Hoja de Datos de la Serie 65-21 de LED Mini de Vista Superior - Rojo Brillante - 20mA - Ángulo de Visión de 120° - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie 65-21 representa una familia de diodos emisores de luz (LED) compactos, de montaje superficial y de vista superior. Estos componentes están diseñados para aplicaciones que requieren un amplio ángulo de visión y un acoplamiento de luz eficiente. El modelo principal descrito en este documento emite un color rojo brillante, logrado mediante un chip semiconductor de AlGaInP encapsulado en una resina transparente. El diseño único del encapsulado presenta una orientación de montaje de arriba hacia abajo donde la luz se emite a través de la placa de circuito impreso (PCB), lo que lo hace especialmente adecuado para su uso con guías de luz y conductos ópticos.

Las ventajas clave de esta serie incluyen su idoneidad para procesos de montaje automatizado como la soldadura por reflujo IR, su disponibilidad en cinta y carrete para producción en gran volumen, y su cumplimiento con los estándares ambientales RoHS y libres de plomo. El amplio ángulo de visión de 120 grados garantiza una buena visibilidad desde varios ángulos, lo cual es crítico para aplicaciones de indicación e iluminación de fondo.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

Los límites operativos del dispositivo se definen a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Exceder estas especificaciones puede causar daños permanentes.

• Tensión Inversa (V_R):5 V. Aplicar una tensión inversa más allá de este límite conlleva el riesgo de ruptura de la unión.
• Corriente Directa Continua (I_F):50 mA. Esta es la corriente continua máxima que el LED puede manejar de forma continua.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):100 mA. Esta especificación de corriente pulsada (a un ciclo de trabajo de 1/10, 1 kHz) permite condiciones breves de sobrecorriente, útil para multiplexación o pulsos de brillo.
• Disipación de Potencia (P_d):110 mW. Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar como calor, calculada a partir de la tensión y corriente directas.
• Descarga Electroestática (ESD) HBM:2000 V. Esta especificación del Modelo de Cuerpo Humano indica un nivel moderado de sensibilidad a ESD; son necesarias precauciones de manipulación adecuadas.
• Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industrial.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura de Soldadura:Para soldadura por reflujo, se especifica una temperatura máxima de 260°C durante 10 segundos. Para soldadura manual, el límite es de 350°C durante 3 segundos.

2.2 Características Electro-Ópticas

El rendimiento se mide a Ta=25°C y una corriente de prueba estándar (I_F) de 20 mA.

• Intensidad Luminosa (I_v):Varía desde un mínimo de 72 mcd hasta un máximo de 180 mcd, con un valor típico dentro de este rango. Se aplica una tolerancia de ±11%.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):120 grados (típico). Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor máximo.
• Longitud de Onda de Pico (λ_p):632 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la que la distribución espectral de potencia es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Varía de 616.5 nm a 634.5 nm, con una tolerancia de ±1 nm. Esto define el color percibido (rojo brillante).
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):20 nm (típico). Este es el ancho del espectro emitido a la mitad de su potencia máxima.
• Tensión Directa (V_F):Varía de 1.75 V a 2.35 V a 20mA, con una tolerancia de ±0.1 V.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo de 10 μA cuando se aplica una tensión inversa de 5V.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los LED se clasifican en lotes (bins) según parámetros clave.

3.1 Clasificación por Longitud de Onda Dominante (Grupo A)

Esto define el punto de color. Los lotes se etiquetan de E4 a E7, cada uno cubriendo un rango de 6 nm (ej., E4: 616.5-622.5 nm, E5: 620.5-626.5 nm). Esto permite a los diseñadores seleccionar LED con tonos de rojo muy específicos para su aplicación.

3.2 Clasificación por Intensidad Luminosa

Esto define la salida de brillo. Los lotes son Q1 (72-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd) y R2 (140-180 mcd). Los códigos de lote más altos indican mayor brillo.

3.3 Clasificación por Tensión Directa (Grupo B)

Esto agrupa los LED por sus características eléctricas. Los lotes son 0 (1.75-1.95 V), 1 (1.95-2.15 V) y 2 (2.15-2.35 V). Emparejar lotes de tensión puede simplificar el diseño de la resistencia limitadora de corriente en circuitos en paralelo.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características esenciales para el diseño.

4.1 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V)

La curva muestra la relación exponencial típica de un diodo. En el punto de operación recomendado de 20 mA, la tensión directa cae dentro del rango de clasificación de 1.75V-2.35V. Los diseñadores deben usar una resistencia en serie o un controlador de corriente constante para limitar la corriente, ya que un pequeño aumento en la tensión puede causar un gran aumento, potencialmente destructivo, en la corriente.

4.2 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Esta curva muestra que la salida de luz aumenta aproximadamente de forma lineal con la corriente hasta la corriente continua máxima nominal. Operar por encima de 20mA producirá un brillo mayor, pero también aumenta la disipación de potencia y la temperatura de la unión, lo que afecta la longevidad.

