Ficha Técnica LED 3020 de Potencia Media - Dimensiones 3.0x2.0mm - Voltaje 6.6V - Potencia 0.5W - Blanco Frío/Neutro/Cálido - Documentación Técnica en Español

Descripción General del Producto

La serie 3020 representa una solución de LED de potencia media diseñada para aplicaciones de iluminación general, ofreciendo un equilibrio óptimo entre eficacia luminosa, rentabilidad y fiabilidad. Alojado en un encapsulado de compuesto epoxi moldeado mejorado térmicamente (EMC), este LED está diseñado para ofrecer un rendimiento consistente en una huella compacta de 3.0mm x 2.0mm. La serie se caracteriza por sus altos ratios de lúmenes por vatio y lúmenes por dólar, lo que la convierte en una opción atractiva para diseños de iluminación sensibles al coste pero orientados al rendimiento.

El posicionamiento central de este producto se encuentra dentro de los mercados de iluminación general para reformas y nuevas construcciones, incluyendo aplicaciones interiores y exteriores. Sus principales ventajas provienen del material de encapsulado EMC, que ofrece una gestión térmica superior en comparación con los plásticos tradicionales, permitiendo corrientes de accionamiento más altas y una mayor longevidad. El LED está clasificado para una potencia nominal de 0.5W pero puede ser accionado hasta 0.8W bajo condiciones térmicas apropiadas, proporcionando flexibilidad de diseño.

El mercado objetivo abarca una amplia gama de segmentos de iluminación: reemplazos directos de lámparas incandescentes y fluorescentes tradicionales en proyectos de reforma, fuentes de luz primaria para iluminación general residencial y comercial, retroiluminación para señalización, e iluminación arquitectónica o decorativa donde la calidad del color y la fiabilidad son primordiales.

Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Características Fotométricas y de Color

El rendimiento electro-óptico se especifica bajo condiciones estándar de prueba de 25°C de temperatura ambiente y 60% de humedad relativa a una corriente de accionamiento de 80mA. La familia de productos ofrece opciones de Temperatura de Color Correlacionada (CCT) que abarcan desde Blanco Cálido (2725K) hasta Blanco Frío (7040K), detalladas en la tabla de selección de productos. Todas las variantes mantienen un Índice de Reproducción Cromática (IRC o Ra) mínimo de 80, garantizando una buena fidelidad de color para iluminación general. Los valores típicos de flujo luminoso oscilan entre 54 lúmenes y 66 lúmenes a 80mA, dependiendo del bin de CCT. Es fundamental tener en cuenta las tolerancias de medición indicadas: ±7% para el flujo luminoso y ±2 para el IRC. La CCT se deriva del diagrama de cromaticidad CIE 1931.

Parámetros Eléctricos y Térmicos

Los parámetros eléctricos clave definen el rango operativo del LED. El voltaje directo típico (VF) es de 6.6V a 80mA, con una tolerancia de ±0.1V. La corriente directa máxima absoluta es de 120mA, con una clasificación de corriente pulsada (IFP) de 200mA para pulsos ≤100µs y un ciclo de trabajo ≤1/10. La disipación de potencia máxima (PD) se especifica como 816mW. La capacidad de soportar voltaje inverso (VR) es de 5V.

El rendimiento térmico es crucial para la fiabilidad. La resistencia térmica desde la unión hasta el punto de soldadura (RθJ-SP) es típicamente de 21°C/W. Este parámetro vincula directamente la temperatura de unión en funcionamiento con la temperatura de la placa. La temperatura máxima permitida de la unión (Tj) es de 115°C. El dispositivo presenta un amplio ángulo de visión (2θ1/2) de 110 grados, proporcionando una distribución de luz amplia y uniforme. La protección contra descargas electrostáticas (ESD) cumple con el Modelo de Cuerpo Humano (HBM) hasta 1000V.

Límites Absolutos Máximos

El cumplimiento de los Límites Absolutos Máximos es innegociable para la fiabilidad del dispositivo. Exceder estos límites puede causar daños permanentes. Los límites son: Corriente Directa (IF): 120mA; Corriente Directa Pulsada (IFP): 200mA; Disipación de Potencia (PD): 816mW; Voltaje Inverso (VR): 5V; Temperatura de Operación (Topr): -40°C a +85°C; Temperatura de Almacenamiento (Tstg): -40°C a +85°C; Temperatura de Unión (Tj): 115°C; Temperatura de Soldadura (Tsld): 230°C o 260°C durante 10 segundos (dependiendo del perfil de reflujo).

