Hoja de Datos de la Serie HPL3535CZ12 - LED de Alta Potencia SMD en Carcasa Cerámica 3.5x3.5mm - Tensión Directa 2.5-3.3V - Corriente de Conducción 350mA-1200mA - LED Blanco

1. Descripción General del Producto

La Serie HPL3535CZ12 es un dispositivo LED de alta potencia montado en superficie, diseñado para aplicaciones de iluminación exigentes. Combina una alta salida luminosa con un encapsulado cerámico compacto, lo que la convierte en un componente versátil para diseños modernos de iluminación de estado sólido. Una característica clave es su almohadilla térmica eléctricamente aislada, que simplifica la gestión térmica y el diseño eléctrico al permitir una mayor flexibilidad en el diseño del PCB. Esta serie se posiciona como una solución robusta capaz de cumplir con los requisitos estrictos de iluminación general, comercial y especializada.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las principales ventajas de este LED incluyen su factor de forma SMD cerámico pequeño, que mejora la fiabilidad y el rendimiento térmico, y un flujo luminoso típico alto de 204 lúmenes a 350mA. Cumple con las normas RoHS, REACH de la UE y libre de halógenos, garantizando compatibilidad medioambiental y normativa. Los mercados objetivo son diversos, abarcandoIluminación Decorativa y de Espectáculos, Iluminación de Señalización y Símbolos, yIluminación Agrícola. Sus características de rendimiento la hacen adecuada para aplicaciones que requieren una salida de luz consistente, brillante y eficiente en un encapsulado fiable.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los principales parámetros eléctricos, ópticos y térmicos especificados en la hoja de datos.

2.1 Límites Absolutos Máximos

El dispositivo está clasificado para una corriente directa continua máxima (I_F) de 2000 mA, condicionada a que la almohadilla térmica se mantenga a 25°C. Esto subraya la importancia crítica de un disipador de calor efectivo en aplicaciones reales para evitar degradación del rendimiento o fallo. La clasificación de corriente de pulso máxima es de 2400 mA con un ciclo de trabajo de 1/10 y 1 kHz. La temperatura máxima de unión (T_J) es de 150°C, que es el límite último para el chip semiconductor. El rango de temperatura de funcionamiento se especifica de -40°C a +105°C, indicando idoneidad para entornos hostiles. Se especifica una baja resistencia térmica (R_th) de 3°C/W para el LED en sí, lo cual es excelente para la disipación de potencia, pero nótese que esta es la resistencia unión-a-almohadilla; la resistencia térmica del sistema será mayor. El dispositivo puede soportar una temperatura máxima de soldadura de 260°C y está clasificado para un máximo de 2 ciclos de reflujo, lo cual es una clasificación estándar para este tipo de componentes.

2.2 Características Fotométricas

La hoja de datos proporciona datos detallados de flujo luminoso para diferentes Temperaturas de Color Correlacionadas (CCT): 3000K, 4000K, 5000K, 5700K y 6500K, todas con un Índice de Reproducción Cromática (CRI) de 70. El flujo típico a 350mA y 25°C de temperatura de unión oscila entre 194 lm (3000K) y 204 lm (5000K, 5700K, 6500K). Es crucial destacar que los datos incluyen el rendimiento a una temperatura de unión elevada de 85°C y a corrientes de conducción más altas (700mA, 1000mA, 1200mA). Por ejemplo, el flujo típico de la variante de 5000K desciende de 204 lm (350mA, 25°C) a 184 lm (350mA, 85°C), demostrando el impacto negativo de la temperatura en la salida de luz. A 1200mA y 85°C, la salida típica es de 536 lm, pero la eficacia (lúmenes por vatio) disminuye en comparación con corrientes más bajas. Todas las mediciones de potencia radiométrica tienen una tolerancia declarada de ±10%.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El producto se clasifica según múltiples parámetros para garantizar la consistencia en los diseños de iluminación.

3.1 Clasificación por Flujo Luminoso

Los LEDs blancos se agrupan en rangos (bins) de flujo luminoso con incrementos de 20 lúmenes. Los rangos disponibles son: 170L20 (170-190 lm), 190L20 (190-210 lm), 210L20 (210-230 lm) y 230L20 (230-250 lm). Estos rangos se definen en la condición de prueba estándar de 350mA.

3.2 Clasificación por Tensión Directa

La tensión directa (V_F) se clasifica en pasos de aproximadamente 0.2V, medida a 350mA. Los rangos son U1 (2.5-2.7V), U2 (2.7-2.9V), U3 (2.9-3.1V), U4 (3.1-3.2V) y U5 (3.2-3.3V). Un rango deV_Fmás bajo puede conducir a un consumo de energía ligeramente menor y a una menor generación de calor para la misma corriente.

