Hoja de Datos del LED ALFS4J-C010001H-AM - Paquete Cerámico SMD - Flujo Luminoso 1700lm @1000mA - Voltaje Directo 13V - Ángulo de Visión 120° - Grado Automotriz - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El ALFS4J-C010001H-AM es un LED de alta potencia y montaje superficial (SMD) diseñado específicamente para exigentes aplicaciones de iluminación exterior automotriz. Está construido con un robusto paquete cerámico, que ofrece una gestión térmica superior y una gran fiabilidad en condiciones ambientales adversas. El dispositivo está diseñado para cumplir con los estrictos requisitos de la industria automotriz.

Ventajas Principales:Las principales ventajas de este LED incluyen su alto flujo luminoso típico de 1700 lúmenes con una corriente de accionamiento de 1000mA, un amplio ángulo de visión de 120 grados para una excelente distribución de la luz y una construcción robusta que incluye protección ESD de hasta 8kV. Su calificación según los estándares AEC-Q102 y su robustez ante azufre (Clase A1) lo hacen adecuado para un uso prolongado en entornos automotrices donde la exposición a elementos corrosivos es común.

Mercado Objetivo y Aplicaciones:Este LED está dirigido exclusivamente a sistemas de iluminación exterior automotriz. Sus aplicaciones clave incluyen faros principales, luces de circulación diurna (DRL) y luces antiniebla. La combinación de alto brillo y fiabilidad lo convierte en una opción ideal para funciones de iluminación críticas para la seguridad que requieren un rendimiento constante en un amplio rango de temperaturas y a lo largo de la vida útil del vehículo.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Eléctricas

El rendimiento eléctrico y óptico se define bajo condiciones de prueba específicas, principalmente a una corriente directa (I_F) de 1000mA y una temperatura del pad térmico de 25°C.

• Flujo Luminoso (Φ_v):El valor típico es de 1700 lm, con un mínimo de 1500 lm y un máximo de 2000 lm. Es crucial tener en cuenta la tolerancia de medición de ±8%. Este parámetro depende en gran medida de la temperatura de unión.
• Voltaje Directo (V_F):El voltaje directo típico es de 13V, con un rango que va desde un mínimo de 11.6V hasta un máximo de 15.2V a 1000mA, con una tolerancia de medición ajustada de ±0.05V. Este parámetro impacta directamente en el diseño del driver y la disipación de potencia.
• Corriente Directa (I_F):El dispositivo está clasificado para una corriente directa continua de hasta 1500mA, con un punto de operación típico en 1000mA. Todos los datos fotométricos se especifican a esta corriente típica.
• Ángulo de Visión (φ):El ángulo de visión nominal es de 120 grados, con una tolerancia de ±5°. Este amplio ángulo es beneficioso para aplicaciones que requieren patrones de iluminación amplios.
• Temperatura de Color (K):La temperatura de color correlacionada (CCT) oscila entre 5391K y 6893K, clasificándolo como un LED blanco frío. La estructura exacta de clasificación por bins se detalla más adelante.

2.2 Características Térmicas

Una gestión térmica efectiva es crítica para el rendimiento y la longevidad del LED. Este LED proporciona dos parámetros clave de resistencia térmica.

• Resistencia Térmica, Unión a Soldadura (R_thJS):Se dan dos valores: R_{thJS_real}(típico 1.26 K/W, máx. 1.6 K/W) y R_{thJS_el}(típico 0.8 K/W, máx. 1 K/W). El valor "real" representa la ruta térmica real, mientras que el valor "el" es un equivalente eléctrico utilizado para ciertos propósitos de modelado. Una menor resistencia térmica permite una transferencia de calor más eficiente desde la unión del LED a la placa de circuito impreso (PCB).

3. Límites Absolutos Máximos

Superar estos límites puede causar daños permanentes al dispositivo. Los diseñadores deben asegurarse de que las condiciones de operación se mantengan dentro de estos límites.

