Hoja de Datos de LED SMD Azul de Montaje Inverso - Paquete EIA - 5mA - 45mcd - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un diodo emisor de luz (LED) de montaje superficial (SMD) de montaje inverso, que utiliza un material semiconductor de Nitruro de Galio e Indio (InGaN) para producir luz azul. El dispositivo presenta una lente transparente al agua y está encapsulado en un formato estándar conforme a la norma EIA. Está diseñado para procesos de ensamblaje automatizado, incluyendo equipos pick-and-place y soldadura por reflujo infrarrojo (IR), lo que lo hace adecuado para fabricación en gran volumen. El LED se clasifica como producto ecológico, cumpliendo con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).

1.1 Ventajas Principales

• Diseño de Montaje Inverso:El chip está montado en una orientación específica optimizada para ciertos diseños de PCB y extracción de luz.
• Compatibilidad con Automatización:Suministrado en cinta de 8 mm en carretes de 7 pulgadas, totalmente compatible con equipos estándar de colocación y soldadura automatizada.
• Alta Tolerancia a ESD:Presenta un umbral de Descarga Electroestática (ESD) de 8000V probado con el Modelo de Cuerpo Humano (HBM), ofreciendo una buena robustez en manipulación.
• Compatible con Circuitos Integrados (IC):Sus características eléctricas permiten el accionamiento directo desde salidas de circuitos integrados de nivel lógico estándar.
• Compatible con Procesos sin Plomo:Resiste los perfiles de soldadura por reflujo infrarrojo requeridos para el ensamblaje sin plomo.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

La siguiente sección proporciona un desglose detallado de los límites absolutos y las características operativas del dispositivo. Todos los parámetros se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C, a menos que se indique lo contrario.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estos límites.

• Disipación de Potencia (Pd):76 mW. Es la potencia total máxima que el dispositivo puede disipar en forma de calor.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):100 mA. Permisible en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms).
• Corriente Directa Continua (I_F):20 mA. La corriente directa continua máxima para un funcionamiento confiable.
• Rango de Temperatura de Operación (T_opr):-20°C a +80°C.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-30°C a +100°C.
• Condición de Soldadura Infrarroja:Resiste una temperatura pico de 260°C durante 10 segundos, típico para procesos de reflujo sin plomo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo condiciones de prueba estándar (I_F= 5 mA, Ta=25°C).

• Intensidad Luminosa (I_V):Varía desde un mínimo de 11.2 mcd hasta un máximo de 45.0 mcd. El valor típico depende del lote específico (ver Sección 3). Se mide con un sensor filtrado según la curva de respuesta fotópica del ojo CIE.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):130 grados. Este amplio ángulo de visión indica un patrón de emisión de luz difuso y no enfocado, adecuado para aplicaciones de indicación e iluminación trasera que requieren una amplia visibilidad angular.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_P):468 nm. La longitud de onda específica a la cual la potencia espectral de salida es más alta.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):465.0 nm a 475.0 nm. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano para definir el color. Se deriva del diagrama de cromaticidad CIE.
• Ancho Medio Espectral (Δλ):25 nm. Este parámetro indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz emitida. Un valor de 25 nm es típico para un LED azul InGaN estándar.
• Tensión Directa (V_F):2.65 V a 3.15 V. La caída de tensión a través del LED cuando se alimenta con 5 mA. Este rango debe considerarse para el cálculo de la resistencia limitadora de corriente en el diseño del circuito.
• Corriente Inversa (I_R):10 μA máximo cuando se aplica una tensión inversa (V_R) de 0.55V.Nota Importante:El dispositivo no está diseñado para operar bajo polarización inversa; esta condición de prueba es solo para caracterizar la fuga.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia en la producción, los LED se clasifican en lotes (bins) según parámetros clave. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con requisitos específicos de uniformidad de color y brillo para su aplicación.

3.1 Clasificación por Tensión Directa

Los lotes aseguran que los LED tengan caídas de tensión similares, lo que puede simplificar el diseño de la fuente de alimentación en arreglos en paralelo. La tolerancia por lote es de ±0.1V.

