Hoja de Datos de Lámpara LED Blanca T-1 de 3mm - Diámetro 3.0mm x Altura 5.0mm - Tensión Directa 2.8-4.0V - Corriente Continua 30mA - Disipación de Potencia 110mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un diodo emisor de luz (LED) blanco de alta luminosidad encapsulado en el popular encapsulado redondo T-1 (3mm). El dispositivo está diseñado para ofrecer una salida luminosa superior, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que demandan alto brillo y visibilidad clara. La tecnología central utiliza un chip semiconductor de InGaN que emite luz azul. Esta emisión azul se convierte luego en luz blanca de espectro amplio a través de una capa de fósforo depositada dentro del reflector del LED. Las coordenadas de cromaticidad típicas resultantes son x=0.29, y=0.28 según el estándar de espacio de color CIE 1931, indicando una temperatura de color blanca de neutra a fría. El componente está diseñado para la fiabilidad e incluye características como protección contra descargas electrostáticas (ESD) de hasta 4KV (Modelo de Cuerpo Humano) y cumplimiento con las normativas ambientales relevantes.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La ventaja principal de este LED es su alta intensidad luminosa dentro de un factor de forma T-1 compacto y estándar de la industria. Esta combinación de tamaño reducido y alto brillo ofrece a los ingenieros de diseño una flexibilidad significativa. El dispositivo se suministra a granel o en cinta y carrete para procesos de montaje automatizado, mejorando la eficiencia de fabricación. Sus aplicaciones clave se centran en áreas que requieren indicación o iluminación clara y brillante. Los mercados objetivo incluyen electrónica de consumo, paneles de control industrial, iluminación interior automotriz y señalización general.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Una comprensión integral de los límites eléctricos y ópticos es crucial para un diseño de circuito fiable y un rendimiento a largo plazo.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estos límites y debe evitarse para un rendimiento fiable.

• Corriente Directa Continua (I_F): 30 mA. Esta es la corriente continua máxima que se puede aplicar de forma continua al LED.
• Corriente Directa de Pico (I_FP): 100 mA. Esta corriente más alta solo es permisible en condiciones pulsadas, especificadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y una frecuencia de 1 kHz.
• Tensión Inversa (V_R): 5 V. Aplicar una tensión de polarización inversa que exceda este valor puede causar ruptura de la unión.
• Disipación de Potencia (P_d): 110 mW. Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar como calor, calculada como Tensión Directa (V_F) multiplicada por la Corriente Directa (I_F).
• Temperatura de Funcionamiento y Almacenamiento: El dispositivo puede funcionar en temperaturas ambiente desde -40°C hasta +85°C y puede almacenarse en temperaturas desde -40°C hasta +100°C.
• Temperatura de Soldadura: Los terminales pueden soportar una temperatura de soldadura de 260°C durante un máximo de 5 segundos, lo que es compatible con procesos estándar de reflujo y soldadura manual.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden bajo condiciones de prueba estándar (Ta=25°C) y definen el rendimiento típico del LED.

• Tensión Directa (V_F): Oscila entre 2.8V (Mín.) y 4.0V (Máx.) a una corriente de prueba de 20mA. El valor típico cae dentro de este rango. Una resistencia limitadora de corriente es esencial en serie con el LED para controlar la corriente en función de la tensión de alimentación y la V_F específica del LED.
• Intensidad Luminosa (I_V): Tiene un valor mínimo de 1800 milicandelas (mcd) a 20mA. La intensidad puede alcanzar hasta 4500 mcd dependiendo del lote específico (ver Sección 3). Esta alta intensidad es una característica clave.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): El ángulo de visión total típico a media intensidad es de 25 grados. Esto indica un patrón de haz relativamente enfocado, ideal para indicación direccional.
• Corriente Inversa (I_R): Está limitada a un máximo de 50 µA cuando se aplica una polarización inversa de 5V, lo que indica una buena integridad de la unión.
• Característica de Diodo Zener: La hoja de datos señala una Tensión Inversa Zener (V_Z) de 5.2V típ. a 5mA y una Corriente Inversa Zener (I_Z) nominal de 100mA. Esto sugiere que algunas unidades pueden incorporar un diodo Zener de protección contra tensión inversa integrado, pero los diseñadores deben confirmar la disponibilidad y especificaciones de esta característica para su aplicación específica.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Debido a las variaciones de fabricación, los LED se clasifican en lotes de rendimiento. Comprender estos lotes es crítico para lograr un color y brillo consistentes en una aplicación.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Los LED se categorizan en cuatro lotes de intensidad (M, N, P, Q) según su salida luminosa medida a 20mA. La tolerancia para la intensidad luminosa es de ±10% dentro de cada lote.