• Disipación de Potencia (P_d):22800 mW
• Corriente Directa (I_F):1500 mA (DC)
• Temperatura de Unión (T_j):150 °C
• Temperatura de Operación (T_opr):-40 °C a +125 °C
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40 °C a +125 °C
• Sensibilidad ESD (HBM):8 kV (R=1.5kΩ, C=100pF)
• Temperatura de Soldadura por Reflujo:260 °C (pico)

El dispositivo no está diseñado para operar con voltaje inverso. La alta clasificación ESD es esencial para el manejo y montaje en entornos de producción automotriz.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Longitud de Onda y Distribución Espectral

El gráfico de distribución espectral relativa muestra la salida de luz en función de la longitud de onda. Para un LED blanco frío, el espectro presenta típicamente un fuerte pico azul del propio chip LED y una emisión más amplia amarilla/roja del recubrimiento de fósforo. La forma exacta determina las propiedades de reproducción cromática y el punto blanco preciso (coordenadas de cromaticidad). El gráfico se mide a 25°C de temperatura de la cápsula y 1000mA.

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

Este gráfico es fundamental para el diseño del driver. Muestra la relación entre la corriente que fluye a través del LED y la caída de voltaje a través del mismo. La curva es no lineal. En el punto de operación típico de 1000mA, el voltaje es aproximadamente 13V. Los diseñadores usan esta curva para calcular el voltaje de salida necesario del driver y para comprender la disipación de potencia (V_F* I_F).

4.3 Flujo Luminoso Relativo vs. Corriente Directa

Este gráfico ilustra cómo aumenta la salida de luz con la corriente de accionamiento. La relación es generalmente sub-lineal; duplicar la corriente no duplica la salida de luz debido a la caída de eficiencia y al aumento de la temperatura de unión. El gráfico está normalizado al flujo a 1000mA. Ayuda a los diseñadores a elegir la corriente de accionamiento óptima para equilibrar brillo, eficiencia y vida útil del dispositivo.

4.4 Dependencia de la Temperatura

Varios gráficos detallan el impacto de la temperatura en el rendimiento del LED, todos medidos a una corriente de accionamiento constante de 1000mA.

• Voltaje Directo Relativo vs. Temperatura de Unión:El voltaje directo disminuye linealmente a medida que aumenta la temperatura de unión. Esta propiedad a veces puede usarse para estimar la temperatura de unión.
• Flujo Luminoso Relativo vs. Temperatura de Unión:La salida de luz disminuye a medida que aumenta la temperatura. Este gráfico cuantifica esa reducción, lo cual es crítico para el diseño térmico. Mantener una baja temperatura de unión es esencial para lograr un brillo constante.
• Desviación de Cromaticidad vs. Temperatura de Unión:Las coordenadas de color (CIE x, y) se desplazan con la temperatura. Este gráfico muestra el cambio delta (Δ) desde el valor a 25°C. Minimizar este desplazamiento es importante para aplicaciones que requieren una apariencia de color estable.
• Desviación de Cromaticidad vs. Corriente Directa:De manera similar, las coordenadas de color pueden desplazarse con la corriente de accionamiento, incluso a temperatura constante.

4.5 Curva de Reducción de Corriente Directa

Este es uno de los gráficos más críticos para un diseño de sistema confiable. Muestra la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura del punto de soldadura (o de la cápsula). A medida que aumenta la temperatura ambiente o de la placa, la corriente segura máxima disminuye para evitar que la temperatura de unión supere su límite de 150°C. Los diseñadores deben usar esta curva para seleccionar corrientes de accionamiento apropiadas para su entorno térmico específico.

5. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Debido a las variaciones de fabricación, los LED se clasifican en bins de rendimiento para garantizar la consistencia dentro de un lote de producción. Este dispositivo utiliza un sistema de clasificación multiparámetro.

5.1 Clasificación por Flujo Luminoso

Los LED se agrupan por su flujo luminoso medido a la corriente directa típica. La estructura de bins utiliza una combinación de una letra de Grupo y un número de Bin.

• Grupo E:Incluye los bins 7 (1500-1600 lm), 8 (1600-1700 lm) y 9 (1700-1800 lm).
• Grupo F:Incluye los bins 0 (1800-1900 lm) y 1 (1900-2000 lm).

