Ficha Técnica del LED Rojo 2020 Cube Light - 2.0x2.0x0.8mm - 2.3V - 0.115W - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El 2020 Cube Light es un LED de montaje superficial (SMD) de alta fiabilidad, diseñado principalmente para exigentes aplicaciones de iluminación automotriz. Este componente forma parte de una familia de productos concebida para cumplir con los estrictos estándares de la industria automotriz, incluyendo la calificación AEC-Q102. El dispositivo se caracteriza por su reducido tamaño 2020 (2.0mm x 2.0mm) y por su emisión de luz roja, lo que lo hace idóneo para diversas funciones de señalización, indicación e iluminación interior en vehículos. Sus principales ventajas incluyen una construcción robusta para entornos hostiles, cumplimiento de normativas medioambientales (RoHS, REACH, sin halógenos) y un rendimiento consistente en un amplio rango de temperaturas de funcionamiento.

2. Análisis de Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Eléctricas

Las principales métricas de rendimiento del LED se definen en condiciones típicas de operación: una corriente directa (IF) de 50mA y una temperatura de la almohadilla térmica de 25°C. El flujo luminoso típico (IV) es de 8 lúmenes, con un mínimo de 5 lm y un máximo de 13 lm, sujeto a una tolerancia de medición del 8%. La longitud de onda dominante (λd) es típicamente de 616 nm, situándolo en el espectro rojo, con un rango de 612 nm a 627 nm (tolerancia ±1nm). El dispositivo ofrece un amplio ángulo de visión (φ) de 120°, con una tolerancia de ±5°, garantizando una buena visibilidad desde posiciones fuera del eje. Eléctricamente, la tensión directa típica (VF) es de 2.3V a 50mA, con un rango de 1.75V a 2.75V (tolerancia ±0.05V).

2.2 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede producirse un daño permanente. La corriente directa absoluta máxima (IF) es de 75 mA. El dispositivo puede soportar una corriente de pico (IFM) de 400 mA para pulsos ≤10 μs con un ciclo de trabajo muy bajo (D=0.005). La disipación de potencia máxima (Pd) es de 206.25 mW. La temperatura de unión (TJ) no debe superar los 150°C. El rango de temperatura de funcionamiento y almacenamiento se especifica de -40°C a +125°C, confirmando su idoneidad para entornos automotrices. El LED no está diseñado para operar con tensión inversa. Su sensibilidad a descargas electrostáticas (HBM) es de 2 kV.

2.3 Características Térmicas

La gestión térmica es crítica para el rendimiento y la longevidad del LED. La ficha técnica especifica dos valores de resistencia térmica desde la unión hasta el punto de soldadura: una resistencia térmica "real" (Rth JS real) de 36 K/W (máx. 42 K/W) y una resistencia térmica "eléctrica" (Rth JS el) de 25 K/W (máx. 29 K/W). La diferencia probablemente se debe al método de medición. La curva de reducción de corriente directa muestra claramente que la corriente directa máxima permitida debe reducirse a medida que la temperatura de la almohadilla de soldadura supera los 25°C, para evitar exceder la temperatura máxima de unión.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El LED se clasifica en lotes (bins) en función de tres parámetros clave para garantizar la consistencia en las series de producción y facilitar el emparejamiento en el diseño.

3.1 Clasificación por Flujo Luminoso

Los lotes de flujo se designan con los códigos E2 a E5. Por ejemplo, el lote E3 cubre un flujo luminoso de 6 lm a 8 lm, mientras que el lote E4 cubre de 8 lm a 10 lm. Esto permite a los diseñadores seleccionar LEDs con un rango de brillo específico para su aplicación.

3.2 Clasificación por Tensión Directa

Los lotes de tensión, codificados como 1720, 2022, 2225 y 2527, categorizan los LEDs según su caída de tensión directa. Por ejemplo, el lote 2022 incluye LEDs con una VF entre 2.0V y 2.25V. Esto es crucial para diseñar circuitos de excitación eficientes y garantizar una distribución uniforme de corriente en matrices con múltiples LEDs.