• Lote M: 1800 mcd a 2250 mcd
• Lote N: 2250 mcd a 2850 mcd
• Lote P: 2850 mcd a 3600 mcd
• Lote Q: 3600 mcd a 4500 mcd

3.2 Clasificación por Tensión Directa

Los LED también se clasifican según su caída de tensión directa a 20mA, con una incertidumbre de medición de ±0.1V. Esto ayuda a diseñar circuitos de excitación de corriente consistentes, especialmente cuando se conectan múltiples LED en paralelo.

• Lote 0: 2.8V a 3.0V
• Lote 1: 3.0V a 3.5V
• Lote 2: 3.5V a 4.0V

3.3 Clasificación por Coordenadas de Color (Cromaticidad)

El color de la luz blanca se define por sus coordenadas en el diagrama de cromaticidad CIE 1931. Los LED se agrupan en ocho rangos de color (A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2), cada uno con límites mínimos y máximos definidos para las coordenadas x e y. La coordenada típica es x=0.29, y=0.28, que caería dentro de los lotes C1 o C2. La incertidumbre de medición para las coordenadas de color es de ±0.01. Esta clasificación asegura la consistencia del color para aplicaciones donde la apariencia blanca uniforme es importante.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan información sobre cómo se comporta el LED bajo condiciones variables.

4.1 Intensidad Relativa vs. Longitud de Onda

La curva de distribución espectral de potencia muestra la intensidad relativa de la luz emitida a través de diferentes longitudes de onda. Para un LED blanco que utiliza un sistema de chip azul + fósforo, esta curva típicamente muestra un pico dominante en la región azul (alrededor de 450-460nm del chip InGaN) y un pico más amplio o meseta en la región amarilla/verde/roja (del fósforo). La salida combinada se percibe como luz blanca.

4.2 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V)

Esta curva es no lineal, característica de un diodo. La tensión aumenta gradualmente con la corriente inicialmente y luego más abruptamente. Operar el LED a los 20mA recomendados asegura que esté en la parte eficiente y estable de esta curva.

4.3 Intensidad Relativa vs. Corriente Directa

La salida luminosa es directamente proporcional a la corriente directa, pero la relación no es perfectamente lineal, especialmente a corrientes más altas debido a la caída de eficiencia y efectos térmicos. Aumentar la corriente más allá del máximo recomendado no producirá aumentos proporcionales en la luz y generará calor excesivo.

4.4 Coordenadas de Cromaticidad vs. Corriente Directa

Este gráfico ilustra cómo el punto de color (coordenadas x, y) puede desplazarse ligeramente con cambios en la corriente de excitación. Típicamente, corrientes más altas pueden causar un pequeño desplazamiento hacia el azul debido al aumento de la temperatura del chip y cambios en la eficiencia de conversión del fósforo.

4.5 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

La corriente directa máxima permisible del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Esta reducción de capacidad es necesaria para evitar que la temperatura de la unión exceda su límite, lo que aceleraría la depreciación del lumen y reduciría la vida útil. Los diseñadores deben considerar la temperatura del entorno de funcionamiento al establecer la corriente de excitación.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED cumple con las dimensiones estándar del encapsulado redondo T-1 de 3mm. Las medidas clave incluyen un diámetro de cuerpo típico de 3.0mm y una altura de aproximadamente 5.0mm desde la parte inferior de la brida hasta la parte superior de la lente. Los terminales tienen un diámetro de 0.45mm y están espaciados 2.54mm (paso estándar de 0.1 pulgadas). La lente es transparente. Todas las tolerancias dimensionales son de ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario. El espaciado de los terminales se mide donde estos emergen del cuerpo del encapsulado. Se permite una protuberancia máxima de resina de 1.5mm bajo la brida.

5.2 Identificación de Polaridad

El LED es un componente polarizado. El terminal más largo es típicamente el ánodo (positivo), y el terminal más corto es el cátodo (negativo). Además, el lado del cátodo a menudo tiene un punto plano en la brida de plástico o una muesca en el borde. Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje del circuito.

6. Guías de Soldadura y Montaje

El manejo adecuado es esencial para prevenir daños y asegurar la fiabilidad.

