Hoja de Datos Técnica del LED SMD LTSA-G6SPVAKTU - Ámbar AlInGaP - 140mA - 2.65V - 530mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas completas de un LED de montaje superficial (SMD) diseñado para aplicaciones de alta fiabilidad. El componente utiliza un material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) para producir una emisión de luz ámbar, encapsulado en un paquete con lente transparente. Está diseñado para cumplir con los exigentes requisitos de los procesos modernos de ensamblaje electrónico y entornos operativos demandantes.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las principales ventajas de diseño de este LED incluyen su compatibilidad con equipos automáticos de pick-and-place y procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo (IR), fundamentales para la fabricación en gran volumen. El encapsulado cumple con las dimensiones estándar EIA, garantizando intercambiabilidad y facilidad de integración en diseños de PCB existentes. Su calificación clave según el estándar AEC-Q101, Revisión D, resalta su idoneidad para la electrónica automotriz, dirigida específicamente a aplicaciones de accesorios no críticos dentro de los vehículos. El componente también cumple con la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS).

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

El rendimiento del LED se define bajo condiciones específicas eléctricas, ópticas y térmicas, típicamente medidas a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza la operación bajo estas condiciones. Los límites clave incluyen una disipación de potencia máxima de 530mW, una corriente directa de pico de 400mA (bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1ms), y un rango de corriente directa continua DC de 5mA a 200mA. El dispositivo está clasificado para un rango de temperatura de operación y almacenamiento de -40°C a +110°C. Puede soportar Descargas Electroestáticas (ESD) de hasta 2kV según el Modelo de Cuerpo Humano (HBM, Clase 2 según ANSI/ESDA/JEDEC JS-001). El encapsulado puede soportar soldadura por reflujo infrarrojo a una temperatura máxima de 260°C durante hasta 10 segundos, lo cual es estándar para procesos de ensamblaje sin plomo (Pb-free).

2.2 Características Térmicas

La gestión térmica es crucial para el rendimiento y la longevidad del LED. La resistencia térmica desde la unión del semiconductor al aire ambiente (RθJA) es típicamente de 50°C/W cuando se monta en una PCB estándar FR4 de 1.6mm de espesor y con una almohadilla de cobre de 16mm². La resistencia térmica desde la unión al punto de soldadura (RθJS) es típicamente de 30°C/W, proporcionando una ruta más directa para la disipación de calor hacia la placa de circuito. La temperatura máxima permitida en la unión (Tj) es de 125°C. Exceder esta temperatura acelerará la degradación de la salida de luz y puede provocar una falla catastrófica.

2.3 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos bajo condiciones de prueba estándar (IF = 140mA, Ta=25°C). La intensidad luminosa (Iv) varía desde un mínimo de 7.1 candela (cd) hasta un máximo de 11.2 cd. La distribución espacial de la luz se caracteriza por un amplio ángulo de visión (2θ½) de 120 grados, lo que significa que la intensidad luminosa es la mitad de su valor máximo a ±60 grados del eje central. La emisión de luz alcanza su pico a una longitud de onda (λP) de aproximadamente 625 nanómetros (nm). La longitud de onda dominante (λd), que define el color percibido, se especifica entre 612 nm y 624 nm. El ancho de banda espectral (Δλ), que indica la pureza del color, es típicamente de 18 nm. La tensión directa (VF) requerida para alimentar el LED a 140mA varía de 1.90V a 2.65V. La corriente de fuga inversa (IR) es típicamente de 10 μA cuando se aplica una polarización inversa de 12V, aunque el dispositivo no está diseñado para operar en polarización inversa.

3. Explicación del Sistema de Clasificación por Bins

Para garantizar la consistencia en la aplicación, los LEDs se clasifican en bins de rendimiento según parámetros clave después de la fabricación. El código de bin, impreso en la etiqueta del producto, sigue el formato: Rango Vf / Rango Iv / Rango Wd (ejemplo: F/EA/3).

3.1 Clasificación por Tensión Directa (Vf)

Los LEDs se categorizan en cinco bins de tensión (de la C a la G) según su caída de tensión directa a 140mA. El Bin C cubre de 1.90V a 2.05V, Bin D: 2.05V a 2.20V, Bin E: 2.20V a 2.35V, Bin F: 2.35V a 2.50V, y Bin G: 2.50V a 2.65V. Cada bin tiene una tolerancia de ±0.1V. Esto permite a los diseñadores seleccionar LEDs con requisitos de tensión consistentes para circuitos de regulación de corriente.

