Hoja de Datos del LED SMD LTST-C990NRKT-PO - AlInGaP Rojo - 20mA - 900-2240mcd - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas completas de una lámpara LED de montaje superficial (SMD). Este componente está diseñado para el ensamblaje automatizado de placas de circuito impreso (PCB), presentando un factor de forma miniaturizado ideal para aplicaciones con espacio limitado. Su función principal es servir como indicador visual o fuente de retroiluminación en una amplia gama de equipos electrónicos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

El LED ofrece varias ventajas clave para la fabricación moderna de electrónica. Utiliza un chip AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) de Ultra Brillo, que proporciona una alta eficiencia luminosa para la emisión roja. El dispositivo se suministra en cinta de 8 mm enrollada en carretes de 7 pulgadas de diámetro, conforme a los estándares EIA, haciéndolo totalmente compatible con equipos automáticos de pick-and-place de alta velocidad. Además, está diseñado para soportar los procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo (IR) comúnmente utilizados en líneas de ensamblaje sin plomo (Pb-free), asegurando una fijación fiable a la PCB. El producto cumple con la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS).

Las aplicaciones objetivo son amplias, abarcando equipos de telecomunicaciones, dispositivos de automatización de oficinas, electrodomésticos y sistemas de control industrial. Usos específicos incluyen retroiluminación de teclados, luces indicadoras de estado, integración en microdisplays e iluminación general de señales o símbolos.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Esta sección detalla los límites absolutos y las características operativas del LED. Todos los parámetros se definen a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C a menos que se especifique lo contrario.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estos límites.

• Disipación de Potencia (Pd):62.5 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que el encapsulado del LED puede disipar en forma de calor.
• Corriente Directa de Pico (I_F(PEAK)):60 mA. Esta es la corriente directa instantánea máxima permitida, típicamente especificada en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms) para gestionar el estrés térmico.
• Corriente Directa Continua en CC (I_F):25 mA. Esta es la corriente máxima recomendada para operación continua.
• Tensión Inversa (V_R):5 V. Aplicar una tensión inversa que exceda este valor puede causar ruptura y fallo.
• Rango de Temperatura de Operación:-30°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente en el que el LED está diseñado para funcionar.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-40°C a +85°C. El rango de temperatura para almacenamiento no operativo.
• Condición de Soldadura por Infrarrojos:260°C durante 10 segundos. El perfil térmico máximo que el encapsulado puede soportar durante la soldadura por reflujo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos en condiciones de prueba estándar.

• Intensidad Luminosa (I_V):900.0 - 2240.0 mcd (milcandelas). Medida a una corriente directa (I_F) de 20mA. La intensidad se mide utilizando una combinación de sensor y filtro que se aproxima a la curva fotópica (respuesta del ojo CIE). El amplio rango indica que se utiliza un sistema de clasificación por bins (ver Sección 4).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):75 grados. Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa es la mitad del valor medido en el eje central (0°). Un ángulo de 75 grados proporciona un cono de visión relativamente amplio.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_P):639 nm (nanómetros). Esta es la longitud de onda en la que la distribución espectral de potencia de la luz emitida es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):624.0 - 632.0 nm. Se deriva del diagrama de cromaticidad CIE y representa el color percibido del LED, que se encuentra en la región roja del espectro.
• Ancho de Línea Espectral a Mitad de Altura (Δλ):20 nm. Esto indica el ancho de banda espectral, medido como la anchura total a mitad del máximo (FWHM) del pico de emisión. Un valor de 20nm es típico para un LED rojo monocromático AlInGaP.
• Tensión Directa (V_F):1.7 - 2.5 V. La caída de tensión a través del LED cuando se alimenta con 20mA. Este rango contempla la variación normal de fabricación del chip semiconductor.
• Corriente Inversa (I_R):10 μA (máx.). La pequeña corriente de fuga que fluye cuando se aplica la tensión inversa máxima (5V).

