Hoja de Datos del LED EHP-C04 - LED Blanco de Alta Potencia - 160lm @ 1000mA - 5700K CCT - Paquete 2.04x1.64mm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El EHP-C04/NT01A-P01/TR es un LED blanco de montaje superficial y alta potencia, diseñado para aplicaciones de iluminación exigentes. Utiliza tecnología de chip InGaN para producir luz blanca, ofreciendo un equilibrio entre alta salida luminosa y un factor de forma compacto. Este dispositivo está clasificado para producción en masa, lo que indica su madurez y fiabilidad para fabricación en volumen.

La propuesta de valor central de este LED radica en su combinación de alta eficiencia dentro de un paquete pequeño. Está diseñado para aplicaciones donde el espacio es limitado pero se requiere una alta salida de luz. El dispositivo incorpora protección integrada contra Descargas Electroestáticas (ESD), mejorando su robustez durante los procesos de manipulación y montaje.

1.1 Características Clave y Aplicaciones

El LED cuenta con varias características clave que definen su rango de rendimiento. Entrega un flujo luminoso típico de 160 lúmenes cuando se alimenta con una corriente directa de 1000mA. La temperatura de color correlacionada (CCT) típica a esta corriente de alimentación es de 5700 Kelvin, ubicándolo en el espectro de "blanco frío". Su eficiencia óptica se califica en 45 lúmenes por vatio bajo las mismas condiciones.

Desde el punto de vista de la fiabilidad, ofrece protección ESD de hasta 8KV (Modelo de Cuerpo Humano) y está clasificado para Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) Clase 1, lo que significa que tiene una vida útil ilimitada en condiciones ≤30°C/85% HR y no requiere secado antes de la soldadura por reflujo en condiciones estándar. El dispositivo también cumple con RoHS y no contiene plomo.

Los parámetros de agrupación principales para la producción son el flujo luminoso total y las coordenadas de color, lo que garantiza la consistencia en el rendimiento óptico.

Aplicaciones Objetivo:

• Flash de Cámara para Dispositivos Móviles:La aplicación principal es como flash de cámara o luz estroboscópica para teléfonos móviles y otros dispositivos portátiles, que requieren una salida de luz instantánea alta.
• Luz de Linterna para Video Digital (DV):Se utiliza para iluminación constante en aplicaciones de grabación de video.
• Iluminación General:Adecuado para varios accesorios de iluminación interior.
• Iluminación Arquitectónica y de Seguridad:Puede usarse en luces indicadoras de orientación para escalones, vías de salida y otras señales.
• Retroiluminación TFT:Proporciona iluminación para paneles de visualización.
• Iluminación Automotriz:Aplicable tanto para iluminación exterior como interior automotriz, sujeto a cumplir con calificaciones específicas de grado automotriz.
• Iluminación Decorativa y de Entretenimiento:Se utiliza en iluminación de acento y efectos.

2. Especificaciones Máximas Absolutas y Características Térmicas

Comprender las especificaciones máximas absolutas es crucial para garantizar un funcionamiento confiable y prevenir daños permanentes en el LED. Todas las especificaciones se indican a una temperatura de la almohadilla de soldadura (T_{almohadilla de soldadura}) de 25°C.

2.1 Límites Eléctricos y Térmicos

Corriente Directa Continua (I_F):La corriente continua máxima es de 350 mA. Exceder este límite conlleva el riesgo de sobrecalentamiento y degradación acelerada.

Corriente de Pulso Pico (I_pulso):Para operación pulsada, se permite una corriente pico de 1500 mA bajo condiciones específicas: un ancho de pulso de 400ms ENCENDIDO y 3600ms APAGADO. Para pulsos más cortos, la hoja de datos especifica que la corriente de pulso pico se aplicará con una duración máxima de 50ms y un ciclo de trabajo máximo del 10%. Esto es particularmente relevante para aplicaciones de flash.

Disipación de Potencia (P_d):En modo pulso, la disipación de potencia máxima permitida es de 6.5 Vatios. Esta especificación está estrechamente ligada a la gestión térmica.

Temperatura de Unión (T_J):La temperatura máxima permitida en la unión del semiconductor es de 125°C. La vida útil y el rendimiento del dispositivo se degradan significativamente al acercarse o superar esta temperatura.

Resistencia Térmica (R_θ):La resistencia térmica desde la unión hasta la pata se especifica como 10 °C/W. Este parámetro es vital para calcular el aumento de temperatura de la unión en función de la potencia disipada (P_d= V_F* I_F). Se requiere un disipador de calor efectivo para mantener T_Jdentro de límites seguros, especialmente a corrientes más altas.