Explicación del Sistema de Binning

Binning de Color / CCT

Los LEDs se clasifican en bins de color precisos para garantizar la consistencia dentro de un luminario. La estructura de binning para las coordenadas de color sigue un sistema elíptico en el diagrama de cromaticidad CIE 1931. Cada bin (por ejemplo, 27M5, 30M5) se define por un punto central (coordenadas x, y), un semieje mayor (a), un semieje menor (b) y un ángulo de rotación (Φ). El sistema está alineado con los requisitos del programa Energy Star para el rango de 2600K a 7000K. La incertidumbre de medición para las coordenadas de color es de ±0.007. Este binning estricto minimiza las diferencias de color visibles entre LEDs individuales en una matriz.

Binning de Flujo Luminoso

Para gestionar la uniformidad del brillo, los LEDs también se clasifican según su salida de flujo luminoso a 80mA. El flujo se categoriza en códigos (E7, E8, E9, F1), cada uno representando un rango específico de lúmenes (por ejemplo, E8: 58-62 lm, E9: 62-66 lm, F1: 66-70 lm). El bin de flujo aplicable para un LED dado depende de su bin de color. Este binning bidimensional (color y flujo) permite a los diseñadores seleccionar LEDs que coincidan tanto con los requisitos de cromaticidad como de brillo de su aplicación.

Binning de Voltaje Directo

El voltaje directo se clasifica en tres bins para ayudar en el diseño del driver y en la igualación de corriente en cadenas paralelas. Los bins son: Código C (5.5V - 6.0V), Código D (6.0V - 6.5V) y Código E (6.5V - 7.0V), medidos a 80mA con una tolerancia de ±0.1V. Seleccionar LEDs del mismo bin de voltaje puede ayudar a garantizar una distribución de corriente y un rendimiento térmico más uniformes en sistemas multi-LED.

Análisis de Curvas de Rendimiento

La ficha técnica proporciona varios gráficos clave para el análisis de diseño. La gráfica de Distribución Espectral Relativa muestra el espectro de emisión, típico de un LED blanco convertido por fósforo, con un pico de bombeo azul y una amplia emisión amarilla del fósforo. La Distribución del Ángulo de Visión confirma el patrón de emisión tipo Lambertiano con el semiángulo de 110 grados.

Las Características de Corriente Directa son críticas. La curva IF vs. Flujo Luminoso Relativo muestra que la salida de luz aumenta sub-linealmente con la corriente, con la eficacia típicamente disminuyendo a corrientes más altas debido al aumento de calor y al "droop". La curva Voltaje Directo vs. Corriente Directa (IV) es esencial para el diseño del driver, mostrando la relación exponencial V-I del diodo.

Las características de temperatura son vitales para el rendimiento en el mundo real. La gráfica de Temperatura Ambiente (Ta) vs. Flujo Luminoso Relativo ilustra la depreciación de la salida de luz a medida que aumenta la temperatura ambiente (y, en consecuencia, la de la unión). La curva Ta vs. Voltaje Directo muestra el coeficiente de temperatura negativo del VF. La gráfica de Temperatura de Unión que representa Ta frente al flujo relativo y al voltaje directo aclara aún más estas dependencias térmicas. Quizás lo más importante, la curva de reducción de Corriente Directa Máxima vs. Temperatura Ambiente dicta la corriente operativa segura máxima a temperaturas ambientales elevadas para evitar superar la Tj máxima de 115°C.

El Diagrama de Cromaticidad CIE representa visualmente los bins de color (27M5, 30M5, etc.) como elipses sobre el locus del cuerpo negro, proporcionando una referencia clara para la selección de color y los límites del binning.

