Hoja de Datos de LED SMD 0201 Azul - Dimensiones 0.6x0.3x0.25mm - Voltaje 2.4-3.3V - Potencia 99mW - 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) en miniatura en formato de paquete 0201. El dispositivo está diseñado para el ensamblaje automatizado de placas de circuito impreso (PCB) y es ideal para aplicaciones con espacio limitado. Utiliza un material semiconductor de InGaN (Nitruro de Galio e Indio) para producir luz azul con una lente transparente, ofreciendo un amplio ángulo de visión adecuado para diversos propósitos de indicación e iluminación de fondo.

1.1 Características

• Cumple con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).
• Empaquetado en cinta de 12mm enrollada en carretes de 7 pulgadas de diámetro para ensamblaje automatizado pick-and-place.
• Huella de paquete estandarizada EIA (Alianza de Industrias Electrónicas).
• Entrada compatible con niveles lógicos estándar de circuitos integrados (IC).
• Diseñado para compatibilidad con equipos automatizados de colocación de montaje superficial.
• Apto para su uso en procesos de soldadura por reflujo infrarrojo (IR).
• Preacondicionado para acelerar al Nivel de Sensibilidad a la Humedad 3 de JEDEC (Consejo Conjunto de Ingeniería de Dispositivos Electrónicos).

1.2 Aplicaciones

Este LED está dirigido a una amplia gama de equipos electrónicos donde se requiere una indicación de estado compacta y fiable. Las áreas de aplicación típicas incluyen:

• Dispositivos de telecomunicaciones (por ejemplo, teléfonos inalámbricos, teléfonos móviles).
• Equipos de automatización de oficinas (por ejemplo, ordenadores portátiles, sistemas de red).
• Electrodomésticos y electrónica de consumo.
• Equipos de control y monitorización industrial.
• Indicadores de estado y de alimentación.
• Iluminación de señalización y simbólica.
• Retroiluminación de paneles frontales y teclados.

2. Interpretación Profunda de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los siguientes parámetros definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Disipación de Potencia (Pd):99 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que el paquete del LED puede disipar como calor sin exceder su temperatura máxima de unión.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):100 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 evitar el sobrecalentamiento.
• Corriente Directa Continua (I_F):30 mA. Esta es la corriente directa continua máxima recomendada para una operación fiable a largo plazo.
• Rango de Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente en el que el dispositivo está diseñado para funcionar correctamente.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +100°C. El rango de temperatura para almacenar el dispositivo cuando no está alimentado.

2.2 Características Eléctricas / Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente estándar (T_a) de 25°C y definen el rendimiento típico del dispositivo.

• Intensidad Luminosa (I_V):400 - 1040 mcd (mililumen) a I_F= 20mA. Esto mide el brillo percibido del LED por el ojo humano, filtrado para coincidir con la curva de respuesta fotópica CIE. El amplio rango indica que se utiliza un sistema de clasificación.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):110 grados (típico). Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa es la mitad de su valor axial máximo. Un ángulo de 110° proporciona un patrón de emisión muy amplio.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_P):466 nm (típico). La longitud de onda a la que la potencia óptica de salida es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):466 - 476 nm a I_F= 20mA. Esta es la longitud de onda única que mejor representa el color percibido de la luz, derivada del diagrama de cromaticidad CIE.
• Ancho Medio Espectral (Δλ):35 nm (típico). El ancho de banda espectral medido a la mitad de la intensidad máxima (Ancho Total a Media Altura - FWHM). Un valor de 35nm es característico de los LED azules de InGaN.
• Voltaje Directo (V_F):2.4 - 3.3 V a I_F= 20mA. La caída de voltaje a través del LED cuando opera a la corriente especificada. El rango indica diferentes clasificaciones de voltaje.
• Corriente Inversa (I_R):10 μA (máx.) a V_R= 5V. La pequeña corriente de fuga cuando se aplica un voltaje inverso. El dispositivo no está diseñado para operación inversa; este parámetro es principalmente para validación de pruebas IR.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

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

3.1 Clasificación de Voltaje Directo (V_F)

Clasificado a una corriente de prueba de 20mA. La tolerancia para cada lote es de ±0.1V.