3.2 Clasificación por Intensidad Luminosa (Iv)

La salida de luz se clasifica en dos bins de intensidad. El Bin EA tiene un rango de intensidad de 7.1 cd a 9.0 cd (equivalente a 20.0 a 25.2 lúmenes), mientras que el Bin EB varía de 9.0 cd a 11.2 cd (25.2 a 31.3 lúmenes). La tolerancia para cada bin de intensidad es de ±11%. Esta clasificación garantiza un brillo uniforme en aplicaciones que requieren múltiples LEDs.

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Dominante (Wd)

El color (longitud de onda dominante) se clasifica en tres bins para mantener la consistencia del color. Bin 2: 612 nm a 616 nm, Bin 3: 616 nm a 620 nm, y Bin 4: 620 nm a 624 nm. La tolerancia para cada bin de longitud de onda es de ±1 nm. Esto es crítico para aplicaciones donde se requiere una coincidencia de color precisa, como en grupos de indicadores o retroiluminación.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan una visión más profunda del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

4.1 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Una curva característica muestra la relación entre la corriente directa (IF) y la intensidad luminosa relativa. La salida de luz aumenta con la corriente pero de manera no lineal. Operar significativamente por encima de la corriente recomendada (ej., 200mA) puede producir rendimientos decrecientes en la salida de luz mientras aumenta drásticamente la generación de calor y acelera la degradación. La curva subraya la importancia de una correcta conducción de corriente, típicamente mediante una fuente de corriente constante o una resistencia limitadora.

4.2 Tensión Directa vs. Corriente Directa

Esta curva IV ilustra la relación exponencial del diodo entre tensión y corriente. La tensión de "rodilla", donde la corriente comienza a aumentar rápidamente, es característica del sistema de material AlInGaP. La curva es esencial para diseñar el circuito de alimentación, asegurando un margen de tensión suficiente desde la fuente de alimentación para lograr la corriente de operación deseada a lo largo del rango VF especificado y sobre variaciones de temperatura.

4.3 Distribución Espacial (Patrón de Radiación)

Un diagrama polar representa el patrón de radiación espacial, confirmando el ángulo de visión de 120 grados. El patrón es típicamente Lambertiano o casi Lambertiano, lo que significa que la intensidad es proporcional al coseno del ángulo de visión. Esta distribución amplia y uniforme es ideal para aplicaciones que requieren iluminación de área amplia o visibilidad de gran angular, como indicadores de estado.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Encapsulado y Polaridad

El LED cumple con una huella estándar SMD. Los dibujos mecánicos detallados especifican la longitud, anchura, altura, espaciado de pines y tolerancias generales (típicamente ±0.2mm). Es fundamental señalar que el marco de pines del ánodo también sirve como el disipador de calor principal del dispositivo. El diseño de la almohadilla de PCB debe conectar con esta almohadilla del ánodo para facilitar una disipación de calor efectiva. El cátodo se identifica típicamente por un marcador visual, como una muesca o una marca verde en el encapsulado.

5.2 Diseño Recomendado de Almohadillas de Montaje en PCB

Un diagrama muestra el diseño óptimo de la almohadilla de cobre en la placa de circuito impreso para soldadura por reflujo infrarrojo. Este diseño asegura la formación confiable de la unión de soldadura, una transferencia térmica adecuada desde el disipador del LED (ánodo) a la PCB, y minimiza el riesgo de efecto "tombstoning" (levantamiento de un extremo durante el reflujo). El tamaño y la forma de la almohadilla están diseñados para coincidir con los marcos de pines para una máxima soldabilidad y resistencia mecánica.

6. Guía de Soldadura, Ensamblaje y Manipulación

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo IR

Un gráfico detallado de temperatura-tiempo especifica el perfil de reflujo recomendado para pastas de soldadura sin plomo, según J-STD-020. Los parámetros clave incluyen la tasa de rampa de temperatura de precalentamiento, tiempo y temperatura de remojo, tiempo por encima del líquido (TAL), temperatura máxima (no superior a 260°C) y tasa de enfriamiento. Adherirse a este perfil es esencial para prevenir choque térmico, delaminación o defectos en la unión de soldadura, asegurando al mismo tiempo que el dispositivo sensible a la humedad (Nivel MSL 2) sea procesado correctamente.

