Especificación del LED SMD 42-21/BHC-AUW/1T - Azul - 2.1x2.1x1.2mm - 3.3V - 20mA - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El 42-21/BHC-AUW/1T es un LED compacto de montaje superficial diseñado para aplicaciones electrónicas modernas que requieren soluciones fiables de indicación o retroiluminación de bajo consumo. Este LED azul utiliza tecnología de chip InGaN, encapsulado en resina cristalina, para ofrecer un rendimiento consistente en un formato miniatura. Sus principales ventajas incluyen un ahorro significativo de espacio en las PCB, una alta densidad de empaquetado y su idoneidad para procesos de montaje automatizado, lo que lo hace ideal para fabricación en grandes volúmenes.

El componente cumple plenamente con las normas RoHS, REACH de la UE y libre de halógenos, garantizando la responsabilidad medioambiental y una amplia aceptación en el mercado. Su construcción ligera y tamaño reducido permiten el diseño de equipos más pequeños y portátiles.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los límites operativos del dispositivo están definidos para garantizar su fiabilidad a largo plazo. Superar estos valores puede causar daños permanentes.

• Tensión Inversa (V_R):5V. Se recomienda un circuito de protección si son posibles condiciones de tensión inversa.
• Corriente Directa Continua (I_F):25mA. La condición de operación típica es de 20mA.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):100mA (Ciclo de trabajo 1/10 @1KHz). Adecuada para operación pulsada, pero no para corriente continua (DC).
• Disipación de Potencia (P_d):95mW. Este límite considera tanto las restricciones eléctricas como térmicas.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:-40°C a +85°C / -40°C a +90°C. Este amplio rango respalda aplicaciones industriales.
• Descarga Electroestática (ESD):150V (HBM). Son necesarias las precauciones estándar contra ESD durante la manipulación.
• Temperatura de Soldadura:Reflujo: 260°C durante 10 seg; Manual: 350°C durante 3 seg. Su cumplimiento es crítico para evitar daños térmicos.

2.2 Características Electro-Ópticas (T_a=25°C)

Estos parámetros definen el rendimiento del LED en condiciones de prueba estándar (I_F=20mA).

• Intensidad Luminosa (I_v):450 a 1800 mcd (mililumen). El amplio rango se gestiona mediante un sistema de clasificación (binning).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):30 grados (típico). Define la dispersión angular de la luz emitida.
• Longitud de Onda de Pico (λ_p):468 nm (típico). La longitud de onda a la que la potencia espectral es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):464.5 a 476.5 nm. Es el color percibido de la luz, con una tolerancia de ±1nm.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):25 nm (típico). El ancho del espectro emitido a la mitad de la intensidad máxima.
• Tensión Directa (V_F):2.7V a 3.7V, con un valor típico de 3.3V a 20mA.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 50 µA a V_R=5V.

Nota Crítica de Diseño:La tensión directa tiene un rango. Una resistencia limitadora de corriente esabsolutamente obligatoriapara prevenir la fuga térmica y la destrucción por pequeñas fluctuaciones en la tensión de alimentación. El valor de la resistencia debe calcularse en función de la tensión de alimentación real y la V_Fmáxima esperada para asegurar que I_Fno supere los 25mA.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los LED se clasifican en lotes (bins). El modelo 42-21 utiliza dos sistemas de clasificación independientes.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Los LED se categorizan por su salida de luz medida a I_F=20mA. El código del lote está marcado para su identificación.

• Lote U:450 – 715 mcd
• Lote V:715 – 1120 mcd
• Lote W:1120 – 1800 mcd

Tolerancia: ±11%

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Los LED también se clasifican por su tono preciso de azul para mantener la uniformidad de color en una matriz.

• Grupo A, Lote A9:464.5 – 467.5 nm
• Grupo A, Lote A10:467.5 – 470.5 nm
• Grupo A, Lote A11:470.5 – 473.5 nm
• Grupo A, Lote A12:473.5 – 476.5 nm

Tolerancia: ±1nm

Implicación en el Diseño:Para aplicaciones que requieren brillo o color coincidentes (ej., retroiluminación multi-LED, barras de estado), es crucial especificar un solo lote o solicitar una clasificación estricta al proveedor.

4. Información Mecánica y de Embalaje

4.1 Dimensiones Físicas

El LED tiene un encapsulado SMD compacto. Dimensiones clave (tolerancia ±0.1mm salvo que se indique):

• Tamaño del Encapsulado: Aproximadamente 2.1mm x 2.1mm.
• Altura: Aproximadamente 1.2mm.
• El cátodo se identifica por una marca específica en el cuerpo del encapsulado.

4.2 Identificación de Polaridad

La polaridad correcta es esencial. El terminal del cátodo está claramente indicado en el cuerpo del componente. El patrón de soldadura (footprint) recomendado en la PCB debe reflejar este diseño para garantizar una alineación correcta durante la soldadura por reflujo.

