Hoja de Datos del LED SMD LTST-S220KEKT - Emisión Lateral - Rojo (AlInGaP) - 20mA - 50mcd - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTST-S220KEKT es un diodo emisor de luz (LED) de montaje superficial (SMD) diseñado principalmente para aplicaciones de iluminación de emisión lateral. Su construcción central utiliza un chip semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP), diseñado para producir luz roja de alta intensidad. La intención de diseño principal y el mercado clave para este componente es su integración como fuente de retroiluminación para paneles de pantalla de cristal líquido (LCD), donde se requiere una iluminación de borde uniforme.

El componente se suministra en un formato estándar compatible con EIA, en cinta de 8mm enrollada en carretes de 7 pulgadas de diámetro. Este embalaje es totalmente compatible con los equipos automáticos de colocación pick-and-place de alta velocidad comúnmente utilizados en la fabricación electrónica moderna. El LED también es compatible con los procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo (IR), reflujo en fase de vapor y soldadura por ola, lo que lo hace adecuado para la producción en volumen.

1.1 Ventajas Principales

• Óptica Especializada:El diseño de la lente de emisión lateral está optimizado para dirigir la luz lateralmente, lo cual es ideal para canalizar la luz hacia las guías de luz utilizadas en las unidades de retroiluminación (BLU) de LCD.
• Alto Brillo:El uso de la tecnología AlInGaP proporciona una alta intensidad luminosa desde un área de chip pequeña.
• Preparación para Fabricación:El embalaje en cinta y carrete y la compatibilidad con procesos de reflujo permiten un ensamblaje automatizado y eficiente, reduciendo el tiempo y el coste de producción.
• Fiabilidad:El dispositivo está clasificado para funcionar en un amplio rango de temperaturas, desde -55°C hasta +85°C, lo que respalda aplicaciones en diversos entornos.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

Todas las especificaciones se definen a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C, salvo que se indique lo contrario. Comprender estos parámetros es fundamental para un diseño de circuito fiable y para garantizar un rendimiento a largo plazo.

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 se garantiza el funcionamiento en o cerca de estos límites y debe evitarse para una operación fiable.

• Disipación de Potencia (Pd):75 mW. Esta es la pérdida de potencia máxima permitida dentro del dispositivo.
• Corriente Directa Continua (IF):30 mA. La corriente continua que se puede aplicar de forma continua.
• Corriente Directa de Pico:80 mA. Permisible solo en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms).
• Factor de Reducción:0.4 mA/°C. Por cada grado Celsius por encima de 25°C, la corriente directa continua máxima permitida debe reducirse en esta cantidad.
• Voltaje Inverso (VR):5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar la ruptura de la unión.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-55°C a +85°C.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos en condiciones normales de funcionamiento.

• Intensidad Luminosa (Iv):30.0 mcd (Mín), 50.0 mcd (Típ) a una corriente directa (IF) de 20 mA. La intensidad se mide utilizando un sensor filtrado para coincidir con la curva de respuesta fotópica del ojo CIE.
• Ángulo de Visión (2θ½):130 grados (Típ). Este amplio ángulo de visión es característico del diseño de emisión lateral, indicando que la luz se emite sobre un plano lateral amplio.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λPeak):632 nm (Típ). La longitud de onda a la que la salida espectral es más fuerte.
• Longitud de Onda Dominante (λd):624 nm (Típ). Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano, derivada de las coordenadas de cromaticidad CIE, que define el punto de color rojo.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):20 nm (Típ). El ancho de banda del espectro emitido a la mitad de la intensidad máxima, indicando la pureza del color.
• Voltaje Directo (VF):2.0 V (Mín), 2.4 V (Típ) a IF=20mA. Este parámetro es crucial para calcular los valores de la resistencia en serie y el diseño de la fuente de alimentación.
• Corriente Inversa (IR):100 µA (Máx) a VR=5V.
• Capacitancia (C):40 pF (Típ) a VF=0V, f=1MHz. Relevante para aplicaciones de conmutación de alta frecuencia.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque no se proporcionan datos gráficos específicos en el extracto de texto, las curvas típicas para este tipo de dispositivo serían esenciales para el análisis de diseño. Los ingenieros esperarían revisar las siguientes relaciones, que son estándar para la caracterización de LEDs:

3.1 Curva de Corriente vs. Voltaje (I-V)

Esta curva muestra la relación exponencial entre el voltaje directo y la corriente. El voltaje de rodilla (donde la corriente comienza a aumentar bruscamente) para los LEDs AlInGaP suele estar alrededor de 1.8-2.0V. La curva es esencial para determinar la resistencia dinámica del LED y para diseñar el circuito limitador de corriente apropiado.

3.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

Este gráfico suele mostrar una relación casi lineal entre la corriente directa y la salida de luz dentro del rango de operación recomendado. Ayuda a los diseñadores a elegir la corriente de accionamiento para lograr un nivel de brillo deseado manteniéndose dentro de los límites térmicos.

3.3 Dependencia de la Temperatura

Parámetros clave como el voltaje directo y la intensidad luminosa varían con la temperatura de la unión. VF típicamente disminuye al aumentar la temperatura (coeficiente de temperatura negativo), mientras que la intensidad luminosa generalmente disminuye. Comprender estos cambios es vital para diseños que operan en un amplio rango de temperaturas o a altos niveles de potencia.

3.4 Distribución Espectral

Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda mostraría un pico alrededor de 632nm con un ancho medio típico de 20nm, confirmando la salida monocromática roja del chip AlInGaP.

4. Información Mecánica y de Embalaje

4.1 Dimensiones del Dispositivo

El LED se ajusta a un contorno de encapsulado EIA estándar. Las dimensiones críticas incluyen la longitud, anchura y altura del cuerpo, y la ubicación del identificador del cátodo (normalmente una muesca o una marca verde en la cinta). Las dimensiones exactas en milímetros y las tolerancias (±0.1mm) se proporcionan en el dibujo del encapsulado dentro de la hoja de datos.

4.2 Identificación de Polaridad

La orientación correcta es obligatoria. El cátodo suele estar marcado en el cuerpo del dispositivo o indicado por una característica específica en el bolsillo de la cinta. Una orientación incorrecta impedirá que el LED se ilumine y aplicar polarización inversa puede dañarlo.

4.3 Diseño Sugerido de las Pistas de Soldadura

Se proporciona una huella recomendada para las pistas del PCB para garantizar la formación adecuada de la junta de soldadura, la estabilidad mecánica y el alivio térmico durante el reflujo. Adherirse a este diseño minimiza el efecto "tombstoning" y otros defectos de ensamblaje.

4.4 Especificaciones de Cinta y Carrete

El componente se suministra en cinta portadora embutida con una cinta protectora de cubierta. Las especificaciones clave incluyen: ancho de cinta de 8mm, diámetro de carrete de 7 pulgadas y 4000 piezas por carrete. El embalaje sigue los estándares ANSI/EIA 481-1-A-1994. Se permite un máximo de dos componentes faltantes consecutivos (bolsillos vacíos) por carrete.

5. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

5.1 Condiciones de Soldadura por Reflujo

El LED está clasificado para procesos de soldadura comunes. La hoja de datos especifica las condiciones máximas de exposición para prevenir daños térmicos al encapsulado plástico y a los hilos de unión:

• Soldadura por Infrarrojos (IR) / Ola:Temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 5 segundos.
• Soldadura en Fase de Vapor:215°C durante un máximo de 3 minutos.

Normalmente se sugiere un perfil de reflujo detallado (precalentamiento, estabilización, reflujo, enfriamiento) con restricciones de tiempo y temperatura para garantizar juntas de soldadura fiables sin degradar el LED.