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Los lotes de longitud de onda, codificados del 1215 al 2427, agrupan los LEDs por su tono específico de rojo. Por ejemplo, el lote 1518 incluye LEDs con una longitud de onda dominante entre 615 nm y 618 nm. Esto garantiza la consistencia de color en aplicaciones donde es importante un emparejamiento preciso del tono.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La ficha técnica proporciona varios gráficos que detallan el rendimiento en condiciones variables.

4.1 Curva IV y Flujo Luminoso Relativo

El gráfico de Corriente Directa frente a Tensión Directa muestra una relación no lineal, típica de los LEDs. La tensión aumenta con la corriente. El gráfico de Flujo Luminoso Relativo frente a Corriente Directa indica que la salida de luz aumenta de forma sub-lineal con la corriente, enfatizando la importancia de operar en o cerca de la corriente de prueba recomendada (50mA) para una eficiencia óptima.

4.2 Dependencia de la Temperatura

El gráfico de Tensión Directa Relativa frente a Temperatura de Unión muestra que la VF disminuye linealmente al aumentar la temperatura (coeficiente de temperatura negativo), lo que puede utilizarse para estimar la temperatura de unión. El gráfico de Flujo Luminoso Relativo frente a Temperatura de Unión demuestra que la salida de luz disminuye al aumentar la temperatura, un factor crítico para el diseño térmico. El gráfico de Desplazamiento de Longitud de Onda Dominante frente a Temperatura de Unión muestra un desplazamiento positivo (hacia longitudes de onda más largas) al aumentar la temperatura.

4.3 Distribución Espectral y Capacidad de Manejo de Pulsos

El gráfico de Características de Longitud de Onda muestra un único pico estrecho en la región roja (~616 nm), confirmando que es una fuente monocromática. El gráfico de Capacidad de Manejo de Pulsos Permisible define la corriente de pico máxima permitida para varios anchos de pulso y ciclos de trabajo, lo cual es vital para diseñar circuitos que puedan experimentar condiciones transitorias.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones Físicas

El plano mecánico especifica las dimensiones del encapsulado del LED. El tamaño del cuerpo es de 2.0mm x 2.0mm con una altura típica de 0.8mm. Las tolerancias son generalmente de ±0.1mm salvo que se indique lo contrario. El plano incluye detalles sobre la forma de la lente y la ubicación de la almohadilla térmica y los terminales eléctricos.

5.2 Diseño Recomendado de la Almohadilla de Soldadura

Un plano aparte proporciona la huella óptima para el diseño de la PCB. Detalla las dimensiones de las almohadillas para el ánodo, el cátodo y la almohadilla térmica central. Adherirse a este diseño es esencial para una soldadura fiable, una buena conducción térmica hacia la PCB y para prevenir el efecto "tombstoning" durante el reflow.

5.3 Identificación de Polaridad

Aunque no se detalla explícitamente en el texto proporcionado, los LEDs SMD suelen utilizar una marca (como un punto, una muesca o un tamaño/forma diferente de la almohadilla) en el encapsulado o en el plano de la huella para indicar el cátodo. El diseñador debe consultar el plano mecánico completo para obtener esta información crítica.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflow

El dispositivo está clasificado para una temperatura de soldadura por reflow de 260°C durante 30 segundos. Esto se refiere a la temperatura máxima en las uniones de soldadura. Debe seguirse un perfil de reflow adecuado con etapas de precalentamiento, estabilización, reflow y enfriamiento para evitar choques térmicos y garantizar uniones de soldadura fiables sin dañar el chip LED o el encapsulado.