6.1 Formado de Terminales

• La flexión debe ocurrir en un punto al menos a 3mm de la base de la bombilla de epoxi para evitar tensión en los alambres de unión internos y el chip.
• El formado siempre debe hacerseantes soldering.
• Se debe evitar el estrés excesivo en el encapsulado durante la flexión.
• El corte de terminales debe realizarse a temperatura ambiente.
• Los orificios de la PCB deben alinearse con precisión con los terminales del LED para evitar tensión de montaje.

6.2 Condiciones de Almacenamiento

Los LED son dispositivos sensibles a la humedad. Después de la recepción, deben almacenarse a 30°C o menos y 70% de humedad relativa (HR) o menos. La vida útil de almacenamiento recomendada bajo estas condiciones es de 3 meses. Para un almacenamiento más prolongado (hasta un año), los dispositivos deben guardarse en una bolsa sellada con barrera de humedad con desecante y, si es posible, en atmósfera de nitrógeno. Se deben evitar cambios rápidos de temperatura en ambientes húmedos para prevenir la condensación.

6.3 Recomendaciones de Soldadura

Se debe mantener una distancia mínima de 3mm entre la unión de soldadura y la bombilla de epoxi para prevenir daños térmicos.

• Soldadura Manual: Utilice un soldador con una temperatura de punta que no exceda los 300°C (para un soldador máximo de 30W). El tiempo de contacto debe ser de 3 segundos o menos por terminal.
• Soldadura por Ola o por Inmersión: La temperatura de precalentamiento no debe exceder los 100°C durante un máximo de 60 segundos. La temperatura del baño de soldadura no debe exceder los 260°C, con un tiempo de contacto de 5 segundos o menos.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificación de Empaque

Los LED se empaquetan en bolsas antiestáticas para protegerlos contra descargas electrostáticas. La jerarquía de empaque es la siguiente:

1. Paquete Interno: Se colocan un mínimo de 200 a un máximo de 500 piezas en una bolsa antiestática.
2. Cartón Interno: Cinco bolsas antiestáticas se empaquetan en un cartón interno.
3. Cartón Maestro (Exterior): Diez cartones internos se empaquetan en un cartón maestro de envío.

7.2 Información de Etiqueta

Las etiquetas de empaque incluyen varios códigos: Número de Producción del Cliente (CPN), Número de Parte (P/N), Cantidad de Empaque (QTY), rangos combinados para Intensidad Luminosa y Tensión Directa (CAT), Rango de Color (HUE), Referencia (REF) y Número de Lote (LOT No.).

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Paneles de Mensajes y Señalización: Ideal para retroiluminación o como indicadores de estado individuales en pantallas de información debido al alto brillo.
• Indicadores Ópticos: Perfecto para indicadores de encendido, estado o alerta en electrónica de consumo, equipos industriales y tableros automotrices.
• Retroiluminación: Puede usarse para retroiluminación a pequeña escala de interruptores, teclados o paneles LCD.
• Luces de Marcación: Adecuado para iluminación decorativa o de posición.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente: Siempre use una resistencia en serie o un controlador de corriente constante para establecer la corriente directa. Calcule el valor de la resistencia usando R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F.
• Gestión Térmica: Aunque la potencia es baja, asegure una ventilación adecuada si se usan múltiples LED en un espacio confinado o si se opera a altas temperaturas ambiente.
• Protección contra Tensión Inversa: Si la característica Zener integrada no está confirmada o es insuficiente, considere agregar un diodo de protección externo en paralelo (cátodo a ánodo) con el LED si el circuito está expuesto a transitorios de tensión inversa.
• Clasificación para Consistencia: Para aplicaciones que requieren brillo o color uniforme, especifique los lotes de intensidad y color requeridos al realizar el pedido.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED indicadores estándar, el diferenciador principal de este dispositivo es su muy alta intensidad luminosa (hasta 4500 mcd) dentro del encapsulado T-1 común. Muchos LED blancos T-1 estándar ofrecen intensidades en el rango de 200-1000 mcd. Esto lo convierte en un reemplazo directo para aplicaciones que requieren un aumento significativo en el brillo sin cambiar la huella o la óptica de la lente. La inclusión de protección ESD (4KV HBM) también mejora su robustez en comparación con los LED básicos sin dicha protección, haciéndolo más adecuado para entornos con preocupaciones de manejo o descarga estática.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Qué resistencia necesito para una alimentación de 5V?

Usando el peor caso de tensión directa máxima (V_F= 4.0V) y una corriente objetivo de 20mA, el cálculo es: R = (5V - 4.0V) / 0.020A = 50 Ohmios. El valor estándar más cercano es 51 Ohmios. La potencia disipada en la resistencia es P = I²R = (0.02)²* 51 = 0.0204W, por lo que una resistencia estándar de 1/4W es suficiente. Siempre verifique con la V_F real de su lote específico de LED para una corriente óptima.