El ALFS4J-C010001H-AM tiene un flujo típico de 1700 lm, ubicándolo en el Bin 9 del Grupo E. La tolerancia de medición es de ±8%.

5.2 Clasificación por Voltaje Directo

Los LED también se clasifican por su voltaje directo a la corriente típica. Esto ayuda en el diseño de cadenas en paralelo y en la gestión de los requisitos de la fuente de alimentación.

• Bin 4A: V_F= 11.60V a 12.80V
• Bin 4B: V_F= 12.80V a 14.00V
• Bin 4C: V_F= 14.00V a 15.20V

El V_Ftípico de 13V sugiere que el dispositivo se encuentra dentro del Bin 4B. La tolerancia de medición es de ±0.05V.

5.3 Clasificación por Color (Cromaticidad)

Se presentan dos estructuras de clasificación para las coordenadas de color en el diagrama de cromaticidad CIE 1931: ECE y una estructura alternativa.

Estructura de Bins ECE:Esta parece ser una estructura de bins multi-segmento para LED blancos fríos. Bins específicos como 63M, 61M, 58M y 56M están definidos por cuadriláteros en el gráfico CIE, cada uno con cuatro conjuntos de coordenadas (x, y) que definen sus esquinas. Esto permite un control de color más estricto al agrupar LED con cromaticidad muy similar. El rango típico de temperatura de color de 5391K a 6893K abarca estos bins. La tolerancia de medición para las coordenadas es de ±0.005.

Estructura Alternativa:Se muestra otro conjunto de bins (65L, 65H, 61L, 61H), que probablemente representa un estándar de clasificación diferente o una clasificación interna, también para LED blancos fríos.

6. Número de Parte e Información de Pedido

El número de parte es ALFS4J-C010001H-AM. Si bien la información completa del pedido, incluidas las cantidades de empaquetado (por ejemplo, especificaciones de cinta y carrete), se referencia en la tabla de contenidos del documento, los detalles específicos no se proporcionan en el extracto. Típicamente, dicha información incluiría el tamaño del carrete, la orientación y la cantidad por carrete.

7. Mecánica, Montaje y Empaquetado

7.1 Dimensiones Mecánicas

El LED utiliza un paquete cerámico de dispositivo de montaje superficial (SMD). Las dimensiones exactas (largo, ancho, alto, tamaños de pads y tolerancias) se encuentran en la sección "Dimensiones Mecánicas". Los paquetes cerámicos ofrecen una excelente conductividad térmica y estabilidad mecánica en comparación con los paquetes plásticos, lo cual es vital para aplicaciones de alta potencia y fiabilidad bajo ciclos térmicos.

7.2 Diseño Recomendado de Pads de Soldadura

Se proporciona una huella recomendada para la PCB. Esto incluye el tamaño, la forma y el espaciado de los pads de cobre para los terminales eléctricos y, crucialmente, para el pad térmico. Un pad térmico correctamente diseñado con suficientes vías térmicas a planos de tierra internos o a un disipador de calor es esencial para transferir el calor desde el LED y mantener una baja temperatura de unión, asegurando así el rendimiento.

7.3 Perfil de Soldadura por Reflujo

El documento especifica un perfil de soldadura por reflujo con una temperatura pico de 260°C. Los detalles del perfil (precalentamiento, estabilización, reflujo y tiempos y temperaturas de enfriamiento) son críticos para lograr uniones de soldadura confiables sin dañar el componente LED. Es necesario adherirse a este perfil para evitar choque térmico, delaminación o degradación de los materiales internos.

7.4 Información de Empaquetado

Aquí se encontrarían los detalles sobre cómo se suministran los LED (por ejemplo, ancho de la cinta embutida, dimensiones de los bolsillos, diámetro del carrete y orientación). Esta información es necesaria para configurar equipos de montaje automático pick-and-place.