6.2 Precauciones de Uso

Las precauciones generales incluyen evitar estrés mecánico en la lente, prevenir la contaminación y utilizar procedimientos de manipulación apropiados para dispositivos sensibles a descargas electrostáticas. Las condiciones de almacenamiento se alinean con el rango de temperatura de funcionamiento (-40°C a +125°C) en un entorno de baja humedad. El Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) es Nivel 2, lo que significa que el encapsulado puede estar expuesto a las condiciones del taller de fabricación hasta un año antes de requerir un secado previo al reflow.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Información de Embalaje

Los LEDs se suministran en cinta y carrete para montaje automatizado. Los detalles del embalaje (ancho de la cinta, dimensiones de los alvéolos, tamaño del carrete, cantidad por carrete) se especificarían en la sección completa de información de embalaje, asegurando la compatibilidad con equipos estándar de pick-and-place.

7.2 Sistema de Numeración de Pieza

El número de pieza 2020-UR050DL-AM se decodifica de la siguiente manera:2020: Familia de producto / Tamaño de encapsulado.UR: Color (Rojo).050: Corriente de Prueba (50 mA).D: Tipo de Porta-Chips (Au + Pegamento blanco).L: Nivel de Brillo (Bajo).AM: Aplicación automotriz. Este sistema permite identificar con precisión los atributos específicos del componente.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

La aplicación principal es la iluminación automotriz. Esto incluye aplicaciones interiores como indicadores del cuadro de instrumentos, retroiluminación de interruptores e iluminación ambiental. También puede ser adecuado para funciones de señalización exterior, como la luz de freno alta central (CHMSL) u otras aplicaciones que no sean faros donde se requiera una señal roja, siempre que el diseño óptico cumpla con los requisitos fotométricos reglamentarios.

8.2 Consideraciones de Diseño

Circuito de Excitación:Un excitador de corriente constante es obligatorio para garantizar una salida de luz estable y prevenir la fuga térmica. El excitador debe diseñarse para operar dentro de los Límites Absolutos Máximos, considerando la reducción de corriente a altas temperaturas.
Gestión Térmica:La PCB debe diseñarse para conducir eficazmente el calor lejos de la almohadilla térmica del LED. Esto puede implicar el uso de vías térmicas, un área de cobre o la conexión a un núcleo metálico o disipador de calor más grande.
Diseño Óptico:Pueden ser necesarias ópticas secundarias (lentes, guías de luz) para dar forma al haz de 120° para la aplicación específica.
Protección contra Descargas Electrostáticas:Aunque está clasificado para 2kV HBM, incorporar una protección básica contra descargas electrostáticas en la PCB es una buena práctica para una mayor robustez.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs comerciales estándar, la variante AM del 2020 Cube Light se distingue por sucalificación automotriz (AEC-Q102), que implica pruebas rigurosas de ciclado térmico, humedad, operación a alta temperatura y otros factores de estrés. También presentaresistencia al azufre (Clase A1), lo cual es crítico en entornos automotrices donde los gases que contienen azufre pueden corroer componentes basados en plata. El amplio rango de temperatura de funcionamiento (-40°C a +125°C) y la detallada estructura de clasificación lo diferencian aún más como un componente diseñado para aplicaciones de alta fiabilidad y larga vida donde la consistencia del rendimiento es primordial.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P: ¿Cuál es la diferencia entre la resistencia térmica "real" y la "eléctrica"?
R: La resistencia térmica "real" (Rth JS real) probablemente se mide utilizando un método de detección directa de temperatura en la unión. La resistencia térmica "eléctrica" (Rth JS el) se calcula típicamente utilizando el cambio de la tensión directa con la temperatura (método del factor K). El método eléctrico suele dar valores más bajos ya que puede no capturar todas las rutas térmicas. Para un diseño térmico conservador, debe utilizarse el valor "real" más alto.

P: ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de tensión constante?
R: Se desaconseja firmemente. Los LEDs son dispositivos controlados por corriente. Un pequeño cambio en la tensión directa (debido a la temperatura o a la variación del lote) puede causar un gran cambio en la corriente con una fuente de tensión constante, pudiendo llevar a una sobrecorriente, sobrecalentamiento y fallo. Utilice siempre un excitador de corriente constante o una resistencia limitadora de corriente con una fuente de alimentación de tensión bien regulada.