• Lote 1: 2.65V - 2.75V
• Lote 2: 2.75V - 2.85V
• Lote 3: 2.85V - 2.95V
• Lote 4: 2.95V - 3.05V
• Lote 5: 3.05V - 3.15V

3.2 Clasificación por Intensidad Luminosa

Esta clasificación agrupa los LED por su brillo de salida a 5 mA. La tolerancia por lote es de ±15%.

• L1: 11.2 mcd - 14.0 mcd
• L2: 14.0 mcd - 18.0 mcd
• M1: 18.0 mcd - 22.4 mcd
• M2: 22.4 mcd - 28.0 mcd
• N1: 28.0 mcd - 35.5 mcd
• N2: 35.5 mcd - 45.0 mcd

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Esto controla el color percibido (tono) de la luz azul. La tolerancia por lote es de ±1 nm.

• Lote AC: 465.0 nm - 470.0 nm (azul ligeramente verdoso)
• Lote AD: 470.0 nm - 475.0 nm (azul ligeramente más puro)

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien en la hoja de datos se hace referencia a curvas gráficas específicas (ej., Fig.1, Fig.6), sus implicaciones son críticas para el diseño.

4.1 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

La salida de luz (I_V) es aproximadamente proporcional a la corriente directa (I_F) dentro del rango de operación. Alimentar el LED por encima de 5 mA aumentará el brillo, pero también aumentará la disipación de potencia y la temperatura de unión, lo que puede afectar la longevidad y la longitud de onda. El máximo de 20 mA DC proporciona un margen de brillo significativo desde el punto de prueba de 5 mA.

4.2 Tensión Directa vs. Corriente Directa y Temperatura

La V_Fde un diodo tiene un coeficiente de temperatura negativo; disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Esta característica es importante para diseños de accionamiento de corriente constante, ya que una fuente de tensión fija podría provocar una fuga térmica si no está limitada en corriente adecuadamente. El rango de V_Fespecificado a 25°C debe usarse como guía, entendiendo que cambiará con la temperatura de operación.

4.3 Distribución Espectral

El gráfico espectral referenciado (Fig.1) mostraría una distribución tipo Gauss centrada en la longitud de onda pico de 468 nm, con un ancho a media altura (FWHM) de 25 nm. Este ancho espectral es relevante para aplicaciones sensibles a longitudes de onda específicas, como sensores o sistemas de iluminación de color mixto.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete y Polaridad

El dispositivo se ajusta a un contorno de paquete estándar EIA. La designación "montaje inverso" es crucial para el diseño de la huella en el PCB. El cátodo y el ánodo se ubican en lados específicos del paquete. El dibujo mecánico proporciona las dimensiones exactas (en mm) para el diseño del patrón de soldadura, incluyendo el tamaño de las almohadillas y el espaciado para garantizar una soldadura y alineación adecuadas. La tolerancia para la mayoría de las dimensiones es de ±0.10 mm.

5.2 Diseño Sugerido de Pads de Soldadura

Se proporciona un patrón de soldadura recomendado para PCB (geometría de las almohadillas) para garantizar la formación confiable de la unión durante el reflujo. Adherirse a este patrón ayuda a prevenir el efecto "tombstoning" (componente de pie) y asegura una conexión térmica y eléctrica adecuada.

6. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo IR

Se incluye un perfil de reflujo sugerido para procesos sin plomo. Los parámetros clave incluyen:

• Precalentamiento:Rango de 150–200°C.
• Tiempo de Precalentamiento:Máximo 120 segundos para permitir la estabilización de temperatura y activación del fundente.
• Temperatura Pico:Máximo 260°C.
• Tiempo por Encima del Líquidus:El dispositivo puede soportar la temperatura pico durante un máximo de 10 segundos. El reflujo debe realizarse un máximo de dos veces.

Nota:El perfil debe caracterizarse para el ensamblaje específico del PCB, ya que el grosor de la placa, la densidad de componentes y la pasta de soldadura afectan la transferencia térmica.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual:

• Temperatura del Cautín:Máximo 300°C.
• Tiempo de Soldadura:Máximo 3 segundos por terminal.
• Frecuencia:Debe realizarse solo una vez para evitar estrés térmico.

