Hoja de Datos LED Serie 2820-C03501H-AM - Dimensiones 2.8x2.0mm - Voltaje 3.25V - Potencia 1.14W - Blanco - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie 2820-C03501H-AM es un LED de montaje superficial (SMD) de alto brillo, diseñado principalmente para exigentes aplicaciones de iluminación automotriz. Se fabrica en un encapsulado compacto 2820 (huella de 2.8mm x 2.0mm) y emite una luz blanca fría. Una característica clave de esta serie es su cumplimiento con el estándar AEC-Q102 Rev A, que es la calificación de prueba de estrés para semiconductores optoelectrónicos discretos en aplicaciones automotrices. Esto garantiza la fiabilidad en condiciones ambientales automotrices adversas. Otras calificaciones incluyen resistencia al azufre (Clase A1), cumplimiento con RoHS, REACH y requisitos libres de halógenos, lo que lo hace adecuado para diseños modernos y respetuosos con el medio ambiente.

1.1 Ventajas Principales

• Fiabilidad Grado Automotriz:La calificación AEC-Q102 garantiza el rendimiento bajo temperaturas extremas, humedad y estrés mecánico.
• Alta Salida Luminosa:Proporciona un flujo luminoso típico de 110 lúmenes con una corriente de accionamiento de 350 mA, ofreciendo un brillo excelente para su tamaño.
• Amplio Ángulo de Visión:Un ángulo de visión de 120 grados ofrece una iluminación amplia y uniforme.
• Construcción Robusta:Cuenta con protección ESD de 8 kV (HBM) y un Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) de 2, mejorando la robustez del manejo y ensamblaje.
• Cumplimiento Ambiental:Cumple con las directivas RoHS, REACH y libre de halógenos, apoyando iniciativas de fabricación ecológica.

1.2 Mercado Objetivo

La aplicación principal para esta serie de LED esiluminación automotriz. Esto incluye iluminación interior (luces de techo, luces de lectura, iluminación ambiental), iluminación de señalización exterior (luces de posición laterales, luces traseras combinadas donde se requiere alto brillo en un encapsulado pequeño), y potencialmente otras funciones de iluminación dentro del vehículo que requieran una fuente de luz blanca brillante y fiable.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Eléctricas

Los parámetros operativos clave se definen con una corriente directa típica (I_F) de 350 mA y una temperatura de la almohadilla térmica de 25°C.

• Flujo Luminoso (I_V):100 lm (Mín), 110 lm (Típ), 130 lm (Máx). La tolerancia de medición es ±8%.
• Voltaje Directo (V_F):3.00 V (Mín), 3.25 V (Típ), 3.75 V (Máx) a 350 mA. La tolerancia de medición es ±0.05V.
• Ángulo de Visión (φ):120 grados (Típico).
• Coordenadas de Cromaticidad (CIE):x = 0.3227 (Típ), y = 0.3351 (Típ). La tolerancia para x e y es ±0.005, ubicándolo en la región de blanco frío.
• Corriente Directa (I_F):Rango de operación de 50 mA a 500 mA.

2.2 Características Térmicas

Una gestión térmica efectiva es crítica para el rendimiento y la longevidad del LED.

• Resistencia Térmica (R_{th JS}):Se proporcionan dos valores: una resistencia térmica real (unión a punto de soldadura) de 20 K/W (Típ) a 22 K/W (Máx), y una resistencia térmica eléctrica de 16 K/W (Máx). La resistencia térmica real es el parámetro clave para calcular la temperatura de unión en el diseño térmico.
• Temperatura de Unión (T_J):La temperatura máxima permitida de la unión es de 150°C.

3. Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación bajo estas condiciones.

• Disipación de Potencia (P_d):1750 mW
• Corriente Directa (I_F):500 mA (Continua), 1000 mA (Pico, t<=10 μs, ciclo de trabajo 0.5%)
• Voltaje Inverso (V_R):No diseñado para operación inversa.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:-40°C a +125°C
• Sensibilidad ESD (HBM):8 kV
• Temperatura de Soldadura por Reflujo:260°C pico durante un máximo de 30 segundos.

4. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Los LED se clasifican en lotes (bins) según parámetros clave de rendimiento para garantizar consistencia en la producción en masa.

4.1 Lotes de Flujo Luminoso

Los lotes se definen por valores mínimos y máximos de flujo luminoso en la condición de prueba (I_F=350mA, almohadilla térmica a 25°C).

