Tabla de Contenidos
- 1. Descripción General del Producto
- 2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos
- 2.1 Límites Absolutos Máximos
- 2.2 Características Electro-Ópticas
- 3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)
- 3.1 Clasificación del Índice de Reproducción Cromática (CRI)
- 3.2 Clasificación del Flujo Luminoso
- 3.3 Clasificación de la Tensión Directa (VF)
- 3.4 Clasificación de la Cromaticidad (Color)
- 4. Análisis de Curvas de Rendimiento
- 4.1 Desplazamiento de Tensión Directa vs. Temperatura de Unión (Fig. 1)
- 4.2 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Fig. 2)
- 4.3 Flujo Luminoso Relativo vs. Temperatura de Unión (Fig. 3)
- 4.4 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Fig. 4)
- 4.5 Corriente de Conducción Máxima vs. Temperatura de Soldadura (Fig. 5)
- 4.6 Diagrama de Radiación (Fig. 6)
- 4.7 Distribución Espectral
- 5. Guías de Aplicación y Consideraciones de Diseño
- 5.1 Conducción Eléctrica
- 5.2 Gestión Térmica
- 5.3 Integración Óptica
- 6. Comparación y Diferenciación
- 7. Preguntas Frecuentes (FAQs)
- 7.1 ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de tensión constante?
- 7.2 ¿Qué significa la designación "U6" en el número de pieza?
- 7.3 La hoja de datos indica un R9 mínimo de 0. ¿Qué implica esto para la calidad del color?
- 7.4 ¿Cuántos LEDs puedo conectar en serie?
- 8. Ejemplo Práctico de Diseño
1. Descripción General del Producto
La serie 67-22ST representa una familia de LEDs SMD (Dispositivo de Montaje Superficial) de potencia media encapsulados en el factor de forma estándar de la industria PLCC-2 (Portador de Chip Plástico con Pines). Estos componentes están diseñados para ofrecer una salida de luz blanca de alta eficacia, lo que los hace adecuados para un amplio espectro de aplicaciones de iluminación general y decorativa. La filosofía de diseño central se centra en lograr un equilibrio óptimo entre rendimiento luminoso, eficiencia energética, fiabilidad y rentabilidad.
El LED utiliza tecnología de chip InGaN (Nitruro de Galio e Indio) encapsulada en una resina transparente. Esta combinación es responsable de generar la emisión de luz blanca. El encapsulado se caracteriza por una huella compacta y un amplio ángulo de visión, típicamente de 120 grados, lo que facilita una distribución de luz uniforme. Una característica clave de esta serie es su conformidad con los estándares ambientales y de seguridad modernos, incluida la ausencia de plomo (Pb-free), cumplimiento RoHS, cumplimiento REACH y cumplimiento de los requisitos libres de halógenos (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm).
Los mercados objetivo principales para este LED incluyen iluminación ambiental general, iluminación decorativa y arquitectónica, iluminación para espectáculos, retroiluminación para indicadores y diversas tareas de iluminación donde se requiere luz blanca de alta calidad y consistente. Su factor de forma y parámetros de rendimiento se alinean bien con la integración en tiras LED, módulos, paneles de luz y bombillas de reemplazo.
2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos
Esta sección proporciona un desglose detallado de los parámetros críticos que definen los límites operativos y el rendimiento del LED en condiciones estándar (Tpunto de soldadura = 25°C).
2.1 Límites Absolutos Máximos
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 en un diseño fiable.
- Corriente Directa (IF):180 mA (Continua).
- Corriente Directa de Pico (IFP):300 mA (Pulsada, Ciclo de Trabajo 1/10, Ancho de Pulso 10ms). Este valor es crucial para diseños que involucran atenuación por PWM (Modulación por Ancho de Pulso).
- Disipación de Potencia (Pd):522 mW. Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar sin exceder sus límites térmicos.
- Temperatura de Operación (Topr):-40°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para operar en un amplio rango de temperatura ambiente.
- Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +100°C.
