Hoja de Datos de LED SMD 0201 Azul - Dimensiones 0.6x0.3x0.25mm - Voltaje 2.8-3.8V - Potencia 80mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un Diodo Emisor de Luz (LED) de montaje superficial (SMD) miniatura en el tamaño de encapsulado 0201. Este componente está diseñado para el ensamblaje automatizado de placas de circuito impreso (PCB) y es ideal para aplicaciones con espacio limitado. El LED emite luz azul utilizando un material semiconductor de InGaN (Nitruro de Galio e Indio), con una lente transparente para una salida de luz óptima.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas principales de este LED incluyen su huella extremadamente compacta, compatibilidad con equipos de colocación automatizada de alto volumen y adecuación para procesos de soldadura por reflujo infrarrojo (IR) sin plomo. Está diseñado para cumplir con la normativa RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas). Sus aplicaciones objetivo abarcan una amplia gama de electrónica de consumo e industrial, incluyendo, entre otros, indicadores de estado, retroiluminación para paneles frontales y teclados, luminarias de señalización en equipos de telecomunicaciones, dispositivos de automatización de oficinas, electrodomésticos y señalización interior. El tamaño miniatura lo hace particularmente valioso en dispositivos portátiles como teléfonos inteligentes, tabletas y tecnología ponible.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Esta sección proporciona un desglose detallado de los límites operativos y las características de rendimiento del LED bajo condiciones de prueba estándar.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los Valores Máximos Absolutos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. Estos valores se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. La corriente directa continua máxima (IF) es de 20 mA. Se permite una corriente directa pico más alta de 100 mA, pero solo bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1 ms. La disipación de potencia máxima es de 80 mW. El dispositivo está clasificado para operar dentro de un rango de temperatura de -40°C a +85°C y puede almacenarse en entornos de -40°C a +100°C.

2.2 Características Electro-Ópticas

Las Características Electro-Ópticas se miden a Ta=25°C con una corriente directa (IF) de 20 mA, a menos que se indique lo contrario. La intensidad luminosa (Iv) tiene un rango típico de 90.0 mcd a 224.0 mcd, medida usando un sensor filtrado para coincidir con la curva de respuesta fotópica del ojo CIE. El ángulo de visión (2θ1/2), definido como el ángulo total en el que la intensidad cae a la mitad de su valor axial, es típicamente de 110 grados, indicando un patrón de visión amplio. La longitud de onda de emisión pico (λp) está centrada en 468 nm. La longitud de onda dominante (λd), que define el color percibido, varía de 465 nm a 475 nm. El ancho de banda espectral (Δλ) es aproximadamente 25 nm. El voltaje directo (VF) requerido para conducir 20 mA a través del LED típicamente cae entre 2.8 V y 3.8 V. La corriente inversa (IR) se especifica como máximo 10 μA a un voltaje inverso (VR) de 5V; es crucial notar que el dispositivo no está diseñado para operar bajo polarización inversa.

3. Explicación del Sistema de Bineo

Para garantizar la consistencia en la producción, los LED se clasifican en bins según parámetros clave. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con requisitos específicos de color, brillo y comportamiento eléctrico.

3.1 Bineo de Voltaje Directo (VF)

Los LED se categorizan en cinco bins de voltaje (D7 a D11). Cada bin representa un rango de 0.2 V, desde 2.8-3.0 V (D7) hasta 3.6-3.8 V (D11). La tolerancia dentro de cada bin es de ±0.10 V. Este bineo ayuda en el diseño de circuitos de control de corriente estables, especialmente cuando múltiples LED están conectados en serie.

3.2 Bineo de Intensidad Luminosa (IV)

La salida luminosa se clasifica en cuatro bins de intensidad: Q2 (90.0-112.0 mcd), R1 (112.0-140.0 mcd), R2 (140.0-180.0 mcd) y S1 (180.0-224.0 mcd). La tolerancia para cada bin de intensidad es de ±11%. Esto permite la selección basada en las necesidades de brillo de la aplicación, asegurando consistencia visual en arreglos de múltiples LED.

3.3 Bineo de Longitud de Onda Dominante (WD)

El color (longitud de onda dominante) se controla a través de dos bins: AC (465.0-470.0 nm) y AD (470.0-475.0 nm). La tolerancia para cada bin de longitud de onda es de ±1 nm. Este control estricto es esencial para aplicaciones donde se requieren puntos de color específicos o mezcla de colores.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque se hace referencia a curvas gráficas específicas en la hoja de datos (por ejemplo, Figura 1 para distribución espectral, Figura 5 para ángulo de visión), aquí se analizan sus implicaciones típicas. La característica de corriente directa vs. voltaje directo (I-V) mostrará la relación exponencial típica de un diodo. La intensidad luminosa es generalmente proporcional a la corriente directa dentro del rango operativo especificado. La longitud de onda de emisión pico puede exhibir un ligero desplazamiento negativo con el aumento de la temperatura de unión, lo que significa que la luz azul puede volverse ligeramente más corta en longitud de onda a medida que el dispositivo se calienta. La curva de ángulo de visión amplio de 110 grados indica un patrón de emisión casi Lambertiano, proporcionando buena visibilidad fuera del eje.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED cumple con el contorno del encapsulado estándar EIA 0201. Las dimensiones clave incluyen una longitud típica del cuerpo de 0.6 mm, un ancho de 0.3 mm y una altura de 0.25 mm. Todas las tolerancias dimensionales son de ±0.2 mm a menos que se especifique lo contrario. El encapsulado presenta dos terminales ánodo/cátodo para montaje superficial.