Temperatura de Operación y Almacenamiento:El dispositivo puede operar en temperaturas ambientales de -40°C a +85°C y puede almacenarse en temperaturas de -40°C a +110°C.

Soldadura:El LED puede soportar una temperatura máxima de soldadura de 260°C y está clasificado para un máximo de 2 ciclos de reflujo, lo cual es estándar para componentes SMD.

2.2 Notas Críticas de Diseño

La hoja de datos incluye varias advertencias importantes:

• El LED no está diseñado para operación en polarización inversa.
• Evite operar el LED a su temperatura máxima de operación durante períodos superiores a una hora para garantizar la fiabilidad a largo plazo.
• Todas las especificaciones están garantizadas por una prueba de fiabilidad de 1000 horas, con una degradación del voltaje directo garantizada de menos del 30%.
• Las pruebas de fiabilidad a 1500mA se realizaron con una buena gestión térmica utilizando una PCB de Núcleo Metálico (MCPCB) de 1.0cm x 1.0cm. Las pruebas a 1000mA utilizaron una PCB FR4 de 1.0cm x 1.0cm.
• Operar el LED continuamente en sus especificaciones máximas causará daños permanentes. No se permite aplicar múltiples parámetros de especificación máxima simultáneamente.

3. Características Electro-Ópticas

Estas características definen el rendimiento esperado del LED en condiciones normales de operación, medido a T_{almohadilla de soldadura}= 25°C y típicamente bajo una condición de pulso de 50ms para minimizar los efectos de autocalentamiento.

3.1 Parámetros Clave de Rendimiento

Flujo Luminoso (Ф_v):La salida de luz. El mínimo es 140 lm, el típico es 160 lm, sin máximo especificado en la tabla resumen. La tolerancia de medición es ±10%.

Voltaje Directo (V_F):La caída de voltaje a través del LED a una corriente especificada. A I_F=1000mA, V_Ftiene un mínimo de 2.95V y un máximo de 4.35V, con una tolerancia de medición de ±0.1V. El valor típico no se indica en la tabla principal pero se define dentro de los rangos de clasificación.

Temperatura de Color Correlacionada (CCT):Varía de 4500K a 7000K, con un valor típico de 5700K a 1000mA.

Ángulo de Visión (2θ_1/2):El ángulo total en el que la intensidad luminosa es la mitad del valor pico es de 120 grados, con una tolerancia de ±5 grados. El patrón de radiación es Lambertiano, lo que significa que la intensidad disminuye con el coseno del ángulo de visión.

4. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para gestionar las variaciones de producción y permitir a los diseñadores seleccionar LEDs con un rendimiento consistente, los dispositivos se clasifican en grupos (bins) según parámetros clave.

4.1 Clasificación por Voltaje Directo (V_F)

Los LEDs se categorizan en cinco grupos de voltaje a I_F=1000mA:

- Grupo 2932: 2.95V a 3.25V

- Grupo 3235: 3.25V a 3.55V

- Grupo 3538: 3.55V a 3.85V

- Grupo 3841: 3.85V a 4.15V

- Grupo 4143: 4.15V a 4.35V

Esto permite un mejor emparejamiento de corriente cuando se usan múltiples LEDs en serie o para predecir los requisitos de la fuente de alimentación.

4.2 Clasificación por Flujo Luminoso

La salida de luz se clasifica en tres categorías a I_F=1000mA:

- Grupo J3: 140 lm a 160 lm

- Grupo J4: 160 lm a 180 lm

- Grupo J5: 180 lm a 200 lm

Esto ayuda a lograr un brillo uniforme en una matriz o aplicación.

4.3 Clasificación por Color (Blanco)

Las coordenadas de cromaticidad (CIE x, y) se agrupan en tres grupos principales definidos por su CCT objetivo y un área cuadrilátera en el diagrama de cromaticidad:

1. Grupo de Color (1) - 4550K:Objetivo 4500K-5000K. Definido por las coordenadas (0.3738, 0.4378), (0.3524, 0.4061), (0.3440, 0.3420), (0.3620, 0.3720).

2. Grupo de Color (2) - 5057K:Objetivo 5000K-5700K. Definido por las coordenadas (0.3300, 0.3200), (0.3300, 0.3730), (0.3440, 0.3420), (0.3524, 0.4061).

3. Grupo de Color (3) - 5770K:Objetivo 5700K-7000K. Definido por las coordenadas (0.3030, 0.3330), (0.3300, 0.3730), (0.3300, 0.3200), (0.3110, 0.2920).