• J1:100 lm a 110 lm
• J2:110 lm a 120 lm
• J3:120 lm a 130 lm

4.2 Lotes de Voltaje Directo

Los lotes se definen por el rango de voltaje directo a la corriente de prueba.

• 3032:3.00 V a 3.25 V
• 3235:3.25 V a 3.50 V
• 3537:3.50 V a 3.75 V

4.3 Lotes de Color (Cromaticidad)

La hoja de datos proporciona un diagrama de cromaticidad detallado con lotes definidos para blanco frío (ej., 56M, 58M, 61M, 63M). Cada lote es un área cuadrilátera en el gráfico de cromaticidad CIE 1931, definida por cuatro conjuntos de coordenadas (x, y). Esto permite seleccionar LED con una consistencia de color muy ajustada, lo cual es crucial para la iluminación automotriz donde a menudo se requiere igualar el color entre múltiples LED.

5. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los gráficos proporcionan información esencial sobre el comportamiento del LED bajo diferentes condiciones de operación.

5.1 Distribución Espectral

El gráfico de Distribución Espectral Relativa muestra un pico en la región de longitud de onda azul (alrededor de 450-460nm) con una amplia emisión amarilla convertida por fósforo, resultando en una luz blanca fría. La ausencia de una salida significativa en las regiones de rojo profundo o infrarrojo es típica de los LED blancos convertidos por fósforo.

5.2 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

Este gráfico muestra la relación exponencial típica de un diodo. A 350 mA, el voltaje directo se agrupa alrededor del valor típico de 3.25V. Los diseñadores utilizan esta curva para el diseño del driver y los cálculos de disipación de potencia.

5.3 Flujo Luminoso Relativo vs. Corriente Directa

La salida luminosa aumenta de forma sub-lineal con la corriente. Aunque operar a corrientes más altas produce más luz, también genera más calor, lo que puede reducir la eficiencia y la vida útil. El gráfico ayuda a seleccionar un punto de operación óptimo.

5.4 Dependencia de la Temperatura

• Flujo Luminoso Relativo vs. Temperatura de Unión:A medida que la temperatura de unión (T_J) aumenta, la salida luminosa disminuye. Este gráfico cuantifica la caída, lo cual es crítico para el diseño térmico para mantener un brillo consistente.
• Voltaje Directo Relativo vs. Temperatura de Unión:El voltaje directo tiene un coeficiente de temperatura negativo, disminuyendo a medida que aumenta la temperatura. Esto puede usarse para el monitoreo indirecto de temperatura en algunas aplicaciones.
• Desplazamiento de Cromaticidad vs. Temperatura de Unión y Corriente:Estos gráficos muestran cómo el punto blanco (coordenadas CIE x, y) se desplaza con cambios en la corriente de accionamiento y la temperatura de unión. Los desplazamientos son relativamente pequeños pero deben considerarse en aplicaciones críticas de color.

5.5 Curva de Reducción de Corriente Directa (Derating)

Este es un gráfico crucial para una operación confiable. Muestra la corriente directa continua máxima permitida en función de la temperatura de la almohadilla de soldadura (T_S). A medida que T_Saumenta, la corriente máxima permitida debe reducirse para evitar que la temperatura de unión exceda los 150°C. Por ejemplo, a la T_Sde operación máxima de 125°C, la corriente continua máxima es de 500 mA.

5.6 Capacidad de Manejo de Pulsos Permitida

Este gráfico define la capacidad de corriente de pico para operación pulsada. Muestra la corriente de pulso pico permitida (I_F) en función del ancho del pulso (t_p) para diferentes ciclos de trabajo (D). Permite el uso de corrientes superiores al máximo de 500 mA en CC durante períodos cortos, lo que es útil para aplicaciones como luces estroboscópicas o intermitentes.

6. Información Mecánica y de Empaquetado

6.1 Dimensiones Mecánicas

La hoja de datos incluye un dibujo dimensional detallado del encapsulado SMD 2820. Las dimensiones clave incluyen un tamaño de cuerpo de 2.8mm (largo) x 2.0mm (ancho). El dibujo especifica la ubicación de la marca del cátodo, la geometría de la lente y las ubicaciones de las almohadillas. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.1mm a menos que se indique lo contrario.

