Hoja de Datos del LED ELCS14G-NB5060J6J8293910-F3X - Blanco Frío de Alta Eficiencia - 245lm @ 1A - 3.95V Máx. - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un diodo emisor de luz (LED) blanco frío de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones que requieren una salida luminosa elevada en un factor de forma compacto. El dispositivo utiliza tecnología de chip InGaN para producir luz blanca fría con una temperatura de color correlacionada (CCT) típicamente entre 5000K y 6000K. Sus principales ventajas incluyen un flujo luminoso típico alto de 245 lúmenes a una corriente directa de 1 Amperio, lo que resulta en una eficiencia óptica de aproximadamente 72 lúmenes por vatio. El LED cumple con los estándares RoHS, REACH y libre de halógenos, lo que lo hace adecuado para diseños respetuosos con el medio ambiente y mercados globales.

1.1 Aplicaciones Objetivo

El LED está diseñado para una amplia gama de aplicaciones donde una iluminación brillante y eficiente es crítica. Los mercados objetivo clave incluyen la electrónica móvil, la iluminación general y el sector automotriz. Las aplicaciones específicas incluyen la función de flash y linterna para teléfonos móviles y cámaras de video digital, unidades de retroiluminación para pantallas TFT-LCD, luminarias de iluminación general para interiores y exteriores, iluminación decorativa y de entretenimiento, así como iluminación automotriz interior y exterior, como marcadores de orientación, luces de escalón y luminarias de señalización.

2. Análisis de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los parámetros eléctricos, ópticos y térmicos clave que definen el rendimiento y los límites operativos del LED.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los Valores Máximos Absolutos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Estas no son condiciones de operación recomendadas. La corriente directa continua máxima en modo linterna es de 350 mA. Para operación pulsada, se permite una corriente pico de 1000 mA bajo un ciclo de trabajo específico (400 ms encendido, 3600 ms apagado durante 30.000 ciclos). El dispositivo puede soportar una descarga electrostática (ESD) de hasta 2 kV (Modelo de Cuerpo Humano, JEDEC 3b). La temperatura máxima permitida en la unión es de 145°C, con un rango de temperatura ambiente de operación de -40°C a +85°C. El LED no está diseñado para operación en polarización inversa. La resistencia térmica desde la unión hasta la almohadilla de soldadura se especifica como 8.5 °C/W, un parámetro crítico para el diseño de gestión térmica.

2.2 Características Electro-Ópticas

Las características electro-ópticas se especifican en una condición de prueba estándar con una temperatura de la almohadilla de soldadura (Ts) de 25°C. El flujo luminoso típico (Iv) es de 245 lm a una corriente directa (IF) de 1000 mA, con un valor mínimo garantizado de 220 lm. El voltaje directo (VF) a esta corriente varía desde un mínimo de 2.95V hasta un máximo de 3.95V, siendo el valor típico dependiente del bin de voltaje. La temperatura de color correlacionada (CCT) para esta variante de blanco frío se especifica entre 5000K y 6000K. Es importante señalar que todos los datos eléctricos y ópticos se prueban bajo una condición de pulso de 50 ms para minimizar los efectos de autocalentamiento durante la medición, asegurando que los datos representen el rendimiento intrínseco del chip LED.

2.3 Consideraciones Térmicas y de Fiabilidad

Una gestión térmica adecuada es primordial para lograr el rendimiento declarado y la fiabilidad a largo plazo. La resistencia térmica especificada de 8.5°C/W indica el aumento de temperatura por vatio de potencia disipada. Por ejemplo, a 1A y un VF típico de ~3.5V (3.5W), el aumento de temperatura de la unión sobre la almohadilla de soldadura sería de aproximadamente 30°C. La hoja de datos advierte explícitamente contra la operación a la temperatura máxima de unión durante más de una hora. Todas las especificaciones de fiabilidad, incluida una degradación de IV inferior al 30% durante 1000 horas, están garantizadas bajo condiciones de buena gestión térmica utilizando una placa de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) de 1.0 cm².

3. Explicación del Sistema de Binning

El LED se clasifica en bins según tres parámetros clave: flujo luminoso, voltaje directo y cromaticidad (coordenadas de color). Este binning garantiza la consistencia dentro de un lote de producción y permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con requisitos específicos de la aplicación.

3.1 Binning de Flujo Luminoso

Los bins de flujo luminoso se designan mediante códigos alfanuméricos (J6, J7, J8). Para el bin J6, el flujo luminoso oscila entre 220 lm y 250 lm a IF=1000mA. El bin J7 cubre de 250 lm a 300 lm, y el bin J8 cubre de 300 lm a 330 lm. El número de parte específico indica que el dispositivo pertenece al bin de flujo J6.

