Hoja de Datos del LED SMD Naranja LTST-C150KFKT - Paquete EIA - 20mA - 90mcd - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTST-C150KFKT es un LED de montaje superficial de alto brillo diseñado para aplicaciones electrónicas modernas que requieren una iluminación indicadora naranja fiable y eficiente. Utiliza un chip semiconductor avanzado de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio), conocido por producir una alta intensidad luminosa con buena eficiencia en el espectro naranja-rojo. Este componente viene en un formato estándar compatible con EIA, haciéndolo compatible con los sistemas de montaje automático pick-and-place comúnmente utilizados en fabricación de alto volumen. El dispositivo se suministra en cinta de 8mm montada en carretes de 7 pulgadas de diámetro, facilitando un manejo y procesamiento eficiente.

Sus objetivos de diseño principales son proporcionar un rendimiento óptico consistente, compatibilidad con procesos de soldadura sin plomo (Pb-free) y adherencia a estándares ambientales como RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas). El material de la lente "Water Clear" (transparente) permite que el color intrínseco del chip se emita sin difusión significativa o cambio de color, resultando en una salida naranja saturada.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o cerca de estos límites y debe evitarse para un rendimiento fiable a largo plazo.

• Disipación de Potencia (Pd):75 mW. Esta es la potencia total máxima que el encapsulado puede disipar como calor a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Exceder este límite arriesga un sobrecalentamiento de la unión semiconductor.
• Corriente Directa Continua (IF):30 mA. La corriente directa continua máxima que se puede aplicar.
• Corriente Directa de Pico:80 mA. Esto solo es permisible bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms) para manejar picos breves de corriente.
• Factor de Derating:0.4 mA/°C por encima de 25°C. Por cada grado Celsius que la temperatura ambiente supere los 25°C, la corriente directa continua máxima permitida debe reducirse en 0.4 mA para prevenir sobreestrés térmico.
• Tensión Inversa (VR):5 V. Aplicar una tensión inversa mayor a esta puede causar ruptura y fallo.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-55°C a +85°C. El dispositivo puede funcionar y almacenarse dentro de este rango completo.
• Tolerancia a la Temperatura de Soldadura:El dispositivo puede soportar soldadura por ola o infrarrojos a 260°C durante 5 segundos, y soldadura por fase de vapor a 215°C durante 3 minutos.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos a Ta=25°C y un IF de 20mA, que es la condición de prueba estándar.

• Intensidad Luminosa (Iv):45.0 mcd (Mín), 90.0 mcd (Típ). Esta es la salida de luz medida en milicandelas. El valor se mide usando un sensor filtrado para igualar la curva de respuesta fotópica (ojo humano) (CIE).
• Ángulo de Visión (2θ1/2):130° (Típ). Este amplio ángulo de visión indica que la luz se emite en un patrón amplio, similar a Lambert, adecuado para aplicaciones que requieren amplia visibilidad.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λP):611 nm (Típ). La longitud de onda específica en la que la salida espectral es más fuerte.
• Longitud de Onda Dominante (λd):605 nm (Típ). Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que define el color del LED, derivada del diagrama de cromaticidad CIE.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):17 nm (Típ). Esto indica la pureza espectral; un ancho más estrecho significa una salida más monocromática (color puro).
• Tensión Directa (VF):2.0V (Mín), 2.4V (Típ) a IF=20mA. La caída de tensión a través del LED durante la operación. Esto es crítico para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa (IR):10 µA (Máx) a VR=5V. Una pequeña corriente de fuga cuando el dispositivo está polarizado inversamente.
• Capacitancia (C):40 pF (Típ) a VF=0V, f=1MHz. La capacitancia de unión, que puede ser relevante en aplicaciones de conmutación de alta velocidad.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La intensidad luminosa de los LED puede variar de lote a lote. Para garantizar consistencia para el usuario final, los productos se clasifican en "bins" según el rendimiento medido. Para el LTST-C150KFKT, la clasificación principal es para intensidad luminosa a 20mA.

• Código de Bin P:45.0 - 71.0 mcd
• Código de Bin Q:71.0 - 112.0 mcd
• Código de Bin R:112.0 - 180.0 mcdCódigo de Bin S:180.0 - 280.0 mcd

Se aplica una tolerancia de +/-15% a cada bin de intensidad. Al diseñar un sistema donde el brillo uniforme es crítico (por ejemplo, pantallas multi-LED o retroiluminación), especificar un solo código de bin o entender el rango del bin es esencial para evitar desajustes visibles de brillo.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque se hace referencia a gráficos específicos en la hoja de datos (Fig.1, Fig.6), sus características implícitas son estándar para LED de AlInGaP y cruciales para el diseño.