5.2 Limpieza

La limpieza posterior a la soldadura requiere precaución. Solo deben usarse los productos químicos especificados. La hoja de datos recomienda explícitamente:

• Inmersión en alcohol etílico o alcohol isopropílico a temperatura ambiente normal.
• El tiempo de inmersión debe ser inferior a un minuto.
• Deben evitarse líquidos químicos no especificados, ya que pueden dañar la lente de epoxi o el encapsulado del LED.

5.3 Almacenamiento y Manipulación

Los dispositivos deben almacenarse en sus bolsas selladas originales con barrera de humedad y desecante en un entorno controlado (dentro del rango de -55°C a +85°C). La exposición a una humedad excesiva antes de la soldadura puede provocar el efecto "palomitas" durante el reflujo. Deben observarse las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante la manipulación.

6. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Aplicación Principal: Retroiluminación de LCD

El diseño de emisión lateral es ideal para unidades de retroiluminación de borde. Se colocan múltiples LEDs a lo largo de uno o más bordes de una placa guía de luz (LGP). La luz de los LEDs se inyecta en el borde de la LGP, donde se propaga por reflexión interna total y se extrae hacia arriba hacia el panel LCD mediante características superficiales impresas o moldeadas, creando una fuente de luz de área uniforme.

6.2 Diseño del Circuito de Accionamiento

Los LEDs son dispositivos accionados por corriente. Una resistencia limitadora de corriente en serie es el método de accionamiento más simple. El valor de la resistencia (R) se calcula usando la Ley de Ohm: R = (Vcc - VF) / IF, donde Vcc es el voltaje de alimentación, VF es el voltaje directo del LED (usar el valor típico o máximo para fiabilidad), e IF es la corriente directa deseada (ej., 20mA). Para un brillo constante en múltiples LEDs o con temperaturas variables, se recomienda un circuito de accionamiento de corriente constante.

6.3 Gestión Térmica

Aunque la disipación de potencia es baja (75mW máx.), una gestión térmica efectiva es crucial para la longevidad y la estabilidad de la salida de luz. El PCB actúa como disipador de calor. Asegúrese de un área de cobre adecuada conectada a las almohadillas térmicas del LED (si las hay) o a las pistas de soldadura para conducir el calor lejos de la unión. Adhiérase a la curva de reducción de corriente por encima de los 25°C de ambiente.

6.4 Integración Óptica

Para aplicaciones de retroiluminación, la alineación mecánica precisa y la distancia entre la superficie emisora del LED y el borde de la placa guía de luz son críticas para maximizar la eficiencia de acoplamiento y minimizar las pérdidas ópticas. El amplio ángulo de visión de 130 grados ayuda en este acoplamiento.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otras tecnologías de LED para emisión roja:

• vs. GaAsP Tradicional:AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor y una mejor estabilidad térmica, lo que resulta en una luz roja más brillante y consistente.
• vs. LEDs AlInGaP de Vista Superior:El diferenciador clave es el patrón del haz. Esta variante de emisión lateral emite luz paralela al plano del PCB, mientras que los LEDs estándar emiten perpendicularmente. Esto lo hace inadecuado para indicación directa pero óptimo para iluminación de borde.
• vs. LEDs Blancos para Retroiluminación:Los LEDs monocromáticos rojos como este se utilizan a menudo en sistemas de retroiluminación multicolor (RGB) para crear una amplia gama de colores, o en pantallas monocromáticas que requieren una iluminación roja específica.

8. Preguntas Frecuentes (FAQ)

8.1 ¿Puedo accionar este LED directamente desde una salida lógica de 5V o 3.3V?

No. Debe usar una resistencia en serie o un controlador de corriente constante para limitar la corriente al máximo especificado (30mA continuos). Conectarlo directamente a una fuente de voltaje causará un flujo de corriente excesivo, pudiendo destruir el LED.

8.2 ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de onda de pico y la longitud de onda dominante?

