar un alto brillo, y especifican lotes de longitud de onda ajustados (B para azul, C para verde) para garantizar un color consistente en todas las unidades. El diseño de la PCB sigue el diseño de pad recomendado e incluye una pequeña conexión de alivio térmico a un plano de tierra para disipación de calor. El ensamblaje final utiliza el perfil de reflujo IR especificado, resultando en luces indicadoras confiables, brillantes y consistentes que mejoran la experiencia del usuario.

12. Introducción al Principio de Operación

Los Diodos Emisores de Luz (LED) son dispositivos semiconductores que emiten luz a través de un proceso llamado electroluminiscencia. Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión p-n del material semiconductor, los electrones de la región tipo n ganan suficiente energía para cruzar la unión y recombinarse con los huecos en la región tipo p. Este evento de recombinación libera energía. En un LED, el material semiconductor se elige para que esta energía se libere principalmente en forma de fotones (partículas de luz). La longitud de onda específica (color) de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor: una banda prohibida más grande produce luz de longitud de onda más corta (más azul), y una banda prohibida más pequeña produce luz de longitud de onda más larga (más roja). El sistema de material InGaN se usa para LED azules y verdes, mientras que AlInGaP se usa para LED rojos y ámbar de alta eficiencia. El encapsulado SMD encapsula el diminuto chip semiconductor, proporciona conexiones eléctricas a través de terminales metálicos e incluye una lente de plástico moldeada que da forma a la salida de luz.

13. Tendencias y Avances Tecnológicos

El campo de los LED SMD continúa evolucionando impulsado por la demanda de mayor eficiencia, menor tamaño, mejor reproducción cromática y menor costo. Las tendencias observables en componentes como el LTST-C28NBEGK-2A incluyen la miniaturización continua de los encapsulados mientras se mantiene o aumenta la salida de luz (mayor eficacia en lúmenes por vatio). Hay una mejora continua en la ciencia de materiales detrás de los chips InGaN y AlInGaP, lo que lleva a una reducción en la caída de eficiencia a corrientes más altas y un mejor rendimiento a temperaturas elevadas. Otra tendencia significativa es la integración de más funcionalidad, como combinar LED RGB con un CI controlador dedicado o lógica de control en un solo encapsulado ("LED inteligente"). Además, los avances en la tecnología de fósforos para LED blancos y la búsqueda de micro-LED para pantallas de próxima generación representan caminos de desarrollo paralelos que influyen en el ecosistema más amplio de optoelectrónica en el que operan los LED SMD multicolor.