- Resistencia Térmica (RθJ-S):21 °C/W (Unión al Punto de Soldadura). Este es un parámetro crítico para el diseño de gestión térmica. Indica que por cada vatio de potencia disipada, la temperatura de unión aumentará 21°C por encima de la temperatura del punto de soldadura.
- Temperatura Máxima de Unión (Tj):115°C. La unión del semiconductor no debe exceder esta temperatura.
- Temperatura de Soldadura:La soldadura por reflujo se especifica a 260°C durante un máximo de 10 segundos. Se permite soldadura manual a 350°C durante un máximo de 3 segundos. Estos límites deben cumplirse estrictamente durante el ensamblaje de la PCB.
Nota Importante:Estos LEDs son sensibles a las Descargas Electroestáticas (ESD). Deben seguirse los procedimientos adecuados de manipulación ESD (uso de pulseras conectadas a tierra, alfombras conductoras, etc.) durante el ensamblaje y manipulación.
2.2 Características Electro-Ópticas
Estos parámetros definen el rendimiento típico del LED cuando se opera a su corriente directa nominal de 65mA.
- Flujo Luminoso (Φ):La salida luminosa mínima varía según la variante del producto (Temperatura de Color Correlacionada - CCT), oscilando entre 36 lm y 39 lm como se indica en la tabla de producción en masa. Se aplica una tolerancia típica de ±11%.
- Tensión Directa (VF):El valor máximo es de 2.9V a 65mA, con una tolerancia típica de ±0.1V. La VF real se clasifica (ver Sección 3).
- Índice de Reproducción Cromática (CRI - Ra):El valor mínimo es 80 para el código de clasificación "K", con una tolerancia de ±2. El valor R9 (saturación del rojo) se especifica como un mínimo de 0.
- Ángulo de Visión (2θ1/2):Típicamente 120 grados. Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor máximo.
- Eficacia Luminosa:La eficacia típica es de hasta 225 lm/W para variantes específicas (ej., 4000K, 5000K), calculada bajo la condición de corriente directa de 65mA.
- Corriente Inversa (IR):Máximo de 50 µA cuando se aplica una tensión inversa (VR) de 5V.
3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)
Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los LEDs se clasifican en lotes (bins). La serie 67-22ST utiliza un sistema de clasificación integral para parámetros clave.
3.1 Clasificación del Índice de Reproducción Cromática (CRI)
El número de producto incluye un código para el CRI. Para esta serie, se utiliza el código "K", que corresponde a un CRI (Ra) mínimo de 80.
3.2 Clasificación del Flujo Luminoso
El flujo luminoso se clasifica según la CCT del LED. El código de lote (ej., 36L2, 39L2) define un rango mínimo y máximo de flujo en lúmenes.
- 2700K:Los lotes incluyen 36L2 (36-38 lm), 38L2 (38-40 lm), 40L2 (40-42 lm).
- 3000K/3500K:Los lotes incluyen 38L2 (38-40 lm), 40L2 (40-42 lm), 42L2 (42-44 lm).
- 4000K/5000K/5700K/6500K:Los lotes incluyen 39L2 (39-41 lm), 41L2 (41-43 lm), 43L2 (43-45 lm).
La tolerancia en el flujo luminoso es de ±11%.
3.3 Clasificación de la Tensión Directa (VF)
La tensión directa se agrupa y clasifica para ayudar en el diseño de circuitos para una conducción de corriente consistente. El código de lote es parte del número de producto (ej., "29" en 5M403929U6).
- Grupo 2629:Este grupo incluye los lotes 26A (2.6-2.7V), 27A (2.7-2.8V) y 28A (2.8-2.9V). El ejemplo de número de producto utiliza el límite superior de este grupo, 2.9V máx.
La tolerancia en la tensión directa es de ±0.1V.