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

La relación es exponencial. Un pequeño aumento en la tensión más allá del umbral de encendido (~1.8V) causa un gran aumento en la corriente. Por eso los LED deben ser alimentados por una fuente limitada en corriente, no por una fuente de tensión constante, para prevenir la fuga térmica y la destrucción.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

La salida de luz es generalmente proporcional a la corriente directa dentro del rango de operación. Sin embargo, la eficiencia (lúmenes por vatio) típicamente alcanza su punto máximo a una corriente menor que la clasificación máxima y disminuye a corrientes más altas debido al aumento de calor.

4.3 Dependencia de la Temperatura

La intensidad luminosa y la tensión directa dependen de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura de unión:

• La Intensidad Luminosa Disminuye:La salida puede caer significativamente, un factor que debe tenerse en cuenta en la gestión térmica.
• La Tensión Directa Disminuye:La VF tiene un coeficiente de temperatura negativo (típicamente alrededor de -2 mV/°C para AlInGaP). Esto puede afectar la corriente en un circuito simple limitado por resistencia si la temperatura ambiente varía ampliamente.

4.4 Distribución Espectral

La curva de salida espectral estará centrada alrededor del pico de 611 nm. El ancho medio de 17 nm indica un espectro relativamente estrecho, característico de semiconductores de banda prohibida directa como el AlInGaP, resultando en un color naranja puro.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

El dispositivo se ajusta a un contorno de paquete de montaje superficial estándar EIA. Las notas dimensionales clave incluyen:

• Todas las dimensiones principales están en milímetros.Se aplica una tolerancia estándar de ±0.10 mm a menos que se especifique lo contrario.

La hoja de datos incluye dibujos dimensionados detallados del cuerpo del LED, que son esenciales para crear la huella en la PCB (patrón de soldadura). También se proporciona un diseño sugerido de almohadillas de soldadura para garantizar una junta de soldadura fiable y una alineación adecuada durante el reflujo. La polaridad se indica mediante una marca de cátodo en el dispositivo, típicamente una muesca, una línea verde u otro indicador visual en un lado del encapsulado.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfiles de Soldadura por Reflujo

La hoja de datos proporciona dos perfiles de reflujo por infrarrojos (IR) sugeridos:

1. Para Proceso Normal:Un perfil estándar adecuado para soldadura de estaño-plomo (SnPb).
2. Para Proceso Sin Plomo (Pb-Free):Un perfil optimizado para pastas de soldadura sin plomo como SAC (Sn-Ag-Cu). Este perfil típicamente tiene una temperatura pico más alta (hasta 260°C) para acomodar el punto de fusión más alto de las aleaciones sin plomo. El tiempo por encima del líquido (TAL) y las tasas de rampa son críticos para prevenir choque térmico y asegurar la formación adecuada de la junta de soldadura sin dañar el encapsulado epóxico del LED.

6.2 Condiciones de Almacenamiento

Los LED son dispositivos sensibles a la humedad. La exposición prolongada a la humedad ambiente puede provocar "popcorning" (agrietamiento del encapsulado) durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura debido a la rápida vaporización de la humedad absorbida.

• Almacenamiento Recomendado:No exceder 30°C y 70% de humedad relativa.
• Tiempo Fuera de la Bolsa:Si se retiran de la bolsa barrera de humedad original, los LED deben soldarse por reflujo dentro de una semana.
• Almacenamiento Extendido/Secado (Baking):Para almacenamiento más allá de una semana fuera del empaque original, almacenar en un contenedor sellado con desecante o en ambiente de nitrógeno. Los LED almacenados así por más de una semana deben secarse a aproximadamente 60°C durante al menos 24 horas antes de soldar para eliminar la humedad.

6.3 Limpieza

Solo deben usarse agentes de limpieza especificados. Productos químicos no especificados pueden dañar la lente epóxica o el encapsulado. Si es necesaria la limpieza post-soldadura, se recomienda inmersión en alcohol etílico o isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto.

7. Información de Empaquetado y Pedido

El producto se suministra en empaquetado estándar de la industria para montaje automático:

• Cinta y Carrete:Cinta portadora embutida de 8mm de ancho.
• Tamaño del Carrete:Diámetro de 7 pulgadas.
• Cantidad por Carrete:3000 piezas.
• Cantidad Mínima de Pedido (MOQ):500 piezas para cantidades restantes.
• Estándares de Empaquetado:Cumple con las especificaciones ANSI/EIA-481-1-A-1994. Los huecos vacíos en la cinta se sellan con cinta de cubierta.

