Hoja de Datos del LED RGB LTPL-P033RGB - LED de Alta Potencia - Rojo/Verde/Azul - 150mA - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTPL-P033RGB es una fuente de luz de estado sólido de alta potencia, eficiente energéticamente y ultracompacta. Combina las ventajas de larga vida útil y fiabilidad de los Diodos Emisores de Luz con los niveles de brillo necesarios para desplazar las tecnologías de iluminación convencionales. Este dispositivo ofrece a los diseñadores una libertad significativa para crear soluciones de iluminación innovadoras en una amplia gama de aplicaciones.

1.1 Características Principales

• Fuente de luz LED de alta potencia
• Salida de luz instantánea (menos de 100 nanosegundos)
• Funcionamiento con corriente continua de bajo voltaje
• Encapsulado de baja resistencia térmica
• Cumple con RoHS y está libre de plomo
• Compatible con procesos de soldadura por reflujo sin plomo

1.2 Aplicaciones Destinadas

Este LED está diseñado para una amplia variedad de aplicaciones de iluminación, incluyendo pero no limitándose a:

• Luces de lectura para interiores de automóviles, autobuses y aviones
• Iluminación portátil como linternas y luces de bicicleta
• Iluminación arquitectónica: downlights, luces de orientación, iluminación en cornisas, iluminación bajo estanterías e iluminación de tareas
• Iluminación decorativa y de entretenimiento
• Iluminación exterior: bolardos, luces de seguridad e iluminación de jardín
• Aplicaciones de señalización: semáforos, balizas y luces de cruce ferroviario
• Señales con iluminación lateral para indicadores de salida y pantallas de punto de venta
• Iluminación arquitectónica comercial y residencial general, tanto interior como exterior

2. Contorno y Dimensiones Mecánicas

El dispositivo presenta un encapsulado compacto para montaje superficial. Todas las dimensiones críticas se proporcionan en la hoja de datos con una tolerancia estándar de +/- 0.2 mm a menos que se especifique lo contrario. El dibujo mecánico describe la huella del encapsulado, la ubicación de los terminales y la altura total, aspectos cruciales para el diseño del layout de la PCB y la gestión térmica.

3. Valores Máximos Absolutos y Características

Todos los valores se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Exceder estos límites puede causar daños permanentes al dispositivo.

3.1 Valores Eléctricos

• Corriente Directa (I_F): 150 mA (continua) para todos los colores (Rojo, Verde, Azul).
• Corriente Directa de Pulso (I_FP): 300 mA (pulsada) para todos los colores. Condición: ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso ≤10μs.
• Disipación de Potencia (P_D): Rojo: 360 mW; Verde: 540 mW; Azul: 540 mW.

3.2 Valores Térmicos y Ambientales

• Rango de Temperatura de Operación (T_opr): -30°C a +85°C.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg): -40°C a +100°C.
• Temperatura Máxima de Unión (T_j): 125°C.

Notas Importantes:Se prohíbe operar bajo condiciones de voltaje inverso durante períodos prolongados. Se recomienda encarecidamente seguir las curvas de desclasificación proporcionadas cuando se opere cerca de los valores máximos para garantizar un funcionamiento normal y fiable del LED.

4. Características Electro-Ópticas

Los parámetros de rendimiento típicos se miden a Ta=25°C e I_F=150mA.

4.1 Salida Luminosa

• Flujo Luminoso (Típ.): Rojo: 21 lm; Verde: 50 lm; Azul: 9 lm. El flujo luminoso es la salida de luz total medida con una esfera integradora.
• Intensidad Luminosa (Típ., como referencia): Rojo: 6.8 cd; Verde: 12.5 cd; Azul: 3.0 cd.

4.2 Características Espectrales y Eléctricas

• Longitud de Onda Dominante: Rojo: 610-630 nm; Verde: 515-535 nm; Azul: 450-470 nm.
• Voltaje Directo (V_F): Rojo: 1.5-2.6 V; Verde: 2.8-3.8 V; Azul: 2.8-3.8 V.
• Ángulo de Visión: 120 grados (típico para todos los colores).

Estándar de Prueba:Se hace referencia al CAS-140B para las mediciones de flujo luminoso, longitud de onda dominante y voltaje directo.

