Hoja de Datos de LED SMD Azul InGaN de Montaje Inverso - Paquete EIA - Voltaje 2.8-3.8V - Intensidad Luminosa 28-180mcd - 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 alto brillo y montaje inverso. El dispositivo utiliza un chip semiconductor de InGaN (Nitruro de Galio e Indio) para producir luz azul y está encapsulado en un paquete con lente transparente que cumple con los estándares EIA (Alianza de Industrias Electrónicas). Diseñado para procesos de ensamblaje automatizados, es compatible con soldadura por reflujo infrarrojo. Las características clave del producto incluyen el cumplimiento de las directivas RoHS, la clasificación como producto ecológico y un alto umbral de descarga electrostática (ESD).

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

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

• Disipación de Potencia (Pd):76 mW. Esta es la potencia continua máxima que el encapsulado puede disipar en forma de calor.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):100 mA. Esto solo es permisible bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1 ms para evitar el sobrecalentamiento.
• Corriente Directa Continua (I_F):20 mA. Esta es la corriente máxima de operación en CC recomendada para un rendimiento confiable a largo plazo.
• Umbral de Descarga Electrostática (ESD):8000 V (Modelo de Cuerpo Humano). Esta alta clasificación indica una protección robusta contra la electricidad estática encontrada durante el manejo.
• Rango de Temperatura de Operación (T_opr):-20°C a +80°C. El dispositivo es funcional dentro de este rango de temperatura ambiente.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-30°C a +100°C.
• Condición de Soldadura por Reflujo Infrarrojo:Resiste una temperatura pico de 260°C durante 10 segundos, adecuado para procesos de ensamblaje sin plomo (Pb-free).

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

El rendimiento típico se mide a Ta=25°C e I_F=20 mA, a menos que se indique lo contrario.

• Intensidad Luminosa (I_V):28.0 - 180.0 mcd (milicandelas). Medida utilizando un sensor filtrado según la curva de respuesta fotópica del ojo CIE. El amplio rango se gestiona mediante clasificación (binning).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):130 grados. Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor axial (en el eje), indicando un patrón de visión amplio.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_P):468 nm. La longitud de onda específica a la cual la salida espectral es más fuerte.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):465.0 - 475.0 nm. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano para definir el color, derivada del diagrama de cromaticidad CIE.
• Ancho Medio Espectral (Δλ):25 nm. El ancho de banda del espectro de luz emitida a la mitad de su intensidad máxima (Ancho Total a Media Altura - FWHM).
• Voltaje Directo (V_F):2.80 - 3.80 V a I_F=20 mA. La caída de voltaje a través del LED cuando conduce corriente.
• Voltaje Inverso (V_R):0.6 - 1.2 V a I_R=20 mA. Esta es solo una condición de prueba; el dispositivo no está diseñado para operar bajo polarización inversa.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los dispositivos se clasifican en lotes (bins) según parámetros clave. El número de parte típicamente incluye códigos que especifican su lote.

3.1 Clasificación por Voltaje Directo

Las unidades están en Voltios (V) medidos a 20 mA. La tolerancia por lote es de ±0.1V.
Lote D7: 2.80 - 3.00V
Lote D8: 3.00 - 3.20V
Lote D9: 3.20 - 3.40V
Lote D10: 3.40 - 3.60V
Lote D11: 3.60 - 3.80V

3.2 Clasificación por Intensidad Luminosa

Las unidades están en milicandelas (mcd) medidas a 20 mA. La tolerancia por lote es de ±15%.
Lote N: 28.0 - 45.0 mcd
Lote P: 45.0 - 71.0 mcd
Lote Q: 71.0 - 112.0 mcd
Lote R: 112.0 - 180.0 mcd

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Las unidades están en nanómetros (nm) medidas a 20 mA. La tolerancia por lote es de ±1nm.
Lote AC: 465.0 - 470.0 nm
Lote AD: 470.0 - 475.0 nm

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas de rendimiento típicas que son esenciales para el diseño. Aunque los gráficos específicos no se reproducen en el texto, típicamente incluyen:

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Curva I_V/ I_F):Muestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente, generalmente en una relación no lineal que se satura a corrientes más altas.
• Voltaje Directo vs. Corriente Directa (Curva V_F/ I_F):Ilustra la característica I-V del diodo, crucial para diseñar circuitos limitadores de corriente.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Demuestra la disminución en la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión, un factor clave para la gestión térmica.
• Distribución Espectral:Un gráfico que muestra la potencia relativa emitida a través de diferentes longitudes de onda, centrada alrededor de la longitud de onda pico de 468 nm con un FWHM de 25 nm.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Dispositivo

El LED se ajusta a un contorno de paquete EIA estándar. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.10 mm a menos que se especifique lo contrario. El paquete presenta un diseño de montaje inverso, lo que significa que la emisión principal de luz es a través del lado del sustrato, lo que influye en el diseño de las almohadillas de PCB y el diseño óptico.

