Hoja de Datos del Display de Siete Segmentos ELS-2326SURWA/S530-A3 - Altura de Dígito 57.0mm - Tensión Directa 2.0V - Rojo Brillante - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El ELS-2326SURWA/S530-A3 es un display alfanumérico de siete segmentos de montaje through-hole, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y fiables en diversas condiciones de iluminación. Este dispositivo pertenece a una familia de componentes de estándar industrial conocidos por su durabilidad y rendimiento consistente.

1.1 Características y Ventajas Principales

Las principales ventajas de este módulo de display derivan de su diseño y selección de materiales. Cuenta con un formato estándar industrial, garantizando compatibilidad con diseños de PCB y zócalos existentes para componentes similares. Un beneficio clave es su bajo consumo de energía, lo que lo hace adecuado para aplicaciones alimentadas por batería o sensibles al consumo. El dispositivo está construido con materiales libres de plomo y cumple plenamente con la directiva RoHS, atendiendo los requisitos medioambientales y normativos modernos. Los segmentos son blancos, sobre una superficie gris, lo que proporciona un alto contraste para mejorar la legibilidad.

1.2 Mercado Objetivo y Posicionamiento

Este display está posicionado para su uso en aplicaciones rentables y centradas en la fiabilidad, donde una indicación numérica clara es primordial. Su diseño prioriza el rendimiento a largo plazo en entornos operativos estándar, más que en condiciones extremas que requieran componentes especializados.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

El rendimiento del ELS-2326SURWA/S530-A3 está definido por un conjunto de parámetros eléctricos, ópticos y térmicos que los diseñadores deben considerar para una implementación exitosa.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No están destinados para operación normal.

• Tensión Inversa (V_R):5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar ruptura de la unión.
• Corriente Directa Continua (I_F):25 mA. Esta es la corriente máxima de CC que se puede aplicar continuamente a cada segmento.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):60 mA. Esto solo es permisible en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo ≤ 10%, frecuencia ≤ 1 kHz) y no debe usarse para operación en CC.
• Disipación de Potencia (P_d):60 mW. La potencia máxima que puede disiparse como calor, calculada como Tensión Directa (V_F) × Corriente Directa (I_F).
• Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente en el que se especifica que el dispositivo funciona correctamente.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +100°C.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C durante un máximo de 5 segundos. Esto es crítico para procesos de soldadura por ola o manual para prevenir daños térmicos a la resina epoxi y a las uniones internas.

2.2 Características Electro-Ópticas

Medidas a una temperatura de unión estándar (T_a= 25°C), estos parámetros definen la salida de luz y el comportamiento eléctrico del dispositivo en condiciones normales de operación.

• Intensidad Luminosa (I_v):15 mcd (Mín), 34 mcd (Típ) a I_F= 10 mA. Esta es la salida de luz promedio por segmento. Se aplica una tolerancia de ±10% a este valor, lo que significa que los dispositivos se clasifican o categorizan según la intensidad medida.
• Longitud de Onda de Pico (λ_p):632 nm (Típ). La longitud de onda a la que la emisión espectral es más fuerte. Este es un parámetro clave para el color percibido (rojo brillante).
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):624 nm (Típ). La longitud de onda única que mejor coincide con el color percibido de la luz, que puede diferir ligeramente de la longitud de onda de pico.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):20 nm (Típ). El rango de longitudes de onda emitidas, medido a la mitad de la intensidad máxima (Ancho a Media Altura). Un ancho de banda más estrecho indica un color espectralmente más puro.
• Tensión Directa (V_F):2.0 V (Típ), 2.4 V (Máx) a I_F= 20 mA. Esta es la caída de tensión a través del LED durante su operación. El circuito de excitación debe diseñarse para proporcionar suficiente voltaje. Se especifica una tolerancia de ±0.1V.
• Corriente Inversa (I_R):100 µA (Máx) a V_R= 5 V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el dispositivo está polarizado inversamente dentro de su valor máximo.

3. Sistema de Clasificación y Categorización

La hoja de datos indica que los dispositivos están"Categorizados por intensidad luminosa."Esto se refiere a una práctica común en la fabricación de LED conocida como "clasificación por bins".

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Debido a variaciones inherentes en el crecimiento epitaxial del semiconductor y al proceso de fabricación, la salida de luz de los LED puede variar. Para garantizar consistencia para el usuario final, los fabricantes prueban y clasifican (bins) los LED en grupos según su intensidad luminosa medida. El ELS-2326SURWA/S530-A3 tiene una intensidad típica de 34 mcd con un mínimo de 15 mcd. Los dispositivos adquiridos caerán dentro de un rango específico de intensidad (bin), que debe ser consistente dentro de un lote de producción o pedido único. La explicación de la etiqueta incluye "CAT: Rango de Intensidad Luminosa," confirmando esta práctica.