3.3 Estructura de Clasificación del Color Blanco (CCT)

La luz blanca se categoriza meticulosamente en grupos de Blanco Cálido (2580K-3710K), Blanco Neutro (3710K-4745K) y Blanco Frío (4745K-7050K). Dentro del grupo Blanco Frío, se definen rangos específicos para las CCT de 5000K, 5700K y 6500K, cada una con cuatro subrangos (por ejemplo, 50K-1, 50K-2, 50K-3, 50K-4). Cada subrango se define por un área cuadrilátera en el diagrama de cromaticidad CIE 1931, especificada por cuatro pares de coordenadas (x, y). Esta clasificación precisa permite a los diseñadores seleccionar LEDs con una consistencia de color muy ajustada, lo cual es crítico para aplicaciones donde la apariencia uniforme es esencial. La tolerancia de medición de coordenadas de cromaticidad es de ±0.01.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque el extracto del PDF proporcionado no contiene curvas gráficas de rendimiento, los datos tabulares permiten un análisis crítico de las relaciones clave.

4.1 Corriente vs. Flujo Luminoso (Relación L-I)

Las tablas de datos muestran claramente una relación no lineal entre la corriente de conducción y la salida de luz. Aumentar la corriente de 350mA a 1200mA (un aumento de 3.43x) resulta en un aumento de flujo de ~204 lm a ~536 lm (un aumento de ~2.63x) para el LED de 5000K a 85°C. Esta escala sublineal indica una disminución de la eficacia a corrientes más altas, principalmente debido al aumento de la temperatura de unión y a la caída de eficiencia inherente a los semiconductores LED.

4.2 Temperatura vs. Flujo Luminoso (Relación T-I)

El impacto negativo de la temperatura es evidente. Para el mismo LED de 5000K a 350mA, aumentar la temperatura de unión de 25°C a 85°C hace que el flujo luminoso típico caiga de 204 lm a 184 lm, una reducción de aproximadamente el 10%. Esta desclasificación térmica debe tenerse en cuenta en el diseño térmico del producto final para garantizar una salida de luz consistente durante la vida útil del producto y en sus condiciones de funcionamiento.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

El dispositivo utiliza un encapsulado SMD cerámico. El nombre de la serie "HPL3535CZ12" sugiere un tamaño de encapsulado de aproximadamente 3.5mm x 3.5mm. Los encapsulados cerámicos ofrecen una conductividad térmica superior y una fiabilidad a largo plazo en comparación con los encapsulados plásticos, especialmente bajo operación de alta potencia y ciclado térmico. La presencia de una almohadilla térmica eléctricamente aislada es una característica significativa, como se señaló en la descripción general.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El dispositivo tiene un Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) de 3 según el estándar JEDEC. Esto significa que los LEDs empaquetados deben ser secados (baked) antes de soldar si han estado expuestos a condiciones ambientales durante más de 168 horas (7 días) a ≤30°C/85% HR. El requisito de secado (soak) es de 168 horas a 85°C/85% HR. El cumplimiento de estas condiciones es crítico para prevenir el "efecto palomita" o daños internos durante el proceso de soldadura por reflujo. La temperatura máxima de soldadura permitida es de 260°C, y el componente está clasificado para un máximo de 2 ciclos de reflujo, lo cual es típico para procesos de soldadura sin plomo.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Iluminación Decorativa y de Espectáculos:Ideal para iluminación de acento arquitectónico, iluminación escénica y de ambiente debido a su alto brillo y temperaturas de color disponibles.
• Iluminación de Señalización y Símbolos:Adecuado para señales de salida, semáforos y luces indicadoras donde la fiabilidad y el color consistente son primordiales.
• Iluminación Agrícola:Puede usarse en sistemas de iluminación hortícola, particularmente las variantes de CCT más alta (5000K-6500K) que pueden complementar el espectro azul para el crecimiento vegetativo.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión Térmica:La baja resistencia térmica de 3°C/W solo es efectiva si el calor se transfiere eficientemente desde la almohadilla térmica al PCB y luego al entorno. Se recomienda encarecidamente el uso de un PCB de núcleo metálico (MCPCB) o un disipador de calor dedicado, especialmente cuando se opera por encima de 700mA.
• Conducción de Corriente:Utilice un driver LED de corriente constante para un funcionamiento estable. Aunque el LED puede manejar hasta 2000mA, es recomendable operar a 1200mA o menos, según las tablas detalladas, para una eficacia y longevidad óptimas.
• Diseño Óptico:El ángulo de visión típico es de 120°. Pueden requerirse ópticas secundarias (lentes, reflectores) para lograr los patrones de haz deseados en aplicaciones de iluminación puntual o direccional.
• Selección de Clasificación (Binning):Para aplicaciones que requieren consistencia de color (por ejemplo, iluminación de paneles), especifique rangos de CCT y flujo ajustados. Para aplicaciones donde el costo es una prioridad mayor, pueden ser aceptables rangos más amplios.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs de potencia media estándar, la Serie HPL3535CZ12 ofrece un flujo luminoso por encapsulado significativamente mayor, reduciendo el número de componentes necesarios para una salida de luz dada. La construcción cerámica proporciona una diferenciación clave frente a los LEDs de alta potencia con encapsulado plástico, ofreciendo una mejor resistencia al estrés térmico y una vida útil potencialmente más larga a altas temperaturas de funcionamiento. La almohadilla térmica eléctricamente aislada es otra ventaja competitiva, simplificando el diseño del PCB al eliminar la necesidad de aislar eléctricamente el disipador de calor, lo que a menudo se requiere para encapsulados no aislados.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es el consumo de energía real de este LED?
R: Potencia (W) = Corriente Directa (A) x Tensión Directa (V). Por ejemplo, a 1000mA (1A) y unaV_Ftípica de 3.0V (del rango U3), la potencia es de aproximadamente 3.0W.

