LED SMD Rojo de Vista Lateral Serie 57-21 - Dimensiones 2.0x1.25x0.7mm - Voltaje Directo 1.75-2.35V - Intensidad Luminosa 45-112mcd - Documentación Técnica

1. Descripción General del Producto

La serie 57-21 representa una familia de Diodos Emisores de Luz (LED) de Montaje Superficial (SMD) de vista lateral. Este documento específico detalla la variante roja, que utiliza un chip semiconductor de AlGaInP (Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio) para producir una luz roja brillante. El dispositivo se caracteriza por su encapsulado compacto y de bajo perfil, específicamente diseñado para aplicaciones donde el espacio es limitado y se requiere iluminación de emisión lateral.

1.1 Ventajas Principales y Posicionamiento del Producto

Las principales ventajas de diseño de esta serie de LED derivan de su arquitectura de encapsulado. Presenta un amplio ángulo de visión, típicamente de 120 grados, logrado mediante un diseño optimizado de reflector interno. Esto hace que el componente sea excepcionalmente adecuado para aplicaciones con guías de luz o tubos de luz, donde el acoplamiento eficiente y la iluminación lateral uniforme son críticos. Además, el dispositivo funciona con niveles de corriente bajos, lo que lo hace ideal para dispositivos electrónicos portátiles alimentados por batería y otras aplicaciones donde el consumo de energía es una preocupación clave. El producto se fabrica sin plomo y cumple con la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).

1.2 Aplicaciones Objetivo

La combinación de un factor de forma de vista lateral, un amplio ángulo de visión y un bajo requerimiento de potencia define su mercado objetivo. Las principales áreas de aplicación incluyen la retroiluminación para pantallas de Cristal Líquido (LCD) a todo color, particularmente en dispositivos electrónicos de consumo delgados como teléfonos móviles, tabletas y portátiles. También es adecuado para indicadores de estado en equipos de automatización de oficina (OA) y como un reemplazo moderno y eficiente de las bombillas miniatura convencionales en varios dispositivos electrónicos.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación detallada y objetiva de los principales parámetros eléctricos, ópticos y térmicos especificados para el dispositivo en condiciones de prueba estándar (Ta=25°C).

2.1 Límites Absolutos Máximos

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

• Voltaje Inverso (V_R):5V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar la ruptura de la unión.
• Corriente Directa (I_F):25 mA DC. La corriente continua máxima permitida.
• Corriente Directa Pico (I_FP):60 mA. Esto es permisible solo bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10 a 1 kHz), útil para multiplexación o señales breves de alta luminosidad.
• Disipación de Potencia (P_d):60 mW. La potencia máxima que el encapsulado puede disipar como calor.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:-40°C a +85°C y -40°C a +100°C, respectivamente, lo que indica idoneidad para rangos ambientales industriales y extendidos.
• Descarga Electroestática (ESD):2000V (Modelo de Cuerpo Humano). Un nivel estándar que requiere precauciones básicas de manejo ESD durante el ensamblaje.
• Temperatura de Soldadura:Se especifica soldadura por reflujo a 260°C durante 10 segundos o soldadura manual a 350°C durante 3 segundos, definiendo los límites del perfil térmico para el ensamblaje de PCB.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a una corriente de prueba estándar de I_F= 10mA y definen el rendimiento del dispositivo.

• Intensidad Luminosa (I_v):Varía desde 45 mcd (mín) hasta 112 mcd (máx), con una tolerancia típica de ±11%. Esta es el brillo percibido de la salida de luz roja.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):120 grados (típico). Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor máximo, confirmando el patrón de emisión amplio y difuso.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Entre 617.5 nm y 633.5 nm. Esto define el color percibido (tono) de la luz roja. Se especifica una tolerancia de ±1 nm para un emparejamiento de color preciso.
• Longitud de Onda de Pico (λ_p):Típicamente 632 nm, indicando el pico espectral de la luz emitida, que puede diferir ligeramente de la longitud de onda dominante.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):Típicamente 20 nm, describiendo el ancho del espectro emitido alrededor de la longitud de onda de pico.
• Voltaje Directo (V_F):Entre 1.75V y 2.35V a 10mA, con una tolerancia de ±0.1V. Esto es crítico para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 10 µA a 5V de polarización inversa, indicando una buena calidad de la unión.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

Para garantizar la consistencia en la producción en masa, los LED se clasifican en lotes de rendimiento. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con requisitos específicos de color y brillo.