La tolerancia de medición de coordenadas de color es ±0.01. Los grupos se definen a I_F= 1000mA bajo operación de pulso de 50ms.

5. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos que ilustran las tendencias de rendimiento, todos probados bajo una gestión térmica superior con una MCPCB de 1.0x1.0 cm².

5.1 Distribución Espectral

La curva de Distribución Espectral Relativa muestra un amplio espectro de emisión característico de un LED blanco convertido por fósforo, con un pico en la región azul (del chip InGaN) y un pico más amplio en la región amarillo-verde (del fósforo). Esta combinación produce luz blanca.

5.2 Voltaje Directo vs. Corriente

Esta curva muestra la relación no lineal entre el voltaje directo (V_F) y la corriente directa (I_F). V_Faumenta con I_F, pero la tasa de aumento no es lineal. Este gráfico es esencial para el diseño del controlador, especialmente para controladores de corriente constante.

5.3 Flujo Luminoso vs. Corriente

La curva de Flujo Luminoso Relativo demuestra que la salida de luz aumenta de manera superlineal con la corriente a corrientes bajas, pero tiende a volverse más lineal o incluso sublineal a corrientes muy altas debido a la caída de eficiencia y los efectos térmicos. Esto resalta la importancia de la gestión térmica para mantener la eficiencia.

5.4 Temperatura de Color vs. Corriente

El gráfico de Temperatura de Color Correlacionada (CCT) vs. Corriente Directa muestra cómo la temperatura de color cambia con la corriente de alimentación. Típicamente, la CCT puede aumentar (la luz se vuelve más fría) con una corriente más alta debido a cambios en la eficiencia de conversión del fósforo en relación con la emisión del chip azul.

5.5 Curva de Reducción de Corriente Directa

Este es uno de los gráficos más críticos para un diseño confiable. Muestra la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura de la almohadilla de soldadura. A medida que aumenta la temperatura de la almohadilla, la corriente segura máxima disminuye significativamente. Por ejemplo, a una temperatura de almohadilla de soldadura de 100°C, la corriente continua máxima permitida se reduce a aproximadamente 100mA para mantener la temperatura de unión por debajo de 125°C. Esta curva exige un disipador de calor efectivo para operación a alta corriente.

6. Información Mecánica y del Paquete

6.1 Dimensiones del Paquete

El LED viene en un paquete compacto de montaje superficial. Las dimensiones clave del dibujo incluyen:

- Tamaño total del paquete: Aproximadamente 2.04 mm de largo y 1.64 mm de ancho.

- Se indica la posición del chip y el centro óptico.

- Las almohadillas del ánodo y cátodo están claramente marcadas para la identificación de polaridad.

- Las dimensiones están en milímetros, con tolerancias estándar de ±0.1mm a menos que se indique lo contrario.

La vista superior muestra las almohadillas del ánodo y cátodo, que son cruciales para un diseño de PCB y soldadura correctos. El centro óptico está desplazado del centro geométrico, lo que puede ser importante para un diseño óptico preciso en aplicaciones como flashes de cámara.

7. Pautas de Soldadura, Montaje y Manipulación

7.1 Sensibilidad a la Humedad y Reflujo

Como dispositivo MSL Nivel 1, tiene una vida útil ilimitada en el taller a ≤30°C/85% HR. Las condiciones estándar de exposición para reflujo son 168 horas (+5/-0) a 85°C/85% HR si lo requieren otros componentes en la placa. El dispositivo puede soportar una temperatura máxima de soldadura de 260°C para un perfil de reflujo estándar y está clasificado para un máximo de 2 ciclos de reflujo.

7.2 Almacenamiento y Manipulación

El almacenamiento debe estar dentro del rango de temperatura especificado de -40°C a +110°C. A pesar de la protección ESD de 8KV, aún se deben observar las precauciones estándar contra ESD durante la manipulación para prevenir posibles daños latentes.

8. Embalaje e Información de Pedido

8.1 Explicación de la Etiqueta

La etiqueta del embalaje incluye varios códigos esenciales para la trazabilidad y selección:

- CPN:Número de Producto del Cliente.

- P/N:Número de Producto del Fabricante (ej., EHP-C04/NT01A-P01/TR).

- LOT NO:Número de Lote de Fabricación para trazabilidad.

- QTY:Cantidad de dispositivos en el paquete.

- CAT:Código del Grupo de Flujo Luminoso (Brillo) (ej., J3, J4, J5).

- HUE:Código del Grupo de Color (ej., 1, 2, 3).