3.2 Binning de Voltaje Directo

Los bins de voltaje directo se definen mediante códigos de cuatro dígitos (2932, 3235, 3539). El código indica el rango de voltaje en décimas de voltio. Por ejemplo, el bin 2932 cubre VF desde 2.95V hasta 3.25V, el bin 3235 desde 3.25V hasta 3.55V, y el bin 3539 desde 3.55V hasta 3.95V. El número de parte especifica el bin de voltaje 2932.

3.3 Binning de Cromaticidad (Color)

La cromaticidad se define mediante un código de bin (5060 en este caso) que corresponde a un área cuadrilátera específica en el diagrama de cromaticidad CIE 1931. Se proporcionan las coordenadas de los vértices del bin 5060, definiendo la variación de color permitida para los dispositivos dentro de este bin, correspondiente a un rango de CCT de 5000K a 6000K. Las coordenadas de color se miden a IF=1000mA.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan información sobre el comportamiento del LED bajo condiciones variables, lo cual es crucial para el diseño del circuito y la integración del sistema.

4.1 Voltaje Directo vs. Corriente Directa (Curva IV)

La curva IV muestra la relación entre el voltaje directo y la corriente directa. Es no lineal, típica de un diodo. A corrientes bajas, el voltaje es menor, aumentando a medida que la corriente se incrementa. Esta curva es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente para asegurar que el LED opere dentro de su rango de voltaje especificado para una corriente dada.

4.2 Flujo Luminoso Relativo vs. Corriente Directa

Esta curva ilustra cómo cambia la salida de luz con la corriente de accionamiento. El flujo luminoso generalmente aumenta con la corriente, pero exhibe una relación sub-lineal a corrientes más altas debido a la caída de eficiencia y al aumento de la temperatura de unión. Comprender esta relación ayuda a optimizar el equilibrio entre brillo y eficiencia/consumo de energía.

4.3 CCT vs. Corriente Directa

La temperatura de color correlacionada puede desplazarse ligeramente con cambios en la corriente de accionamiento. Esta curva muestra la estabilidad o variación de la CCT a lo largo del rango de corriente de operación, lo cual es importante para aplicaciones críticas en color donde se requiere un punto blanco consistente.

4.4 Distribución Espectral Relativa

El gráfico de distribución espectral de potencia muestra la intensidad de la luz emitida en cada longitud de onda. Para un LED blanco frío basado en un chip azul con un recubrimiento de fósforo, el espectro típicamente muestra un pico azul dominante del chip y una banda de emisión más amplia amarilla/verde/roja del fósforo. La longitud de onda pico (λp) y el ancho espectral influyen en el Índice de Reproducción Cromática (CRI) y en el color percibido de la luz.

4.5 Patrón de Radiación Típico

El patrón de radiación polar representa la distribución espacial de la intensidad luminosa. Este LED presenta un patrón de emisión Lambertiano, donde la intensidad luminosa es proporcional al coseno del ángulo de visión. El ángulo de visión (2θ1/2) se especifica como 120 grados, lo que significa que el ángulo en el que la intensidad cae a la mitad de su valor máximo es de ±60 grados desde el eje central.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

Las dimensiones físicas y el diseño del encapsulado son críticos para el diseño del PCB, el diseño óptico y la gestión térmica.

5.1 Dimensiones del Encapsulado

La hoja de datos incluye un dibujo dimensional detallado del encapsulado del LED. Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros. Este dibujo incluye características clave como la longitud, anchura y altura totales, la ubicación y tamaño de las almohadillas de soldadura, y cualquier referencia mecánica o tolerancia. Los diseñadores deben consultar este dibujo para crear la huella del PCB con precisión.

5.2 Identificación de Polaridad

El dibujo del encapsulado o las notas asociadas deben indicar claramente los terminales de ánodo y cátodo. La conexión correcta de la polaridad es esencial para el funcionamiento del dispositivo. Típicamente, el cátodo puede estar marcado por una muesca, un punto, una pata más corta o una forma de almohadilla diferente en la huella del PCB.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Se requiere un manejo y soldadura adecuados para mantener la integridad y fiabilidad del dispositivo.

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El LED está clasificado para una temperatura máxima de soldadura de 260°C y puede soportar un máximo de 2 ciclos de reflujo. Se debe seguir un perfil de reflujo estándar sin plomo, con un control cuidadoso de la temperatura pico y el tiempo por encima del líquido para evitar daños al encapsulado plástico y a las conexiones internas.