8. Guías de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Precauciones de Uso

Se proporcionan advertencias generales de manejo y diseño para garantizar la fiabilidad. Las precauciones clave probablemente incluyen:

• Protección ESD:A pesar de la clasificación HBM de 8kV, se recomiendan precauciones estándar contra ESD durante el manejo.
• Gestión Térmica:Se enfatiza la necesidad crítica de una ruta térmica efectiva desde el pad térmico hasta el disipador de calor del sistema.
• Control de Corriente:El LED debe ser accionado por una fuente de corriente constante, no por una fuente de voltaje constante, para evitar la fuga térmica (thermal runaway).
• Limpieza:Pautas sobre solventes y procesos de limpieza aceptables después de la soldadura.

8.2 Robustez ante Azufre

El LED está clasificado con Robustez ante Azufre Clase A1. Esto indica un alto nivel de resistencia a atmósferas corrosivas que contienen azufre, comunes en algunos entornos automotrices e industriales. Esta protección evita la formación de sulfuro de plata en los contactos, lo que puede provocar un aumento de la resistencia y fallos.

8.3 Información de Cumplimiento Normativo

Se indica que el producto cumple con regulaciones ambientales clave:

• RoHS:Cumple con la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas.
• REACH de la UE:Cumple con el reglamento de Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Sustancias Químicas.
• Libre de Halógenos:Cumple con los requisitos libres de halógenos (Bromo <900 ppm, Cloro <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Si bien no hay una comparación directa con otros productos en la hoja de datos, las características diferenciadoras clave del ALFS4J-C010001H-AM se pueden inferir:

• Grado Automotriz (AEC-Q102):Este es un diferenciador significativo frente a los LED de grado comercial, lo que implica pruebas rigurosas de ciclado térmico, humedad, vida útil a alta temperatura (HTOL) y otros factores de estrés.
• Paquete Cerámico:Ofrece un mejor rendimiento térmico y fiabilidad a largo plazo que los paquetes plásticos estándar, especialmente bajo alta densidad de potencia óptica.
• Alto Flujo Luminoso en Formato SMD:Proporcionar 1700+ lm desde un paquete SMD es adecuado para diseños ópticos compactos en faros automotrices.
• Robustez ante Azufre:No todos los LED automotrices tienen una clasificación formal de resistencia al azufre; la Clase A1 es una característica sólida para entornos hostiles.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Qué corriente de driver debo usar?

R: El punto de operación típico es 1000mA, con un máximo absoluto de 1500mA. La corriente real debe determinarse utilizando la curva de reducción basada en la temperatura máxima esperada del punto de soldadura de su sistema para asegurar que T_j< 150°C.

P2: ¿Cómo gestiono el calor?

R: Utilice el diseño de pads de PCB recomendado con un pad térmico grande conectado a través de múltiples vías térmicas a un plano de cobre interno o a un disipador de calor externo. Calcule el aumento de temperatura esperado usando: ΔT = R_{thJS_real}* (V_F* I_F). Asegúrese de que la temperatura final del punto de soldadura permita la operación dentro de los límites de la curva de reducción.

P3: ¿Qué impacto tiene la clasificación por bins en mi diseño?

R: La clasificación por flujo luminoso afecta la salida de luz total; es posible que necesite ajustar el número de LED o la corriente del driver para cumplir con un objetivo de lúmenes específico. La clasificación por voltaje afecta la caída de voltaje total en cadenas en serie y el diseño de la fuente de alimentación. La clasificación por color es crítica para aplicaciones donde la consistencia de color entre múltiples LED es importante (por ejemplo, la apariencia del faro).

P4: ¿Puedo usar esto para iluminación interior?

R: Si bien es técnicamente posible, este LED está sobredimensionado y probablemente sea costoso para iluminación interior. Su alta potencia, amplio ángulo de visión y calificaciones de grado automotriz están optimizadas para aplicaciones exteriores.

11. Caso de Estudio de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de un Módulo de Luz de Circulación Diurna (DRL).

Requisitos:El DRL debe producir un patrón de intensidad luminosa específico según las regulaciones automotrices, operar de manera confiable desde -40°C hasta +85°C ambiente y tener una vida útil superior a las 10,000 horas.

