Hoja de Datos del LED SMD 27-21 Blanco Puro - Paquete 2.7x2.1mm - Voltaje 2.7-3.15V - Potencia 40mW - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El LED SMD 27-21 es un diodo emisor de luz de montaje superficial compacto, diseñado para aplicaciones electrónicas modernas que requieren miniaturización y alta fiabilidad. Este componente representa un avance significativo respecto a los LEDs tradicionales de tipo con patillas, permitiendo reducciones sustanciales en el espacio de la placa, aumentando la densidad de empaquetado y contribuyendo al desarrollo de equipos finales más pequeños y eficientes. Su construcción ligera lo hace especialmente adecuado para aplicaciones donde el espacio y el peso son limitaciones críticas.

El LED emite una luz blanca pura, lograda mediante un chip de material InGaN (Nitruro de Galio e Indio) encapsulado en una resina difusa amarilla. Esta combinación proporciona una salida de luz consistente y difusa, adecuada para una variedad de funciones de indicación y retroiluminación. El producto cumple plenamente con los estándares ambientales y de seguridad contemporáneos, incluyendo RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), las regulaciones REACH de la UE, y se fabrica como un componente libre de halógenos, manteniendo el contenido de bromo y cloro por debajo de los límites especificados.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación Objetiva

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estas condiciones y deben evitarse en el diseño del circuito.

• Voltaje Inverso (V_R):5V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar la ruptura de la unión.
• Corriente Directa (I_F):10mA (continua). Esta es la corriente DC máxima recomendada para un funcionamiento fiable a largo plazo.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):100mA. Esto solo es permisible bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10 @ 1kHz) y no debe usarse para alimentación continua.
• Disipación de Potencia (P_d):40mW. Esta es la potencia máxima que el paquete puede disipar sin exceder sus límites térmicos, calculada como Voltaje Directo (V_F) * Corriente Directa (I_F).
• Descarga Electroestática (ESD) Modelo Cuerpo Humano (HBM):150V. Esto indica una sensibilidad moderada a la ESD; son esenciales los procedimientos de manejo adecuados (por ejemplo, estaciones de trabajo conectadas a tierra, embalaje seguro contra ESD).
• Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industrial.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):Compatible con perfiles de reflujo estándar (pico de 260°C durante 10 seg) y soldadura manual (350°C máximo 3 seg por terminal).

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden en una condición de prueba estándar de 25°C de temperatura ambiente y una corriente directa de 5mA, que sirve como punto de referencia común para comparación y clasificación.

• Intensidad Luminosa (I_v):57.0 - 112 mcd (milicandelas). El amplio rango refleja el proceso de clasificación, donde los LEDs se clasifican en grupos de salida específicos (P2, Q1, Q2). No se indica un valor típico, ya que cae dentro de este rango clasificado.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):140 grados (típico). Este amplio ángulo de visión es característico de la resina difusa amarilla, que dispersa la luz, haciendo que el LED sea adecuado para aplicaciones que requieren una iluminación amplia en lugar de un haz enfocado.
• Voltaje Directo (V_F):2.70V - 3.15V. Esta es la caída de voltaje a través del LED cuando se alimenta a 5mA. Los LEDs también se clasifican en rangos de voltaje específicos (códigos 15, 16, 17). Se indica una tolerancia de ±0.1V.
• Corriente Inversa (I_R):50 µA (máx.) a V_R=5V. Este parámetro es solo para fines de prueba; el dispositivo no está diseñado para operar en polarización inversa.

Nota Importante:La hoja de datos advierte explícitamente que la condición de voltaje inverso es solo para prueba y que el LED no debe operarse en inversa. Los diseñadores deben asegurar la polaridad correcta en el circuito.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia en la producción en masa, los LEDs se prueban y clasifican en "bins" (lotes) según parámetros clave de rendimiento. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con características estrictamente controladas para las necesidades específicas de su aplicación.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Los LEDs se categorizan en tres bins según su salida de luz a 5mA:

• Bin P2:57.0 - 72.0 mcd
• Bin Q1:72.0 - 90.0 mcd
• Bin Q2:90.0 - 112 mcd

También se especifica una tolerancia general de ±11% en la intensidad luminosa.

3.2 Clasificación por Voltaje Directo

Para ayudar en el diseño de la regulación de corriente, los LEDs también se clasifican por su caída de voltaje directo:

• Bin 15:2.70V - 2.85V
• Bin 16:2.85V - 3.00V
• Bin 17:3.00V - 3.15V

Se indica una tolerancia de ±0.1V para el voltaje directo.