5. Análisis de Curvas de Rendimiento Típicas

La hoja de datos proporciona varios gráficos clave esenciales para el diseño de circuitos y térmico.

5.1 Distribución Espectral

La Figura 1 muestra la intensidad espectral relativa frente a la longitud de onda para cada color. Esta curva es vital para comprender la pureza del color y su posible aplicación en sistemas de mezcla de colores.

5.2 Patrón de Radiación

La Figura 2 ilustra el patrón espacial de radiación (intensidad), confirmando el amplio ángulo de visión de 120 grados. El patrón es típicamente lambertiano para este tipo de encapsulado.

5.3 Corriente vs. Voltaje (Curva I-V)

La Figura 3 traza la corriente directa frente al voltaje directo para cada color. El LED Rojo muestra un voltaje directo más bajo (típicamente ~2.0V a 150mA) en comparación con los LED Verde y Azul (típicamente ~3.2V-3.4V a 150mA). Este es un parámetro crítico para el diseño del driver, ya que se requieren diferentes voltajes de alimentación o resistencias limitadoras de corriente para cada canal de color en un sistema RGB.

5.4 Corriente vs. Flujo Luminoso

La Figura 4 muestra la relación entre la corriente directa y el flujo luminoso relativo. La salida es generalmente lineal con la corriente en el rango de operación normal, pero la eficiencia puede disminuir a corrientes muy altas debido al aumento de la temperatura de unión y otros efectos.

5.5 Rendimiento Térmico

La Figura 5 es uno de los gráficos más importantes, mostrando el flujo luminoso relativo frente a la temperatura de la placa. Actúa como una curva de desclasificación. La salida disminuye a medida que aumenta la temperatura. La nota especifica que los datos se basan en una cobertura de soldadura superior al 80% para un buen contacto térmico y recomienda no alimentar el LED cuando la temperatura de la placa supere los 85°C para mantener el rendimiento y la longevidad.

5.6 Corriente vs. Longitud de Onda Dominante

La Figura 6 muestra cómo la longitud de onda dominante se desplaza con la corriente directa. Generalmente, la longitud de onda aumenta ligeramente con la corriente debido al calentamiento de la unión y otros efectos de la física de semiconductores. Esto es importante para aplicaciones críticas en cuanto al color.

6. Sistema de Clasificación y Binning

Los LED se clasifican (binning) en función de su salida de flujo luminoso a 150mA para garantizar la consistencia.

6.1 Bins del LED Rojo (R1 a R5)

Los bins van desde R1 (18-21 lm) hasta R5 (30-33 lm).

6.2 Bins del LED Verde (G1 a G7)

Los bins van desde G1 (35-39 lm) hasta G7 (59-63 lm).

6.3 Bins del LED Azul (B1 a B4)

Los bins van desde B1 (6-9 lm) hasta B4 (15-18 lm).

Se aplica una tolerancia de +/-10% a cada bin de flujo luminoso. El código del bin está marcado en cada bolsa de embalaje para su trazabilidad.

7. Guías de Soldadura y Montaje

7.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El dispositivo es compatible con la soldadura por reflujo sin plomo. Se proporciona un perfil detallado de temperatura-tiempo:

• Temperatura Máxima (T_P): 260°C máx.
• Tiempo por encima de 217°C (T_L): 60-150 segundos.
• Tiempo dentro de 5°C del pico (t_P): 5 segundos máx.
• Precalentamiento: 150-200°C durante 60-180 segundos.
• Tasa de Subida: 3°C/seg máx. (desde T_Smaxhasta T_P).
• Tasa de Bajada: 6°C/seg máx.
• Tiempo total del ciclo: 8 minutos máx. desde 25°C hasta el pico.

7.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, la condición recomendada es una temperatura máxima del soldador de 350°C durante un máximo de 2 segundos por unión, una sola vez.

7.3 Notas Críticas para el Montaje

• Todas las especificaciones de temperatura se refieren a la parte superior del cuerpo del encapsulado.
• El perfil puede necesitar ajustes según las características específicas de la pasta de soldar.
• No se recomienda un proceso de enfriamiento rápido (temple) desde la temperatura máxima.
• Utilice siempre la temperatura de soldadura más baja posible que logre una unión fiable.
• No se garantiza el dispositivo si se monta utilizando el método de soldadura por inmersión.