6.2 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

El dispositivo tiene una clasificación de Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL). La hoja de datos especifica un Nivel 1, lo que significa que el dispositivo puede almacenarse indefinidamente a ≤30°C/85% HR antes de abrir la bolsa. Sin embargo, se recomiendan condiciones de almacenamiento específicas: antes de abrir, almacenar a ≤30°C/≤90% HR; después de abrir, almacenar a ≤30°C/≤85% HR. Si se excede el tiempo de vida útil especificado o el indicador de desecante muestra entrada de humedad, se requiere un pretratamiento de horneado a 60±5°C durante 24 horas antes de la soldadura por reflujo.

6.3 Gestión Térmica en la Aplicación

Para una operación confiable y mantener una alta salida de luz, el LED debe montarse en una PCB con núcleo metálico (MCPCB) u otro sustrato con excelente conductividad térmica. La ruta térmica desde la almohadilla de soldadura hasta el disipador de calor debe diseñarse para mantener la temperatura de unión muy por debajo del valor máximo durante la operación continua. Se recomienda encarecidamente el uso de materiales de interfaz térmica y un disipado de calor adecuado.

6.4 Protección Eléctrica

Aunque el dispositivo puede tener cierta protección ESD integrada, no está diseñado para operación en polarización inversa. En el diseño del circuito se debe considerar protección externa, como resistencias limitadoras de corriente en serie y/o diodos supresores de tensión transitoria en paralelo, para prevenir daños por picos de voltaje, conexión inversa u otras condiciones de sobretensión eléctrica.

7. Información de Embalaje y Pedido

Los LEDs se suministran en embalaje resistente a la humedad para montaje automatizado.

7.1 Especificaciones de la Cinta Portadora y Carrete

Los dispositivos se embalan en cinta portadora con relieve enrollada en carretes. La cantidad estándar cargada es de 2000 piezas por carrete, con una cantidad mínima de pedido de 1000 piezas. En la hoja de datos se proporcionan dimensiones detalladas de los bolsillos de la cinta portadora, la cinta de cubierta y el carrete en sí para garantizar la compatibilidad con los equipos pick-and-place.

7.2 Etiquetado del Producto

La etiqueta del carrete contiene información crítica para la trazabilidad y la aplicación correcta: Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Parte del Fabricante (P/N), Número de Lote, Cantidad de Embalaje (QTY) y los códigos de bin específicos para Flujo Luminoso (CAT), Color (HUE) y Voltaje Directo (REF). También se indica el Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL-X).

8. Consideraciones de Diseño de Aplicación

8.1 Diseño del Circuito Controlador

Seleccione un CI o circuito controlador de LED de corriente constante apropiado, capaz de entregar hasta 1A. El controlador debe tener en cuenta el rango de voltaje directo (2.95V-3.95V) e incluir las protecciones necesarias (sobrecorriente, sobretemperatura, circuito abierto/corto). Para aplicaciones de flash, asegúrese de que el controlador pueda manejar la alta corriente de pulso pico.

8.2 Diseño Óptico

El patrón de emisión Lambertiano de 120 grados es adecuado para muchas aplicaciones de iluminación general. Para haces enfocados (por ejemplo, linternas), se requerirán ópticas secundarias como reflectores o lentes. El pequeño tamaño del encapsulado facilita el diseño de sistemas ópticos compactos.

8.3 Diseño Térmico

Calcule la disipación de potencia esperada (IF * VF) y utilice la resistencia térmica (Rth) para estimar el aumento de temperatura de la unión por encima del punto de referencia térmico del PCB. Asegúrese de que el disipado de calor del sistema sea suficiente para mantener Tj dentro de límites seguros, especialmente en entornos de alta temperatura ambiente o en luminarias cerradas. Puede ser necesario un enfriamiento activo (ventiladores) para operación continua de alta potencia.

9. Comparación y Posicionamiento Técnico

Este LED se posiciona en el mercado a través de su combinación de alto flujo luminoso (245 lm) y alta eficiencia (72 lm/W) en un encapsulado SMD presumiblemente compacto. Sus diferenciadores clave incluyen un amplio ángulo de visión de 120 grados adecuado para iluminación de área, una estructura de binning bien definida para la consistencia de color y flujo, y el cumplimiento de estándares ambientales estrictos (RoHS, REACH, Libre de Halógenos). En comparación con los LEDs de potencia media estándar, ofrece un brillo de punto único más alto, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren una fuente de luz concentrada como flashes de cámara. En comparación con los LEDs de flash dedicados, puede ofrecer una mejor eficiencia y un ángulo de visión más amplio para tareas de iluminación general.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

10.1 ¿Cuál es la diferencia entre las clasificaciones de corriente en modo linterna y modo pulso?