5.2 Pads de Montaje en PCB Recomendados

Se proporciona un diseño de patrón de pistas para una soldadura confiable. El diseño de pads recomendado está optimizado para procesos de reflujo infrarrojo o por fase de vapor, asegurando la formación adecuada del filete de soldadura y la estabilidad mecánica. Adherirse a este patrón es crucial para prevenir el efecto "tombstoning" (el componente se levanta en un extremo) durante el reflujo, especialmente para un componente tan pequeño.

5.3 Identificación de Polaridad

Debe observarse la polaridad durante el ensamblaje. Se debe consultar la hoja de datos para la marca específica o la estructura interna del chip que identifica el cátodo. Una conexión de polaridad incorrecta impedirá que el LED se ilumine y aplicar un voltaje inverso más allá de la clasificación máxima puede dañar el dispositivo.

6. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo IR

Se proporciona un perfil de reflujo sugerido conforme a J-STD-020B para procesos sin plomo. Los parámetros clave incluyen una zona de precalentamiento (típicamente 150-200°C hasta 120 segundos), una rampa controlada hasta una temperatura pico que no exceda los 260°C, y un tiempo por encima del líquido (TAL) apropiado para la pasta de soldadura utilizada. El tiempo total a la temperatura pico debe limitarse a un máximo de 10 segundos. Se enfatiza que el perfil óptimo depende del diseño específico de la PCB, la pasta de soldadura y el horno, por lo que se recomienda una caracterización a nivel de placa.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se debe tener extremo cuidado. La temperatura de la punta del soldador no debe exceder los 300°C, y el tiempo de contacto con el terminal del LED debe limitarse a un máximo de 3 segundos para un solo evento de soldadura. El calor excesivo puede dañar el chip semiconductor o el encapsulado plástico.

6.3 Condiciones de Almacenamiento y Manipulación

Los LED son sensibles a la humedad. Cuando se almacenan en su bolsa sellada a prueba de humedad original con desecante, deben mantenerse a ≤30°C y ≤70% de Humedad Relativa (HR) y usarse dentro de un año. Una vez abierta la bolsa, la "vida útil en planta" es de 168 horas (7 días) bajo condiciones de ≤30°C y ≤60% HR. Los componentes expuestos más allá de este tiempo requieren un procedimiento de horneado (aproximadamente 60°C durante al menos 48 horas) para eliminar la humedad absorbida antes del reflujo, para prevenir el "efecto palomita de maíz" o el agrietamiento del encapsulado durante la soldadura.

6.4 Limpieza

Si se requiere limpieza después de la soldadura, solo deben usarse los solventes especificados. Sumergir el LED en alcohol etílico o isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto es aceptable. El uso de productos químicos no especificados o agresivos puede dañar el material del encapsulado, la lente o las uniones internas.

7. Empaquetado e Información de Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LED se suministran empaquetados para ensamblaje automatizado. Se montan en cinta portadora en relieve de 12 mm de ancho. Esta cinta se enrolla en un carrete estándar de 7 pulgadas (178 mm) de diámetro. Cada carrete completo contiene 4000 piezas. Para cantidades menores a un carrete completo, está disponible una cantidad mínima de paquete de 500 piezas. El empaquetado cumple con las especificaciones ANSI/EIA-481.

7.2 Interpretación del Número de Parte

El número de parte típicamente codifica atributos clave. Aunque la convención de nomenclatura completa puede ser propietaria, generalmente incluye el tamaño del encapsulado (0201), el color (Azul, indicado por "B") y potencialmente los códigos de bin de rendimiento. El producto exacto se identifica por el número de parte completo como se lista en el encabezado de la hoja de datos.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El LED debe ser impulsado por una fuente de corriente constante, no un voltaje constante, para una operación estable y confiable. Una resistencia en serie simple es el método de limitación de corriente más común. El valor de la resistencia (R) se calcula como R = (Vsuministro - VF) / IF, donde VF es el voltaje directo de la hoja de datos (usando el valor máximo para un diseño conservador) e IF es la corriente directa deseada (por ejemplo, 20 mA). Por ejemplo, con un suministro de 5V y un VF de 3.8V, R = (5 - 3.8) / 0.02 = 60 Ω. Una resistencia de valor estándar de 62 Ω o 68 Ω sería adecuada. Para aplicaciones de precisión o alimentadas por batería, se recomiendan circuitos integrados controladores de LED dedicados.