3.3 Clasificación por Coordenadas de Cromaticidad

Para la consistencia del color, la luz blanca emitida se clasifica según sus coordenadas en el diagrama de cromaticidad CIE 1931. La hoja de datos define seis bins (del 1 al 6), cada uno especificando una región cuadrilátera en la gráfica de coordenadas de color x,y con una tolerancia de ±0.01. Esta clasificación precisa garantiza que todos los LEDs dentro de un bin elegido exhibirán puntos de color blanco casi idénticos, lo cual es crítico para aplicaciones como matrices de retroiluminación donde la uniformidad del color es primordial.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien el PDF hace referencia a "Curvas Típicas de Características Electro-Ópticas", las gráficas específicas (por ejemplo, I_Vvs. I_F, I_Vvs. Temperatura, Distribución Espectral) no se detallan en el texto proporcionado. Típicamente, tales curvas mostrarían:

• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (I_V-I_F):Una relación no lineal donde la salida de luz aumenta con la corriente pero puede saturarse o degradarse a corrientes más altas más allá del máximo nominal.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_V-T_a):La salida de luz generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. La curva cuantifica esta reducción, que es crucial para la gestión térmica en la aplicación.
• Voltaje Directo vs. Temperatura de la Unión (V_F-T_j): V_Ftípicamente tiene un coeficiente de temperatura negativo, disminuyendo a medida que aumenta la temperatura.
• Distribución Espectral de Potencia:Una gráfica que muestra la intensidad relativa de la luz a través del espectro de longitudes de onda visible, definiendo la calidad del color "blanco" (por ejemplo, blanco frío, blanco cálido).

Los diseñadores deben consultar estas curvas cuando operen el LED fuera de la condición de prueba estándar de 5mA/25°C para predecir el rendimiento con precisión.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El LED SMD 27-21 tiene una huella compacta. El dibujo dimensional indica un tamaño de paquete con tolerancias de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario. Las características clave visibles en el dibujo incluyen el contorno del componente, las ubicaciones de las almohadillas de los electrodos y la marca de polaridad (probablemente un indicador del cátodo). Las dimensiones precisas (largo, ancho, altura) son críticas para el diseño del patrón de soldadura en el PCB y para garantizar la colocación adecuada por equipos automatizados.

5.2 Identificación de Polaridad

El paquete incluye una marca para identificar el terminal del cátodo (negativo). Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje para evitar la polarización inversa, que puede dañar el dispositivo.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

The LED is compatible with infrared and vapor phase reflow processes. A recommended Pb-free reflow profile is provided:

• Pre-heating:-200°C for 60-120 seconds.
• Time Above Liquidus (217°C):-150 seconds.
• Peak Temperature:260°C máximo, mantenida no más de 10 segundos.
• Tasa de Calentamiento:Máximo 6°C/seg.
• Tiempo por Encima de 255°C:Máximo 30 segundos.
• Tasa de Enfriamiento:Máximo 3°C/seg.

Regla Crítica:La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces en el mismo ensamblaje de LED.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual:

• Use un soldador con una temperatura de punta inferior a 350°C.
• Limite el tiempo de contacto a 3 segundos por terminal.
• Use un soldador con una capacidad de 25W o menos.
• Permita un intervalo de al menos 2 segundos entre soldar cada terminal para gestionar el estrés térmico.

La hoja de datos advierte que el daño a menudo ocurre durante la soldadura manual, por lo que se requiere especial cuidado.

6.3 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Los LEDs se empaquetan en materiales resistentes a la humedad (cinta portadora en una bolsa de aluminio a prueba de humedad con desecante).

• Antes de Abrir:Almacene a ≤30°C y ≤90% de Humedad Relativa (HR).
• Después de Abrir:La "vida útil en planta" es de 1 año bajo condiciones de ≤30°C y ≤60% HR. Los componentes no utilizados deben resellarse en un paquete a prueba de humedad.
• Secado (Baking):Si el desecante indica saturación o se excede el tiempo de almacenamiento, seque los LEDs a 60 ±5°C durante 24 horas antes de usarlos para eliminar la humedad absorbida y prevenir el "efecto palomita" durante el reflujo.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de la Cinta y el Carrete

Los LEDs se suministran en embalaje estándar de la industria para montaje automatizado:

• Cinta:Cinta de 8mm de ancho en un carrete de 7 pulgadas de diámetro.
• Cantidad:3000 piezas por carrete.
• Se proporcionan dibujos dimensionales detallados para la cinta portadora y el carrete, con tolerancias estándar de ±0.1mm.