5.2 Diseño Recomendado de Almohadillas de Soldadura

Se proporciona un patrón de tierra (huella) sugerido para el PCB para garantizar una soldadura adecuada, estabilidad mecánica y alivio térmico. Adherirse a este patrón es crítico para lograr uniones de soldadura confiables durante el reflujo.

5.3 Identificación de Polaridad

Como todos los diodos, el LED tiene un ánodo (+) y un cátodo (-). Se debe observar la polaridad correcta durante el ensamblaje. El dibujo del paquete en la hoja de datos indica la marca de polaridad en el dispositivo, que debe alinearse con la marca correspondiente en la huella del PCB.

6. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se proporciona un perfil de reflujo infrarrojo (IR) sugerido para procesos sin plomo. Los parámetros clave incluyen:
- Precalentamiento:150-200°C.
- Tiempo de Precalentamiento:Máximo 120 segundos para calentar gradualmente la placa y los componentes, activando el fundente y minimizando el choque térmico.
- Temperatura Pico:Máximo 260°C.
- Tiempo por Encima del Líquidus:El perfil debe garantizar que la pasta de soldadura se funda correctamente. El componente puede soportar la temperatura pico durante un máximo de 10 segundos, y el reflujo debe realizarse un máximo de dos veces.

Nota:El perfil óptimo depende del diseño específico del PCB, la pasta de soldadura y el horno. Se recomienda caracterización para la aplicación específica.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual (por ejemplo, para re-trabajo), utilice un soldador con una temperatura que no exceda los 300°C. El tiempo de soldadura debe limitarse a un máximo de 3 segundos por unión, y esto debe hacerse solo una vez para evitar daños en el paquete.

6.3 Condiciones de Almacenamiento

El almacenamiento adecuado es vital para prevenir la absorción de humedad, que puede causar \"efecto palomita\" (agrietamiento del paquete) durante el reflujo.
- Paquete Sellado:Almacenar a ≤30°C y ≤90% de Humedad Relativa (HR). Usar dentro de un año.
- Paquete Abierto:Para componentes retirados de su bolsa a prueba de humedad, el ambiente de almacenamiento no debe exceder los 30°C o el 60% de HR. Se recomienda completar el reflujo IR dentro de las 672 horas (28 días, MSL 2a).
- Almacenamiento Extendido (Abierto):Almacenar en un contenedor sellado con desecante o en un desecador de nitrógeno.
- Re-horneado:Si los componentes han estado expuestos más allá de las 672 horas, hornear a aproximadamente 60°C durante al menos 20 horas antes de soldar.

6.4 Limpieza

No utilice productos químicos no especificados. Si se requiere limpieza después de soldar, sumerja el LED en alcohol etílico o alcohol isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto. Los disolventes agresivos pueden dañar el material del paquete o la lente.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

El dispositivo se suministra empaquetado en cinta portadora gofrada de 8 mm de ancho enrollada en carretes de 7 pulgadas (178 mm) de diámetro. Este es el formato estándar para máquinas de colocación automática pick-and-place.
- Piezas por Carrete: 3000.
- Cantidad Mínima de Empaque:500 piezas para cantidades restantes.
- Cinta de Cubierta:Los espacios vacíos en la cinta portadora se sellan con una cinta de cubierta superior.
- Componentes Faltantes:Se permite un máximo de dos LEDs faltantes consecutivos (espacios vacíos) por especificación de carrete.
- Estándar:El empaquetado cumple con las especificaciones ANSI/EIA-481.

8. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Uso Previsto

Este LED está diseñado para aplicaciones en equipos electrónicos ordinarios, incluidos equipos de oficina, dispositivos de comunicación y electrodomésticos. No está clasificado para aplicaciones críticas para la seguridad donde una falla podría poner en peligro la vida o la salud (por ejemplo, aviación, soporte vital médico, sistemas de seguridad de transporte) sin consulta y calificación previas.

8.2 Diseño del Circuito

Es obligatorio un resistor limitador de corriente externo o un circuito controlador de corriente constante. El voltaje directo tiene un rango (2.8-3.8V), por lo que los diseños no deben asumir un V_F fijo. El circuito debe diseñarse para limitar I_F a 20 mA CC o menos bajo todas las condiciones de operación, considerando las variaciones de la fuente de alimentación y los efectos de la temperatura.

8.3 Gestión Térmica

Aunque el paquete puede disipar 76 mW, un disipador de calor efectivo a través de las almohadillas del PCB es esencial para mantener baja la temperatura de la unión. Una alta temperatura de unión reduce la salida de luz (depreciación de lúmenes) y acorta la vida útil operativa. Asegúrese de que el diseño del PCB proporcione vías térmicas y área de cobre adecuadas, especialmente cuando se opera a altas temperaturas ambientales o cerca de la corriente máxima.