3.2 Consistencia de la Tensión Directa

Aunque no se describe explícitamente como un parámetro clasificado, la estrecha tolerancia en la tensión directa (±0.1V) sugiere un control cuidadoso del proceso. Una V_Fconsistente es importante para diseñar circuitos simples de limitación de corriente con resistencias en serie, ya que minimiza la variación de brillo entre segmentos cuando se excitan desde una fuente de voltaje común.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan información sobre cómo cambian los parámetros con las condiciones de operación.

4.1 Distribución Espectral

La curva espectral muestra la intensidad relativa de la luz emitida a través de diferentes longitudes de onda. Para este dispositivo basado en AlGaInP, la curva estará centrada alrededor de 632 nm (pico) con un ancho de banda típico de 20 nm. Esta curva confirma el color monocromático "rojo brillante" sin emisión significativa en otras bandas de color.

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

Esta curva ilustra la relación no lineal entre corriente y voltaje en un diodo semiconductor. Para el LED, un pequeño aumento en el voltaje más allá del umbral de encendido (~1.8V) causa un gran aumento exponencial en la corriente. Es por eso que los LED deben ser excitados con una fuente limitada de corriente (por ejemplo, un driver de corriente constante o una resistencia en serie), no con una fuente de voltaje constante, para evitar la fuga térmica y la destrucción.

4.3 Curva de Reducción de Corriente Directa

Este es uno de los gráficos más críticos para un diseño fiable. Muestra cómo la corriente directa continua máxima permitida (I_F) debe reducirse a medida que aumenta la temperatura ambiente. A 25°C, se permite el total de 25 mA. A medida que la temperatura sube hacia la temperatura máxima de operación de 85°C, la corriente permisible disminuye significativamente. Esta reducción es necesaria porque la temperatura de unión interna del LED aumenta tanto con la temperatura ambiente como con el autocalentamiento por el flujo de corriente. Exceder la temperatura de unión segura degrada la salida de luz y acorta drásticamente la vida útil. Los diseñadores deben usar esta curva para seleccionar una corriente de operación apropiada para la peor temperatura ambiente de su aplicación.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones Físicas

El dispositivo tiene una altura de dígito de 57.0 mm (2.24 pulgadas), lo que lo clasifica como un display de gran formato adecuado para visualización a distancia. El dibujo de dimensiones del encapsulado proporciona medidas detalladas para el cuerpo general del display, el espaciado y tamaño de los pines through-hole, y la disposición de los segmentos. Se aplica una tolerancia general de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario. El dibujo es esencial para crear la huella en la PCB, asegurar un ajuste adecuado y definir el área de exclusión en la placa.

5.2 Diagrama de Pines y Circuito Interno

El diagrama de circuito interno muestra la conexión eléctrica de los segmentos individuales (a a g) y la conexión común. Este display utiliza una configuración de ánodo común, lo que significa que los ánodos (lados positivos) de todos los segmentos LED están conectados internamente a un pin común (o conjunto de pines). Los cátodos (lados negativos) de cada segmento se sacan a pines individuales. Para iluminar un segmento, el pin de ánodo común se conecta a una fuente de voltaje positivo, y el pin de cátodo correspondiente se lleva a bajo (a tierra) a través de una resistencia limitadora de corriente. El diagrama de pines especifica qué pin físico corresponde a cada cátodo de segmento y al ánodo común.

6. Guías de Soldadura y Ensamblaje

Se requiere un manejo adecuado para mantener la integridad y el rendimiento del dispositivo.

6.1 Parámetros de Soldadura

El valor máximo absoluto especifica una temperatura de soldadura de 260°C durante un máximo de 5 segundos. Esto se aplica a la temperatura del terminal/cable durante la soldadura por ola o manual. Para soldadura por reflujo, se debe usar un perfil estándar sin plomo con una temperatura máxima que no exceda los 260°C. La exposición prolongada a altas temperaturas puede dañar las uniones internas de alambre, degradar el encapsulado epoxi o causar delaminación.

6.2 Protección contra Descargas Electroestáticas (ESD)

La hoja de datos contiene una advertencia fuerte sobre la sensibilidad a ESD. El chip semiconductor de AlGaInP es vulnerable a daños por electricidad estática, lo que puede causar fallos inmediatos o defectos latentes que reducen la fiabilidad a largo plazo. Las precauciones obligatorias incluyen: operadores usando pulseras antiestáticas conectadas a tierra; uso de estaciones de trabajo, tapetes y herramientas seguras contra ESD; asegurar que todo el equipo esté correctamente conectado a tierra; y almacenar/transportar dispositivos en empaques conductivos o antiestáticos. Se pueden usar ionizadores para neutralizar la carga en materiales no conductivos en el área de trabajo.