• Lote F4:2.4V (Mín.) a 2.7V (Máx.)
• Lote F5:2.7V (Mín.) a 3.0V (Máx.)
• Lote F6:3.0V (Mín.) a 3.3V (Máx.)

3.2 Clasificación de Intensidad Luminosa (I_V)

Clasificado a una corriente de prueba de 20mA. La tolerancia en cada lote de intensidad es de ±11%.

• Lote T2:400.0 mcd (Mín.) a 540.0 mcd (Máx.)
• Lote U1:540.0 mcd (Mín.) a 750.0 mcd (Máx.)
• Lote U2:750.0 mcd (Mín.) a 1040.0 mcd (Máx.)

3.3 Clasificación de Tono (Longitud de Onda Dominante)

Clasificado a una corriente de prueba de 20mA. La tolerancia para cada lote es de ±1nm.

• Lote AC:466.0 nm (Mín.) a 471.0 nm (Máx.)
• Lote AD:471.0 nm (Mín.) a 476.0 nm (Máx.)

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas de rendimiento típicas que son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones variables. Si bien los gráficos específicos no se reproducen en el texto, sus implicaciones se analizan a continuación.

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

La característica I-V es no lineal, típica de un diodo. El voltaje directo (V_F) tiene un coeficiente de temperatura positivo, lo que significa que disminuye ligeramente a medida que aumenta la temperatura de unión para una corriente dada. Los diseñadores deben tener esto en cuenta al diseñar circuitos limitadores de corriente para garantizar una operación estable en todo el rango de temperatura.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

La intensidad luminosa es generalmente proporcional a la corriente directa dentro del área de operación segura. Sin embargo, la eficiencia puede disminuir a corrientes muy altas debido al aumento de la generación de calor (efecto de caída). Operar en o por debajo de los 20mA recomendados garantiza una eficiencia y longevidad óptimas.

4.3 Distribución Espectral

La curva de salida espectral se centra alrededor de la longitud de onda de pico de 466nm con un FWHM de aproximadamente 35nm. Esto define la pureza del color azul. La longitud de onda dominante, utilizada para la clasificación, se calcula a partir de este espectro ponderado por la sensibilidad del ojo humano.

4.4 Características de Temperatura

El rendimiento del LED depende de la temperatura. La intensidad luminosa típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Los rangos de temperatura de operación y almacenamiento (-40°C a +85°C y -100°C respectivamente) garantizan que se mantenga la integridad del material semiconductor y del paquete.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Paquete

El dispositivo cumple con el estándar de paquete 0201. Las dimensiones clave (en milímetros) incluyen una longitud del cuerpo de aproximadamente 0.6mm, un ancho de 0.3mm y una altura de 0.25mm. Todas las tolerancias dimensionales son de ±0.2mm a menos que se especifique lo contrario. Los terminales de ánodo y cátodo están claramente designados para la orientación correcta en la PCB.

5.2 Almohadilla de Montaje en PCB Recomendada

Se proporciona un patrón de soldadura (huella) para soldadura por reflujo infrarrojo o de fase de vapor. Adherirse a este diseño de almohadilla recomendado es crucial para lograr uniones de soldadura fiables, un correcto autoalineamiento durante el reflujo y una disipación de calor efectiva desde el chip del LED.

5.3 Empaquetado en Cinta y Carrete

Los LED se suministran en cinta portadora en relieve con un ancho de 12mm. La cinta se enrolla en carretes con un diámetro de 7 pulgadas (178mm). Las cantidades estándar por carrete son de 4000 piezas, con una cantidad mínima de embalaje de 500 piezas para lotes restantes. El empaquetado sigue las especificaciones ANSI/EIA-481 para garantizar la compatibilidad con equipos de ensamblaje automatizado.

6. Guías de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo IR

Se proporciona un perfil de reflujo sugerido compatible con J-STD-020B para procesos sin plomo. Los parámetros clave incluyen:

• Precalentamiento:150-200°C máximo.
• Tiempo de Precalentamiento:120 segundos máximo.
• Temperatura de Pico:260°C máximo.
• Tiempo por Encima del Líquido:10 segundos máximo (recomendado para un máximo de dos ciclos de reflujo).

