Hoja de Datos del Chip Azul LED SMD 17-21 - 1.6x0.8x0.6mm - 3.1V Máx. - 40mW - Documento Técnico en Inglés

1. Descripción General del Producto

La serie 17-21 es un diodo emisor de luz (LED) compacto de montaje superficial (SMD) que utiliza un chip de InGaN (Nitruro de Indio y Galio) para producir luz azul. Este componente está diseñado para la fabricación electrónica moderna y automatizada, ofreciendo ventajas significativas en la utilización del espacio en la placa y la eficiencia de ensamblaje en comparación con los encapsulados tradicionales con patillas.

1.1 Ventajas Principales y Posicionamiento del Producto

La ventaja principal del LED SMD 17-21 es su huella miniatura. El tamaño significativamente más pequeño en comparación con los LEDs tipo lead-frame permite varios beneficios clave para los diseñadores y fabricantes de productos. Permite diseños de placa de circuito impreso (PCB) más pequeños, lo cual es crítico para los dispositivos electrónicos compactos modernos. Además, admite una mayor densidad de empaquetado, lo que significa que se pueden colocar más componentes en una sola placa, optimizando la funcionalidad dentro de un espacio limitado. Esto también se traduce en una reducción de los requisitos de espacio de almacenamiento tanto para los componentes como para los productos terminados. En última instancia, estos factores contribuyen al desarrollo de equipos de usuario final más pequeños, ligeros y portátiles. La naturaleza ligera del encapsulado SMD lo hace particularmente adecuado para aplicaciones miniatura y portátiles donde el peso es un factor crítico.

1.2 Cumplimiento Normativo y Especificaciones Ambientales

Este producto está diseñado teniendo en cuenta los estándares medioambientales y normativos modernos. Es un componente sin Pb (libre de plomo), alineándose con las restricciones globales sobre sustancias peligrosas. El producto en sí sigue cumpliendo con la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas). También cumple con el reglamento REACH de la UE (Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Sustancias Químicas). Además, está clasificado como Libre de Halógenos, con límites estrictos en el contenido de bromo (Br) y cloro (Cl): menos de 900 ppm para cada uno individualmente, y un total combinado de menos de 1500 ppm para Br+Cl.

1.3 Fabricación y Compatibilidad

El LED se suministra envasado en cinta de 8 mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro, que es el estándar para líneas de montaje automatizadas pick-and-place de alto volumen. Este formato de envasado garantiza la compatibilidad con equipos de colocación automática, optimizando el proceso de producción. El componente también es compatible con los procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo y por fase de vapor, que son los métodos predominantes para fijar componentes SMD a las PCB. Es de tipo monocromático, emitiendo luz en el espectro azul.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros eléctricos, ópticos y térmicos definidos en la hoja de datos, explicando su importancia para el diseño del circuito y la fiabilidad.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los Valores Máximos Absolutos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No son condiciones de funcionamiento normal, sino umbrales que nunca deben excederse.

• Tensión Inversa (VR): 5V - La aplicación de un voltaje de polarización inversa superior a 5V puede causar la ruptura de la unión. La hoja de datos señala explícitamente que el dispositivo no está diseñado para operación inversa; la especificación VR solo se aplica durante la condición de prueba de corriente inversa (IR).
• Corriente Directa (IF): 10mA - Esta es la corriente continua directa máxima recomendada para un funcionamiento confiable a largo plazo.
• Corriente Directa de Pico (IFP): 40mA - Esta especificación aplica bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 a 1 kHz. Indica que el dispositivo puede manejar pulsos cortos de alta corriente, que podrían usarse para destellos de brillo o esquemas de multiplexación.
• Disipación de Potencia (Pd): 40mW - Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar en forma de calor a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Superar este límite conlleva el riesgo de sobrecalentamiento y una degradación acelerada del chip LED.
• Descarga Electroestática (ESD): 150V (HBM) - Esto especifica el voltaje de resistencia a ESD según el Modelo de Cuerpo Humano. Indica un nivel moderado de sensibilidad a ESD; son necesarios procedimientos de manejo adecuados (por ejemplo, estaciones de trabajo conectadas a tierra, pulseras antiestáticas) para prevenir daños por electricidad estática.
• Temperatura de funcionamiento (Topr): -40°C a +85°C - El LED está diseñado para funcionar correctamente dentro de este amplio rango de temperatura ambiente, siendo adecuado para aplicaciones de consumo, industriales y algunas automotrices (excluyendo sistemas críticos para la seguridad).
• Temperatura de almacenamiento (Tstg): -40°C a +90°C - El dispositivo puede almacenarse sin degradación dentro de este rango de temperatura cuando no está energizado.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):
  • Soldadura por Reflujo: Temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 10 segundos.
  • Soldadura manual: temperatura de la punta del soldador hasta 350°C, máximo 3 segundos por terminal.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden en condiciones estándar de prueba de Ta=25°C e IF=5mA, a menos que se especifique lo contrario. Definen la salida de luz principal y el rendimiento eléctrico.