6.3 Limpieza

Si se requiere limpieza posterior a la soldadura:

• Usar solo solventes especificados: alcohol etílico o alcohol isopropílico a temperatura ambiente normal.
• El tiempo de inmersión debe ser inferior a un minuto.
• Productos químicos no especificados pueden dañar el material del encapsulado del LED (lente de epoxi).

7. Almacenamiento y Manipulación

7.1 Precauciones contra Descargas Electroestáticas (ESD)

A pesar de la clasificación de 8000V HBM, se recomiendan precauciones estándar contra ESD: usar pulseras antiestáticas conectadas a tierra, tapetes antiestáticos y equipo correctamente conectado a tierra durante la manipulación.

7.2 Sensibilidad a la Humedad

El dispositivo tiene un Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) de 2a.

• Bolsa Sellada:Almacenar a ≤30°C y ≤90% HR. La vida útil es de un año cuando se almacena en la bolsa barrera de humedad original con desecante.
• Después de Abrir:Almacenar a ≤30°C y ≤60% HR. Los dispositivos deben someterse a reflujo IR dentro de las 672 horas (28 días) posteriores a la exposición a las condiciones ambientales de fábrica.
• Almacenamiento Prolongado (Abierto):Almacenar en un contenedor sellado con desecante o en un desecador de nitrógeno.
• Secado (Baking):Si se exponen por más de 672 horas, secar a aproximadamente 60°C durante al menos 20 horas antes de soldar para eliminar la humedad absorbida y prevenir el "efecto palomita" durante el reflujo.

8. Embalaje y Pedido

8.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

• Ancho de la Cinta Portadora:8 mm.
• Diámetro del Carrete:7 pulgadas.
• Cantidad por Carrete:3000 piezas.
• Cantidad Mínima de Pedido (MOQ):500 piezas para cantidades restantes.
• Cobertura de los Alvéolos:Los alvéolos vacíos se sellan con cinta de cubierta.
• Componentes Faltantes:Se permite un máximo de dos LED faltantes consecutivos según la especificación (ANSI/EIA 481).

9. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

9.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Indicadores de Estado:En electrónica de consumo, electrodomésticos y paneles de control industrial, beneficiándose del amplio ángulo de visión.
• Iluminación Trasera:Para pantallas LCD pequeñas, teclados o interruptores de membrana.
• Iluminación Decorativa:En iluminación de acento de baja potencia o señalización.
• Activación de Sensores:Como fuente de luz para sensores ópticos (proximidad, detección de objetos).

Descargo de Responsabilidad Importante:Este LED está destinado a equipos electrónicos ordinarios. No está clasificado ni recomendado para aplicaciones críticas para la seguridad (ej., aviación, soporte vital médico, control de transporte) donde una falla podría poner en riesgo la vida o la salud.

9.2 Consideraciones de Diseño del Circuito

1. Limitación de Corriente:Siempre use una resistencia en serie o un controlador de corriente constante. Calcule el valor de la resistencia usando la V_Fmáxima del lote (ej., 3.15V) y la tensión de alimentación mínima para asegurar que la corriente nunca exceda el límite absoluto máximo, incluso en las peores condiciones.
2. Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, asegure un cobre de PCB adecuado o alivio térmico si opera cerca de la corriente máxima o en altas temperaturas ambientales para mantener la temperatura de unión dentro de los límites.
3. Protección contra Tensión Inversa:Dado que el dispositivo no está diseñado para polarización inversa, considere agregar un diodo de protección en paralelo (cátodo a ánodo) si el LED pudiera estar expuesto a transitorios de tensión inversa en el circuito.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

10.1 ¿Qué significa "montaje inverso"?

Montaje inverso se refiere a la orientación física del chip semiconductor del LED dentro del encapsulado. En un LED estándar, la luz emite principalmente desde la parte superior. En un diseño de montaje inverso, el chip está orientado para optimizar la emisión de luz desde los lados o a través del PCB, a menudo usado cuando el LED se monta en una cavidad o requiere una trayectoria óptica específica. La huella en el PCB será diferente a la de un LED estándar de vista superior.

10.2 ¿Puedo alimentar este LED continuamente a 20 mA?