- REF:Código del Grupo de Voltaje Directo (ej., 2932, 3235).

- MSL-X:Nivel de Sensibilidad a la Humedad.

9. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

9.1 Gestión Térmica

Este es el factor más crítico para un funcionamiento y rendimiento confiables. La curva de reducción muestra claramente la necesidad de mantener baja la temperatura de la almohadilla de soldadura. Los diseñadores deben:

1. Utilizar una PCB con conductividad térmica adecuada (ej., MCPCB para aplicaciones de alta corriente como flash, como se usó en las pruebas de fiabilidad).

2. Asegurar una ruta de baja resistencia térmica desde la almohadilla del LED hasta el disipador de calor o el ambiente.

3. Considerar la temperatura ambiente de operación.

4. Para operación pulsada (como flash de cámara), la masa térmica del sistema y el ciclo de trabajo determinarán el aumento promedio de temperatura.

9.2 Alimentación Eléctrica

El LED debe ser alimentado por una fuente de corriente constante, no una fuente de voltaje constante, para garantizar una salida de luz estable y prevenir la fuga térmica. El controlador debe diseñarse para:

- Proporcionar la corriente requerida (ej., 1000mA para brillo completo).

- Acomodar el rango de grupos de voltaje directo (2.95V a 4.35V) para garantizar una regulación de corriente adecuada en todas las unidades.

- Para aplicaciones de flash, proporcionar la corriente pico alta (hasta 1500mA bajo condiciones de pulso especificadas) con un control apropiado del ancho de pulso y ciclo de trabajo.

9.3 Integración Óptica

El patrón de radiación Lambertiano y el ángulo de visión de 120 grados lo hacen adecuado para aplicaciones que requieren una iluminación amplia. Para haces enfocados (ej., linterna), se requerirán ópticas secundarias (lentes o reflectores). El desplazamiento del centro óptico del centro geométrico del paquete debe tenerse en cuenta en alineaciones ópticas precisas.

10. Comparación y Guía de Selección

Al seleccionar este LED, compare sus parámetros clave con los requisitos de la aplicación:

- Flujo Luminoso y Eficiencia:160 lm @ 1A y 45 lm/W son competitivos para su tamaño de paquete y época de la hoja de datos. Los LEDs más nuevos pueden ofrecer mayor eficacia.

- Temperatura de Color:La CCT típica de 5700K es un blanco frío estándar. La disponibilidad de grupos de 4500K a 7000K ofrece flexibilidad.

- Tamaño del Paquete:La huella de 2.04x1.64mm es compacta, adecuada para diseños con espacio limitado como teléfonos móviles.

- Corriente de Alimentación:Su rendimiento se caracteriza a 1000mA, que es una corriente de alimentación común para LEDs de flash de alta potencia. La capacidad de manejar pulsos de 1500mA es una ventaja clave para aplicaciones de flash sobre LEDs clasificados solo para corrientes más bajas.

- Rendimiento Térmico:La resistencia térmica unión-pata de 10 °C/W requiere un diseño térmico cuidadoso. Compare este valor con alternativas; un número más bajo indica un paquete mejor para transferir calor.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de alimentación de 3.3V?

R: Depende del grupo de voltaje directo de su LED específico y de la corriente deseada. Para una alimentación de 1000mA, el V_Fvaría de 2.95V a 4.35V. Una fuente de 3.3V solo sería suficiente para LEDs en los grupos de V_Fmás bajos (ej., 2932) y requeriría un controlador de corriente constante con muy baja caída de voltaje. Una fuente de voltaje más alto (ej., 5V) con un regulador de corriente es más confiable.

P: ¿Cómo logro los 160 lúmenes nominales en mi aplicación?

R: Debe alimentar el LED a 1000mA CC o una corriente pulsada equivalente mientras mantiene la temperatura de la almohadilla de soldadura en o cerca de 25°C. En una aplicación real con temperatura ambiente más alta y disipación de calor limitada, la salida de luz será menor debido a la reducción térmica y la caída de eficiencia.

P: ¿Cuál es la diferencia entre las condiciones de prueba de 1000mA y 1500mA?

R: La condición de 1000mA se usa para caracterizar el rendimiento típico (flujo, V_F, CCT). La especificación de 1500mA es para pulsos de corta duración (máx. 50ms, 10% ciclo de trabajo), típico para operación de flash de cámara. Las pruebas de fiabilidad se realizaron de manera diferente: las pruebas de 1500mA usaron una MCPCB para un mejor enfriamiento, mientras que las pruebas de 1000mA usaron FR4.