Pasos de Diseño:

1. Diseño Óptico:Utilizando el ángulo de visión de 120° y el flujo típico de 1700 lm, un ingeniero óptico diseña una lente secundaria o reflector para dar forma al haz en el patrón DRL requerido.
2. Diseño Térmico:El ingeniero mecánico diseña un disipador de calor de aluminio. Se calcula la resistencia térmica desde el punto de soldadura del LED al ambiente (R_thSA). Combinada con R_thJS(1.26 K/W) y la disipación de potencia (P_d≈ 13V * 1A = 13W), se verifica que la temperatura de unión T_j= T_amb+ (R_thJS+ R_thSA) * P_desté por debajo de 125°C a la temperatura ambiente máxima de 85°C.
3. Diseño Eléctrico:Se selecciona un driver LED de corriente constante de grado automotriz. Su rango de voltaje de salida debe acomodar el voltaje directo máximo de la cadena de LED (por ejemplo, 4 LED en serie * 15.2V máx. = 60.8V) más un margen. La corriente del driver se establece en 1000mA, pero se valida contra la curva de reducción para la temperatura máxima calculada del punto de soldadura.
4. Diseño de PCB:La PCB se diseña con el diseño exacto de pads recomendado. El área del pad térmico se llena con múltiples vías grandes, estañadas y rellenas de soldadura, para conectarse a una capa interna gruesa de cobre que está unida al disipador de calor.
5. Validación:El prototipo se prueba en una cámara térmica. Se mide la salida de luz a altas y bajas temperaturas. Se verifica la desviación de color frente a las especificaciones. Se realizan pruebas de fiabilidad a largo plazo, incluidos ciclado térmico y pruebas de humedad-calor, para validar el diseño frente a los objetivos AEC-Q102.

12. Principio de Funcionamiento

El ALFS4J-C010001H-AM es un LED blanco convertido por fósforo. Su principio de funcionamiento central implica la electroluminiscencia en un chip semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones y huecos se recombinan dentro de la región activa del chip, emitiendo fotones. El chip primario emite luz azul. Una parte de esta luz azul es absorbida por un recubrimiento de fósforo depositado sobre el chip. El fósforo re-emite esta energía como luz en un espectro más amplio, principalmente en las regiones amarilla y roja. La mezcla de la luz azul restante y la luz amarilla/roja convertida por el fósforo es percibida por el ojo humano como luz blanca. La proporción exacta de luz azul a luz convertida por fósforo, y la composición del fósforo, determinan la temperatura de color correlacionada (CCT) y el índice de reproducción cromática (CRI) de la luz blanca emitida.

13. Tendencias Tecnológicas

El desarrollo de LED como el ALFS4J-C010001H-AM está impulsado por varias tendencias clave en iluminación automotriz e iluminación de estado sólido en general:

• Mayor Eficacia Luminosa (lm/W):La investigación continua tiene como objetivo producir más lúmenes por vatio de entrada eléctrica, reduciendo el consumo de energía y la carga térmica para la misma salida de luz.
• Mayor Densidad de Potencia y Miniaturización:La tendencia hacia diseños de faros más pequeños y estilizados requiere LED que puedan entregar un flujo muy alto desde huellas de paquete cada vez más pequeñas, aumentando el desafío de la gestión térmica.
• Moldeado de Haz Avanzado con Óptica Integrada:Las tendencias incluyen combinar el LED con óptica primaria (por ejemplo, micro-lentes) a nivel de paquete para proporcionar una salida de luz mejor controlada para sistemas ópticos secundarios.
• Iluminación Inteligente y Adaptativa:El futuro implica integrar LED con sensores y sistemas de control para haces de conducción adaptativos (ADB) que puedan dar forma dinámicamente al patrón de luz para evitar deslumbrar a otros conductores mientras se maximiza la visibilidad.
• Ciencia de Materiales para Fiabilidad:Mejora continua en materiales de fósforo para una mejor estabilidad a altas temperaturas y una mayor eficiencia de conversión, así como avances en materiales de paquete (como cerámicas) y tecnologías de interconexión para soportar mayores ciclos térmicos.