6.2 Diseño Recomendado de Almohadillas de Soldadura

Un dibujo separado proporciona la huella recomendada para el diseño de PCB. Esto incluye el tamaño y espaciado de las almohadillas eléctricas y la almohadilla térmica central. Adherirse a este diseño es esencial para una soldadura adecuada, rendimiento térmico y estabilidad mecánica. La almohadilla térmica es crítica para la disipación de calor desde la unión del LED hacia el PCB.

7. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

7.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El LED está clasificado para una temperatura máxima de reflujo de 260°C durante 30 segundos. Se debe seguir un perfil de reflujo típico con etapas de precalentamiento, estabilización, reflujo y enfriamiento, asegurando que la temperatura no exceda el límite especificado. El Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) es 2, lo que significa que el dispositivo debe usarse dentro de un año después de abrir el empaque de fábrica y puede requerir horneado si se expone a condiciones ambientales más allá de su vida útil en el piso de producción.

7.2 Precauciones de Uso

• Protección ESD:Aunque está clasificado para 8 kV HBM, se deben observar las precauciones estándar de ESD durante el manejo y ensamblaje.
• Limpieza:Utilice disolventes de limpieza apropiados que no dañen la lente del LED ni el material del encapsulado.
• Estrés Mecánico:Evite aplicar fuerza directa o vibración a la lente del LED.
• Control de Corriente:Siempre accione el LED con una fuente de corriente constante, no una fuente de voltaje constante, para garantizar una operación estable y prevenir la fuga térmica (thermal runaway).

8. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Iluminación Interior Automotriz:Luces de la consola superior, luces de lectura de mapas, iluminación del área de los pies y tiras de iluminación ambiental.
• Iluminación Exterior Automotriz:Luces de circulación diurna (DRL), luces de posición laterales, luces de freno altas centrales (CHMSL) y luces de matrícula donde se necesita alto brillo en un encapsulado pequeño.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión Térmica:Este es el aspecto más crítico. Utilice la resistencia térmica (R_{th JS}= 20 K/W) y la curva de reducción (derating) para diseñar una ruta térmica adecuada. Esto implica usar un PCB con suficiente área de cobre (se recomienda encarecidamente el uso de vías térmicas bajo la almohadilla térmica), y posiblemente un PCB de núcleo de aluminio (MCPCB) para aplicaciones de alta potencia o alta temperatura ambiente.
• Selección del Driver:Elija un driver de LED de grado automotriz capaz de suministrar una corriente estable de 350 mA (u otra corriente deseada) desde el sistema eléctrico del vehículo (típicamente 12V o 24V). El driver debe incluir protecciones contra sobretensión, polaridad inversa y transitorios de descarga de carga comunes en entornos automotrices.
• Diseño Óptico:El ángulo de visión de 120° es adecuado para iluminación difusa. Para haces enfocados, se requerirán ópticas secundarias (lentes o reflectores). El pequeño tamaño de la fuente de este LED es ventajoso para el control óptico.
• Consistencia de Color:Para aplicaciones que utilizan múltiples LED, especifique el lote de color requerido (ej., 61M) para garantizar un color blanco uniforme en todo el conjunto.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Cuál es el consumo de potencia típico?

En el punto de operación típico de 350 mA y 3.25V, la potencia eléctrica de entrada es aproximadamente 1.14 Vatios (P = I_F* V_F= 0.35A * 3.25V).

9.2 ¿Cómo calculo la temperatura de unión?

La temperatura de unión (T_J) se puede estimar usando la fórmula: T_J= T_S+ (P_d* R_{th JS}), donde T_Ses la temperatura medida de la almohadilla de soldadura, P_des la disipación de potencia (en Vatios), y R_{th JS}es la resistencia térmica real (20 K/W). Para una operación confiable, T_Jdebe mantenerse por debajo de 150°C, y cuanto más baja, mejor para la longevidad.

9.3 ¿Puedo alimentarlo directamente con una fuente de 12V?

No.Conectarlo directamente a una fuente de 12V destruiría el LED instantáneamente debido al exceso de corriente. Es obligatorio un driver de LED de corriente constante o un circuito limitador de corriente.

9.4 ¿Qué significa la calificación AEC-Q102 para mi diseño?

Significa que el componente LED ha pasado un riguroso conjunto de pruebas de estrés que simulan condiciones ambientales automotrices (ciclos de temperatura extendidos, alta humedad con polarización, almacenamiento a alta temperatura, etc.). El uso de componentes calificados AEC-Q102 simplifica su proceso de calificación a nivel de sistema y aumenta significativamente la confianza en la fiabilidad a largo plazo del módulo de iluminación.