3.4 Clasificación de la Cromaticidad (Color)
Los LEDs se clasifican dentro de una elipse MacAdam de 5 pasos para cada Temperatura de Color Correlacionada (CCT). Esto garantiza que todos los LEDs de la misma CCT pedida (2700K, 3000K, 3500K, 4000K, 5000K, 5700K, 6500K) parecerán visualmente consistentes en color, ya que caen dentro de un área muy pequeña en el diagrama de cromaticidad CIE 1931. La tabla proporcionada enumera las coordenadas objetivo Cx, Cy y los parámetros de la elipse (a, b, theta) para cada paso de CCT. La tolerancia para las coordenadas de cromaticidad es de ±0.01.
4. Análisis de Curvas de Rendimiento
La hoja de datos proporciona varios gráficos que ilustran la relación entre parámetros clave. Comprender estos es vital para un diseño de sistema robusto.
4.1 Desplazamiento de Tensión Directa vs. Temperatura de Unión (Fig. 1)
Esta curva muestra que la tensión directa (VF) del LED disminuye linealmente a medida que aumenta la temperatura de unión (Tj). Esta es una característica de los diodos semiconductores. Para el diseño de gestión térmica o de conducción a corriente constante, este coeficiente de temperatura negativo debe considerarse para evitar la fuga térmica si se utiliza una fuente de tensión constante.
4.2 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Fig. 2)
La salida de luz no es proporcional linealmente a la corriente. Si bien la salida aumenta con la corriente, la relación tiende a ser sub-lineal a corrientes más altas debido a la caída de eficiencia y al aumento de los efectos térmicos. Operar significativamente por encima de los 65mA nominales producirá rendimientos decrecientes en la salida de luz por vatio y generará más calor.
4.3 Flujo Luminoso Relativo vs. Temperatura de Unión (Fig. 3)
Esta es una de las curvas más críticas. Demuestra la reducción en la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de unión del LED. Las altas temperaturas de unión conducen directamente a una menor eficacia (lúmenes por vatio) y a una depreciación acelerada del lumen (vida útil más corta). Un disipador de calor efectivo es primordial para mantener el rendimiento y la longevidad.
4.4 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Fig. 4)
Esta es la clásica curva I-V (Corriente-Tensión) para un diodo. Muestra la relación exponencial. Para un driver de corriente constante ajustado a 65mA, la tensión a través del LED será aproximadamente de 2.9V o menos, dependiendo del lote específico de VF y la temperatura.
4.5 Corriente de Conducción Máxima vs. Temperatura de Soldadura (Fig. 5)
Este gráfico define la reducción de la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura en el punto de soldadura (Ts). A medida que Ts aumenta, la corriente de operación segura máxima debe reducirse para evitar que la temperatura de unión exceda su límite de 115°C. Este gráfico es esencial para diseñar aplicaciones que operan en altas temperaturas ambientales.
4.6 Diagrama de Radiación (Fig. 6)
Este gráfico polar representa visualmente la distribución espacial de la intensidad luminosa. El 67-22ST exhibe un patrón de distribución Lambertiano o casi Lambertiano, típico de los paquetes PLCC con lente de domo, lo que resulta en el amplio ángulo de visión de 120 grados.
4.7 Distribución Espectral
La hoja de datos incluye un gráfico de distribución espectral de potencia (longitud de onda vs. intensidad relativa). Esto muestra el perfil de emisión del LED a través del espectro visible. Para los LEDs blancos, esto es típicamente un pico azul (del chip InGaN) combinado con una emisión de fósforo amarillo más amplia. La forma de esta curva influye directamente en el Índice de Reproducción Cromática (CRI) y en la calidad percibida de la luz blanca.
5. Guías de Aplicación y Consideraciones de Diseño
5.1 Conducción Eléctrica
La Conducción a Corriente Constante es Obligatoria:Los LEDs son dispositivos controlados por corriente. Se recomienda encarecidamente un driver de corriente constante (CC) para garantizar una salida de luz estable y prevenir la fuga térmica. La corriente de conducción nominal es de 65mA. Si bien el máximo absoluto es de 180mA, operar por encima de la corriente nominal reducirá la eficacia y la vida útil. Para la atenuación, el PWM (Modulación por Ancho de Pulso) es el método preferido, ya que mantiene la consistencia del color.