8.4 Precauciones contra ESD

A pesar de la alta clasificación de 8000V HBM, siempre se deben seguir las precauciones estándar de manejo de ESD. Use pulseras con conexión a tierra, tapetes antiestáticos y equipo debidamente conectado a tierra cuando manipule estos dispositivos.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Este dispositivo ofrece varias ventajas distintivas en su categoría:
1. Diseño de Montaje Inverso:Permite una integración óptica única donde la luz se emite desde el lado montado contra el PCB, permitiendo diseños de productos más delgados o un acoplamiento específico con guías de luz.
2. Alto Brillo (Hasta 180 mcd):Proporciona alta intensidad luminosa desde un paquete pequeño, adecuado para aplicaciones de indicador que requieren alta visibilidad.
3. Amplio Ángulo de Visión (130°):Ofrece una iluminación amplia y uniforme ideal para paneles de retroiluminación o indicadores de estado vistos desde múltiples ángulos.
4. Protección Robusta contra ESD:La clasificación de 8000V HBM supera los niveles típicos de la industria, ofreciendo mayor robustez en el manejo y la aplicación.
5. Compatibilidad con Reflujo sin Plomo:Certificado para procesos de ensamblaje sin plomo estándar con una clasificación de temperatura pico de 260°C.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de onda pico y la longitud de onda dominante?
R: La longitud de onda pico (λ_P=468 nm) es el punto físico de mayor emisión espectral. La longitud de onda dominante (λ_d=465-475 nm) es un valor calculado basado en la percepción del color humano (gráfico CIE) y es lo que define el color \"azul\" que ves.

P: ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de 3.3V sin una resistencia?
R: No. El voltaje directo varía entre 2.8V y 3.8V. Conectar directamente a 3.3V podría resultar en una corriente excesiva si el V_F es inferior a 3.3V, lo que podría destruir el LED. Utilice siempre un mecanismo limitador de corriente.

P: ¿Qué significa \"MSL 2a\" en la sección de almacenamiento?
R: Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) 2a indica que el componente puede estar expuesto a las condiciones del piso de fábrica (≤30°C/60% HR) durante 4 semanas (672 horas) antes de requerir horneado previo a la soldadura por reflujo.

P: ¿Es adecuado este LED para operación continua a 20 mA?
R: Sí, 20 mA es la corriente directa continua en CC nominal. Sin embargo, la gestión térmica a través del PCB es crucial para mantener la temperatura de la unión dentro de límites seguros para una confiabilidad a largo plazo.

11. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Retroiluminación para un Panel de Interruptores de Membrana
Un diseñador necesita retroiluminar un panel grande y curvo de interruptores de membrana con una iluminación azul uniforme. El diseño de montaje inverso de este LED es ideal. Los LED se colocan en el PCB flexible (circuito flexible) con la superficie emisora hacia abajo hacia una capa guía de luz. El ángulo de visión de 130 grados asegura que la luz se distribuya uniformemente a través de la guía. El diseñador selecciona lotes del rango superior de intensidad luminosa (por ejemplo, Lote Q o R) para lograr el brillo requerido y especifica un lote de longitud de onda dominante estrecho (por ejemplo, AC o AD) para la consistencia de color en todo el panel. El empaquetado automático en cinta y carrete permite una colocación rápida y confiable por la máquina de ensamblaje. La alta clasificación ESD proporciona protección durante el manejo del circuito flexible.

12. Introducción al Principio Tecnológico

Este LED se basa en la tecnología de semiconductores InGaN. En un Diodo Emisor de Luz, la luz se produce a través de un proceso llamado electroluminiscencia. Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión p-n del semiconductor (InGaN), los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa. Cuando estos electrones y huecos se recombinan, liberan energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica (color) de la luz está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. El InGaN tiene una banda prohibida adecuada para producir luz en las regiones azul y verde del espectro. La lente \"transparente\" está típicamente hecha de epoxi o silicona y está diseñada para extraer eficientemente la luz generada dentro del chip semiconductor.

13. Tendencias y Desarrollos de la Industria

El mercado de LED SMD continúa evolucionando hacia una mayor eficiencia, paquetes más pequeños y una mayor integración. Las tendencias relevantes para este tipo de dispositivo incluyen:
1. Mayor Eficiencia (lm/W):Las mejoras continuas en el crecimiento epitaxial y el diseño de chips producen más salida de luz por unidad de potencia eléctrica, reduciendo el consumo de energía y la carga térmica.
2. Miniaturización:La búsqueda de productos finales más pequeños impulsa LED en huellas de paquete cada vez más pequeñas mientras se mantiene o aumenta la salida de luz.
3. Mejor Consistencia de Color:Los avances en el control de fabricación y estrategias de clasificación más granulares permiten tolerancias de color más estrechas en las series de producción, importantes para matrices de múltiples LED.
4. Confiabilidad Mejorada:Las mejoras en los materiales del paquete (por ejemplo, siliconas de alta temperatura) y las tecnologías de unión del dado conducen a vidas operativas más largas y un mejor rendimiento en condiciones ambientales adversas.
5. Integración Inteligente:Si bien este es un componente discreto, la tendencia más amplia es hacia módulos integrados que combinan LED con controladores, reguladores y sensores en un solo paquete.