• Intensidad Luminosa (Iv): 11.5 mcd (Mín.) a 28.5 mcd (Máx.) - Esta es el brillo percibido del LED, medido en milicandelas. El amplio rango indica una variación significativa entre unidades individuales, la cual se gestiona mediante el sistema de clasificación (binning) descrito posteriormente. La tabla no especifica un valor típico.
• Ángulo de Visión (2θ1/2): 140° (Típico) - Este ángulo de visión muy amplio indica que el LED emite luz sobre un hemisferio extenso. La intensidad se mide en el ángulo donde cae a la mitad de su valor máximo (de ahí 2θ1/2).
• Longitud de Onda Pico (λp): 468 nm (Típico) - La longitud de onda a la cual la distribución espectral de potencia de la luz emitida alcanza su máximo. Esta es una propiedad física del material semiconductor InGaN.
• Longitud de onda dominante (λd): 465.0 nm a 470.0 nm - Esta es la longitud de onda única que el ojo humano percibe como coincidente con el color de la luz del LED. Es el parámetro clave para la especificación del color. La tolerancia es de ±1 nm.
• Ancho de banda de radiación espectral (Δλ): 25 nm (Típico) - Esto mide el ancho del espectro emitido a la mitad de su potencia máxima (Ancho Total a Mitad del Máximo - FWHM). Un valor de 25nm es característico de un LED azul de InGaN, lo que indica un color espectral relativamente puro.
• Voltaje Directo (VF): 2.7V (Mín.) a 3.1V (Máx.) - La caída de voltaje a través del LED cuando conduce la corriente directa especificada (5mA). Este parámetro es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente (generalmente una resistencia). La tolerancia es de ±0.1V.
• Corriente Inversa (IR): 50 μA (Máx.) - La pequeña corriente de fuga que fluye cuando se aplica la tensión inversa máxima (5V). Esta prueba es solo para caracterización.

3. Explicación del Sistema de Binning

Para gestionar las variaciones naturales del proceso de fabricación, los LEDs se clasifican en bins de rendimiento. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con características consistentes para su aplicación.

3.1 Binning de Intensidad Luminosa

Los LED se clasifican según su intensidad luminosa medida a IF=5mA.

• Bin Code LMínimo 11.5 mcd, Máximo 18.0 mcd.
• Bin Code MMínimo 18.0 mcd, Máximo 28.5 mcd.

La tolerancia para la intensidad luminosa es de ±11%. Los diseñadores que requieran un brillo más alto y consistente especificarían Bin M.

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Los LED se clasifican según su longitud de onda dominante para garantizar la uniformidad del color.

• Bin Code X: Mínimo 465.0 nm, Máximo 470.0 nm.

La tolerancia para la longitud de onda dominante es de ±1 nm. Todas las unidades se encuentran dentro de un estrecho rango de 5 nm, lo que garantiza un tono azul uniforme.

3.3 Clasificación por Voltaje Directo

Los LED se clasifican en función de su caída de tensión directa a IF=5mA. Esto es importante para el diseño de la fuente de alimentación y para garantizar una distribución uniforme de la corriente cuando varios LED se conectan en paralelo.

• Bin Code 10: Mínimo 2.7V, Máximo 2.9V.
• Bin Code 11Mínimo 2.9V, Máximo 3.1V.

La tolerancia para la tensión directa es de ±0.1V. Seleccionar LEDs del mismo bin de voltaje minimiza las variaciones de brillo en arreglos en paralelo.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Electro-Ópticas". Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, podemos inferir su contenido estándar y su significado.