P: ¿Por qué hay una nota que dice "No usar corriente por debajo de 5mA" en la curva de reducción?
R: A corrientes muy bajas, la salida de luz del LED se vuelve extremadamente no lineal e inestable. Los parámetros fotométricos y colorimétricos especificados (flujo luminoso, longitud de onda dominante) solo están garantizados en o cerca de la corriente de prueba de 50mA. La operación por debajo de 5mA puede dar lugar a un rendimiento impredecible e inconsistente.

P: ¿Cómo interpreto los códigos de lote al realizar un pedido?
R: La combinación específica de Lote de Flujo (ej., E4), Lote de Tensión (ej., 2022) y Lote de Longitud de Onda (ej., 1518) que recibas en un carrete está determinada por la distribución de producción del fabricante. Para aplicaciones críticas de emparejamiento de color o brillo, es posible que necesites especificar requisitos de "lote estrecho" o "lote emparejado", lo que puede afectar a la disponibilidad y el coste.

11. Caso de Estudio de Diseño

Escenario:Diseño de una matriz de múltiples LEDs para la luz ambiental del tirador interior de la puerta de un automóvil.
Requisitos:Brillo rojo uniforme, brillo estable en un rango de temperatura del habitáculo de -40°C a 85°C, vida útil de 10 años.
Proceso de Diseño:
1. Selección del LED:Se elige el 2020-UR050DL-AM por su cumplimiento de AEC-Q102, resistencia al azufre y amplio rango de temperatura.
2. Clasificación (Binning):Para garantizar la uniformidad de color y brillo, se solicitan LEDs del mismo lote o de lotes adyacentes de Flujo y Longitud de Onda (ej., todos del Lote de Flujo E3/E4 y del Lote de Longitud de Onda 1518).
3. Diseño del Circuito:Un único circuito integrado excitador de corriente constante alimenta todos los LEDs en serie. La configuración en serie garantiza una corriente idéntica a través de cada LED, promoviendo un brillo uniforme. La corriente del excitador se establece en 50mA (típica) o ligeramente inferior (ej., 45mA) para mejorar la longevidad y proporcionar un margen térmico.
4. Diseño Térmico:La PCB es una placa de 2 capas con una gran área de cobre en la capa superior conectada a la almohadilla térmica de cada LED a través de múltiples vías térmicas hacia la capa inferior, que actúa como disipador de calor.
5. Validación:El conjunto se prueba para verificar la uniformidad de la salida de luz a 25°C, 85°C y -30°C. Se realizan pruebas de ciclado térmico para validar la fiabilidad de las uniones de soldadura y del componente.

12. Principio de Funcionamiento

Este LED es un dispositivo semiconductor basado en una unión p-n. Cuando se aplica una tensión directa que supera el potencial de barrera de la unión (aproximadamente 1.75-2.75V para este LED rojo), 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 material semiconductor (típicamente basado en Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio - AlGaInP para LEDs rojos), se libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de las capas semiconductoras determina la longitud de onda (color) de la luz emitida. La lente de epoxi encapsula el chip, proporciona protección mecánica y da forma al haz de luz de salida.

13. Tendencias Tecnológicas

La tendencia en LEDs SMD automotrices como el 2020 Cube Light es hacia unamayor eficiencia(más lúmenes por vatio), permitiendo un menor consumo de energía y una carga térmica reducida.La mejora de la consistencia del color y una clasificación más estrictason prioridades continuas para aplicaciones estéticas. También existe un impulso hacia unamayor fiabilidad y una vida útil más largabajo condiciones de funcionamiento cada vez más duras, incluyendo mayores temperaturas máximas de unión. Además, la integración concontrol inteligente(modulación por ancho de pulso para atenuación, LEDs direccionables) se está volviendo más común. Los materiales semiconductores subyacentes y las tecnologías de encapsulado continúan evolucionando para satisfacer estas demandas, con avances en el diseño de chips, tecnología de fósforos (para blanco y otros colores) y compuestos de moldeo avanzados para un mejor rendimiento térmico y ambiental.