4.3 Especificaciones de Embalaje

Los LED se suministran en embalaje estándar de la industria para montaje automatizado:

• Cinta Portadora:Ancho de 8mm, en carretes de 7 pulgadas de diámetro.
• Cantidad por Carrete:1000 unidades.
• Sensibilidad a la Humedad:Empaquetados en una bolsa de aluminio resistente a la humedad con desecante para prevenir la absorción de humedad, que puede causar grietas tipo "palomita" durante el reflujo.

La etiqueta del carrete contiene información crítica: Número de Producto (P/N), cantidad (QTY), lote de intensidad luminosa (CAT), lote de longitud de onda dominante (HUE), rango de tensión directa (REF) y número de lote (LOT No).

5. Pautas de Soldadura y Montaje

5.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El componente es compatible con procesos de reflujo por infrarrojos y fase de vapor. Se requiere un perfil de soldadura sin plomo (Pb-free):

• Temperatura Máxima:260°C máximo.
• Tiempo por Encima del Líquido:Recomendado 30-60 segundos.
• Precalentamiento:Calentamiento gradual para activar el fundente y minimizar el choque térmico.

Crítico:La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces en el mismo montaje de LED.

5.2 Soldadura Manual

Si la reparación manual es inevitable, se debe tener extremo cuidado:

• Temperatura del Soldador:Menos de 350°C.
• Tiempo de Contacto:3 segundos o menos por terminal.
• Potencia del Soldador:Menos de 25W.
• Método:Utilice un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y evitar estrés mecánico en las soldaduras. Confirme la funcionalidad del LED después de cualquier reparación.

5.3 Almacenamiento y Manipulación

• Antes de Abrir la Bolsa:Almacenar a ≤30°C y ≤90% HR.
• Después de Abrir la Bolsa (Vida Útil en Planta):1 año a ≤30°C y ≤60% HR. Las piezas no utilizadas deben volver a sellarse en una bolsa impermeable con desecante nuevo.
• Secado (Baking):Si la bolsa se abre más allá de la vida útil en planta o el desecante está saturado, seque a 60±5°C durante 24 horas antes del reflujo para eliminar la humedad.
• No doble ni deforme la PCB después de soldar, ya que esto puede tensionar las soldaduras del LED y causar fallos.

6. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Aplicaciones Típicas

• Retroiluminación de Cuadros de Instrumentos:Iluminación para indicadores e interruptores del salpicadero.
• Dispositivos de Telecomunicaciones:Indicadores de estado y retroiluminación de teclados en teléfonos y faxes.
• Retroiluminación de LCD:Retroiluminación lateral o directa para pantallas LCD monocromáticas o en color pequeñas.
• Indicación General:Estado de alimentación, indicadores de modo y otros elementos de la interfaz de usuario.

6.2 Diseño del Circuito

El aspecto más crítico del circuito de excitación es la resistencia limitadora de corriente en serie. Su valor (R_s) se puede calcular usando la Ley de Ohm: R_s= (V_{alimentación}- V_F) / I_F.

Ejemplo:Para una alimentación de 5V y usando la V_Fmáxima de 3.7V para garantizar una corriente segura en todas las condiciones a I_F=20mA:
R_s= (5V - 3.7V) / 0.020A = 65 Ohmios.
Se seleccionaría el valor estándar más cercano (ej., 68 Ohmios), y se debe verificar la potencia nominal de la resistencia: P = I²R = (0.02)²* 68 = 0.0272W. Una resistencia estándar de 1/10W (0.1W) es más que suficiente.

6.3 Gestión Térmica

Aunque la disipación de potencia es baja (95mW máx.), un diseño adecuado de la PCB ayuda a la longevidad. Asegure un área de cobre adecuada alrededor de las almohadillas del LED para actuar como disipador de calor, especialmente si opera a altas temperaturas ambiente o cerca de la corriente máxima.

6.4 Restricciones de Aplicación

Este LED de grado comercial estándar no está diseñado ni calificado específicamente para aplicaciones de alta fiabilidad donde un fallo podría conllevar riesgos de seguridad o daños materiales significativos. Esto incluye, pero no se limita a:

• Sistemas de seguridad militar, aeroespacial o de aviación.
• Sistemas críticos para la seguridad automotriz (ej., luces de freno, indicadores de airbag).
• Equipos médicos de soporte vital o de diagnóstico.

Para dichas aplicaciones, se deben adquirir componentes con las calificaciones automotrices, militares o médicas apropiadas. El rendimiento solo está garantizado dentro de las especificaciones descritas en este documento.