6.3 Condiciones de Almacenamiento

Los dispositivos deben almacenarse dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado de -40°C a +100°C, en un ambiente seco para prevenir la absorción de humedad, y en su empaque protector ESD original hasta que estén listos para su uso.

7. Información de Empaque y Pedido

7.1 Especificación de Empaque

El dispositivo sigue un proceso de empaque específico: 10 piezas se empacan en un tubo para protección mecánica y manejo. Luego, 10 tubos se colocan en una caja. Finalmente, 4 cajas se empacan en un cartón maestro de envío. Este empaque jerárquico (10 PCS/Tubo → 10 Tubos/Caja → 4 Cajas/Cartón) es común para componentes through-hole y ayuda en la gestión de inventario y el ensamblaje automatizado.

7.2 Explicación de la Etiqueta

Las etiquetas en el empaque contienen varios códigos: CPN (Número de Parte del Cliente), P/N (Número de Parte del Fabricante: ELS-2326SURWA/S530-A3), QTY (Cantidad), CAT (Categoría/Rango de Intensidad Luminosa), y LOT No (Número de lote de fabricación trazable). El código "CAT" es crucial para garantizar la consistencia de brillo en una corrida de producción.

8. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

La hoja de datos sugiere tres aplicaciones principales: Electrodomésticos (por ejemplo, temporizadores de horno, displays de lavadoras), Paneles de Instrumentos (para equipos industriales, equipos de prueba o mercado secundario automotriz) y Displays de Lectura Digital General. Su gran tamaño y buen contraste lo hacen adecuado para aplicaciones donde el display necesita leerse desde varios metros de distancia o en luz ambiente razonablemente brillante.

8.2 Diseño del Circuito de Excitación

Diseñar el circuito de excitación requiere varios cálculos clave. Primero, determine la corriente de operación (I_F) basándose en el brillo requerido y la temperatura ambiente usando la curva de reducción. Un valor típico podría ser 10-20 mA. Para un diseño simple con resistencia en serie con un display de ánodo común conectado a un voltaje de alimentación V_CC, el valor de la resistencia para cada segmento es: R = (V_CC- V_F) / I_F. Usando la V_Ftípica de 2.0V y una alimentación de 5V con I_F=15mA da R = (5 - 2.0) / 0.015 = 200 Ω. La potencia nominal de la resistencia debe ser al menos I_F²× R = (0.015)²× 200 = 0.045W, por lo que una resistencia estándar de 1/8W (0.125W) es suficiente. Para multiplexar múltiples dígitos, se usan comúnmente CI dedicados de excitación (como registros de desplazamiento 74HC595 o drivers de display MAX7219) para controlar los cátodos de segmento y los ánodos de dígito, reduciendo significativamente el número de pines de E/S de microcontrolador requeridos.

8.3 Gestión Térmica

Aunque no es un dispositivo de alta potencia, las consideraciones térmicas siguen siendo importantes para la longevidad. Asegure un espaciado adecuado en la PCB para permitir cierta circulación de aire. Evite colocar el display cerca de otras fuentes de calor significativas. Adherirse a la curva de reducción de corriente es el método principal de gestión térmica. El amplio rango de temperatura de operación (-40°C a +85°C) indica robustez para la mayoría de los entornos interiores y muchos exteriores.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El ELS-2326SURWA/S530-A3 se diferencia por su combinación específica de atributos: una gran altura de dígito de 57.0mm, montaje through-hole, emisión roja brillante de AlGaInP y una configuración de ánodo común. En comparación con displays más pequeños (por ejemplo, 14.2mm o 20mm), ofrece una visibilidad superior a distancia. En comparación con displays de montaje superficial (SMD), las versiones through-hole como esta a menudo se perciben como más robustas para entornos de alta vibración o aplicaciones que requieren reparación manual, y típicamente son más fáciles de prototipar. El sistema de material AlGaInP ofrece alta eficiencia y buena pureza de color en el espectro rojo/naranja/ámbar en comparación con tecnologías más antiguas.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo excitar este display directamente desde un pin de microcontrolador de 5V?

R: No. Un pin de microcontrolador no puede suministrar o absorber suficiente corriente (típicamente 20-40mA máximo por pin, con un límite total del encapsulado) para excitar múltiples segmentos con brillo. Más importante aún, un LED debe tener su corriente limitada. Conectarlo directamente a una fuente de voltaje sin una resistencia en serie intentaría extraer corriente excesiva, dañando tanto al LED como posiblemente al pin del microcontrolador. Siempre use una resistencia limitadora de corriente en serie o un driver de corriente constante dedicado.