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia en las aplicaciones, los LEDs se clasifican (bins) en función de parámetros ópticos clave después de su fabricación.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

El parámetro principal de clasificación para este LED es su intensidad luminosa. El producto se categoriza en varios bins, cada uno con un valor de intensidad mínimo y máximo definido cuando se alimenta con 20mA. El código de bin, impreso en el carrete o embalaje, permite a los diseñadores seleccionar LEDs con brillo consistente para su aplicación. La tolerancia dentro de cada bin es de +/- 15%. La lista de bins es la siguiente:

• Código de Bin V2:900.0 - 1120.0 mcd
• Código de Bin W1:1120.0 - 1400.0 mcd
• Código de Bin W2:1400.0 - 1800.0 mcd
• Código de Bin X1:1800.0 - 2240.0 mcd

Seleccionar un código de bin más alto (ej., X1) garantiza un brillo mínimo mayor, lo cual es crucial para aplicaciones que requieren una alta visibilidad uniforme o donde la corriente de alimentación puede estar limitada.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan una visión más profunda del comportamiento del LED bajo condiciones variables. Las curvas típicas incluidas en la hoja de datos ilustran la relación entre parámetros clave.

4.1 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V)

Esta curva muestra la relación no lineal entre la corriente que fluye a través del LED y la tensión a través del mismo. La 'rodilla' de la curva, típicamente alrededor de 1.7V a 2.0V para este dispositivo, es donde el LED comienza a emitir luz significativamente. Por encima de esta rodilla, un pequeño aumento en la tensión provoca un gran aumento en la corriente. Por lo tanto, los LEDs siempre se alimentan con un mecanismo limitador de corriente, no con una fuente de tensión fija.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

Este gráfico demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente de alimentación. Para la mayoría de los LEDs, la relación es aproximadamente lineal dentro del rango de operación recomendado (hasta 25mA para este dispositivo). Alimentar el LED más allá de su corriente directa continua máxima no producirá luz proporcionalmente mayor y generará calor excesivo, reduciendo la vida útil y la fiabilidad.

4.3 Distribución Espectral

El gráfico espectral muestra la potencia radiante relativa emitida a través de diferentes longitudes de onda. Presentará un único pico dominante centrado alrededor de 639 nm (la longitud de onda de pico) con una forma característica definida por el ancho a mitad de altura de 20 nm. Esto confirma la salida de color rojo monocromático.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Dispositivo y Polaridad

El encapsulado del LED tiene dimensiones físicas específicas críticas para el diseño de la huella en la PCB. La hoja de datos proporciona un dibujo dimensional detallado. Las características clave incluyen la longitud, anchura y altura totales. El encapsulado también tiene un indicador de polaridad, típicamente una muesca, un punto verde o una marca de cátodo en un extremo, que debe alinearse correctamente con la huella de la PCB para garantizar la conexión eléctrica adecuada (ánodo vs. cátodo).

5.2 Diseño Recomendado de Pads de Montaje en PCB

Se proporciona un patrón de soldadura sugerido (diseño de pads de cobre) para la PCB. Este patrón está diseñado para garantizar una unión de soldadura fiable durante el reflujo, proporcionar un alivio térmico adecuado y evitar puentes de soldadura. Seguir esta recomendación es esencial para un ensamblaje exitoso y una estabilidad mecánica a largo plazo.

5.3 Especificaciones de Empaquetado en Cinta y Carrete

Para el ensamblaje automatizado, los componentes se suministran en cinta portadora en carretes. La hoja de datos especifica las dimensiones de los bolsillos de la cinta que sostienen cada LED, el ancho de la cinta y las dimensiones del carrete (7 pulgadas de diámetro). Las cantidades estándar por carrete son de 3000 piezas. El empaquetado cumple con las especificaciones ANSI/EIA-481. Las notas incluyen detalles sobre la cinta de cubierta, el máximo de componentes faltantes consecutivos (2) y las cantidades mínimas de pedido para restos (500 piezas).

6. Guías de Soldadura, Ensamblaje y Manipulación

6.1 Perfil de Reflujo IR Recomendado

Para procesos de soldadura sin plomo, se recomienda un perfil térmico específico para prevenir daños. Los parámetros clave incluyen:

• Temperatura de Precalentamiento:150-200°C
• Tiempo de Precalentamiento:Máximo 120 segundos
• Temperatura Máxima del Cuerpo:Máximo 260°C
• Tiempo por Encima de 260°C:Máximo 10 segundos (se permiten un máximo de dos ciclos de reflujo)

El perfil debe desarrollarse de acuerdo con los estándares JEDEC y validarse con el diseño específico de PCB, la pasta de soldadura y el horno utilizados en producción.