Es fundamental tener en cuenta que el perfil óptimo depende del diseño específico de la PCB, la pasta de soldadura y el horno. El perfil proporcionado sirve como objetivo genérico basado en estándares JEDEC.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se debe tener extremo cuidado debido al tamaño miniatura. Las recomendaciones incluyen:

• Temperatura del Soldador:300°C máximo.
• Tiempo de Soldadura:3 segundos máximo por unión.
• Aplicar calor a la almohadilla de la PCB, no directamente al cuerpo del LED.

6.3 Limpieza

Si se requiere 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 no especificados pueden dañar la lente de epoxi o el paquete.

6.4 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Los LED son sensibles a la humedad (MSL 3).

• Paquete Sellado:Almacenar a ≤30°C y ≤70% de Humedad Relativa (HR). Usar dentro de un año a partir de la fecha de empaquetado.
• Paquete Abierto:Almacenar a ≤30°C y ≤60% HR. Se recomienda completar el reflujo IR dentro de las 168 horas (7 días) posteriores a la apertura.
• Almacenamiento Extendido (Abierto):Almacenar en un contenedor sellado con desecante o en un desecador de nitrógeno.
• Exposición >168hrs:Los LED deben secarse a aproximadamente 60°C durante al menos 48 horas antes de soldar para eliminar la humedad absorbida y prevenir el \"efecto palomita\" durante el reflujo.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Este LED requiere un mecanismo limitador de corriente cuando se alimenta desde una fuente de voltaje superior a su voltaje directo. El método más simple es una resistencia en serie. El valor de la resistencia (R_s) se puede calcular usando la Ley de Ohm: R_s= (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Por ejemplo, con una alimentación de 5V, un V_Fde 3.0V (típico), y un I_Fdeseado de 20mA, R_s= (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 Ω. La potencia nominal de la resistencia debe ser al menos I_F²* R_s.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Conducción de Corriente:Siempre alimente el LED con una corriente constante o una fuente de voltaje con una resistencia en serie. La conexión directa a una fuente de voltaje que exceda V_Fcausará una corriente excesiva y un fallo rápido.
• Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, asegurar un área de cobre adecuada en la PCB alrededor de las almohadillas ayuda a disipar el calor, especialmente en entornos de alta temperatura ambiente o cuando se opera a corrientes más altas.
• Protección ESD:Aunque no se declara explícitamente como sensible, manejar todos los dispositivos semiconductores con las precauciones apropiadas contra Descargas Electroestáticas (ESD) es una buena práctica.
• Diseño Óptico:El amplio ángulo de visión de 110° lo hace adecuado para aplicaciones que requieren una amplia visibilidad. Para luz enfocada, pueden ser necesarias lentes externas o guías de luz.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Los principales factores diferenciadores de este LED son su huella extremadamente compacta 0201 y su punto de color azul específico (longitud de onda dominante 466-476nm). En comparación con paquetes más grandes (por ejemplo, 0603, 0805), el 0201 ofrece un ahorro de espacio significativo en la PCB, permitiendo diseños de mayor densidad. La tecnología InGaN proporciona una emisión azul eficiente. La combinación de un amplio ángulo de visión y una lente transparente da como resultado una fuente de luz brillante y difusa ideal para indicadores de estado donde el ángulo de visión no está restringido. El sistema de clasificación detallado permite una selección precisa en aplicaciones que requieren una coincidencia estricta de color o brillo entre múltiples LED.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Cuál es la diferencia entre Longitud de Onda de Pico y Longitud de Onda Dominante?

La Longitud de Onda de Pico (λ_P) es la longitud de onda física donde el LED emite la mayor potencia óptica. La Longitud de Onda Dominante (λ_d) es un valor calculado que representa la longitud de onda única de la luz monocromática que parecería tener el mismo color que la salida del LED para el ojo humano. Por lo tanto, λ_des más relevante para la especificación de color y la clasificación.

9.2 ¿Puedo alimentar este LED con 30mA continuamente?