8. Diseño Recomendado de Pads de Soldadura en PCB

Se proporciona un diseño detallado de los pads de soldadura con todas las dimensiones en milímetros. El diseño garantiza la formación adecuada del filete de soldadura y el aislamiento eléctrico entre los pads de ánodo/cátodo y cualquier pad térmico o metalización de la placa. Adherirse a este layout es crucial para la estabilidad mecánica, el rendimiento eléctrico y la transferencia térmica óptima desde el chip del LED a la PCB.

9. Especificaciones de Embalaje en Cinta y Carrete

Los LED se suministran en cinta y carrete para montaje automatizado.

• Tamaño del carrete: 7 pulgadas.
• Cantidad: 1000 piezas por carrete completo. La cantidad mínima de embalaje para restos es de 500 piezas.
• Sellado de bolsillos: Los bolsillos vacíos de componentes se sellan con cinta de cubierta superior.
• Calidad: Se permite un máximo de dos LED faltantes consecutivos.
• Estándar: El embalaje cumple con las especificaciones EIA-481-1-L23.

10. Fiabilidad y Pruebas de Calificación

Se han realizado extensas pruebas de fiabilidad en lotes de muestra.

10.1 Condiciones y Resultados de las Pruebas

Las pruebas se realizaron en 22 muestras por condición sin reportar fallos:

• Vida Operativa a Alta/Baja/Temperatura Ambiente (1000 horas cada una).
• Vida de Almacenamiento a Alta/Baja Temperatura (500-1000 horas).
• Humedad Caliente (85°C/85% HR durante 500 horas).
• Ciclo Térmico (-40°C a 100°C, 100 ciclos).
• Choque Térmico (-40°C a 100°C, 100 ciclos).

10.2 Criterios de Fallo

Un dispositivo se considera fallado si, después de las pruebas, excede uno de los siguientes límites cuando se mide a I_F=150mA:

• Voltaje Directo (V_f) > 110% de su valor inicial.
• Flujo Luminoso<70% de su valor inicial.

11. Consideraciones de Diseño de Aplicación

11.1 Diseño del Circuito Driver

Debido a los diferentes voltajes directos de los LED Rojo (V_f más bajo) y Verde/Azul (V_f más alto), un driver RGB típico utilizará circuitos limitadores de corriente separados o un driver de corriente constante con canales independientes. La corriente continua máxima es de 150mA por color. Para operación pulsada (ej., atenuación PWM), asegúrese de que los parámetros del pulso se mantengan dentro del I_FP rating.

11.2 Gestión Térmica

Un disipador de calor efectivo es primordial. Los datos de la Figura 5 muestran claramente que la salida disminuye con el aumento de la temperatura. Para mantener el brillo y la vida útil:

• Utilice el diseño de pad de soldadura recomendado con alta conductividad térmica.
• Diseñe la PCB con un área de cobre adecuada (pads térmicos) conectada a la vía térmica del LED.
• Considere el uso de vías térmicas para transferir calor a las capas internas o al lado posterior de la placa.
• En la aplicación final, asegure un flujo de aire adecuado u otros mecanismos de refrigeración si se alimenta a corrientes altas o en temperaturas ambientales elevadas.
• Monitoree la temperatura de la placa y evite superar los 85°C.

11.3 Diseño Óptico

El ángulo de visión de 120 grados proporciona un haz amplio y uniforme adecuado para iluminación general y señalización. Para haces enfocados, se requerirán ópticas secundarias (lentes o reflectores). Los diseñadores deben tener en cuenta las diferentes intensidades luminosas de cada color al crear luz blanca o mezclas de colores específicas.

12. Comparación y Posicionamiento del Producto

El LTPL-P033RGB se posiciona como un LED RGB de alta potencia de propósito general, adecuado para un amplio espectro de aplicaciones que requieren mezcla de colores o salida de color individual. Sus ventajas clave incluyen un encapsulado estandarizado, un amplio ángulo de visión, una estructura de binning clara para la consistencia y especificaciones robustas para una fabricación fiable (compatibilidad con reflujo, cinta y carrete). Está diseñado para ser un componente de trabajo fundamental en diseños de iluminación de estado sólido que desplazan tecnologías más antiguas.