6.2 Condiciones de Almacenamiento

El almacenamiento adecuado es vital debido a la sensibilidad a la humedad del encapsulado plástico (MSL 3).

• Paquete Sellado:Almacenar a ≤30°C y ≤90% HR. Usar dentro de un año desde la fecha de empaquetado.
• Paquete Abierto:Para componentes retirados de su bolsa a prueba de humedad, el ambiente no debe exceder 30°C y 60% HR. Se recomienda completar el reflujo IR dentro de una semana. Para almacenamiento más allá de una semana, secar los LEDs a 60°C durante al menos 20 horas antes de soldar para eliminar la humedad absorbida y prevenir el efecto 'palomita' durante el reflujo.

6.3 Limpieza

Si es necesaria la limpieza después de la soldadura, usar solo disolventes aprobados. Se especifica sumergir el LED en alcohol etílico o isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto. Productos químicos agresivos o no especificados pueden dañar la lente plástica y el encapsulado.

6.4 Precaución por Descarga Electroestática (ESD)

El chip semiconductor dentro del LED es sensible a las descargas electrostáticas y a los picos de tensión. Se requieren precauciones de manipulación: usar una pulsera antiestática conectada a tierra o guantes antiestáticos, y asegurar que todo el equipo y las superficies de trabajo estén correctamente conectados a tierra.

7. Consideraciones de Diseño para Aplicación

7.1 Diseño del Circuito de Alimentación

Los LEDs son dispositivos controlados por corriente. El aspecto más crítico del circuito de alimentación es la regulación de corriente. Para garantizar un brillo uniforme, especialmente cuando varios LEDs están conectados en paralelo, se debe colocar una resistencia limitadora de corriente en serie concada LED individual. Un circuito de alimentación simple consiste en una fuente de tensión (V_CC), el LED y una resistencia en serie (R_S). El valor de la resistencia se calcula usando la Ley de Ohm: R_S= (V_CC- V_F) / I_F, donde V_Fes la tensión directa del LED a la corriente deseada I_F(ej., 20mA). Usar una resistencia para cada LED compensa las pequeñas variaciones en V_Fde un dispositivo a otro.

7.2 Gestión Térmica

Aunque la disipación de potencia es baja (62.5 mW máx.), una gestión térmica efectiva extiende la vida del LED y mantiene una salida de luz estable. La propia PCB actúa como disipador de calor. Asegurar una buena conexión térmica desde los pads de soldadura del LED a planos de cobre en la PCB ayuda a disipar el calor. Evitar operar el LED en sus límites absolutos de corriente y temperatura durante períodos prolongados.

7.3 Alcance y Limitaciones de la Aplicación

Este LED está destinado a equipos electrónicos de propósito general. Para aplicaciones que requieren una fiabilidad excepcional donde un fallo podría comprometer la seguridad (ej., aviación, soporte vital médico, sistemas de seguridad en transporte), son necesarias calificaciones adicionales y consulta con el fabricante del componente antes de su integración en el diseño.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con tecnologías más antiguas como los LEDs rojos de GaAsP (Fosfuro de Arsénico y Galio), el chip AlInGaP utilizado aquí ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, resultando en un mayor brillo para la misma corriente de alimentación. El diseño de lente en forma de domo ayuda a lograr el ángulo de visión especificado de 75 grados, proporcionando un buen equilibrio entre el brillo axial y la visibilidad fuera del eje. La compatibilidad con el posicionamiento automático y el reflujo IR lo convierte en una opción rentable para la fabricación en gran volumen, diferenciándolo de los LEDs que requieren soldadura manual.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Por qué mi LED está tenue o tiene un brillo inconsistente en comparación con otros en la placa?

R: La causa más común es no usar resistencias limitadoras de corriente individuales para cada LED cuando están conectados en paralelo. Pequeñas variaciones en la tensión directa (V_F) hacen que el reparto de corriente sea desigual. Siempre use una resistencia en serie para cada LED. Además, verifique que está usando LEDs del mismo bin de intensidad luminosa.