La longitud de onda de pico (λPeak) es la longitud de onda física donde la potencia espectral es más alta. La longitud de onda dominante (λd) es una métrica perceptual derivada de la ciencia del color (diagrama CIE) que representa la única longitud de onda que el ojo humano percibiría como coincidente con el color del LED. Para LEDs monocromáticos, suelen estar cerca pero no son idénticas.

8.3 ¿Cuántos LEDs puedo conectar en serie?

El número depende de su voltaje de alimentación (Vcc) y del voltaje directo (VF) de cada LED. La suma de los VF de todos los LEDs en la cadena debe ser menor que Vcc, con suficiente margen para el elemento limitador de corriente (resistencia o regulador). Por ejemplo, con una alimentación de 12V y VF=2.4V, teóricamente podría conectar 4 LEDs en serie (4 * 2.4V = 9.6V), dejando 2.4V para la resistencia limitadora de corriente.

8.4 ¿Es este LED adecuado para aplicaciones automotrices?

El rango de temperatura de funcionamiento (-55°C a +85°C) cubre muchos requisitos automotrices. Sin embargo, los componentes verdaderamente de grado automotriz suelen requerir una calificación adicional para vibración, humedad y vida útil extendida en condiciones adversas. Esta hoja de datos no especifica calificaciones automotrices como AEC-Q101, por lo que puede no ser adecuado para iluminación automotriz crítica para la seguridad o exterior sin una verificación adicional.

9. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Diseñar un indicador de estado simple para un dispositivo portátil que requiere iluminación lateral de una pequeña guía de luz acrílica.

Implementación:El LTST-S220KEKT es una excelente elección. Se coloca en el PCB principal con su superficie emisora alineada con el borde de la guía de luz acrílica. Se calcula una resistencia en serie para un sistema de 3.3V: R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 Ohmios. Se selecciona una resistencia estándar de 47 Ohmios, resultando en una corriente directa de aproximadamente 19.1mA, muy dentro de los límites. El amplio ángulo de visión garantiza un acoplamiento eficiente en la guía de luz, proporcionando un brillo rojo uniforme en el punto de salida del indicador en la carcasa del dispositivo.

10. Introducción al Principio Tecnológico

El LTST-S220KEKT se basa en la tecnología de semiconductores de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP). Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión p-n, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa donde se recombinan. En AlInGaP, este evento de recombinación libera principalmente energía en forma de fotones (luz) en el espectro del rojo al amarillo-naranja, dependiendo de la composición exacta de la aleación. El encapsulado de emisión lateral incorpora una lente de epoxi moldeada que está diseñada para refractar y dirigir la luz emitida lateralmente, paralela al plano de montaje, en lugar de hacia arriba. Esto se logra mediante una curvatura específica de la lente y el posicionamiento del chip semiconductor dentro del encapsulado.

11. Tendencias y Evolución de la Industria

El mercado de los LEDs de emisión lateral continúa evolucionando. Las tendencias clave incluyen:

• Mayor Eficiencia:Las mejoras continuas en la ciencia de materiales buscan aumentar los lúmenes por vatio (eficacia) para AlInGaP y otros LEDs de color, reduciendo el consumo de energía en las unidades de retroiluminación.
• Miniaturización:Existe una constante búsqueda de tamaños de encapsulado más pequeños (ej., 0603, 0402 métricos) para permitir pantallas más delgadas y dispositivos más compactos.
• Soluciones Integradas:Las tendencias se dirigen hacia módulos multi-LED o "barras de luz" que combinan múltiples colores (RGB) o LEDs blancos con controladores y óptica en una sola unidad preensamblada, simplificando el diseño y el ensamblaje para retroiluminación.
• Tecnologías Alternativas:Para retroiluminación blanca, los LEDs azules con conversión de fósforo siguen siendo dominantes. Sin embargo, para pantallas de color, los LEDs de emisión directa rojo, verde y azul (RGB) o las matrices de mini/micro-LED están ganando terreno por su gama de colores superior y capacidades de atenuación local en pantallas de gama alta.