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

Una curva I-V típica mostraría la relación entre la corriente directa (IF) y el voltaje directo (VF). Demuestra la naturaleza exponencial del diodo. La curva permite a los diseñadores determinar el VF para cualquier corriente de operación dada dentro del rango nominal, lo cual es esencial para calcular el valor correcto de la resistencia limitadora de corriente en serie: R = (Vsupply - VF) / IF.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Iv-IF)

Esta curva muestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente directa. Típicamente es lineal en un rango, pero se saturará a corrientes más altas debido a efectos térmicos y de eficiencia. Este gráfico ayuda a los diseñadores a elegir un punto de operación que equilibre el brillo con el consumo de energía y la vida útil del dispositivo.

4.3 Distribución Espectral

Un gráfico de distribución espectral mostraría la potencia óptica relativa emitida en función de la longitud de onda. Se centraría alrededor de la longitud de onda pico típica de 468 nm con un FWHM de aproximadamente 25 nm, confirmando la salida azul monocromática.

4.4 Dependencia de la Temperatura

Las curvas que muestran la variación del voltaje directo y la intensidad luminosa con la temperatura de unión son críticas para comprender el rendimiento en entornos reales. Típicamente, VF disminuye al aumentar la temperatura (coeficiente de temperatura negativo), mientras que la intensidad luminosa también disminuye al elevarse la temperatura.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El LED SMD 17-21 tiene una huella muy compacta. Las dimensiones clave (en mm) incluyen una longitud del cuerpo de 1.6, un ancho de 0.8 y una altura de 0.6. El paquete cuenta con dos terminales soldables (ánodo y cátodo) en la parte inferior. Una marca de cátodo está indicada en la parte superior del cuerpo del paquete para permitir la correcta orientación de polaridad durante el montaje y la inspección. Todas las tolerancias no especificadas son de ±0.1 mm.

5.2 Identificación de Polaridad

La polaridad correcta es esencial para el funcionamiento del LED. El encapsulado incluye un marcador visual para identificar el cátodo (terminal negativo). Este suele ser un punto verde, una muesca o una esquina biselada en la parte superior del cuerpo del LED. El diseño de la huella en el PCB debe alinearse con esta marca para garantizar una conexión eléctrica adecuada.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El manejo y la soldadura adecuados son críticos para mantener la fiabilidad y el rendimiento de los LEDs SMD.

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se proporciona el perfil de reflujo sin plomo recomendado:

• Precalentamiento: Aumento desde la temperatura ambiente hasta 150-200°C durante 60-120 segundos.
• Remojo/Reflujo: El tiempo por encima de 217°C (temperatura de liquidus para soldadura sin plomo) debe ser de 60 a 150 segundos. La temperatura máxima no debe superar los 260°C, y el tiempo a 255°C o superior no debe exceder los 30 segundos.
• Enfriamiento: La velocidad máxima de enfriamiento debe ser de 6°C por segundo.
• Importante: No se debe realizar soldadura por reflujo más de dos veces en el mismo dispositivo.

6.2 Precauciones para la Soldadura Manual

Si es necesario realizar soldadura manual, se debe extremar el cuidado:

• Utilice un soldador con una temperatura de punta inferior a 350°C.
• Aplique calor a cada terminal durante un máximo de 3 segundos.
• Utilice un soldador con una capacidad de 25W o menos.
• Permita un intervalo de al menos 2 segundos entre soldar cada terminal para evitar la acumulación de calor.
• La hoja de datos advierte que los daños a menudo ocurren durante la soldadura manual.

6.3 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Los LEDs se empaquetan en bolsas barrera resistentes a la humedad con desecante para evitar la absorción de humedad atmosférica, lo que puede causar "popcorning" (agrietamiento del encapsulado) durante el reflujo.

• No abrir la bolsa protectora contra la humedad hasta que los productos estén listos para su uso.
• Después de abrir: Almacenar a ≤30°C y ≤60% de Humedad Relativa.
• Vida Útil en Planta: Usar dentro de las 168 horas (7 días) posteriores a la apertura. Los LED no utilizados deben volver a sellarse en un paquete a prueba de humedad.
• HorneadoSi el indicador de desecante ha cambiado de color o se ha excedido la vida útil en suelo, hornee los LEDs a 60 ±5°C durante 24 horas para eliminar la humedad antes de soldar.