El número de parte LTST-C150KFKT sigue un sistema de codificación típico del fabricante donde los elementos probablemente indican serie, color, bin de intensidad, tipo de lente y empaquetado.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este LED es adecuado para una amplia gama de aplicaciones que requieren indicación de estado naranja, retroiluminación o iluminación decorativa, incluyendo:

• Electrónica de consumo (equipos de audio/video, electrodomésticos).
• Paneles de control industrial e instrumentación.
• Iluminación interior automotriz (no crítica).
• Señalización e iluminación decorativa.
• Luces indicadoras de propósito general en PCB.

Nota Importante:La hoja de datos establece explícitamente que este LED está destinado a "equipos electrónicos ordinarios". Para aplicaciones que requieren una fiabilidad excepcional donde un fallo podría poner en peligro vidas o la salud (aviación, médicos, sistemas de seguridad de transporte), se requiere consultar con el fabricante antes de su diseño e implementación.

8.2 Consideraciones de Diseño y Configuración del Circuito

Método de Conducción:Los LED son dispositivos operados por corriente. La regla de diseño más crítica es controlar la corriente directa.

• Circuito Recomendado (Circuito A):Usar una resistencia limitadora de corriente en serie para cada LED. Esto es esencial al conectar múltiples LED en paralelo, ya que compensa las variaciones naturales en la tensión directa (VF) de cada LED individual. Sin resistencias individuales, los LED con una VF ligeramente menor consumirán una corriente desproporcionadamente mayor, llevando a un brillo desigual y posible fallo por sobrecorriente.
• Circuito No Recomendado (Circuito B):Se desaconseja conectar múltiples LED directamente en paralelo con una sola resistencia limitadora de corriente compartida debido al riesgo de acaparamiento de corriente descrito anteriormente.

El valor de la resistencia en serie (R) se calcula usando la Ley de Ohm: R = (V_fuente - VF_LED) / I_deseada. Siempre use la VF típica o máxima de la hoja de datos para un diseño conservador.

8.3 Protección contra Descargas Electroestáticas (ESD)

Los LED son sensibles a las descargas electrostáticas. La ESD puede causar daños latentes o catastróficos, manifestándose como alta corriente de fuga inversa, baja tensión directa o fallo al encender a corrientes bajas.

Las medidas de prevención incluyen:

• Usar pulseras conductoras o guanti antiestáticos al manipular.
• Asegurar que todas las estaciones de trabajo, equipos y estanterías de almacenamiento estén correctamente conectadas a tierra.
• Usar ionizadores para neutralizar la carga estática que pueda acumularse en la lente de plástico.

Para probar posibles daños por ESD, verifique si el LED se enciende y mida su VF a una corriente de prueba baja (por ejemplo, 1-5mA). Lecturas anormales indican posible daño.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores clave del LTST-C150KFKT se basan en su sistema de materiales y diseño de encapsulado:

• Tecnología de Chip AlInGaP:En comparación con tecnologías más antiguas como GaAsP estándar, AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa y brillo significativamente mayores, mejor estabilidad térmica y una vida operativa más larga. Esto lo hace superior para aplicaciones que demandan alta visibilidad y fiabilidad.
• Lente "Water Clear" (Transparente):Proporciona un color más saturado y vívido en comparación con lentes difusas o teñidas, que dispersan la luz y pueden apagar la pureza del color. Esto es ideal para aplicaciones donde la definición del color es importante.
• Cumplimiento Sin Plomo y RoHS:Cumple con las regulaciones ambientales modernas, un requisito obligatorio para la mayoría de la electrónica vendida hoy en día.
• Amplio Ángulo de Visión (130°):Ofrece una excelente visibilidad fuera del eje, lo que es ventajoso para indicadores de panel que necesitan ser vistos desde varios ángulos.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Cuál es la diferencia entre Longitud de Onda Pico y Longitud de Onda Dominante?

Longitud de Onda Pico (λP)es la longitud de onda física donde el LED emite la mayor potencia óptica, medida directamente del espectro.Longitud de Onda Dominante (λd)es un valor calculado basado en la percepción del color humano (gráfico CIE) que mejor representa el color único que vemos. Para LED monocromáticos como este naranja, a menudo están cerca, pero λd es el parámetro más relevante para la especificación del color en el diseño.

10.2 ¿Por qué se utiliza una corriente de prueba de 20mA?

20mA ha sido históricamente una corriente de conducción estándar para muchos LED de pequeña señal, proporcionando un buen equilibrio entre brillo, eficiencia y disipación de potencia. Sirve como un punto de referencia común para comparar diferentes modelos de LED. Su aplicación puede usar una corriente diferente, pero todos los parámetros de rendimiento (Iv, VF) escalarán en consecuencia, y debe mantenerse dentro de los Límites Absolutos Máximos.

10.3 ¿Cómo elijo el bin de intensidad correcto?