7. Comparación y Posicionamiento Técnico

El encapsulado 42-21 representa un equilibrio entre tamaño, rendimiento y capacidad de fabricación. En comparación con LED más grandes con patillas (ej., tipos de orificio pasante de 3mm o 5mm), ofrece una reducción drástica del espacio en la placa y del peso, permitiendo diseños miniaturizados modernos. En comparación con encapsulados más pequeños tipo chip (CSP), ofrece un manejo más fácil con equipos SMT estándar y proporciona una lente moldeada para una distribución de luz controlada (ángulo de visión de 30 grados). Su corriente de excitación de 20mA y V_Ftípica de 3.3V lo hacen directamente compatible con fuentes de alimentación lógicas comunes de 3.3V y 5V mediante una simple resistencia.

8. Preguntas Frecuentes (FAQ)

8.1 ¿Por qué es obligatoria una resistencia limitadora de corriente?

Los LED son dispositivos excitados por corriente. Su característica V-I es exponencial. Un pequeño aumento en la tensión más allá de la V_Fnominal provoca un gran aumento, potencialmente destructivo, en la corriente. Una resistencia en serie proporciona una relación lineal y predecible entre la tensión de alimentación y la corriente del LED, asegurando una operación estable y segura.

8.2 ¿Puedo alimentar este LED directamente desde un pin GPIO de un microcontrolador?

Posiblemente, pero con precaución. Muchos pines GPIO solo pueden suministrar o absorber 10-25mA. Debe consultar la hoja de datos de su microcontrolador. Incluso si está dentro de los límites, aún necesita una resistencia en serie. A menudo es más seguro usar el GPIO para controlar un transistor (BJT o MOSFET) que luego excita el LED, aislando así el MCU de la carga de corriente del LED.

8.3 ¿Qué significa "resina cristalina"?

Significa que la lente de plástico encapsulante es transparente, no difusa ni teñida. Esto permite ver el color real del chip azul de InGaN, proporcionando la mayor salida de luz posible y un ángulo de visión bien definido y estrecho.

8.4 ¿Cómo interpreto los códigos de clasificación en la etiqueta del carrete?

El código "CAT" (U, V, W) le indica el rango de brillo. El código "HUE" (ej., A10) le indica el rango de longitud de onda dominante. Para una apariencia consistente en un producto, solicite LED del mismo lote CAT y HUE. El código "REF" indica el rango de tensión directa, lo que puede ser útil para diseños de regulación de corriente precisa.

9. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Diseñar un dispositivo compacto alimentado por USB con cuatro LED azules de estado.

1. Fuente de Alimentación:USB proporciona 5V.
2. Selección del LED:42-21/BHC-AUW/1T, Lote V para brillo medio, Lote A11 para tono azul consistente.
3. Cálculo de Corriente:Objetivo I_F= 18mA (ligeramente por debajo del máximo para margen). Usar V_Fmáx. = 3.7V para el peor caso.
   R_s= (5V - 3.7V) / 0.018A ≈ 72.2Ω. Usar resistencia estándar de 75Ω.
4. Potencia por LED: P_LED= 3.3V(típ.) * 0.018A ≈ 59.4mW. Muy por debajo del límite de 95mW.
5. Corriente Total:4 LED * 18mA = 72mA. Muy por debajo de la capacidad de 500mA de un puerto USB estándar.
6. Diseño de la PCB:Coloque los LED con la polaridad correcta. Utilice una pequeña zona de tierra (ground pour) bajo y alrededor de las almohadillas del LED para disipar calor. Asegúrese de que el perfil de reflujo coincida con el pico recomendado de 260°C.
7. Resultado:Un sistema de indicación fiable y de brillo consistente, con un consumo de espacio en placa y energía mínimos.

10. Principio de Funcionamiento y Tecnología

Este LED se basa en una heteroestructura semiconductor de Nitruro de Galio e Indio (InGaN). Cuando se aplica una tensión directa a través de la unión p-n, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa. Su recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación InGaN determina la energía del bandgap, que define directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, azul (~468 nm). La resina epoxi cristalina encapsula el chip semiconductor, actúa como una lente para dar forma al haz de salida de luz (ángulo de visión de 30 grados) y proporciona estabilidad mecánica.

11. Tendencias de la Industria

El mercado de LED SMD como el 42-21 sigue impulsado por la miniaturización de todos los dispositivos electrónicos. Existe una tendencia constante hacia una mayor eficiencia (más lúmenes por vatio), lo que permite una salida más brillante con la misma corriente o el mismo brillo con menor potencia, extendiendo la vida útil de la batería en dispositivos portátiles. Además, la demanda de una clasificación más estricta de color y brillo está aumentando, ya que aplicaciones como pantallas a todo color e iluminación ambiental requieren una uniformidad excepcional. La tecnología subyacente InGaN para LED azules es madura, pero continúa viendo mejoras incrementales en eficiencia y fiabilidad. La tecnología de encapsulado también está evolucionando, con tendencias hacia perfiles aún más delgados y materiales mejorados de gestión térmica para manejar mayores densidades de potencia en espacios compactos.