P: ¿Por qué disminuye el flujo luminoso cuando aumenta la temperatura de unión?
R: Esta es una característica fundamental de los semiconductores LED. Las temperaturas más altas aumentan las tasas de recombinación no radiativa dentro del chip, reduciendo la eficiencia cuántica interna y, por tanto, la salida de luz para una corriente dada.

P: ¿Cuántos de estos LEDs necesito para una fuente de luz de 1000 lúmenes?
R: A 350mA y 85°C, un LED de 5000K produce ~184 lm. Por lo tanto, necesitaría aproximadamente 6 LEDs (1000/184 ≈ 5.43) para alcanzar 1000 lm, sin tener en cuenta las pérdidas ópticas. Conducir a una corriente más alta (por ejemplo, 700mA) requeriría menos LEDs pero con una gestión térmica más estricta.

P: ¿Qué significa "Nivel de Sensibilidad a la Humedad 3" para mi proceso de producción?
R: Significa que los componentes son sensibles a la absorción de humedad. Si se abre la bolsa de fábrica sellada, se dispone de 168 horas (7 días) para completar la soldadura si se almacenan a ≤ 30°C/85% HR. Si se excede este tiempo, los componentes deben secarse a 85°C/85% HR durante 168 horas para eliminar la humedad antes de poder soldarlos por reflujo de forma segura.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de una Luminaria Industrial de Alta Montura (High-Bay)
Un diseñador necesita crear una luz high-bay de 10,000 lúmenes para un almacén. Apuntando a una eficacia de 150 lm/W a nivel de sistema, necesitan aproximadamente 67 vatios de potencia LED. Eligiendo la variante de 5000K conducida a 700mA y 85°C (flujo típico 341 lm), requerirían unos 30 LEDs (10000/341). La tensión directa total del LED sería de alrededor de 90V (30 LEDs * ~3V cada uno), lo que sugiere una topología de driver de corriente constante en serie-paralelo o de alta tensión. La tarea crítica es la gestión térmica: con 30 LEDs disipando ~90W (suponiendo 3W por LED), un gran disipador de aluminio con aletas y un PCB de núcleo metálico son esenciales para mantener la temperatura de unión lo más cerca posible de 85°C y así lograr la salida de luz esperada y garantizar la fiabilidad a largo plazo.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

Los Diodos Emisores de Luz (LEDs) son dispositivos semiconductores que emiten luz a través de electroluminiscencia. Cuando se aplica una tensión directa a través de la unión p-n, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa donde se recombinan. En un semiconductor de banda prohibida directa como los utilizados en LEDs blancos (típicamente basados en Nitruro de Galio e Indio, InGaN), una parte de esta energía de recombinación se libera como fotones (luz). La luz blanca se genera comúnmente utilizando un chip LED que emite azul recubierto con una capa de fósforo. El fósforo absorbe una fracción de la luz azul y la reemite como un espectro más amplio de luz amarilla. La combinación de la luz azul restante y la luz amarilla convertida por el fósforo aparece blanca al ojo humano. La Temperatura de Color Correlacionada (CCT) se ajusta modificando la composición del fósforo.

12. Tendencias Tecnológicas

La industria de la iluminación de estado sólido continúa evolucionando hacia una mayor eficacia (lúmenes por vatio), una mejor calidad de color (CRI más alto y mejores valores R9 para la reproducción del rojo) y una mayor fiabilidad. Existe una tendencia en los LEDs de alta potencia hacia encapsulados a escala de chip (CSP) y diseños flip-chip que reducen aún más la resistencia térmica y el tamaño del encapsulado. Para LEDs con encapsulado cerámico como el HPL3535CZ12, los desarrollos en curso se centran en optimizar el fósforo para una mayor eficiencia y una mejor consistencia de color en todo el ángulo del haz, así como en mejorar la eficiencia de extracción de luz del chip y del encapsulado. Además, hay una creciente integración de la electrónica del driver y las ópticas a nivel de módulo para simplificar el diseño del producto final.