6.4 Estrés en el Diseño y Ensamblaje

• Limitación de CorrienteEs obligatorio utilizar una resistencia externa limitadora de corriente. La característica exponencial I-V del LED significa que un pequeño aumento en el voltaje provoca un gran aumento en la corriente, lo que lleva a una quemadura inmediata sin una resistencia.
• Estrés MecánicoNo aplique estrés mecánico al LED durante el calentamiento (soldadura) ni deformando la placa de circuito después del ensamblaje.
• ReparaciónNo se recomienda reparar después de soldar. Si es inevitable, utilice un soldador de doble punta para calentar simultáneamente ambos terminales y retirar el componente sin ejercer tensión en un solo lado. Verifique las características del dispositivo después de cualquier intento de reparación.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LEDs se suministran en cinta portadora embutida para su manejo automatizado.

• Ancho de la Cinta Portadora: 8mm.
• Diámetro del Carrete: 7 pulgadas.
• Cantidad por Carrete3000 unidades.
• Las dimensiones detalladas de los bolsillos de la cinta portadora y del carrete se proporcionan en los planos de la hoja de datos.

7.2 Explicación de la Etiqueta

Las etiquetas de la bobina y de la bolsa contienen información crítica para la trazabilidad y la aplicación correcta:

• CPN: Número de Producto del Cliente (asignado por el comprador).
• P/N: Número de Producto del Fabricante.
• QTY: Cantidad de Embalaje (ej., 3000).
• CAT: Rango de Intensidad Luminosa (por ejemplo, L o M).
• HUE: Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank (e.g., X).
• REFRango de tensión directa (por ejemplo, 10 u 11).
• Número de lote: Número de Lote de Fabricación para trazabilidad.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

La hoja de datos enumera varias aplicaciones clave adecuadas a las características del LED azul 17-21:

• Retroiluminación: Para cuadros de instrumentos, interruptores de membrana y paneles de control donde se necesita un indicador pequeño y brillante.
• Equipo de Telecomunicaciones: Como indicadores de estado o retroiluminación para botones en teléfonos, máquinas de fax y equipos de red.
• Retroiluminación PlanaPara pequeñas pantallas LCD, leyendas de interruptores y símbolos, a menudo en combinación con una guía de luz.
• Uso General de IndicadoresPara cualquier aplicación que requiera una luz indicadora o de estado azul, compacta y fiable.

8.2 Consideraciones y Notas de Diseño

• Circuito de Excitación de Corriente: Utilice siempre una resistencia en serie. Calcule basándose en la VF máxima del lote (por ejemplo, 3.1V) para garantizar una limitación de corriente suficiente en las peores condiciones.
• Gestión Térmica:
• Ángulo de Visión: El ángulo de visión de 140° proporciona una visibilidad muy amplia, lo cual es excelente para indicadores de panel, pero puede requerir guías de luz o difusores si se desea un haz más enfocado.
• Protección ESD: Implementar protección contra ESD en las líneas de entrada si el LED está conectado a puertos accesibles para el usuario, o garantizar controles estrictos de ESD durante el manejo y el montaje.

8.3 Restricciones de Aplicación

La hoja de datos incluye un descargo de responsabilidad crítico respecto a las aplicaciones de alta fiabilidad. Este producto puede no ser adecuado para su uso en:

• Sistemas Militares/Aeroespaciales.
• Sistemas de Seguridad/Protección Automotriz (por ejemplo, controles de airbag, luces de freno).
• Equipos Médicos de Soporte Vital o de Cuidados Críticos.

Para estas aplicaciones, se requieren componentes con diferentes calificaciones, tolerancias más estrictas y clasificaciones de fiabilidad superiores. Los diseñadores deben contactar al fabricante para discutir la idoneidad para cualquier aplicación más allá del uso estándar de consumo/industrial.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Si bien una comparación directa con otros productos no está en la hoja de datos, podemos resaltar objetivamente los diferenciadores clave de la serie 17-21 basándonos en sus especificaciones.

9.1 Ventajas Diferenciadoras Clave

• Miniaturización Extrema: La huella de 1.6x0.8mm se encuentra entre los paquetes de LED SMD más pequeños, permitiendo diseños ultracompactos.
• Ángulo de Visión Amplio: El ángulo de visión de 140° es excepcionalmente amplio, ofreciendo una excelente visibilidad fuera del eje en comparación con muchos LEDs con haces más estrechos.
• Cumplimiento Libre de HalógenosCumple con estrictos requisitos libres de halógenos, lo cual es cada vez más importante para diseños con conciencia ambiental y ciertas regulaciones del mercado.
• Clasificación IntegralOfrece clasificación por intensidad, longitud de onda y voltaje, permitiendo una alta consistencia en aplicaciones de producción en masa.