5.2 Gestión Térmica
Este es el factor más importante para la fiabilidad y el rendimiento.
- Disipador de Calor:La PCB debe actuar como un disipador de calor efectivo. Utilice una placa con suficiente área de cobre (vertedero de cobre) conectada a la almohadilla térmica del LED (puntos de soldadura).
- Ruta Térmica:Minimice la resistencia térmica desde la unión del LED al ambiente. La RθJ-S de 21°C/W es la resistencia desde la unión al punto de soldadura de su placa. Debe añadir la resistencia desde la placa al ambiente.
- Cálculo:Estime Tj usando: Tj = Ts + (Pd * RθJ-S), donde Ts es la temperatura medida en el punto de soldadura en la PCB. Asegúrese de que Tj permanezca muy por debajo de 115°C en todas las condiciones de operación.
5.3 Integración Óptica
El amplio ángulo de haz de 120 grados es adecuado para aplicaciones que requieren iluminación difusa y uniforme. Para haces más enfocados, se requerirán ópticas secundarias (lentes, reflectores). El encapsulado de resina transparente es compatible con la mayoría de los materiales ópticos comunes.
6. Comparación y Diferenciación
La serie 67-22ST se posiciona dentro del competitivo mercado de LEDs de potencia media a través de varios atributos clave:
- Rendimiento Equilibrado:Ofrece una fuerte combinación de eficacia (hasta 225 lm/W típ.), buen CRI (80 mín.) y un amplio rango de CCT, lo que lo convierte en un componente versátil de propósito general.
- Encapsulado Estandarizado:El paquete PLCC-2 es ubicuo, lo que garantiza una amplia compatibilidad con los procesos de fabricación existentes, equipos de pick-and-place y sistemas ópticos.
- Clasificación Integral:La clasificación detallada para flujo, tensión y cromaticidad (elipse MacAdam de 5 pasos) proporciona a los diseñadores la previsibilidad necesaria para una calidad de producto final consistente, especialmente en matrices de múltiples LEDs.
- Cumplimiento Ambiental:El cumplimiento total con los estándares RoHS, REACH y libres de halógenos prepara los diseños para el futuro en mercados globales con regulaciones estrictas.
7. Preguntas Frecuentes (FAQs)
7.1 ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de tensión constante?
No es recomendable. El coeficiente de temperatura negativo de VF puede conducir a una fuga térmica si se alimenta con una tensión constante. Un driver de corriente constante es esencial para una operación estable y segura.
7.2 ¿Qué significa la designación "U6" en el número de pieza?
"U6" es el índice de corriente directa, que especifica la corriente directa de operación nominal (IF) de 65mA.
7.3 La hoja de datos indica un R9 mínimo de 0. ¿Qué implica esto para la calidad del color?
Un valor R9 de 0 indica que este LED no garantiza una reproducción mejorada de los tonos rojo intenso. Si bien cumple con el requisito general de CRI Ra de 80+, las aplicaciones donde la reproducción precisa de los rojos es crítica (ej., iluminación minorista para carne o productos agrícolas) pueden requerir LEDs con un valor R9 especificado más alto (ej., >50).
7.4 ¿Cuántos LEDs puedo conectar en serie?
El número depende del rango de cumplimiento de tensión de salida de su driver. Con una VF máxima de 2.9V por LED a 65mA, un driver de 24V podría teóricamente alimentar alrededor de 8 LEDs en serie (8 * 2.9V = 23.2V), dejando cierto margen. Siempre tenga en cuenta las tolerancias de tensión y los efectos de la temperatura.
8. Ejemplo Práctico de Diseño
Escenario:Diseñar un módulo LED lineal para iluminación bajo gabinete con 10 LEDs, CCT 4000K, alimentados a 65mA.
- Selección de Pieza:Elija 67-22ST/KKX-5M403929U6/2T. Esto especifica: CRI 80+ (K), CCT 4000K (4039), Flujo Mín. 39 lm (39), VF Máx. 2.9V (29), Corriente 65mA (U6).