El modo linterna (350 mA máx.) se refiere a la operación continua en CC. El modo pulso (1000 mA máx.) se refiere a ráfagas de alta corriente de corta duración, como las utilizadas en flashes de cámara, con límites estrictos en el ancho de pulso, el ciclo de trabajo y el número de ciclos para evitar el sobrecalentamiento.

10.2 ¿Por qué es tan crítica la gestión térmica para este LED?

La alta disipación de potencia (hasta ~4W a 1A) en un encapsulado pequeño conduce a un alto flujo de calor. Una temperatura de unión excesiva acelera la depreciación del lumen (disminución de la salida de luz con el tiempo) y puede desplazar las coordenadas de color. También puede causar en última instancia una falla catastrófica. Un disipado de calor adecuado es innegociable para la fiabilidad.

10.3 ¿Puedo alimentar este LED directamente desde una batería de iones de litio?

No. El voltaje de una batería de iones de litio (típicamente 3.0V-4.2V) no está regulado y puede exceder el voltaje directo máximo del LED o causar una corriente excesiva. Un circuito controlador de corriente constante es obligatorio para garantizar un rendimiento estable, seguro y consistente.

10.4 ¿Cómo interpreto el número de parte ELCS14G-NB5060J6J8293910-F3X?

El número de parte codifica información clave del bin: 'NB5060' indica el bin de color 5060 (CCT 5000-6000K). 'J6' indica el bin de flujo luminoso (220-250 lm). '2932' (implícito del contexto en la tabla de especificaciones para esta parte) indica el bin de voltaje directo (2.95-3.25V). El 'F3X' puede referirse a una variante óptica o de encapsulado específica.

11. Estudios de Caso de Diseño y Uso

11.1 Módulo de Flash para Cámara de Teléfono Móvil

En esta aplicación, el LED es accionado por un CI controlador de flash dedicado. El diseño se centra en entregar una corriente instantánea muy alta (hasta 1A de pulso) durante una duración corta (por ejemplo, 400ms) para producir un flash brillante. Los desafíos clave incluyen gestionar térmicamente la alta disipación de potencia pico dentro del espacio confinado de un teléfono móvil y asegurar que el controlador pueda suministrar la corriente requerida desde la batería. La alta eficiencia del LED ayuda a maximizar el brillo del flash mientras minimiza el drenaje de la batería.

11.2 Lámpara de Trabajo Portátil o Linterna

Para una linterna de mano, se podrían usar múltiples LEDs en una MCPCB. Un controlador de corriente constante reductor o elevador (dependiendo de la configuración de la batería) proporciona niveles de brillo ajustables. El diseño enfatiza una gestión térmica robusta: la MCPCB se une a una carcasa de aluminio sustancial que actúa como disipador de calor. El amplio ángulo de haz de 120 grados proporciona una buena cobertura de área, reduciendo potencialmente la necesidad de ópticas complejas.

12. Principio de Operación

Este es un LED blanco convertido por fósforo. El núcleo es un chip semiconductor hecho de Nitruro de Galio e Indio (InGaN) que emite luz azul cuando está polarizado directamente (electroluminiscencia). Esta luz azul es parcialmente absorbida por una capa de fósforo de granate de itrio y aluminio dopado con cerio (YAG:Ce) que recubre el chip. El fósforo convierte algunos de los fotones azules a longitudes de onda más largas en el espectro amarillo/verde. 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) —en este caso, blanco frío (5000-6000K).

13. Tendencias y Contexto Tecnológico

El dispositivo refleja las tendencias actuales en iluminación de estado sólido: aumento de la eficacia luminosa (lúmenes por vatio), mejora de la consistencia del color mediante un binning más estricto y adhesión a las regulaciones ambientales. La búsqueda de un mayor flujo desde encapsulados más pequeños empuja los límites de la gestión térmica y la tecnología de fósforos. La evolución futura puede involucrar nuevos materiales de fósforo para un CRI más alto y una mejor estabilidad del color con la temperatura y el tiempo, así como diseños de encapsulado a escala de chip (CSP) que reduzcan aún más el tamaño del encapsulado y la resistencia térmica. La integración de estos LEDs de alto brillo en sistemas de iluminación inteligentes y conectados para aplicaciones IoT también es una tendencia significativa.