9.2 Consideraciones frente a Paquetes Más Grandes

En comparación con LEDs SMD más grandes (por ejemplo, 3528, 5050):

• Potencia Máxima Inferior: La clasificación Pd de 40mW es inferior a la de paquetes más grandes, lo que limita el brillo máximo.
• Rendimiento Térmico: El tamaño más pequeño puede tener una mayor resistencia térmica, lo que hace que la disipación de calor sea más crítica a corrientes de accionamiento más altas.
• Dificultad de ManipulaciónEl tamaño reducido hace que la creación de prototipos manuales y las modificaciones sean más desafiantes.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

Q1: ¿Qué valor de resistor debo usar con una fuente de alimentación de 5V? A: Utilizando la VF máxima de 3.1V (Bin 11) y una corriente objetivo de 5mA: R = (5V - 3.1V) / 0.005A = 380 Ohmios. El valor estándar más cercano es 390 Ohmios. Recalculando con la VF mínima (2.7V) para verificar la corriente: I = (5-2.7)/390 ≈ 5.9mA, lo cual es seguro. Una resistencia de 390Ω es un buen punto de partida.

Q2: ¿Puedo alimentar este LED a 20mA para obtener un mayor brillo? A: No. El valor Absoluto Máximo para la corriente directa continua (IF) es 10mA. Operar a 20mA excedería esta especificación, reduciendo significativamente la vida útil y probablemente causando una falla inmediata. Para un mayor brillo, seleccione un LED clasificado para mayor corriente o utilice operación pulsada dentro de la especificación IFP (40mA a un ciclo de trabajo de 1/10).

Q3: El LED funciona después de soldarlo a mano, pero está tenue. ¿Por qué? R: Este es un signo clásico de daño térmico por exceso de calor o tiempo de soldadura. La alta temperatura puede degradar el chip semiconductor o las conexiones internas del encapsulado. Adhiérase siempre estrictamente a las pautas de soldadura manual (máx. 350°C, máx. 3 segundos por terminal).

P4: Mi lote de LEDs tiene colores azules ligeramente diferentes. ¿Es esto normal? R: Sí, existe una variación inherente. Por eso existe la clasificación por Longitud de Onda Dominante (HUE=X, 465-470nm). Para aplicaciones que requieren una coincidencia de color perfecta (por ejemplo, pantallas con múltiples LEDs), debe especificar y usar LEDs del mismo lote de fabricación y asegurarse de que su proveedor proporcione una clasificación ajustada.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

11.1 Estudio de Caso: Panel Indicador de Estado de Bajo Consumo

Escenario: Diseñar un panel de control compacto con 12 indicadores de estado azules. El espacio es extremadamente limitado, y el brillo/color uniforme es importante para la experiencia del usuario. Decisiones de Diseño: Selección de Componentes: Elija el LED 17-21 por su huella mínima. Especificación de BinningPedir todos los LEDs del Bin M (mayor intensidad) y del Bin X para longitud de onda. Especificar que todos sean del mismo bin de voltaje (ej. 10) para garantizar un consumo de corriente uniforme en paralelo. Diseño del CircuitoUtilizar un riel de 5V. Con VF~2.8V (Bin 10 típico), elegir una resistencia de 430Ω para ~5mA: (5-2.8)/0.005=440Ω, 430Ω es el valor estándar. Esto proporciona ~11-18 mcd por LED. Diseño del PCB: Colocar los LED con una orientación consistente respecto a la marca del cátodo. Asegurar que el diseño de las almohadillas de soldadura coincida con la huella recomendada en la hoja de datos para evitar el efecto "tombstoning" durante la soldadura por reflujo. Ensamblaje: Utilizar el perfil de reflujo proporcionado. Mantener la bolsa sellada hasta que la línea de producción esté lista. Usar todos los LED dentro de los 7 días posteriores a la apertura del carrete. Resultado: Un panel denso y de aspecto profesional con indicadores uniformes de color azul brillante, logrado de manera fiable mediante la adherencia a los parámetros de la hoja de datos.

Terminología de Especificaciones de LED

Explicación completa de los términos técnicos de LED