6.2 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

El LED está clasificado como Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) 2 según JEDEC J-STD-020. En su bolsa sellada de barrera de humedad con desecante, tiene una vida útil de un año cuando se almacena a ≤30°C y ≤70% HR. Una vez abierta la bolsa, los componentes deben usarse dentro de un tiempo de vida útil específico (típicamente 168 horas para MSL2 a ≤30°C/60% HR) o ser re-secados (ej., 60°C durante 48 horas) antes del reflujo para prevenir daños por "efecto palomita" debido a la humedad absorbida que se vaporiza durante la soldadura.

6.3 Limpieza

Si es necesaria una limpieza posterior a la soldadura, solo deben usarse los disolventes especificados. Sumergir el LED en alcohol etílico o isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto es aceptable. Productos químicos agresivos o no especificados pueden dañar la lente de epoxi o las marcas del encapsulado.

7. Especificaciones de Empaquetado y Pedido

7.1 Empaquetado en Cinta y Carrete

Para ensamblaje automático, los LEDs se suministran en cinta portadora con relieve, sellada con una cinta de cubierta. Las dimensiones de la cinta, el tamaño del bolsillo y la dirección de alimentación se especifican según los estándares EIA-481. Los componentes se enrollan en carretes estándar de 7 pulgadas (178mm) de diámetro. Un carrete completo contiene 1000 piezas. Los carretes parciales (restos) tienen una cantidad mínima de pedido de 500 piezas. La especificación de empaquetado también define el número máximo permitido de bolsillos vacíos consecutivos (dos).

7.2 Dimensiones del Carrete

Los dibujos mecánicos detallan el diámetro del núcleo del carrete, el diámetro de la brida, el ancho total y las características de enclavamiento para garantizar la compatibilidad con los equipos alimentadores SMT estándar.

8. Directrices de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Escenarios de Aplicación Objetivo

El dominio de aplicación principal es la electrónica automotriz, específicamente para funciones de accesorios. Esto incluye iluminación interior, retroiluminación del tablero para indicadores no críticos, iluminación de la consola central y otras aplicaciones de señalización no críticas para la seguridad dentro del vehículo. Su calificación AEC-Q101 proporciona garantía para la temperatura, humedad y estrés operativo típicos en entornos automotrices.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Conducción de Corriente:Utilice siempre un controlador de corriente constante o una resistencia limitadora de corriente en serie. Calcule el valor de la resistencia basándose en la tensión de alimentación (Vcc), la tensión directa máxima del LED (VF máx. del bin) y la corriente de operación deseada (IF). Use la fórmula: R = (Vcc - VF) / IF. Asegúrese de que la potencia nominal de la resistencia sea suficiente (P = (Vcc - VF) * IF).
• Gestión Térmica:El ánodo es la almohadilla térmica. Diseñe la PCB con una zona de cobre adecuada conectada a esta almohadilla para que actúe como disipador de calor. Para operación a alta corriente o alta temperatura ambiente, las vías térmicas hacia capas internas o inferiores pueden mejorar significativamente la disipación de calor y mantener una temperatura de unión más baja.
• Protección contra ESD:Aunque está clasificado para 2kV HBM, se recomienda implementar diodos de protección ESD en líneas de entrada sensibles o usar prácticas de manipulación conductivas en el área de ensamblaje para una mayor fiabilidad.
• Diseño Óptico:El ángulo de visión de 120 grados proporciona una cobertura amplia. Para luz enfocada, pueden requerirse ópticas secundarias externas (lentes). La lente transparente es adecuada para aplicaciones donde se desea el verdadero color ámbar del chip.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs estándar de orificio pasante, este componente SMD ofrece ventajas significativas: huella mucho más pequeña, perfil más bajo para diseños delgados, idoneidad superior para el ensamblaje automático y mejor rendimiento térmico a través de la PCB. Dentro del segmento de LEDs SMD ámbar, sus diferenciadores clave son su calificación explícita AEC-Q101 para uso automotriz, el amplio ángulo de visión de 120 grados y el detallado sistema de clasificación por bins para la consistencia de color e intensidad. El uso de la tecnología AlInGaP generalmente ofrece mayor eficiencia y mejor estabilidad de temperatura en comparación con tecnologías más antiguas como GaAsP para colores ámbar.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

10.1 ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de onda de pico y la longitud de onda dominante?

La longitud de onda de pico (λP) es la única longitud de onda a la que la distribución de potencia espectral es máxima. La longitud de onda dominante (λd) se deriva del diagrama de cromaticidad CIE y representa la única longitud de onda de una luz monocromática pura que coincidiría con el color percibido del LED. λd es más relevante para la especificación del color en aplicaciones.

10.2 ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de 3.3V sin una resistencia?