P: ¿Por qué la tolerancia del ángulo de visión es de ±5 grados?

R: Esta tolerancia considera las variaciones menores en la colocación del chip, el recubrimiento de fósforo y la geometría de la lente durante la fabricación, que pueden alterar ligeramente el patrón de radiación.

12. Ejemplos de Diseño y Casos de Uso

12.1 Flash de Cámara para Teléfono Móvil

Escenario:Diseñar un flash de un solo LED para la cámara de un smartphone.

Implementación:

1. Circuito de Alimentación:Utilice un CI controlador de flash LED dedicado capaz de entregar pulsos de 1500mA con un control estricto del ancho de pulso (ej., 400ms máx. para luz de asistencia para foto fija). El controlador debe tener un convertidor elevador de alto voltaje para generar suficiente voltaje (ej., >5V) para cubrir el V_F bin.

2. Gestión Térmica:El LED debe montarse en una almohadilla térmica dedicada en la PCB, conectada a planos de tierra internos o a un marco metálico intermedio para dispersar el calor. El ciclo de trabajo del flash debe ser limitado por software para prevenir sobrecalentamiento.

3. Óptica:Se coloca una lente de plástico o guía de luz sobre el LED para difundir la luz y reducir puntos calientes, alineando el centro óptico desplazado con el eje de la lente.

12.2 Luz de Video Portátil

Escenario:Una luz de linterna encendida constantemente para una cámara de video digital.

Implementación:

1. Circuito de Alimentación:Un controlador de corriente constante configurado a 350mA (la especificación máxima CC) o menos para priorizar la eficiencia y la longevidad. Se puede usar un regulador lineal simple o un convertidor conmutado.

2. Gestión Térmica:Se adjunta un pequeño disipador de calor de aluminio al área de la PCB detrás del LED. La carcasa debe permitir cierta circulación de aire.

3. Óptica:Un reflector poco profundo o una lente esmerilada crea un haz amplio y uniforme adecuado para iluminación de video.

13. Principios Técnicos

El EHP-C04 es un LED blanco convertido por fósforo. El principio fundamental implica un chip semiconductor hecho de Nitruro de Galio e Indio (InGaN) que emite luz azul cuando la corriente eléctrica pasa a través de él (electroluminiscencia). Esta luz azul es parcialmente absorbida por una capa de fósforo de granate de aluminio e itrio dopado con cerio (YAG:Ce) que recubre el chip. El fósforo convierte algunos de los fotones azules a longitudes de onda más largas, principalmente en la región amarilla. La mezcla de la luz azul restante y la luz amarilla emitida 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). El paquete compacto integra el chip, el fósforo y una lente primaria de silicona que da forma al patrón de radiación inicial.

14. Contexto y Tendencias de la Industria

Esta hoja de datos, con fecha de lanzamiento 2015, representa una generación madura de LEDs blancos de alta potencia. En ese momento, una eficacia de 45 lm/W a 1A de corriente de alimentación era competitiva para su clase de paquete. Las tendencias clave de la industria desde entonces que los diseñadores deben considerar al evaluar esta pieza para nuevos diseños incluyen:

- Mayor Eficacia:Los LEDs blancos de alta potencia modernos pueden superar los 150-200 lm/W, reduciendo significativamente el consumo de energía y la carga térmica para la misma salida de luz.

- Mejor Calidad de Color:Los LEDs más nuevos a menudo ofrecen valores de Índice de Reproducción Cromática (CRI) más altos y un control más consistente del punto de color entre grupos.

- Embalaje Avanzado:Las tendencias incluyen paquetes a escala de chip (CSP) sin marco de pistas, que pueden ofrecer un mejor rendimiento térmico y un tamaño más pequeño. También, paquetes diseñados para mayor densidad de corriente y mejor extracción de luz.

- Soluciones Integradas:Para aplicaciones como flash de cámara, los LEDs se integran cada vez más con controladores, sensores y ópticas en módulos completos.

- Fiabilidad y Vida Útil:Mientras que este LED garantiza menos del 30% de depreciación del lumen después de 1000 horas, los productos más nuevos a menudo citan vidas útiles L70 o L90 (tiempo hasta el 70% o 90% de la salida de luz inicial) de decenas de miles de horas bajo condiciones específicas.

Al seleccionar componentes, los ingenieros deben sopesar la fiabilidad probada y el costo de piezas establecidas como el EHP-C04 frente a los beneficios de rendimiento de las nuevas generaciones, considerando los requisitos específicos y el ciclo de vida de su producto.