Hoja de Datos del LED CH2525-RGBY0401H-AM - Paquete Cerámico SMD - Rojo 623nm Verde 527nm Azul 460nm Amarillo 590nm - 40mA - Grado Automotriz

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona un análisis técnico exhaustivo del CH2525-RGBY0401H-AM, un LED de montaje superficial (SMD) multicolor de alto rendimiento. El componente está diseñado para ofrecer fiabilidad y rendimiento en entornos exigentes, presentando un robusto paquete cerámico y cuatro emisores de color distintos integrados en una sola unidad. Su objetivo principal son aplicaciones que requieren mezcla de colores precisa, alto brillo y estabilidad a largo plazo.

La ventaja principal de este LED radica en su integración. Al combinar diodos Rojo, Verde, Azul y Amarillo (RGBY) en un único paquete SMD compacto, simplifica el diseño de la PCB, reduce el número de componentes y permite la generación de colores sofisticados más allá de la gama RGB estándar, mejorando especialmente la reproducción de tonos blancos cálidos y ámbar. El dispositivo está específicamente calificado según el riguroso estándar AEC-Q101 para semiconductores discretos, lo que lo convierte en una opción idónea para la electrónica automotriz, donde la fiabilidad operativa en condiciones adversas es primordial.

El mercado objetivo es principalmente la industria automotriz, específicamente para sistemas de iluminación interior como retroiluminación de cuadros de instrumentos, iluminación de interruptores y luces ambientales de ambiente. Las aplicaciones secundarias incluyen iluminación decorativa general, señalización y electrónica de consumo donde se desea funcionalidad multicolor y alta fiabilidad.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Las características eléctricas y ópticas definen los límites operativos y las expectativas de rendimiento del LED.

2.1 Características Fotométricas y de Color

El LED emite cuatro colores distintos, cada uno con propiedades ópticas definidas medidas a una corriente de prueba estándar de 40mA y una temperatura de la almohadilla térmica de 25°C. La intensidad luminosa, una medida del brillo percibido en una dirección dada, varía por color: el Rojo típicamente emite 1200 milicandelas (mcd), el Verde 2300 mcd, el Azul 360 mcd y el Amarillo 1300 mcd. Es crucial tener en cuenta que la tolerancia de medición para la intensidad luminosa es de ±8%.

El ángulo de visión, definido como el ángulo fuera del eje donde la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor máximo, es de 150 grados para los emisores Verde y Azul y de 140 grados para los emisores Rojo y Amarillo, con una tolerancia de ±5 grados. Esto indica un patrón de radiación muy amplio, adecuado para iluminación de área.

El color se especifica tanto por la longitud de onda de pico (λp) como por la longitud de onda dominante (λd). Las longitudes de onda dominantes típicas son: Rojo: 623 nm, Verde: 527 nm, Azul: 460 nm y Amarillo: 590 nm, con una tolerancia ajustada de ±1 nm para la longitud de onda dominante. El gráfico de distribución espectral muestra picos distintos y bien separados para cada color, lo cual es esencial para una mezcla de colores precisa.

2.2 Parámetros Eléctricos

El rango de operación de la corriente directa (I_F) es de 10 mA a 80 mA, siendo 40 mA la condición de prueba típica. No se recomienda operar por debajo de 10 mA. El voltaje directo (V_F) a 40 mA difiere por color debido a las propiedades del material semiconductor: Rojo típicamente 2.00V, Verde 2.80V, Azul 3.00V y Amarillo 2.40V, con una tolerancia de medición de ±0.05V. El dispositivo no está diseñado para operación en polarización inversa.

2.3 Parámetros Térmicos y de Fiabilidad

La gestión térmica es crítica para el rendimiento y la vida útil del LED. La resistencia térmica desde la unión hasta el punto de soldadura (Rth_JS) se proporciona tanto en valores reales como equivalentes eléctricos. Por ejemplo, el emisor Rojo tiene un Rth_JS_real de 33 K/W y un Rth_JS_el de 25 K/W. Estos valores se utilizan para calcular el aumento de temperatura de la unión en función de la disipación de potencia.