4.3 Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

La intensidad luminosa disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. La curva muestra la reducción de especificaciones, lo cual es crucial para aplicaciones que operan en entornos de temperatura elevada. La salida del LED se especifica a 25°C; a 85°C, la salida será significativamente menor.

4.4 Curva de Reducción de Corriente Directa

Este gráfico define la corriente directa continua máxima permitida en función de la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura, la corriente segura máxima disminuye para evitar el sobrecalentamiento. A 85°C, la corriente máxima es menor que la especificación máxima absoluta de 50mA a 25°C.

4.5 Distribución Espectral

El espectro es una curva estrecha similar a una Gaussiana centrada alrededor de 632 nm (pico) con un ancho de banda de 20 nm, confirmando la emisión monocromática rojo brillante.

4.6 Patrón de Radiación

El diagrama polar ilustra el ángulo de visión de 120 grados. La distribución de intensidad es relativamente Lambertiana (similar al coseno), proporcionando una apariencia uniforme a través del amplio cono de visión, lo cual es ideal para indicadores.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Contorno del Encapsulado

El encapsulado SMD tiene dimensiones específicas de largo, ancho y alto (en milímetros) con tolerancias típicas de ±0.1mm a menos que se indique lo contrario. El dibujo detalla la forma de vista superior, el perfil lateral y el patrón de soldadura recomendado (huella) para la PCB.

5.2 Identificación de Polaridad

El cátodo está típicamente marcado, a menudo por una muesca, una marca verde o un tamaño de pad diferente en la parte inferior del encapsulado. Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje.

5.3 Especificaciones de Cinta y Carrete

El componente se suministra en cinta portadora para máquinas de colocación automática. Las dimensiones clave incluyen el tamaño del bolsillo (para sostener el LED), el ancho de la cinta, el paso (distancia entre bolsillos) y el diámetro del carrete. El carrete estándar contiene 2000 piezas.

5.4 Empaquetado Resistente a la Humedad

Los carretes se sellan en bolsas de aluminio a prueba de humedad con desecante para evitar la absorción de humedad, lo cual es crítico para prevenir el "efecto palomita" (agrietamiento del encapsulado) durante la soldadura por reflujo.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El perfil recomendado incluye una etapa de precalentamiento, una zona de estabilización, una zona de reflujo con una temperatura máxima que no exceda los 260°C durante 10 segundos, y una etapa de enfriamiento controlado. El perfil debe cumplir con la especificación máxima de Tsol.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, la temperatura de la punta del soldador no debe exceder los 350°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a 3 segundos por pad. Use un disipador de calor si es posible.

6.3 Precauciones de Almacenamiento y Manipulación

• Protección contra ESD:Utilice estaciones de trabajo y pulseras con conexión a tierra.
• Sensibilidad a la Humedad:No abra la bolsa a prueba de humedad hasta que esté listo para su uso. Si se abre la bolsa, utilice los componentes dentro del tiempo de vida útil especificado o sométalos a un proceso de secado (rebake) según los procedimientos apropiados.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacene las bolsas sin abrir a 30°C o menos y al 90% de humedad relativa o menos.

7. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Indicadores Ópticos:Luces de estado en electrónica de consumo, equipos industriales y tableros de automóviles.
• Acoplamiento con Guía de Luz:La emisión de vista superior a través de la PCB es ideal para inyectar luz en guías de luz de acrílico o policarbonato para retroiluminación de botones o iluminación de paneles.
• Retroiluminación:Para LCDs, teclados, interruptores y paneles de membrana.
• Iluminación Decorativa General:En señalización, iluminación de acento y publicidad iluminada.
• Iluminación Interior Automotriz:Retroiluminación del tablero, iluminación de interruptores, etc.

7.2 Consideraciones de Diseño Críticas

• La Limitación de Corriente es Obligatoria:DEBE usarse una resistencia en serie externa o un controlador de corriente constante. La tensión directa tiene una tolerancia y un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que disminuye a medida que se calienta la unión. Sin limitación de corriente, puede ocurrir una fuga térmica, lo que lleva a un fallo rápido.
• Gestión Térmica:Aunque el encapsulado es pequeño, la disipación de potencia (hasta 110mW) genera calor. Asegure un área de cobre adecuada en la PCB (pads de alivio térmico) para conducir el calor, especialmente cuando se opera a corrientes altas o en ambientes calurosos.
• Diseño Óptico:Para aplicaciones con guías de luz, la distancia entre el LED y el punto de entrada de la guía, así como la geometría de la guía, deben optimizarse para maximizar la eficiencia de acoplamiento.
• Clasificación para Consistencia:Para aplicaciones que requieren color y brillo uniformes en múltiples LED, especifique lotes estrechos (ej., un solo lote de Longitud de Onda Dominante y un lote de Intensidad Luminosa).