Seleccione un bin basado en los requisitos de brillo de su aplicación y la tolerancia de uniformidad. Para un solo indicador, cualquier bin puede ser suficiente. Para una matriz donde todos los LED deben parecer igualmente brillantes, debe especificar un solo bin estrecho (por ejemplo, Bin Q) y potencialmente implementar difusión óptica para enmascarar las variaciones menores restantes.

10.4 ¿Puedo alimentar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?

No, no directamente.Un pin GPIO de microcontrolador es una fuente de tensión, no una fuente de corriente, y típicamente no puede suministrar 20mA consistentemente mientras mantiene su tensión de salida. Más importante aún, no proporciona protección contra el coeficiente de temperatura negativo del LED. Usteddebeusar una resistencia limitadora de corriente en serie como se describe en la Sección 8.2. El valor de la resistencia para una fuente de 3.3V y un objetivo de 20mA sería aproximadamente (3.3V - 2.4V) / 0.02A = 45 Ohmios. Una resistencia estándar de 47 Ohmios sería una elección adecuada.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Escenario:Diseñar un panel indicador de estado para un equipo industrial que requiere tres LED naranjas brillantes y uniformes para señalar "Sistema Activo".

1. Selección de Componentes:Se elige el LTST-C150KFKT por su alto brillo (hasta 280mcd en Bin S), color naranja y paquete SMD adecuado para montaje automático.
2. Diseño del Circuito:El riel de alimentación del sistema es de 5V. Para garantizar brillo uniforme, se utilizan tres circuitos de conducción idénticos, uno para cada LED. Usando la VF típica de 2.4V y una corriente de diseño de 20mA, se calcula el valor de la resistencia en serie: R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 Ohmios. Se selecciona el valor estándar más cercano de 130 o 120 Ohmios. La potencia nominal de la resistencia es (5V-2.4V)*0.02A = 0.052W, por lo que una resistencia estándar de 1/8W (0.125W) es más que suficiente.
3. Diseño de PCB:Se utilizan las dimensiones sugeridas de las almohadillas de soldadura del fabricante de la hoja de datos para crear la huella en la PCB. Se mantiene un espaciado adecuado entre los LED para la disipación de calor.
4. Consideración Térmica:El panel está en un gabinete. Para mitigar el aumento de temperatura, que reduciría la salida de luz, se colocan pequeñas vías de alivio térmico cerca de las almohadillas del LED para conducir el calor a otras capas de la PCB, y el gabinete tiene ventilación.
5. Adquisición (Procurement):Para garantizar uniformidad visual, la orden de compra especifica "Código de Bin S" para las 3,000 unidades requeridas para la producción.

12. Principio de Funcionamiento

La emisión de luz en el LTST-C150KFKT se basa en la electroluminiscencia en una unión p-n semiconductor hecha de materiales AlInGaP. Cuando se aplica una tensión directa, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan a través de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan en la región activa del semiconductor, liberan energía. En un material de banda prohibida directa como el AlInGaP, esta energía se libera principalmente 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, que se diseña durante el proceso de crecimiento del cristal para ser aproximadamente 2.03 eV, correspondiendo a luz naranja alrededor de 611 nm. El encapsulante epóxico "Water Clear" protege el chip, proporciona estabilidad mecánica y actúa como una lente para dar forma al haz de salida de luz.

13. Tendencias Tecnológicas

El desarrollo de la tecnología LED continúa enfocándose en varias áreas clave relevantes para componentes como el LTST-C150KFKT:

• Mayor Eficiencia (lm/W):La investigación continua en ciencia de materiales apunta a reducir la recombinación no radiativa y mejorar la extracción de luz del chip, llevando a LED más brillantes a la misma corriente o el mismo brillo a menor potencia.
• Mejor Consistencia de Color y Clasificación (Binning):Los avances en el crecimiento epitaxial y el control del proceso de fabricación conducen a distribuciones de parámetros más estrechas, reduciendo la necesidad de una clasificación extensiva y proporcionando un rendimiento más consistente directamente desde la producción.
• Miniaturización:La tendencia hacia dispositivos electrónicos más pequeños impulsa LED en huellas de paquete cada vez más pequeñas mientras se mantiene o mejora la salida óptica.
• Mayor Fiabilidad y Vida Útil:Las mejoras en materiales de encapsulado (epóxicos, siliconas) y técnicas de unión del dado mejoran la resistencia al ciclado térmico, la humedad y otros estrés ambientales, extendiendo la vida operativa.
• Integración:Una tendencia hacia la integración de múltiples chips LED (por ejemplo, RGB), circuitos de control o incluso drivers en un solo paquete para simplificar el diseño del usuario final y reducir el espacio en la PCB.

Componentes como el LTST-C150KFKT representan un punto maduro y optimizado en esta evolución, ofreciendo una solución fiable y de alto rendimiento para aplicaciones indicadoras estándar.