10.2 ¿Puedo excitarlo a 30mA continuamente?

Sí, 30mA es el valor máximo absoluto de corriente directa continua. Sin embargo, para la máxima longevidad y para tener en cuenta posibles aumentos de temperatura en la aplicación, se recomienda operar en o ligeramente por debajo de los 20mA típicos. A 30mA, asegúrese de que la temperatura ambiente no esté en el límite superior de 85°C.

10.3 ¿Cómo interpreto los lotes de color (A1, B2, etc.)?

La letra (A, B, C, D) generalmente indica una región en el diagrama CIE, a menudo correlacionada con la temperatura de color correlacionada (CCT). Los lotes 'A' son típicamente blanco más cálido (más amarillo/rojo), progresando a los lotes 'D' que son blanco más frío (más azul). El número (1, 2) subdivide aún más la región. Para la mayoría de las aplicaciones generales, especificar un rango como B-C es suficiente. Para aplicaciones críticas de coincidencia de color, se debe especificar y controlar el lote exacto.

11. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Escenario: Diseñar un panel de indicadores de estado de alta visibilidad para un gabinete de telecomunicaciones exterior.El panel tiene 10 indicadores que deben ser claramente visibles a la luz solar directa. El espacio es limitado, requiriendo un componente pequeño. Se selecciona el encapsulado T-1 por su tamaño. Se elige este LED de alta intensidad (usando el Lote Q para máximo brillo). Hay una alimentación de 12V disponible en el gabinete. Pasos de diseño: 1) Calcular resistencia en serie. Usando V_F(Lote 1 típico ~3.2V) e I_F=20mA: R = (12V - 3.2V) / 0.02A = 440 Ohmios (usar 470 Ohmios estándar, resultando en I_F≈ 18.7mA). 2) Calcular potencia de la resistencia: P = (0.0187)²* 470 ≈ 0.164W (una resistencia de 1/4W es adecuada pero una de 1/2W proporciona margen). 3) Diseño de PCB: Asegurar un espaciado de 3mm desde el orificio de la PCB al cuerpo del LED para soldar. 4) Considerar agregar un diodo de supresión de tensión transitoria en la línea de 12V si el entorno es eléctricamente ruidoso.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Este es un LED blanco convertido por fósforo. El corazón del dispositivo es un chip semiconductor hecho de Nitruro de Galio e Indio (InGaN). Cuando se aplica una tensión directa, los electrones y huecos se recombinan dentro de la región activa de la estructura InGaN, emitiendo fotones. El bandgap del material InGaN está diseñado para producir luz azul con una longitud de onda alrededor de 450-460 nanómetros. Esta luz azul luego golpea una capa de fósforo, que es un material cerámico dopado con elementos de tierras raras (a menudo granate de itrio y aluminio dopado con cerio, o YAG:Ce). El fósforo absorbe una porción de los fotones azules y re-emite luz a longitudes de onda más largas y amplias a través del espectro amarillo y rojo. El ojo humano percibe la mezcla de la luz azul directa restante y la luz amarilla/roja convertida por el fósforo como luz blanca. Las proporciones específicas de azul a amarillo/rojo determinan la temperatura de color y las coordenadas de cromaticidad.

13. Tendencias y Contexto Tecnológico

El desarrollo de LED azules InGaN eficientes, por el cual se otorgó el Premio Nobel de Física en 2014, permitió la creación de LED blancos prácticos mediante conversión de fósforo. La tendencia en la industria ha sido hacia una eficiencia cada vez mayor (más lúmenes por vatio), mayor fiabilidad y mejor reproducción cromática. Si bien esta hoja de datos describe un LED de potencia media en un encapsulado de orificio pasante, el mercado en general ha visto un cambio masivo hacia encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) (como 2835, 3030, 5050) para la mayoría de las aplicaciones de iluminación general y retroiluminación debido a un mejor rendimiento térmico y adecuación para el montaje automatizado. Sin embargo, los LED de orificio pasante como este encapsulado T-1 siguen siendo vitales para prototipos, uso educativo, mercados de reparación y aplicaciones donde se prefiere el montaje manual o la robustez de la conexión con terminales. La integración de características como protección ESD y una clasificación más precisa, como se ve en esta hoja de datos, representa una evolución de estos tipos de encapsulados maduros para satisfacer las demandas modernas de fiabilidad y rendimiento.