No. La tensión directa puede llegar hasta 2.65V. Conectarlo directamente a una fuente de 3.3V forzaría una corriente limitada solo por la resistencia dinámica del diodo y la resistencia interna de la fuente, probablemente excediendo la corriente máxima absoluta y destruyendo el LED instantáneamente. Siempre se requiere una resistencia limitadora de corriente o un regulador.

10.3 ¿Es este LED adecuado para aplicaciones críticas para la seguridad como luces de freno o intermitentes?

La hoja de datos establece explícitamente que está destinado a "aplicaciones de accesorios" y aconseja consultar al fabricante para aplicaciones donde una falla podría comprometer la seguridad. Para funciones críticas para la seguridad como señalización exterior, deben seleccionarse componentes con calificaciones más rigurosas (ej., AEC-Q102 para LEDs discretos) y potencialmente diferentes grados de fiabilidad.

10.4 ¿Cómo interpreto el código de bin F/EA/3 en la etiqueta?

Esto indica un subconjunto de rendimiento específico: F = Tensión Directa entre 2.35V y 2.50V. EA = Intensidad Luminosa entre 7.1 cd y 9.0 cd. 3 = Longitud de Onda Dominante entre 616 nm y 620 nm. Esto permite un emparejamiento preciso de LEDs dentro de un solo lote de producción o proyecto.

11. Ejemplo Práctico de Diseño y Uso

Escenario:Diseñar un indicador de estado para un mando de control de infotenimiento automotriz. El indicador debe ser visible desde un ángulo amplio, operar desde el sistema de 12V del vehículo (regulado a 5V localmente) y mantener un color y brillo consistentes.

Implementación:

1. Selección:Elija un LED del Bin F/EB/3 para un brillo más alto (EB) y un color naranja-ámbar consistente (Bin 3). El bin de tensión (F) se tiene en cuenta para el diseño del controlador.
2. Esquemático:Use una línea de 5V. Calcule la resistencia en serie: R = (5V - 2.5V_máx) / 0.14A ≈ 17.9Ω. Seleccione una resistencia estándar de 18Ω con una potencia nominal de al menos (5V-2.5V)*0.14A = 0.35W; se recomienda una resistencia de 0.5W.
3. Diseño de PCB:Diseñe la huella según el diseño de almohadillas recomendado. Conecte la almohadilla del ánodo a una gran zona de cobre en la capa superior, unida con múltiples vías térmicas a un plano de tierra interno para disipar calor. Coloque la resistencia limitadora de corriente cerca del LED.
4. Ensamblaje:Siga el perfil de reflujo IR especificado. Asegúrese de usar el carrete dentro de su tiempo de vida útil después de abrir la bolsa de barrera de humedad.
5. Resultado:Un indicador ámbar confiable, de brillo consistente y gran angular, adecuado para el entorno de la cabina automotriz.

12. Introducción al Principio Tecnológico

Este LED se basa en un material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) crecido sobre un sustrato. Cuando se aplica una tensión directa, los electrones y huecos se inyectan en la región activa donde se recombinan, liberando energía en forma de fotones. La proporción específica de aluminio, indio y galio en la red cristalina determina la energía de la banda prohibida, que corresponde directamente a la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, ámbar (~615nm). El encapsulado de epoxi transparente protege el dado semiconductor, actúa como una lente para dar forma a la salida de luz y puede contener fósforos o tintes (aunque para un LED AlInGaP ámbar puro, típicamente es transparente). Los pines del ánodo y cátodo proporcionan conexión eléctrica y fijación mecánica, con el marco del ánodo diseñado para conducir eficientemente el calor lejos de la unión activa.

13. Tendencias y Desarrollo de la Industria

La tendencia general en los LEDs SMD para aplicaciones automotrices e industriales es hacia una mayor eficiencia (más lúmenes por vatio), mayor densidad de potencia, mejor fiabilidad bajo condiciones más severas de temperatura y humedad, y una consistencia de color mejorada mediante clasificaciones por bins más estrictas. También existe una tendencia hacia la miniaturización manteniendo o mejorando el rendimiento térmico. La adopción de materiales avanzados y técnicas de empaquetado, como diseños flip-chip y sustratos cerámicos, continúa ampliando estos límites. Además, la integración con controladores y circuitos de control en módulos de "LED inteligente" es una tendencia emergente para sistemas de iluminación complejos. El componente descrito aquí representa una solución madura y confiable dentro del ecosistema más amplio de la optoelectrónica de montaje superficial, equilibrando rendimiento, costo y fabricabilidad para sus aplicaciones objetivo.