- Diseño Eléctrico:Seleccione un driver de corriente constante con una salida de 65mA. El rango de tensión de salida del driver debe cubrir al menos 10 * (VF mín.) a 10 * (VF máx.) = ~26V a 29V, más margen.
- Diseño Térmico:Utilice una PCB de núcleo de aluminio (MCPCB) o una PCB FR4 estándar con un plano de cobre grande e ininterrumpido en la capa superior conectado a las almohadillas del LED. Asegúrese de que la carcasa del accesorio proporcione un camino para la disipación de calor.
- Diseño Óptico:Para iluminación difusa, los LEDs se pueden usar sin protección. Para una apariencia más uniforme, se puede colocar una cubierta difusora sobre el arreglo.
- Rendimiento Esperado:El flujo luminoso total será aproximadamente de 10 * [39 a 41 lm] = 390 a 410 lm (mínimo, basado en el lote), con una eficacia del sistema que depende en gran medida del diseño térmico y la eficiencia del driver.
Terminología de especificaciones LED
Explicación completa de términos técnicos LED
Rendimiento fotoeléctrico
| Término | Unidad/Representación | Explicación simple | Por qué es importante |
|---|---|---|---|
| Eficacia luminosa | lm/W (lúmenes por vatio) | Salida de luz por vatio de electricidad, más alto significa más eficiencia energética. | Determina directamente el grado de eficiencia energética y el costo de electricidad. |
| Flujo luminoso | lm (lúmenes) | Luz total emitida por la fuente, comúnmente llamada "brillo". | Determina si la luz es lo suficientemente brillante. |
| Ángulo de visión | ° (grados), por ejemplo, 120° | Ángulo donde la intensidad de la luz cae a la mitad, determina el ancho del haz. | Afecta el rango de iluminación y uniformidad. |
| CCT (Temperatura de color) | K (Kelvin), por ejemplo, 2700K/6500K | Calidez/frescura de la luz, valores más bajos amarillentos/cálidos, más altos blanquecinos/fríos. | Determina la atmósfera de iluminación y escenarios adecuados. |
| CRI / Ra | Sin unidad, 0–100 | Capacidad de representar colores de objetos con precisión, Ra≥80 es bueno. | Afecta la autenticidad del color, se usa en lugares de alta demanda como centros comerciales, museos. |
| SDCM | Pasos de elipse MacAdam, por ejemplo, "5 pasos" | Métrica de consistencia de color, pasos más pequeños significan color más consistente. | Asegura color uniforme en el mismo lote de LEDs. |
| Longitud de onda dominante | nm (nanómetros), por ejemplo, 620nm (rojo) | Longitud de onda correspondiente al color de LEDs coloreados. | Determina el tono de LEDs monocromáticos rojos, amarillos, verdes. |
| Distribución espectral | Curva longitud de onda vs intensidad | Muestra distribución de intensidad a través de longitudes de onda. | Afecta la representación del color y calidad. |
Parámetros eléctricos
| Término | Símbolo | Explicación simple | Consideraciones de diseño |
|---|---|---|---|
| Voltaje directo | Vf | Voltaje mínimo para encender LED, como "umbral de inicio". | El voltaje del controlador debe ser ≥Vf, los voltajes se suman para LEDs en serie. |
| Corriente directa | If | Valor de corriente para operación normal de LED. | Generalmente accionamiento de corriente constante, la corriente determina brillo y vida útil. |
| Corriente de pulso máxima | Ifp | Corriente pico tolerable por períodos cortos, se usa para atenuación o destello. | El ancho de pulso y ciclo de trabajo deben controlarse estrictamente para evitar daños. |
| Voltaje inverso | Vr | Máximo voltaje inverso que LED puede soportar, más allá puede causar ruptura. | El circuito debe prevenir conexión inversa o picos de voltaje. |
| Resistencia térmica | Rth (°C/W) | Resistencia a la transferencia de calor desde chip a soldadura, más bajo es mejor. | Alta resistencia térmica requiere disipación de calor más fuerte. |