13. Preguntas Frecuentes (Basadas en Datos Técnicos)

P: ¿Puedo alimentar los tres colores (RGB) con la misma fuente de voltaje constante y una resistencia?

R: No de manera óptima. El LED Rojo tiene un voltaje directo significativamente más bajo (~2.0V) que el Verde/Azul (~3.2V). Usar un solo voltaje requeriría valores de resistencia diferentes para cada canal para lograr la misma corriente de 150mA. El uso de drivers de corriente constante independientes o canales PWM es el método recomendado para el control y la mezcla de colores.

P: ¿Cuál es la causa principal de la degradación del brillo del LED con el tiempo?

R: La causa principal es la alta temperatura de unión. Operar el LED por encima de su rango de temperatura recomendado (ver Figura 5) acelera el proceso de envejecimiento de los materiales semiconductores y fósforos (si los hay), lo que conduce a una caída permanente en la salida de luz. Una gestión térmica adecuada es el factor más crítico para la fiabilidad a largo plazo.

P: ¿Cómo interpreto el código de bin de flujo luminoso?

R: El código (ej., R3, G5, B2) impreso en la bolsa de embalaje le indica el rango mínimo y máximo garantizado de salida luminosa para ese LED específico a 150mA. Esto permite a los diseñadores seleccionar LED con brillo coincidente para una apariencia uniforme en luminarias multi-LED o para garantizar una salida de luz mínima para su diseño.

P: ¿Es este LED adecuado para uso exterior?

R: El rango de temperatura de operación (-30°C a +85°C) y la superación exitosa de la prueba de humedad caliente (85°C/85% HR) indican robustez frente a factores ambientales. Sin embargo, para una exposición prolongada al exterior, el LED en sí debe estar correctamente encapsulado o alojado dentro de una luminaria que proporcione protección contra la humedad, la radiación UV y los daños físicos, ya que el encapsulado del LED en sí no es impermeable.

14. Ejemplo Práctico de Diseño: Luz Ambiental RGB

Escenario:Diseñar una luz ambiental RGB basada en microcontrolador con color y brillo ajustables.

Implementación:

1. Driver:Utilice un circuito integrado driver de LED de corriente constante de 3 canales o tres MOSFET separados controlados por las salidas PWM del MCU. Establezca el límite de corriente a 150mA por canal.

2. Fuente de Alimentación:Proporcione un voltaje DC estable lo suficientemente alto para acomodar el V_f más alto (Azul/Verde ~3.8V máx.) más la caída de voltaje en el regulador de corriente.

3. Gestión Térmica:Monte el LED en una PCB con una zona de cobre sólida conectada al pad térmico. Si se utilizan ciclos de trabajo altos, considere agregar un pequeño disipador de calor en la parte posterior de la PCB.

4. Control:El MCU puede ajustar independientemente el ciclo de trabajo PWM para cada canal de color (Rojo, Verde, Azul) del 0% al 100%. Esto permite la creación de millones de colores mezclando las salidas primarias a diferentes intensidades.

5. Óptica:Utilice una lente difusora o una cubierta sobre el LED para mezclar los tres puntos de color en un área de luz única y uniforme.

15. Antecedentes Tecnológicos y Tendencias

Los Diodos Emisores de Luz (LED) son dispositivos semiconductores que emiten luz cuando una corriente eléctrica pasa a través de ellos. El color de la luz está determinado por el bandgap de energía de los materiales semiconductores utilizados. El LTPL-P033RGB utiliza chips individuales para el Rojo (probablemente basados en materiales AlInGaP) y para el Verde/Azul (basados en materiales InGaN) alojados en un solo encapsulado. La tendencia en los LED de potencia continúa hacia una mayor eficiencia (más lúmenes por vatio), una mejor reproducción cromática, una mayor fiabilidad y un menor coste. Este dispositivo representa una solución madura y rentable para aplicaciones que requieren una salida de color versátil sin necesidad de la eficiencia extrema de los últimos LED de alta potencia de un solo color.