Las especificaciones máximas absolutas establecen límites estrictos: la disipación de potencia (P_d) es de 220 mW para Rojo/Amarillo y de 280 mW para Verde/Azul. La temperatura máxima de la unión (T_J) es de 125°C. El rango de temperatura de operación (T_opr) es de -40°C a +110°C, confirmando su idoneidad para grado automotriz. El dispositivo puede soportar descargas electrostáticas (ESD) de hasta 8 kV (Modelo de Cuerpo Humano).

3. Explicación del Sistema de Binning

La hoja de datos incluye una estructura de binning de intensidad luminosa para categorizar los LED según su salida. Los bins se etiquetan con códigos alfanuméricos (L1, L2, M1... R1) que representan un rango de intensidad luminosa mínima y máxima. Por ejemplo, el bin L1 cubre LED con intensidad de 11.2 mcd a 14 mcd, mientras que el bin R1 comienza en 112 mcd. Este sistema permite a los diseñadores seleccionar componentes con niveles de brillo consistentes para una apariencia uniforme en un arreglo o sistema. La tabla proporcionada parece ser una plantilla genérica, y los bins específicos para cada color del CH2525-RGBY0401H-AM se definirían en especificaciones de producto detalladas o guías de pedido.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los gráficos característicos proporcionan información vital sobre el comportamiento del LED bajo condiciones variables.

4.1 Curva IV y Eficacia Luminosa

El gráfico de Corriente Directa vs. Voltaje Directo muestra la relación exponencial típica de los diodos. Cada traza de color tiene un voltaje de rodilla diferente. El gráfico de Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa muestra que la salida aumenta con la corriente pero puede no ser perfectamente lineal, especialmente a corrientes más altas donde la eficiencia disminuye debido al calentamiento.

4.2 Dependencia de la Temperatura

El gráfico de Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura de la Unión es crítico para el diseño térmico. Muestra que la salida luminosa disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. La tasa de disminución (extinción térmica) varía según el material semiconductor; por ejemplo, los LED Rojos y Amarillos típicamente muestran menos sensibilidad a la temperatura que los LED Azules y Verdes. El gráfico de Longitud de Onda Dominante vs. Temperatura de la Unión muestra un cambio de color (típicamente hacia longitudes de onda más largas) a medida que aumenta la temperatura, lo que debe considerarse en aplicaciones críticas de color.

La Curva de Reducción de Corriente Directa dicta la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura de la almohadilla de soldadura. Para garantizar que la temperatura de la unión se mantenga por debajo de 125°C, la corriente debe reducirse a medida que aumenta la temperatura ambiente/de la almohadilla. El gráfico proporciona líneas de reducción específicas para los grupos de colores (Rojo/Amarillo, Verde, Azul).

4.3 Distribución Espacial y Espectral

Los Diagramas Característicos Típicos de Radiación (gráficos polares) para cada color confirman visualmente los amplios ángulos de visión. El gráfico de Distribución Espectral Relativa traza la intensidad normalizada frente a la longitud de onda, mostrando claramente el pico de emisión principal de cada diodo de color, lo cual es esencial para comprender el potencial de mezcla de colores y los requisitos de filtrado.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

El LED utiliza un paquete cerámico de dispositivo de montaje superficial (SMD). Los paquetes cerámicos ofrecen una conductividad térmica superior y robustez mecánica en comparación con los paquetes plásticos, lo que es beneficioso para aplicaciones de alta potencia o alta fiabilidad. Las dimensiones mecánicas específicas, incluidos largo, ancho, altura y espaciado de pines/almohadillas, se detallan en la sección "Dimensiones Mecánicas" (referenciada como página 17). Se proporciona un diseño recomendado de almohadilla de soldadura (página 18) para garantizar la formación adecuada de la junta de soldadura, la transferencia térmica y la estabilidad mecánica durante el reflujo y la operación. La polaridad o asignación de pines para los cuatro canales de color y cualquier configuración de cátodo/ánodo común se definiría en esta sección.