P: ¿Puedo alimentar este LED con 3.3V sin una resistencia?

R: No. Conectar un LED directamente a una fuente de tensión como 3.3V causaría que fluya una corriente excesiva, probablemente excediendo la corriente directa continua máxima (25mA) y destruyendo el dispositivo. Una resistencia en serie es obligatoria para limitar la corriente a un valor seguro (ej., 20mA).

P: La hoja de datos muestra un rango de tensión directa de 1.7V a 2.5V. ¿Qué valor debo usar para mi cálculo de resistencia?

R: Para un diseño conservador que asegure que la corriente no exceda su objetivo (ej., 20mA) incluso con un LED de baja V_F, use el valor mínimo de V_F(1.7V) en su cálculo. Esto resulta en un valor de resistencia ligeramente mayor y una corriente ligeramente menor para LEDs con V_Fmás alta, pero garantiza la seguridad para todos los dispositivos.

P: ¿Qué significa 'MSL 3' para el almacenamiento?

R: Nivel de Sensibilidad a la Humedad 3 indica que el encapsulado puede estar expuesto a condiciones de planta de fábrica (≤30°C/60% HR) hasta 168 horas (una semana) antes de requerir secado previo a la soldadura por reflujo. Exceder este tiempo conlleva el riesgo de daño interno del encapsulado durante el proceso de reflujo a alta temperatura.

10. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseñar un panel indicador de estado con 10 LEDs rojos de brillo uniforme.

1. Diseño del Circuito:Usar una fuente de alimentación de 5V. Objetivo I_F= 20mA. Asumiendo una V_Ftípica de 2.1V, calcular R_S= (5V - 2.1V) / 0.020A = 145 Ohmios. El valor estándar más cercano es 150 Ohmios. Colocar una resistencia de 150 ohmios en serie con el ánodo de cada uno de los 10 LEDs. Conectar todos los cátodos a tierra.

2. Diseño de la PCB:Usar el patrón de soldadura recomendado de la hoja de datos. Asegurar que las marcas de polaridad en la serigrafía de la PCB coincidan con el indicador de polaridad del LED. Proporcionar un plano de tierra sólido para disipación térmica y retorno eléctrico.

3. Adquisición:Especificar el código de bin de intensidad luminosa requerido (ej., W2 para 1400-1800 mcd) al distribuidor para asegurar que los 10 LEDs tengan un brillo similar.

4. Ensamblaje:Seguir el perfil de reflujo IR recomendado. Después del ensamblaje, si es necesaria la limpieza, usar alcohol isopropílico.

Este enfoque garantiza una operación fiable, una apariencia visual consistente y una estabilidad a largo plazo para el panel indicador.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un LED es un diodo semiconductor. Su núcleo es una unión p-n hecha de materiales de banda prohibida directa como el AlInGaP. Cuando se aplica una tensión directa, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando un electrón se recombina con un hueco, se libera energía. En un LED, esta energía se libera en forma de fotón (partícula de luz). La longitud de onda (color) del fotón emitido está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. El AlInGaP tiene una banda prohibida correspondiente a la luz roja. La lente epoxi en forma de domo sirve para proteger el chip semiconductor y dar forma al haz de luz de salida, extrayendo más luz del chip y definiendo el ángulo de visión.

12. Tendencias Tecnológicas

La tendencia general en los LEDs indicadores SMD continúa hacia una mayor eficiencia, tamaños de encapsulado más pequeños y una mayor fiabilidad. Mientras que el AlInGaP sigue siendo la tecnología dominante para LEDs rojos y ámbar de alta eficiencia, otros materiales como el InGaN (Nitruro de Indio y Galio) cubren el espectro azul, verde y blanco. Existe un desarrollo continuo en el empaquetado a escala de chip (CSP) donde el chip LED se monta directamente sin un encapsulado plástico tradicional, permitiendo factores de forma aún más pequeños. Además, la integración de electrónica de control, como controladores de corriente constante, dentro del propio encapsulado del LED es una tendencia creciente para simplificar el diseño del circuito y mejorar la consistencia del rendimiento.