8. Comparación y Diferenciación Técnica

La serie 65-21 se diferencia por su combinación específica de atributos:

• vs. LED de Vista Lateral Estándar:La emisión de vista superior a través de la PCB es una ventaja distintiva para aplicaciones con guías de luz, ya que permite montar el LED plano en la placa directamente debajo de la guía, simplificando el diseño mecánico.
• vs. LED de Ángulo Estrecho:El ángulo de visión de 120 grados ofrece una visibilidad mucho más amplia, haciéndolo superior para indicadores de panel frontal donde la posición de visión no es fija.
• vs. Encapsulados No Automatizables:El encapsulado SMT y la disponibilidad en cinta y carrete lo hacen muy adecuado para líneas de montaje automatizadas modernas y de alta velocidad, reduciendo el costo de fabricación en comparación con LED de orificio pasante.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo alimentar este LED directamente desde una fuente lógica de 3.3V o 5V?

R: No. Siempre debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie. El valor de la resistencia se calcula como R = (V_fuente- V_F) / I_F. Use la V_Fmáxima de la hoja de datos (2.35V) para un diseño conservador y asegurar que la corriente no exceda los 20mA.

P: ¿Qué sucede si opero el LED a 30mA en lugar de 20mA?

R: La intensidad luminosa será mayor, pero la disipación de potencia y la temperatura de la unión aumentarán. Debe verificar la curva de reducción para asegurar que 30mA sea seguro a su temperatura ambiente máxima. La confiabilidad a largo plazo puede reducirse.

P: ¿Cómo interpreto el número de parte/código para realizar un pedido?

R: El código (ej., de la explicación de la etiqueta: CAT/HUE/REF) especifica las selecciones de clasificación. Usted pediría basándose en los lotes requeridos de Intensidad Luminosa (CAT), Longitud de Onda Dominante (HUE) y Tensión Directa (REF).

P: ¿Se requiere un disipador de calor?

R: Típicamente no para un solo LED a 20mA. Sin embargo, si se colocan múltiples LED muy juntos o se operan a corrientes/temperaturas ambiente altas, el calor colectivo puede requerir gestión térmica en la PCB.

10. Ejemplo Práctico de Diseño

Escenario:Diseñar un indicador de estado para un dispositivo alimentado por un riel de 5V. El LED debe ser accionado a los 20mA estándar.

1. Calcular la Resistencia en Serie:Usando una V_Ftípica de 2.0V para estimar: R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 Ω. Para robustez contra la variación de V_F, use la V_Fmínima (1.75V) para calcular la corriente máxima: I_max= (5V - 1.75V) / 150Ω ≈ 21.7mA, lo cual es seguro. Una resistencia estándar de 150Ω, 1/10W es adecuada.
2. Diseño de PCB:Coloque el LED según el patrón de soldadura recomendado. Incluya algo de área de cobre alrededor de los pads para disipación de calor. Asegúrese de que la marca de polaridad en la serigrafía coincida con el indicador del cátodo del LED.
3. Interfaz Óptica:Si usa una guía de luz, modele la distancia y la alineación. Un pequeño espacio de aire o el uso de un gel de silicona transparente puede mejorar la eficiencia de acoplamiento de luz.

11. Principio de Funcionamiento

Este LED se basa en un chip semiconductor de AlGaInP (Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio). Cuando se aplica una tensión directa que excede el potencial de la unión del diodo, los electrones y huecos se inyectan en la región activa donde se recombinan. En los materiales de AlGaInP, esta recombinación libera energía principalmente en forma de fotones en la porción roja a ámbar del espectro visible (aproximadamente 590-650 nm). La composición específica de las capas de AlGaInP determina la longitud de onda dominante, que es de 632 nm para esta variante rojo brillante. La resina epoxi transparente que encapsula protege el chip, proporciona estabilidad mecánica y da forma al haz de salida de luz para lograr el amplio ángulo de visión de 120 grados.

12. Tendencias Tecnológicas

Los LED SMD mini de vista superior como la serie 65-21 son parte de una tendencia más amplia en optoelectrónica hacia la miniaturización, mayor eficiencia y mayor integración con la fabricación automatizada. Los desarrollos clave en curso en la industria que influyen en tales componentes incluyen:

• Mayor Eficiencia:Las mejoras continuas en ciencia de materiales apuntan a producir más lúmenes por vatio (mayor eficacia) del mismo tamaño de chip, permitiendo una salida más brillante o un menor consumo de energía.
• Mejor Consistencia de Color:Los avances en el crecimiento epitaxial y los procesos de clasificación continúan reduciendo las tolerancias en la longitud de onda dominante y la intensidad luminosa, proporcionando a los diseñadores fuentes de luz más uniformes.
• Confiabilidad Mejorada:La investigación en mejores materiales de encapsulado y técnicas de empaquetado conduce a vidas operativas más largas y una mayor resistencia a ciclos térmicos, humedad y otros factores de estrés ambiental.
• Integración con Controladores:Una tendencia del mercado es la integración de circuitos de control (controladores de corriente constante, controladores PWM) directamente en los encapsulados de LED, simplificando el diseño del circuito del usuario final.