6. Guías de Soldadura y Montaje

El dispositivo está clasificado para soldadura por reflujo con una temperatura máxima de 260°C durante hasta 30 segundos, lo que es compatible con los procesos estándar de soldadura sin plomo (Pb-free). Se debe consultar un gráfico detallado del perfil de soldadura por reflujo (página 18), que típicamente muestra las etapas de calentamiento, precalentamiento, líquido, pico y enfriamiento. El cumplimiento de este perfil es necesario para prevenir choque térmico, defectos de soldadura o daños al chip LED o al paquete. El Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) está clasificado en Nivel 2, lo que indica que el paquete puede estar expuesto a condiciones de fábrica hasta por un año antes de requerir horneado previo a la soldadura por reflujo. Las precauciones de uso (página 21) probablemente incluyen manipulación para evitar ESD, condiciones de almacenamiento y recomendaciones de limpieza.

7. Información de Empaquetado y Pedido

La información de empaquetado (página 19) especifica cómo se suministran los LED, típicamente en cinta y carrete para montaje automatizado pick-and-place. Los detalles incluyen dimensiones del carrete, espaciado de los bolsillos y orientación. El número de parte "CH2525-RGBY0401H-AM" sigue un probable sistema de codificación interno donde "CH2525" puede indicar el tipo/tamaño del paquete, "RGBY" los colores, "0401" podría relacionarse con un bin de rendimiento o versión, y "AM" puede denotar Grado Automotriz. La información de pedido (página 16) detallaría cómo especificar diferentes bins o variantes.

8. Recomendaciones de Aplicación

Las aplicaciones principales declaradas son iluminación interior automotriz y luz ambiental. En interiores automotrices, este LED puede usarse para retroiluminación multicolor de grupos de instrumentos, controles de infotenimiento y para crear zonas de iluminación ambiental personalizables dentro de la cabina. Para iluminación ambiental, su capacidad RGBY permite generar una gama más amplia de colores, incluidos blancos más saturados y cálidos, en comparación con los LED RGB estándar.

Consideraciones de Diseño:

• Circuito Controlador:Requiere un controlador de corriente constante capaz de controlar de forma independiente cuatro canales. Los diferentes voltajes directos deben tenerse en cuenta, lo que puede requerir reguladores de corriente separados o un CI controlador de LED multicanal sofisticado.
• Gestión Térmica:La disipación de potencia, especialmente cuando se activan múltiples colores simultáneamente, requiere un área de cobre de PCB adecuada (almohadilla térmica) y posiblemente una conexión a un disipador de calor para mantener una baja temperatura de la unión para una salida de luz óptima, estabilidad de color y longevidad.
• Óptica:El amplio ángulo de visión puede requerir óptica secundaria (lentes, difusores) para dar forma al haz de luz para aplicaciones específicas.
• Mezcla y Control de Color:Lograr colores consistentes y deseados requiere calibración y potencialmente retroalimentación de color en lazo cerrado utilizando sensores, ya que la salida de cada canal varía con la corriente y la temperatura.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED RGB SMD plásticos estándar, los diferenciadores clave de este componente son su paquete cerámico (para mejor disipación de calor y fiabilidad) y la adición de un emisor Amarillo dedicado. El chip Amarillo mejora significativamente el Índice de Reproducción Cromática (IRC) de la luz blanca generada y permite la creación directa de colores ámbar sin mezclar Rojo y Verde, lo que a menudo es ineficiente y puede producir un color turbio. La calificación AEC-Q101 es un diferenciador importante para aplicaciones automotrices, ya que valida el rendimiento en pruebas de temperatura, humedad y vida operativa que los LED de grado comercial estándar no realizan.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Por qué la intensidad luminosa del emisor Azul (360 mcd) es mucho menor que la del Verde (2300 mcd) con la misma corriente de 40mA?