8.2 Consideraciones y Notas de Diseño

Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja (80 mW máx.), asegurar un área de cobre adecuada en la PCB alrededor de los pads ayuda a disipar el calor, manteniendo la eficiencia y longevidad del LED, especialmente en entornos de alta temperatura ambiente.
Protección contra ESD:Como todos los dispositivos semiconductores, los LED son sensibles a la Descarga Electroestática (ESD). Se deben seguir los procedimientos adecuados de manipulación ESD durante el ensamblaje.
Diseño Óptico:La lente transparente proporciona una fuente puntual brillante. Para una salida de luz difusa o con forma, se pueden incorporar guías de luz, difusores o lentes externos en la carcasa del producto.
Reducción de Corriente:Operar el LED a corrientes por debajo de la clasificación máxima (por ejemplo, 15 mA en lugar de 20 mA) puede mejorar significativamente su vida operativa y reducir el estrés térmico.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El encapsulado 0201 representa una de las huellas más pequeñas de LED SMD disponibles comercialmente, ofreciendo una ventaja de tamaño significativa sobre los encapsulados 0402 o 0603 para diseños ultra-miniaturizados. El uso de tecnología InGaN proporciona emisión de luz azul de alta eficiencia. La combinación de un amplio ángulo de visión de 110 grados y una lente clara lo diferencia de las variantes de ángulo estrecho o lente difusa, haciéndolo adecuado para aplicaciones que requieren amplia visibilidad. Su compatibilidad con perfiles de reflujo sin plomo estándar lo alinea con los procesos de fabricación modernos y conformes con RoHS.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de 3.3V?
R: Sí, pero se necesita un diseño cuidadoso. Dado que el voltaje directo (2.8-3.8V) está cerca del voltaje de suministro, el valor de la resistencia limitadora será muy pequeño, haciendo que la corriente sea altamente sensible a las variaciones en VF y Vsuministro. Se recomienda un controlador de corriente constante dedicado de baja caída para una operación estable desde una línea de 3.3V.
P: ¿Cuál es la diferencia entre longitud de onda pico y longitud de onda dominante?
R: La longitud de onda pico (λp) es la longitud de onda en el punto más alto de la curva de salida espectral del LED. La longitud de onda dominante (λd) es un valor calculado que representa la longitud de onda única de una luz monocromática pura que parecería tener el mismo color para el ojo humano. λd es más relevante para la percepción y coincidencia de colores.
P: ¿Por qué hay una especificación de corriente inversa si el dispositivo no es para operación inversa?
R: La corriente inversa (IR) es una especificación de fuga probada bajo un voltaje inverso controlado de 5V. Es una prueba de calidad y parámetro, no una condición de operación. Aplicar voltaje inverso en el circuito puede dañar el dispositivo.
P: ¿Cómo interpreto los códigos de bin al hacer un pedido?
R: Puede especificar los códigos de bin deseados para VF, IV y WD (por ejemplo, D9, R2, AC) para asegurar que reciba LED con características estrechamente agrupadas para su aplicación, aunque esto puede afectar la disponibilidad y el costo.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Indicador de Estado en una PCB de Dispositivo Ponible
Un diseñador está creando un rastreador de actividad físico compacto. El espacio en la placa es extremadamente limitado. Se necesita un solo LED azul para indicar el estado de emparejamiento Bluetooth y batería baja. Se selecciona el LED 0201 por su huella mínima. El diseñador elige un bin de intensidad R1 (112-140 mcd) para una visibilidad adecuada. El LED es impulsado por un pin GPIO del microcontrolador del sistema a través de una resistencia en serie de 100Ω (calculada para una batería de 3.0V y un VF típico). El diseño de la PCB sigue la geometría de pad recomendada. Durante el ensamblaje, el fabricante utiliza el perfil de reflujo sin plomo proporcionado. Los componentes sensibles a la humedad se hornean antes de su uso, ya que las PCB se almacenaron durante más de una semana después de abrir el carrete. El producto final tiene un indicador de estado confiable y brillante que consume un espacio y energía mínimos.

12. Introducción al Principio de Operación

Un LED es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, se libera energía en forma de fotones (luz). El color (longitud de onda) de la luz emitida está determinado por el intervalo de banda de energía del material semiconductor. Este LED específico utiliza un semiconductor compuesto de InGaN (Nitruro de Galio e Indio), que tiene un intervalo de banda correspondiente a la emisión de luz azul. La lente epoxi transparente encapsula el chip semiconductor, proporciona protección mecánica y da forma al patrón de salida de luz.

13. Tendencias Tecnológicas

La tendencia en LED indicadores y de retroiluminación continúa hacia una mayor miniaturización, mayor eficiencia (más salida de luz por unidad de potencia eléctrica, medida en lúmenes por vatio) y mayor confiabilidad. Los diseños de encapsulado están evolucionando para mejorar el rendimiento térmico, permitiendo corrientes de accionamiento más altas en encapsulados pequeños. También hay un desarrollo continuo en la estabilidad de la longitud de onda con la temperatura y la vida útil. La adopción de materiales semiconductores avanzados y técnicas de crecimiento epitaxial permite un control más estricto sobre los puntos de color y un mayor brillo a partir de tamaños de chip cada vez más pequeños. La integración, como incorporar resistencias limitadoras de corriente o diodos de protección dentro del propio encapsulado del LED, es otra tendencia para simplificar el diseño del circuito y ahorrar espacio en la placa.