3.1 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Los lotes de longitud de onda se agrupan bajo el código 'A' y se dividen en cuatro sub-lotes (E4, E5, E6, E7), cada uno cubriendo un rango de 4 nm desde 617.5 nm hasta 633.5 nm. Esto permite seleccionar LED con tonos de rojo muy específicos, crucial para aplicaciones que requieren una apariencia de color consistente en múltiples unidades.

3.2 Clasificación por Intensidad Luminosa

El brillo se clasifica en cuatro grupos: P1 (45-57 mcd), P2 (57-72 mcd), Q1 (72-90 mcd) y Q2 (90-112 mcd). Esto permite la selección basada en los niveles de brillo requeridos, optimizando potencialmente el consumo de energía o cumpliendo con requisitos fotométricos específicos.

3.3 Clasificación por Voltaje Directo

El voltaje directo se agrupa bajo el código 'B' con tres lotes: 0 (1.75-1.95V), 1 (1.95-2.15V) y 2 (2.15-2.35V). Conocer el lote de V_Fpuede ser importante para diseñar circuitos de excitación eficientes, especialmente en dispositivos alimentados por batería, para minimizar la caída de voltaje y la pérdida de potencia.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características que proporcionan una visión más profunda del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

4.1 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

Esta curva muestra la relación exponencial entre corriente y voltaje para un diodo semiconductor. Para este LED, a 25°C, el voltaje aumenta desde aproximadamente 1.6V a corrientes muy bajas hasta alrededor de 2.8V a 40mA. La curva es esencial para determinar el punto de operación y diseñar una resistencia limitadora de corriente o un excitador de corriente constante apropiado.

4.2 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Este gráfico demuestra que la salida de luz aumenta con la corriente pero no de forma lineal. Tiende a saturarse a corrientes más altas. Además, muestra el efecto de la operación pulsada (ciclo de trabajo 1/10), donde se pueden usar corrientes pico más altas para lograr un brillo momentáneo mayor sin exceder los límites de disipación de potencia promedio.

4.3 Curva de Reducción de Corriente Directa

Este es un gráfico crítico de gestión térmica. Muestra la corriente directa continua máxima permitida en función de la temperatura ambiente (T_a). A medida que aumenta la temperatura, la corriente máxima debe reducirse para evitar el sobrecalentamiento. Por ejemplo, a 85°C, la corriente continua máxima es significativamente menor que la clasificación de 25mA a 25°C.

4.4 Distribución Espectral

El gráfico espectral confirma la naturaleza monocromática del LED, mostrando un solo pico alrededor de 632 nm con un ancho de banda típico de 20 nm. Hay una emisión mínima en otras partes del espectro visible, lo cual es característico de un LED rojo AlGaInP de alta pureza.

4.5 Patrón de Radiación (Diagrama Polar)

Este diagrama representa visualmente el ángulo de visión de 120 grados. La intensidad se traza en un gráfico polar, mostrando un patrón de emisión amplio, similar a Lambertiano, donde la intensidad es máxima a 0 grados (perpendicular al chip) y disminuye suavemente al 50% a ±60 grados desde el centro.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Encapsulado y Huella

El dispositivo tiene un encapsulado SMD de vista lateral compacto. Las dimensiones clave incluyen una longitud del cuerpo de aproximadamente 2.0 mm, un ancho de 1.25 mm y una altura de 0.7 mm. Los dibujos mecánicos detallados especifican todas las dimensiones críticas, incluidas las ubicaciones de las almohadillas y tolerancias (típicamente ±0.1mm), que son esenciales para el diseño del PCB y garantizar una soldadura y alineación adecuadas.

5.2 Identificación de Polaridad

El cátodo se identifica típicamente por una esquina marcada o una muesca en el encapsulado. Se debe observar la polaridad correcta durante la colocación para garantizar un funcionamiento adecuado.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

El componente está clasificado para procesos de soldadura por reflujo sin plomo con una temperatura pico de 260°C durante hasta 10 segundos. Esto se alinea con los perfiles estándar IPC/JEDEC J-STD-020. También se permite la soldadura manual con un cautín a 350°C durante un máximo de 3 segundos por terminal, requiriendo una técnica cuidadosa para evitar daños térmicos.