| Inmunidad ESD | V (HBM), por ejemplo, 1000V | Capacidad de soportar descarga electrostática, más alto significa menos vulnerable. | Se necesitan medidas antiestáticas en producción, especialmente para LEDs sensibles. |
Gestión térmica y confiabilidad
| Término | Métrica clave | Explicación simple | Impacto |
|---|---|---|---|
| Temperatura de unión | Tj (°C) | Temperatura de operación real dentro del chip LED. | Cada reducción de 10°C puede duplicar la vida útil; demasiado alto causa decaimiento de luz, cambio de color. |
| Depreciación de lúmenes | L70 / L80 (horas) | Tiempo para que el brillo caiga al 70% u 80% del inicial. | Define directamente la "vida de servicio" del LED. |
| Mantenimiento de lúmenes | % (por ejemplo, 70%) | Porcentaje de brillo retenido después del tiempo. | Indica retención de brillo durante uso a largo plazo. |
| Cambio de color | Δu′v′ o elipse MacAdam | Grado de cambio de color durante el uso. | Afecta la consistencia del color en escenas de iluminación. |
| Envejecimiento térmico | Degradación de material | Deterioro debido a alta temperatura a largo plazo. | Puede causar caída de brillo, cambio de color o falla de circuito abierto. |
Embalaje y materiales
| Término | Tipos comunes | Explicación simple | Características y aplicaciones |
|---|---|---|---|
| Tipo de paquete | EMC, PPA, Cerámica | Material de alojamiento que protege el chip, proporciona interfaz óptica/térmica. | EMC: buena resistencia al calor, bajo costo; Cerámica: mejor disipación de calor, vida más larga. |
| Estructura del chip | Frontal, Flip Chip | Disposición de electrodos del chip. | Flip chip: mejor disipación de calor, mayor eficacia, para alta potencia. |
| Revestimiento de fósforo | YAG, Silicato, Nitruro | Cubre el chip azul, convierte algo a amarillo/rojo, mezcla a blanco. | Diferentes fósforos afectan eficacia, CCT y CRI. |
| Lente/Óptica | Plana, Microlente, TIR | Estructura óptica en superficie que controla distribución de luz. | Determina el ángulo de visión y curva de distribución de luz. |
Control de calidad y clasificación
| Término | Contenido de clasificación | Explicación simple | Propósito |
|---|---|---|---|
| Clasificación de flujo luminoso | Código por ejemplo 2G, 2H | Agrupado por brillo, cada grupo tiene valores mín/máx de lúmenes. | Asegura brillo uniforme en el mismo lote. |
| Clasificación de voltaje | Código por ejemplo 6W, 6X | Agrupado por rango de voltaje directo. | Facilita emparejamiento de controlador, mejora eficiencia del sistema. |
| Clasificación de color | Elipse MacAdam de 5 pasos | Agrupado por coordenadas de color, asegurando rango estrecho. | Garantiza consistencia de color, evita color desigual dentro del accesorio. |
| Clasificación CCT | 2700K, 3000K etc. | Agrupado por CCT, cada uno tiene rango de coordenadas correspondiente. | Satisface diferentes requisitos CCT de escena. |
Pruebas y certificación
| Término | Estándar/Prueba | Explicación simple | Significado |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Prueba de mantenimiento de lúmenes | Iluminación a largo plazo a temperatura constante, registrando decaimiento de brillo. | Se usa para estimar vida LED (con TM-21). |
| TM-21 | Estándar de estimación de vida | Estima vida bajo condiciones reales basado en datos LM-80. | Proporciona predicción científica de vida. |
| IESNA | Sociedad de Ingeniería de Iluminación | Cubre métodos de prueba ópticos, eléctricos, térmicos. | Base de prueba reconocida por la industria. |
| RoHS / REACH | Certificación ambiental | Asegura que no haya sustancias nocivas (plomo, mercurio). | Requisito de acceso al mercado internacionalmente. |
| ENERGY STAR / DLC | Certificación de eficiencia energética | Certificación de eficiencia energética y rendimiento para iluminación. | Usado en adquisiciones gubernamentales, programas de subsidios, mejora competitividad. |