Información Mecánica y de Empaquetado

El LED utiliza un encapsulado de dispositivo de montaje superficial (SMD) con dimensiones de aproximadamente 3.0mm de largo y 2.0mm de ancho. El dibujo mecánico proporciona dimensiones detalladas, incluyendo el espaciado de las almohadillas, la altura del componente y la geometría de las almohadillas de soldadura. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia no definida de ±0.2mm. El dibujo se presenta a escala 1:1 para una referencia precisa. El encapsulado cuenta con dos terminales de ánodo y dos de cátodo, facilitando la formación de una junta de soldadura robusta y una mejor conducción térmica a la PCB. La polaridad está claramente marcada en el propio encapsulado, típicamente con un indicador de cátodo como una muesca o una marca verde.

Directrices de Soldadura y Montaje

El componente es adecuado para procesos de soldadura por reflujo sin plomo. La temperatura máxima de soldadura se especifica como 230°C o 260°C de pico durante una duración de 10 segundos, dependiendo del perfil de reflujo específico utilizado (por ejemplo, soldadura SnAgCu). Es imperativo seguir un perfil de reflujo recomendado con tasas controladas de calentamiento y enfriamiento para minimizar el choque térmico y evitar grietas o delaminación del encapsulado. El nivel de sensibilidad a la humedad (MSL) no se indica explícitamente en el contenido proporcionado, pero para encapsulados EMC, generalmente se recomienda hornear los componentes si han estado expuestos a condiciones ambientales durante períodos prolongados antes del reflujo para evitar el efecto "palomita de maíz". El almacenamiento debe ser en un entorno seco y controlado dentro del rango de temperatura especificado de -40°C a +85°C.

Recomendaciones de Aplicación

Escenarios de Aplicación Típicos

• Retrofit Lamps: Ideal for LED bulbs and tubes designed to replace incandescent, halogen, or fluorescent lamps, leveraging its efficacy and cost structure.
• General Lighting: Suitable for downlights, panel lights, troffers, and other fixtures in residential, office, and commercial spaces.
• Signage and Backlighting: Effective for indoor and outdoor sign illumination due to its good color rendering and reliability.
• Architectural/Decorative Lighting: Can be used in coves, shelves, and accent lighting where consistent color and smooth beam are important.

Consideraciones de Diseño

• Thermal Management: The 21°C/W thermal resistance necessitates an effective PCB thermal design. Use of metal-core PCBs (MCPCBs) or thermally enhanced FR4 with sufficient copper area is recommended to keep the solder point temperature low, thereby maintaining light output, color stability, and long-term reliability.
• Current Driving: While rated up to 120mA, operating at or below 80mA is typical for balancing efficacy, lifetime, and thermal load. Use a constant-current LED driver for stable operation.
• Optics: The 110-degree viewing angle is quite broad. Secondary optics (lenses, reflectors) may be required to achieve specific beam patterns.
• Binning Selection: For multi-LED fixtures, specify tight color and flux bins (e.g., within a single ellipse code) to ensure visual uniformity. Consider voltage binning if LEDs are placed in parallel strings.

Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs de potencia media tradicionales en encapsulados de PPA (Poliftalamida) o PCT (Tereftalato de Policiclohexilenodimetileno), el diferenciador clave de esta serie 3020 EMC es su rendimiento térmico superior. El material EMC tiene una mayor conductividad térmica y puede soportar temperaturas de unión más altas sin amarillear o degradarse. Esto permite:

• Higher Drive Capability: Ability to be driven at higher currents (up to 0.8W) while maintaining reliability.
• Improved Lumen Maintenance: Better resistance to lumen depreciation (L70, L90) over time due to reduced thermal stress on the phosphor and die.
• Longer Lifespan: The enhanced thermal path slows the rate of internal degradation mechanisms.
• Cost-Effectiveness: Provides a performance level closer to high-power LEDs but at a mid-power price point and with simpler drive requirements.

Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

Q: What is the actual power consumption at the typical operating point?
A: At the test condition of 80mA and a typical VF of 6.6V, the power consumption is 0.528W (80mA * 6.6V).

Q: How does light output change with temperature?
A: Luminous flux decreases as junction temperature increases. The derating curve (Fig. 6) quantifies this relationship. Proper heatsinking is essential to minimize output loss in warm environments.

Q: Can I drive this LED at 120mA continuously?
A: While 120mA is the absolute maximum rating, continuous operation at this current requires exceptional thermal management to keep the junction temperature below 115°C. For most designs, operating at or below 80-100mA is recommended for optimal lifetime and efficacy.