10. Caso de Estudio de Diseño Práctico

Escenario:Diseñar una luz de techo interior para un automóvil de pasajeros. El requisito es una iluminación blanca brillante y uniforme.

Pasos de Diseño:

1. Selección del LED:Se elige la serie 2820-C03501H-AM por su brillo, grado automotriz y tamaño compacto.
2. Cantidad y Disposición:Según el nivel de luz requerido (lúmenes), calcule el número de LED necesarios. Por ejemplo, necesitar 500 lúmenes podría requerir 5 LED del lote J2 (110-120 lm cada uno). Se dispondrían linealmente o en un grupo en el PCB.
3. Diseño Térmico:El PCB se diseña con una capa de cobre de 2 onzas. Se utiliza un patrón de tierra térmica dedicado que coincide con la recomendación de la hoja de datos, con una matriz de vías térmicas que lo conectan a una gran área de cobre en la capa inferior para actuar como disipador. Se verifica la curva de reducción (derating): si la temperatura ambiente de la cabina puede alcanzar 85°C, la temperatura de la almohadilla de soldadura (T_S) podría estimarse en 95°C. La curva de reducción muestra que la corriente permitida aún está por encima de 350 mA, por lo que el diseño es térmicamente sólido.
4. Diseño Eléctrico:Se selecciona un circuito integrado driver de LED reductor (buck) calificado para automoción para convertir el voltaje de la batería del vehículo de 12V a una salida constante de 350 mA para la cadena en serie de 5 LED. El voltaje directo total de la cadena es aproximadamente 16.25V (5 * 3.25V), lo cual está dentro del rango de operación de un convertidor reductor típico con entrada de 12V.
5. Diseño Óptico:Se coloca una lente difusora o cubierta sobre el arreglo de LED para mezclar las fuentes individuales en una luz de área uniforme, aprovechando el ángulo de visión de 120° de cada LED.

11. Principio de Funcionamiento

Este LED es un LED blanco convertido por fósforo. El núcleo es un chip semiconductor, típicamente hecho de nitruro de galio e indio (InGaN), que emite luz azul cuando se polariza directamente (la corriente eléctrica fluye a través de él). Esta luz azul es parcialmente absorbida por una capa de material de fósforo (ej., granate de aluminio e itrio dopado con cerio, YAG:Ce) depositada sobre o alrededor del chip. El fósforo absorbe algunos de los fotones azules y re-emite luz a través de un amplio espectro en la región amarilla. La combinación de la luz azul restante y la luz amarilla convertida es percibida por el ojo humano como luz blanca. El tono exacto (blanco frío, como en esta hoja de datos, o blanco cálido) está determinado por la composición y el espesor de la capa de fósforo.

12. Tendencias Tecnológicas

El desarrollo de LED para iluminación automotriz sigue varias tendencias claras:

• Mayor Eficacia Luminosa (lm/W):Las mejoras continuas en el diseño del chip, la eficiencia del fósforo y la gestión térmica del encapsulado conducen a más salida de luz por vatio de entrada eléctrica, reduciendo el consumo de energía y la carga térmica.
• Mayor Densidad de Potencia y Miniaturización:Productos como el encapsulado 2820 que entrega más de 100 lúmenes representan la tendencia de empaquetar más rendimiento en huellas más pequeñas, permitiendo diseños de iluminación más elegantes y compactos.
• Fiabilidad y Robustez Mejoradas:Estándares como AEC-Q102 se están convirtiendo en requisitos básicos. Otros desarrollos se centran en mejorar la resistencia a factores de estrés automotrices específicos como atmósferas que contienen azufre (abordado por la Clase A1 de Prueba de Azufre en esta hoja de datos) y corrosión galvánica.
• Iluminación Inteligente y Adaptativa:Si bien este es un LED componente básico, la industria se está moviendo hacia módulos integrados con drivers incorporados, controladores e interfaces de comunicación (como LIN o CAN) para sistemas de iluminación delantera adaptativa (AFS) e iluminación interior dinámica.
• Ajuste de Color y Calidad:Hay un enfoque en lograr valores más altos del Índice de Reproducción Cromática (IRC) y un control más preciso del punto de color (lotes más ajustados) para una mejor calidad estética y seguridad en entornos automotrices.