Sí, 20 mA es el límite absoluto máximo de corriente directa continua DC. Para una longevidad óptima y un rendimiento estable, es una práctica común alimentar los LED por debajo de su máximo absoluto, a menudo a 10-15 mA. Consulte siempre las curvas de reducción de potencia (si están disponibles) para operar a altas temperaturas ambientales.

10.3 ¿Cómo interpreto el valor de intensidad luminosa?

La intensidad luminosa (mcd) es una medida del brillo percibido en una dirección específica (a lo largo del eje). El ángulo de visión de 130 grados significa que este brillo se mantiene sobre un cono muy amplio. Para aplicaciones que requieren un haz enfocado, se necesitarían ópticas secundarias (lentes). El sistema de clasificación (de L1 a N2) le permite seleccionar un brillo mínimo para su diseño.

10.4 ¿Por qué son tan importantes las condiciones de almacenamiento?

Los componentes SMD absorben humedad del aire. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad atrapada puede vaporizarse rápidamente, causando delaminación interna, grietas o "efecto palomita", lo que destruye el componente. La clasificación MSL y las instrucciones de secado son críticas para el rendimiento y la confiabilidad del ensamblaje.

11. Ejemplo Práctico de Diseño

Escenario:Diseñar un simple indicador de encendido para un circuito de 5V.

1. Seleccionar Lote:Elija un lote de intensidad (ej., M1 para 18-22.4 mcd) y un lote de tensión (ej., Lote 3 para ~2.9V) para el cálculo.
2. Calcular Resistencia en Serie:Objetivo I_F= 10 mA para un equilibrio entre brillo y longevidad.
   R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F= (5V - 2.9V) / 0.01A = 210 Ω.
   Use una resistencia estándar de 220 Ω. Verifique la potencia nominal: P_R= I²R = (0.01)²* 220 = 0.022W, por lo que una resistencia de 1/10W o 1/8W es suficiente.
3. Diseño del PCB:Utilice las dimensiones sugeridas para los pads de soldadura de la hoja de datos. Asegúrese de que la polaridad sea correcta según el diagrama de marcas del paquete.
4. Ensamblaje:Siga el perfil de reflujo IR recomendado. Si las placas se ensamblan en un ambiente húmedo y no se usan inmediatamente, considere secar los LED antes del ensamblaje si han estado fuera de la bolsa sellada por más de 28 días.

12. Introducción Tecnológica

Este LED se basa en la tecnología de semiconductores de InGaN (Nitruro de Galio e Indio) crecido sobre un sustrato, típicamente zafiro o carburo de silicio. Cuando se aplica una tensión directa, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa del pozo cuántico, liberando energía en forma de fotones. La proporción específica de indio a galio en la aleación determina la energía de la banda prohibida y, por lo tanto, la longitud de onda pico de la luz emitida, que en este caso está en el espectro azul (~468 nm). La lente de epoxi transparente encapsula el chip, proporcionando protección mecánica, dando forma a la salida de luz (ángulo de visión de 130 grados) y mejorando la eficiencia de extracción de luz.

13. Tendencias de la Industria

El desarrollo de los LED azules, por el cual se otorgó el Premio Nobel de Física 2014, fue un avance fundamental que permitió los LED blancos (mediante conversión de fósforo) y las pantallas a todo color. Las tendencias actuales en LED SMD como este se centran en:

• Mayor Eficiencia:Mayor eficacia luminosa (más salida de luz por vatio eléctrico de entrada).
• Miniaturización:Tamaños de paquete más pequeños (ej., 0201, 01005) para electrónica más densa.
• Mejor Consistencia de Color:Tolerancias de clasificación más estrictas para la longitud de onda dominante y la intensidad, cruciales para aplicaciones como iluminación trasera de pantallas.
• Confiabilidad Mejorada:Mayores temperaturas máximas de operación y mejor resistencia a la humedad para aplicaciones automotrices e industriales.
• Encapsulado Avanzado:Integración de múltiples chips LED (RGB, blanco) en un solo paquete, o paquetes con resistencias limitadoras de corriente o CI de control integrados ("LED inteligentes").