7.2 Explicación de la Etiqueta

La etiqueta del carrete contiene varios códigos clave para trazabilidad y especificación:

• P/N:Número de Producto (ej., 27-21/T3D-AP2Q2HY/3C).
• QTY:Cantidad de Empaque.
• CAT:Rango de Intensidad Luminosa (ej., P2, Q1, Q2).
• HUE:Coordenadas de Cromaticidad y Rango de Longitud de Onda Dominante (ej., Bin 1-6).
• REF:Rango de Voltaje Directo (ej., 15, 16, 17).
• LOT No:Número de Lote de Fabricación para trazabilidad.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

La hoja de datos enumera varias aplicaciones principales, aprovechando el tamaño pequeño, la luz difusa y la fiabilidad del LED:

• Retroiluminación:Para cuadros de instrumentos de tableros, interruptores y teclados.
• Equipos de Telecomunicaciones:Como indicadores de estado y retroiluminación en teléfonos y máquinas de fax.
• Pantallas LCD:Proporcionando retroiluminación plana y uniforme para paneles LCD pequeños, leyendas de interruptores y símbolos.
• Uso General como Indicador:Cualquier aplicación que requiera una luz indicadora blanca, brillante y compacta.

8.2 Consideraciones y Precauciones de Diseño

La hoja de datos incluye advertencias críticas para un funcionamiento fiable:

• La Limitación de Corriente es Obligatoria:Siempre se debe usar una resistencia limitadora de corriente externa en serie con el LED. El voltaje directo tiene un ligero coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que a medida que el LED se calienta, V_Fcae ligeramente. Sin una resistencia, esto puede llevar a un aumento significativo de la corriente (fuga térmica), quemando potencialmente el LED. La resistencia estabiliza la corriente.
• Evitar el Estrés Mecánico:No aplique estrés al cuerpo del LED durante la soldadura o en el ensamblaje final. Evite deformar el PCB después de soldar.
• Reparación:Se desaconseja encarecidamente reparar o retrabajar una placa después de que los LEDs estén soldados. Si es absolutamente necesario, se debe usar un soldador de doble punta especializado para calentar ambos terminales simultáneamente, minimizando el estrés térmico. El recalentamiento en un solo punto puede causar daños.
• Protección contra ESD:Implemente precauciones estándar contra ESD durante el manejo y montaje debido a la clasificación HBM de 150V del dispositivo.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Si bien la hoja de datos no proporciona una comparación directa con otros modelos específicos de LED, el paquete 27-21 ofrece claras ventajas en contextos específicos:

• vs. LEDs con Patillas:La ventaja principal es la reducción drástica en el espacio de la placa y el peso, permitiendo la miniaturización de la electrónica moderna. También elimina la necesidad de doblar e insertar patillas, agilizando el montaje automatizado.
• vs. LEDs SMD más grandes (ej., 3528, 5050):El 27-21 ofrece una huella más pequeña para diseños ultracompactos, aunque potencialmente a expensas de la salida de luz total o la capacidad de disipación de calor en comparación con paquetes más grandes.
• vs. LEDs con Lente Transparente:La resina difusa amarilla proporciona un ángulo de visión mucho más amplio (140°) y una apariencia más suave y uniforme, lo que lo hace superior para aplicaciones donde el LED se ve directamente, a diferencia de una lente transparente que produce un haz más enfocado.

Su cumplimiento con los estándares RoHS, REACH y libre de halógenos es una expectativa básica para los componentes modernos, pero sigue siendo un diferenciador clave frente a existencias antiguas no conformes.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Por qué es absolutamente necesaria una resistencia en serie?

Los LEDs son dispositivos controlados por corriente, no por voltaje. Su curva V-I es muy pronunciada. Un pequeño cambio en el voltaje directo (que puede ocurrir debido a cambios de temperatura o variaciones de fabricación) causa un gran cambio en la corriente. Una resistencia en serie actúa como un regulador de corriente lineal simple, estabilizando el punto de operación y previniendo la fuga térmica y la destrucción del LED.

10.2 ¿Qué significan los códigos de clasificación (P2, Q1, 15, 16, etc.) para mi diseño?

La clasificación garantiza consistencia. Si su diseño requiere brillo uniforme en múltiples LEDs (por ejemplo, en una matriz de retroiluminación), debe especificar LEDs del mismo bin de intensidad luminosa (CAT). Si su fuente de alimentación tiene márgenes de voltaje ajustados, especificar un bin de voltaje directo más estrecho (REF) puede ayudar. Para aplicaciones críticas en color, especificar el bin de cromaticidad (HUE) es esencial. Usar LEDs sin clasificar o de bins mixtos puede resultar en variaciones visibles de brillo o color en el producto final.

10.3 ¿Puedo alimentar este LED continuamente a 10mA?

Sí, 10mA es la corriente directa continua máxima nominal. Sin embargo, operar en el valor máximo absoluto puede reducir la fiabilidad a largo plazo y aumentar la temperatura de la unión. Para una vida útil y estabilidad óptimas, se recomienda alimentar el LED en o por debajo de la corriente de prueba de 5mA, especialmente si la gestión térmica es limitada.