Si bien el Límite Absoluto Máximo para la Corriente Directa Continua es de 30mA, la condición de prueba típica y el punto de operación recomendado para las especificaciones ópticas publicadas es de 20mA. Operar a 30mA puede producir una salida de luz más alta pero generará más calor, lo que podría reducir la vida útil y cambiar el color. Para una operación fiable a largo plazo, es recomendable diseñar el circuito para 20mA o menos.

9.3 ¿Por qué hay una especificación de corriente inversa si el dispositivo no es para operación inversa?

La especificación de Corriente Inversa (I_R) es un parámetro de control de calidad medido durante las pruebas de producción (prueba IR). Garantiza la integridad de la unión semiconductora. En la aplicación, nunca se debe aplicar intencionalmente un voltaje inverso, ya que no está diseñado para bloquear un voltaje inverso significativo y podría dañarse.

9.4 ¿Cómo interpreto los códigos de lote al realizar un pedido?

Para asegurarse de recibir LED con un rendimiento consistente, debe especificar los códigos de lote para Voltaje Directo (F4/F5/F6), Intensidad Luminosa (T2/U1/U2) y Longitud de Onda Dominante (AC/AD) según sus requisitos de diseño. Por ejemplo, un pedido podría especificar componentes del lote F5, U1, AC para voltaje medio, brillo medio-alto y un tono más azulado.

10. Caso de Uso Práctico

Escenario: Diseño de un indicador de estado para un dispositivo portátil compacto.El dispositivo tiene una PCB pequeña con espacio limitado. Se requiere un indicador azul de encendido. Se selecciona el LED 0201 por su huella mínima. El diseño utiliza un pin GPIO de un microcontrolador de 3.3V para controlar el LED. Se calcula una resistencia en serie utilizando el V_Fmáximo del lote de voltaje elegido (por ejemplo, Lote F6 máximo de 3.3V) para garantizar suficiente corriente incluso con el peor caso de V_F: R_s= (3.3V - 3.3V) / 0.020A = 0 Ω. Esto no es factible. Por lo tanto, se debe seleccionar un lote de V_Fmás bajo (F4 o F5), o aumentar el voltaje de alimentación. Eligiendo el Lote F5 (V_Fmáx.=3.0V) y añadiendo un pequeño convertidor elevador para proporcionar 3.6V permite R_s= (3.6V - 3.0V) / 0.020A = 30 Ω. El diseño de la PCB proporciona áreas de cobre modestas en las almohadillas del LED para disipación de calor. El LED se coloca en la placa utilizando un equipo automatizado pick-and-place desde el carrete de cinta de 12mm.

11. Introducción al Principio

Este LED es un dispositivo fotónico semiconductor. Se basa en una estructura de heterounión de Nitruro de Galio e Indio (InGaN). Cuando se aplica un voltaje de polarización directa, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa desde las capas semiconductoras de tipo n y tipo p, respectivamente. Estos portadores de carga se recombinan radiativamente, liberando energía en forma de fotones. La composición específica de la aleación InGaN determina la energía de la banda prohibida, que a su vez dicta la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, azul. La lente de epoxi transparente encapsula el chip semiconductor, proporciona protección mecánica y moldea el patrón de salida de luz para lograr el ángulo de visión especificado de 110 grados.

12. Tendencias de Desarrollo

La tendencia en los LED SMD para aplicaciones de indicación continúa hacia la miniaturización, una mayor eficiencia y una mayor fiabilidad. Los tamaños de paquete han progresado desde 0603 hasta 0402, y ahora hasta 0201 e incluso equivalentes métricos más pequeños como 01005. Las mejoras en eficiencia (más lúmenes por vatio) permiten un brillo adecuado a corrientes de conducción más bajas, reduciendo el consumo de energía y la carga térmica. Los avances en materiales de empaquetado y tecnologías de unión del chip mejoran la fiabilidad a largo plazo y la resistencia a los ciclos térmicos. Además, hay un creciente énfasis en tolerancias de clasificación más estrictas y capacidades de mezcla de colores más sofisticadas para aplicaciones que requieren una reproducción de color precisa o luz blanca ajustable, aunque este dispositivo en particular es un emisor de color azul único.