R: Esto se debe principalmente a la curva de sensibilidad fotópica del ojo humano (V(λ)). El ojo es más sensible a la luz verde (~555 nm) y menos sensible a la luz azul (~460 nm). Por lo tanto, para la misma potencia radiante (vatios ópticos), la luz verde parecerá mucho más brillante en términos de unidades fotométricas (lúmenes, candelas). La diferencia en la eficiencia cuántica interna de los materiales semiconductores también juega un papel.

P: ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de voltaje constante?

R: Se desaconseja firmemente. Los LED son dispositivos controlados por corriente. Su voltaje directo tiene una tolerancia y varía con la temperatura. Una fuente de voltaje constante podría provocar corriente excesiva, sobrecalentamiento y fallo rápido. Utilice siempre un controlador de corriente constante o un circuito limitador de corriente.

P: ¿Cuál es la diferencia entre Rth_JS_real y Rth_JS_el mencionados en los parámetros de resistencia térmica?

R: Rth_JS_real es la resistencia térmica real medida desde la unión del semiconductor hasta el punto de soldadura. Rth_JS_el es un valor equivalente "eléctrico" a menudo derivado del parámetro de voltaje directo sensible a la temperatura. Los diseñadores suelen utilizar Rth_JS_real para el modelado térmico, mientras que Rth_JS_el podría usarse para técnicas de estimación de temperatura de la unión en circuito.

11. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

Ejemplo 1: Controlador de Iluminación Ambiental Automotriz:Un módulo utiliza cuatro de estos LED, uno en cada esquina del espacio para los pies de un automóvil. Un microcontrolador con salidas PWM controla un controlador de corriente constante de cuatro canales. El firmware permite al usuario seleccionar entre colores preestablecidos (por ejemplo, blanco frío, blanco cálido, azul, naranja) o crear colores personalizados ajustando el ciclo de trabajo de cada canal. El paquete cerámico garantiza la fiabilidad a pesar de las posibles altas temperaturas ambientales cerca del piso del vehículo.

Ejemplo 2: Downlight Arquitectónico de Color Ajustable:En un downlight empotrado, un arreglo de estos LED se monta en una PCB de núcleo metálico para disipación de calor. Se utiliza un controlador avanzado con calibración de color y compensación de temperatura. El sistema puede cambiar dinámicamente el punto blanco desde un blanco frío y energizante (alta mezcla Azul/Verde) por la mañana hasta un blanco cálido y relajante (alta mezcla Rojo/Amarillo) por la noche, todo mientras mantiene una alta reproducción cromática.

12. Principio de Funcionamiento

El dispositivo opera según el principio de electroluminiscencia en materiales semiconductores. Cuando se aplica un voltaje de polarización directa que excede la energía de la banda prohibida del diodo, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa del semiconductor, liberando energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica (color) de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor utilizado para cada chip: se emplean diferentes semiconductores compuestos (por ejemplo, AlInGaP para Rojo/Amarillo, InGaN para Verde/Azul) para lograr los colores deseados. Los cuatro chips están alojados en un solo paquete cerámico con conexiones eléctricas separadas para control independiente.

13. Tendencias y Contexto Tecnológico

La integración de múltiples emisores de color (más allá de RGB) en un solo paquete es una tendencia creciente, impulsada por la demanda de luz de mayor calidad y un control de color más flexible en aplicaciones automotrices, de iluminación profesional y de pantallas. La inclusión de un emisor blanco o ámbar dedicado, o en este caso Amarillo, mejora la reproducción cromática y la eficiencia para ciertos colores. También existe un impulso continuo hacia una mayor densidad de potencia y eficiencia (más lúmenes por vatio), lo que pone mayor énfasis en la gestión térmica, haciendo que los materiales de empaquetado cerámicos y otros avanzados sean más prevalentes. Además, la integración de electrónica de control (por ejemplo, CI controladores) directamente con el paquete LED es una tendencia emergente para simplificar el diseño del sistema.