10.4 El ángulo de visión es de 140 grados. ¿Es uniforme la salida de luz en este ángulo?

El "ángulo de visión" (2θ_1/2) se define como el ángulo en el que la intensidad luminosa es la mitad de la intensidad a 0 grados (directamente en el eje). La resina difusa amarilla crea un patrón de emisión similar al de Lambert, donde la intensidad es máxima en el eje y disminuye hacia los bordes. Proporciona una muy buena uniformidad para la visualización en ángulo amplio en comparación con un LED de lente transparente, pero no se logra una uniformidad perfecta en los 140° completos.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de un panel de interruptores de membrana con retroiluminación.

1. Selección:Se elige el LED 27-21 por su tamaño pequeño (cabe detrás de los iconos del interruptor), su luz difusa (iluminación uniforme) y su compatibilidad con montaje superficial (adecuado para el montaje automatizado en el PCB del interruptor).
2. Diseño del Circuito:Se elige una corriente constante de 5mA para un equilibrio entre brillo y longevidad. Usando una fuente de 3.3V y asumiendo una V_Fdel Bin 16 (típ. 2.93V), la resistencia en serie se calcula: R = (V_fuente- V_F) / I_F= (3.3V - 2.93V) / 0.005A = 74 Ohmios. Se selecciona una resistencia estándar de 75 ohmios.
3. Diseño del PCB:El patrón de soldadura se diseña exactamente según el dibujo dimensional del paquete. Se mantiene un espacio adecuado entre el LED y la capa de membrana.
4. Adquisición:Se piden LEDs especificando Bin Q1 para brillo y Bin 2 o 3 para un punto de color blanco consistente en todos los interruptores del panel.
5. Montaje:Los componentes se mantienen en bolsas selladas hasta su uso. El PCB sufre una sola pasada de reflujo usando el perfil especificado. Se evita el estrés en los LEDs durante el manejo.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LED 27-21 es una fuente de luz de estado sólido basada en una unión p-n semiconductor. La región activa utiliza un semiconductor compuesto de InGaN (Nitruro de Galio e Indio). Cuando se aplica un voltaje directo que excede el umbral de encendido del diodo (el voltaje directo, V_F), los electrones y los huecos se inyectan en la región activa donde se recombinan. En un semiconductor de banda prohibida directa como el InGaN, esta recombinación libera energía principalmente en forma de fotones (luz). La energía específica de la banda prohibida de la aleación InGaN determina la longitud de onda de la luz emitida. Para producir luz blanca a partir de un chip InGaN que emite azul/UV, se utiliza un fósforo amarillo (contenido dentro del encapsulado de resina difusa amarilla). Parte de la luz azul del chip es absorbida por el fósforo y reemitida como luz amarilla. La mezcla de la luz azul restante y la luz amarilla convertida es percibida por el ojo humano como blanca. La resina difusa contiene partículas de dispersión que aleatorizan la dirección de los fotones emitidos, creando el amplio y uniforme ángulo de visión.

13. Tendencias y Evolución Tecnológica

Los LEDs SMD como el 27-21 representan una tecnología madura y ampliamente adoptada. Las tendencias actuales en la industria se centran en varias áreas clave que se basan en esta base:

• Mayor Eficiencia (Lúmenes por Vatio):Las mejoras continuas en el crecimiento epitaxial, el diseño del chip y la tecnología de fósforos continúan impulsando una mayor eficacia luminosa, permitiendo una salida de luz más brillante con la misma corriente o la misma salida de luz con menor consumo de energía y menor generación de calor.
• Mejor Calidad y Consistencia del Color:Los avances en formulaciones de fósforos y técnicas de clasificación más precisas (por ejemplo, usando elipses de MacAdam de 3-5 pasos para un control de color más estricto) permiten LEDs con un Índice de Reproducción Cromática (CRI) superior y puntos de color más consistentes de lote a lote.
• Miniaturización:La búsqueda de dispositivos más pequeños continúa, llevando a tamaños de paquete aún más reducidos (por ejemplo, 2016, 1515) manteniendo o mejorando el rendimiento óptico.
• Fiabilidad y Vida Útil Mejoradas:La investigación en mejores materiales de encapsulado y técnicas de gestión térmica tiene como objetivo aumentar la vida útil operativa y la estabilidad de los LEDs, especialmente en condiciones de alta temperatura o alta humedad.
• Soluciones Integradas:La tendencia se dirige hacia LEDs con controladores incorporados, controladores o incluso múltiples chips de color (RGB) en un solo paquete, simplificando el diseño del circuito para el usuario final.

El LED 27-21, con su paquete estandarizado y características bien definidas, sirve como un componente de trabajo confiable dentro de este panorama tecnológico en evolución.