P: ¿Por qué mi display está tenue cuando lo opero a 85°C, incluso usando la misma corriente que a temperatura ambiente?

R: La eficacia luminosa del LED (salida de luz por unidad de entrada eléctrica) disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Esta es una propiedad fundamental de los semiconductores. Además, la curva de reducción requiere quereduzcala corriente de operación a altas temperaturas ambientales para evitar el sobrecalentamiento. Ambos efectos contribuyen a un brillo reducido a alta temperatura.

P: ¿Qué significa "libre de Pb y conforme con RoHS" para mi diseño?

R: Significa que el dispositivo no contiene plomo (Pb) u otras sustancias peligrosas restringidas según la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas). Este es un requisito legal para vender productos electrónicos en muchas regiones, incluida la Unión Europea. También afecta su proceso de soldadura, requiriendo el uso de soldadura sin plomo con un punto de fusión más alto, por lo que la especificación de soldadura a 260°C es importante.

P: La tensión directa es 2.0V típica. ¿Puedo alimentarlo desde un sistema de 3.3V?

R: Sí, absolutamente. Con una alimentación de 3.3V (V_CC), el valor de la resistencia en serie se recalcularía. Para I_F=15mA: R = (3.3 - 2.0) / 0.015 ≈ 87 Ω. Asegúrese de que su circuito de excitación (microcontrolador, CI driver) pueda manejar la corriente del segmento al llevar el cátodo a bajo.

11. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseñando un temporizador digital simple para una incubadora de laboratorio.

El display necesita ser legible desde el otro lado de la habitación en la luz ambiente del laboratorio. Se elige la altura de 57.0mm del ELS-2326SURWA/S530-A3 por su visibilidad. La incubadora tiene un microcontrolador interno funcionando a 5V. Se selecciona una configuración de ánodo común por simplicidad. El diseño usa un solo registro de desplazamiento 74HC595 para controlar los 7 cátodos de segmento, y un arreglo de transistores (por ejemplo, ULN2003) para absorber corriente para los ánodos comunes de 4 dígitos, permitiendo multiplexación. La corriente de operación se establece en 12 mA por segmento para asegurar un buen brillo mientras se mantiene bien dentro del límite de 25mA y permitiendo margen para la reducción por temperatura dentro del gabinete cálido de la incubadora (máx. ~40°C). Se usan resistencias en serie de 220 Ω ((5V - 2.0V)/0.012A ≈ 250Ω; 220Ω es el valor estándar más cercano, resultando en I_F≈ 13.6mA). El diseño de la PCB incluye la huella exacta de la hoja de datos, y durante el ensamblaje, los técnicos usan pulseras ESD y un soldador de temperatura controlada ajustado a 350°C con uniones rápidas de menos de 3 segundos por pin.

12. Principio de Operación

Un display de siete segmentos es un conjunto de siete barras de diodos emisores de luz (LED) dispuestas en un patrón de figura ocho. Cada barra es un LED independiente. Al iluminar selectivamente combinaciones específicas de estos siete segmentos, se pueden formar todos los dígitos decimales (0-9) y algunas letras. En un display de ánodo común como este, todos los ánodos (terminales positivos) de los LED de segmento están conectados juntos a un nodo común. Los cátodos (terminales negativos) son separados. Para encender un segmento, se aplica un voltaje positivo al ánodo común, y el cátodo del segmento deseado se conecta a un voltaje más bajo (generalmente tierra) a través de un circuito limitador de corriente. El material semiconductor AlGaInP (Fosfuro de Aluminio Galio Indio) utilizado en este dispositivo es un compuesto de banda prohibida directa diseñado específicamente para emitir luz en la región roja a ámbar del espectro visible cuando los electrones se recombinan con huecos a través de la banda prohibida, un proceso llamado electroluminiscencia.

13. Tendencias Tecnológicas

El mercado de displays discretos de siete segmentos ha sido en gran medida estable, con tipos through-hole como este sirviendo a diseños heredados, mercados de reparación y aplicaciones donde se valora la robustez. La tendencia más amplia en tecnología de displays es hacia dispositivos de montaje superficial (SMD) para ensamblaje automatizado, módulos multidígito de mayor densidad y la integración de controladores y drivers en el encapsulado del display. También hay una tendencia hacia gamas de color más amplias y el uso de fósforos avanzados en LED blancos, pero para indicadores rojos monocromáticos, AlGaInP sigue siendo la tecnología de alta eficiencia dominante. Los principios de excitación de corriente, gestión térmica y protección ESD cubiertos en esta hoja de datos son fundamentales y se aplican universalmente en todas las tecnologías LED, desde este display discreto hasta los modernos LED de iluminación de alta potencia.