Q: What is the difference between the "Typ." and "Min." luminous flux values?
A: The "Typical" value represents the average or expected output for that bin. The "Minimum" value is the lowest output guaranteed for LEDs sorted into that specific flux bin code (e.g., E9). Designers should use the minimum value for conservative system lumen calculations.

Q: How do I interpret the color bin code, e.g., '30M5'?
A: The code defines a specific ellipse on the CIE chart. The first two digits often relate to the CCT (e.g., '30' approximates 3000K nominal), while the letter and number define the ellipse size and position relative to the black-body locus. Refer to Table 5 for the exact center coordinates and ellipse parameters.

Estudio de Caso de Diseño y Uso

Scenario: Designing a 1200lm LED Panel Light for Office Use.
A designer targets a 600mm x 600mm panel light with a neutral white color (4000K, CRI >80) and an efficacy of 100 lm/W. Using the 3020 LED from the 40M5 color bin with a typical flux of 66 lm at 80mA (0.528W), the single-LED efficacy is approximately 125 lm/W. To achieve 1200lm, approximately 19 LEDs are needed (1200 lm / 66 lm per LED). Allowing for system losses (optics, thermal), 24 LEDs might be used in a 6x4 array.

Los LEDs se montarían en una placa de circuito impreso de aluminio (MCPCB). La potencia total del sistema sería aproximadamente de 24 * 0.528W = ~12.7W. Se seleccionaría un driver de corriente constante que entregue 80mA con un rango de voltaje que cubra 24 LEDs en serie (24 * ~6.6V = ~158V). Se realizaría una simulación térmica para asegurar que el diseño de la MCPCB mantenga la temperatura del punto de soldadura del LED lo suficientemente baja para mantener >90% de la salida de lúmenes inicial a la temperatura operativa nominal del luminario. Al especificar todos los LEDs del bin de color 40M5 y un solo bin de flujo (por ejemplo, F1), se lograría una excelente uniformidad de color y brillo en todo el panel.

Introducción al Principio de Funcionamiento

Este es un LED blanco convertido por fósforo. El funcionamiento fundamental implica un chip semiconductor, típicamente hecho de nitruro de galio e indio (InGaN), que emite luz azul cuando está polarizado en directa (electroluminiscencia). Esta luz azul es parcialmente absorbida por una capa de fósforo de granate de itrio y aluminio dopado con cerio (YAG:Ce) depositada sobre el chip. El fósforo convierte una parte de los fotones azules en un amplio espectro de luz amarilla. La combinación de la luz azul restante y la luz amarilla emitida resulta en la percepción de luz blanca. La Temperatura de Color Correlacionada (CCT) exacta se controla variando la composición y el grosor del fósforo. El encapsulado EMC sirve para proteger el delicado dado semiconductor y el fósforo, proporcionar estructura mecánica y, lo más importante, ofrecer una ruta primaria para la conducción de calor desde la unión hacia las almohadillas de soldadura y la placa de circuito impreso.

Tendencias Tecnológicas

El segmento de LEDs de potencia media, particularmente con encapsulado EMC, continúa evolucionando. Las tendencias clave observables en este producto y en el mercado en general incluyen:

• Increased Efficacy: Ongoing improvements in internal quantum efficiency of the blue die and phosphor conversion efficiency drive higher lm/W outputs.
• Enhanced Color Quality: Beyond CRI (Ra), there is a focus on improving metrics like R9 (saturated red) and TM-30 (Rf, Rg) for better color rendition, especially in retail and museum lighting.
• Higher Power Density: Packages like the 3020 are being driven harder (e.g., 0.8W) while maintaining reliability, blurring the line between mid-power and high-power segments.
• Improved Thermal Materials: Development of EMC compounds with even higher thermal conductivity and better resistance to harsh environments (UV, humidity).
• Miniaturization and Integration: The drive for smaller, denser light sources for applications like automotive lighting and ultra-slim fixtures.
• Smart and Tunable Lighting: While this is a static white LED, the industry is moving towards LEDs that can dynamically adjust CCT and intensity, often requiring more complex multi-chip or phosphor designs.

El LED EMC 3020 se sitúa firmemente dentro de estas tendencias, ofreciendo una plataforma térmicamente robusta, eficiente y rentable para la generación actual de soluciones de iluminación general.