6.2 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

Los LED se empaquetan en bolsas de barrera resistentes a la humedad con desecante para evitar la absorción de humedad, lo que puede causar \"efecto palomita\" (agrietamiento del encapsulado) durante el reflujo. Una vez abierta la bolsa sellada, los componentes deben usarse dentro de un período de tiempo especificado (no se indica explícitamente pero se infiere por el empaquetado) o secarse según los procedimientos estándar de Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) antes de soldar.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Para el ensamblaje automatizado, los componentes se suministran en cinta portadora con relieve enrollada en carretes. El ancho de la cinta, el espaciado de los bolsillos y las dimensiones del carrete se especifican para ser compatibles con el equipo estándar de colocación SMD pick-and-place. Cada carrete contiene 500 piezas.

7.2 Explicación de la Etiqueta y Numeración de Parte

La etiqueta del carrete contiene información crítica para la trazabilidad y la aplicación correcta: Número de Parte (PN), Número de Parte del Cliente (CPN), cantidad (QTY), número de lote (LOT NO) y los lotes de rendimiento específicos para Intensidad Luminosa (CAT), Longitud de Onda Dominante (HUE) y Voltaje Directo (REF). El número de parte 57-21/R6C-AP1Q2B/BF probablemente codifica la serie, el color y los códigos de lote específicos.

8. Pruebas de Fiabilidad y Calificación

El producto se somete a una serie de pruebas de fiabilidad realizadas con un nivel de confianza del 90% y un Porcentaje de Defectos Tolerables por Lote (LTPD) del 10%. Las pruebas clave incluyen:

• Soldadura por Reflujo:Verifica la supervivencia a través del perfil térmico de ensamblaje.
• Ciclo de Temperatura y Choque Térmico:Prueba la robustez contra tensiones por expansión térmica desde -40°C hasta +100°C.
• Almacenamiento a Alta/Baja Temperatura:Evalúa la estabilidad a largo plazo en condiciones extremas de no operación.
• Vida Útil en Operación DC:Una prueba de vida de 1000 horas a 20mA para evaluar la degradación del rendimiento con el tiempo.
• Alta Temperatura/Humedad (85°C/85% HR):Prueba la resistencia al calor húmedo, que puede causar corrosión u otras fallas.

9. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

9.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El método de excitación más común es una simple resistencia en serie. El valor de la resistencia (R) se calcula usando la Ley de Ohm: R = (V_fuente- V_F) / I_F. Usar el V_Fmáximo (2.35V) para el cálculo garantiza que la corriente no exceda el nivel deseado incluso con variaciones entre piezas. Por ejemplo, con una fuente de 5V y un objetivo I_Fde 10mA: R = (5V - 2.35V) / 0.01A = 265 Ω. Una resistencia estándar de 270 Ω sería adecuada. Para aplicaciones que requieren brillo estable o funcionamiento desde una fuente de voltaje variable (como una batería), se recomienda un excitador de corriente constante.

9.2 Diseño para Acoplamiento con Guía de Luz

El amplio ángulo de visión y el diseño del encapsulado están optimizados para guías de luz. Para obtener los mejores resultados, el LED debe posicionarse lo más cerca posible de la entrada de la guía de luz. El material y el acabado de la guía de luz (por ejemplo, acrílico, policarbonato) y cualquier curva o característica afectarán la uniformidad y eficiencia final de la salida de luz. A menudo es necesaria una simulación óptica o la creación de prototipos para diseños complejos.

9.3 Consideraciones de Gestión Térmica

Aunque la disipación de potencia es baja, la operación continua a altas temperaturas ambientales o altas corrientes requiere atención. Se debe seguir la curva de reducción. Garantizar un área de cobre adecuada alrededor de las almohadillas del PCB ayuda a disipar el calor y mantener el rendimiento y la longevidad del LED.

10. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores clave de esta serie de LED de vista lateral son su combinación específica de atributos: el factor de forma de emisión lateral, el ángulo de visión muy amplio de 120 grados facilitado por el reflector integrado, y el uso de tecnología AlGaInP para luz roja de alta eficiencia. En comparación con los LED de vista superior, proporciona iluminación paralela al plano del PCB, lo cual es esencial para la iluminación lateral de pantallas. En comparación con otros LED de vista lateral, su reflector interno optimizado busca una mayor eficiencia de acoplamiento en guías de luz. El bajo voltaje directo del chip AlGaInP también contribuye a una mayor eficiencia eléctrica general en comparación con algunas tecnologías más antiguas.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo excitar este LED a 20mA continuamente?

R: Sí, el Límite Absoluto Máximo para la corriente directa continua es 25mA, por lo que 20mA está dentro del área de operación segura, siempre que la temperatura ambiente esté dentro de los límites (consulte la curva de reducción).

P: ¿Por qué hay un rango tan amplio en la Intensidad Luminosa (45-112 mcd)?

R: Esta es la dispersión total de producción. A través del sistema de clasificación (P1, P2, Q1, Q2), los fabricantes y clientes pueden seleccionar piezas dentro de un rango de brillo mucho más estrecho para garantizar la consistencia en su producto final.

P: ¿Cuál es la diferencia entre Longitud de Onda Dominante y Longitud de Onda de Pico?

R: La Longitud de Onda de Pico (λ_p) es el punto único de mayor potencia espectral. La Longitud de Onda Dominante (λ_d) es un valor calculado que mejor representa el color percibido por el ojo humano, teniendo en cuenta todo el espectro de emisión y la sensibilidad del ojo. λ_des más relevante para la especificación del color.

P: ¿Es siempre necesaria una resistencia limitadora de corriente?

R: Sí. Un LED es un dispositivo excitado por corriente. Su voltaje directo es relativamente constante, pero la corriente puede aumentar rápidamente con pequeños aumentos de voltaje. Una resistencia o un circuito activo de corriente constante es esencial para prevenir la fuga térmica y la destrucción del LED.

12. Ejemplo Práctico de Caso de Uso

Escenario: Diseñar un indicador de estado para un dispositivo médico portátil.

El dispositivo requiere un indicador rojo de \"espera/carga\" visible desde un lateral. Se selecciona un LED de la serie 57-21 en el lote de brillo Q1 (72-90 mcd) para una visibilidad adecuada. El dispositivo es alimentado por una fuente regulada de 3.3V. Apuntando a una I_Fconservadora de 8mA para una larga duración de la batería y usando el V_Fmáximo de 2.35V para un cálculo del peor caso: R = (3.3V - 2.35V) / 0.008A = 118.75 Ω. Se elige una resistencia de 120 Ω. El LED se coloca en el borde del PCB, alineado con una guía de luz de acrílico moldeada que dirige la luz a una pequeña ventana en la carcasa del dispositivo. El amplio ángulo de visión garantiza que el indicador sea visible incluso cuando se observa el dispositivo desde un ángulo oblicuo.

13. Introducción al Principio Operativo

La emisión de luz en este LED se basa en la electroluminiscencia en una unión p-n semiconductor hecha de AlGaInP. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa donde se recombinan. La energía liberada durante esta recombinación se emite como fotones (luz). La composición específica de la aleación AlGaInP determina la energía de la banda prohibida, que a su vez dicta la longitud de onda (color) de la luz emitida, en este caso, en el espectro rojo (~632 nm). El reflector interno y la lente de epoxi transparente moldean la salida de luz en el patrón de ángulo amplio deseado.

14. Tendencias y Contexto Tecnológico

Los LED SMD de vista lateral como la serie 57-21 representan una solución madura y optimizada para retroiluminación e indicación con espacio limitado. La tendencia en este segmento continúa hacia tamaños de encapsulado aún más pequeños (por ejemplo, 1.0mm de altura o menos), mayor eficiencia (más lúmenes por vatio) y una mejor consistencia de color mediante una clasificación más estricta. Además, existe una integración con otros componentes, como LED con resistencias limitadoras de corriente integradas o circuitos integrados excitadores. Si bien están surgiendo tecnologías más nuevas como Micro-LED y OLED avanzados para aplicaciones de visualización directa, la simplicidad, fiabilidad y rentabilidad de los LED discretos de vista lateral garantizan su relevancia continua en roles de iluminación secundaria e indicación de estado en un futuro previsible.