Hoja de Datos del LED SMD 23-21B Naranja Brillante - Paquete 2.0x1.25x0.8mm - Voltaje 1.75-2.35V - Potencia 60mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El 23-21B es un LED de montaje superficial (SMD) diseñado para aplicaciones que requieren un indicador o fuente de luz de fondo de color naranja brillante. Utiliza un material de chip de AlGaInP (Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio) para producir su característico color naranja con un encapsulado de resina transparente. Este componente es significativamente más pequeño que los LEDs tradicionales de tipo con patillas, permitiendo una mayor densidad de empaquetado en placas de circuito impreso (PCB), reduciendo el tamaño del equipo y el peso total del producto, lo que lo hace ideal para aplicaciones con espacio limitado y miniaturizadas.

Las ventajas clave de este LED incluyen su compatibilidad con equipos estándar de montaje automático pick-and-place y procesos de soldadura convencionales como reflujo por infrarrojos o fase de vapor. Es un producto libre de plomo (Pb-free), conforme con la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), las regulaciones REACH de la UE y los requisitos libres de halógenos (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). El dispositivo se suministra en cinta de 8mm enrollada en carretes de 7 pulgadas de diámetro para un manejo eficiente en fabricación.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación Objetiva

2.1 Valores Máximos Absolutos

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

• Voltaje Inverso (VR):5V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar ruptura de la unión.
• Corriente Directa Continua (IF):25 mA. La corriente máxima en DC para un funcionamiento fiable a largo plazo.
• Corriente Directa de Pico (IFP):50 mA. Esta corriente pulsada (ciclo de trabajo 1/10 a 1 kHz) es para operación de corta duración y no continua.
• Disipación de Potencia (Pd):60 mW. La potencia máxima que el paquete puede disipar a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Este valor se reduce al aumentar la temperatura ambiente.
• Descarga Electroestática (ESD) Modelo Cuerpo Humano (HBM):2000V. Esto indica un nivel moderado de robustez frente a ESD. Aún se recomiendan precauciones estándar de manejo ESD (por ejemplo, estaciones de trabajo conectadas a tierra, pulseras antiestáticas) durante el montaje.
• Temperatura de Operación (Topr):-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente en el que se especifica que el dispositivo debe operar.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +90°C.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):Soldadura por reflujo: pico de 260°C durante un máximo de 10 segundos. Soldadura manual: temperatura de punta del soldador de 350°C durante un máximo de 3 segundos por terminal.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden en condiciones estándar de prueba de Ta=25°C e IF=20mA, salvo que se especifique lo contrario. Definen el rendimiento típico del dispositivo.

• Intensidad Luminosa (Iv):45.0 a 112.0 mcd (mililumen). La salida real cae en bins específicos (P1, P2, Q1, Q2). Se aplica una tolerancia de ±11%.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):130 grados (típico). Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa es la mitad de la intensidad máxima (en el eje). Indica un patrón de visión amplio adecuado para aplicaciones de indicación.
• Longitud de Onda de Pico (λp):611 nm (típico). La longitud de onda a la que la distribución espectral de potencia es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λd):600.5 a 612.5 nm. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano como el color de la luz. Se clasifica en rangos D8 a D11 con una tolerancia de ±1nm.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):17 nm (típico). El ancho del espectro emitido a la mitad de la intensidad máxima (FWHM). Un ancho de banda más estrecho indica un color más saturado y puro.
• Voltaje Directo (VF):1.75 a 2.35 V a IF=20mA. Se clasifica en tres rangos (0, 1, 2) con una tolerancia de ±0.1V. Un VF más bajo generalmente conduce a una mayor eficiencia y menor generación de calor.
• Corriente Inversa (IR):10 μA (máx.) a VR=5V. Este es un parámetro de medición de corriente de fuga; el dispositivo no está diseñado para operar en polarización inversa.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los LEDs se clasifican en bins según parámetros clave. El 23-21B utiliza un sistema de clasificación tridimensional.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa (CAT)

Define la intensidad luminosa mínima y máxima para cada código de bin a IF=20mA.

• P1:45.0 - 57.0 mcd
• P2:57.0 - 72.0 mcd
• Q1:72.0 - 90.0 mcd
• Q2:90.0 - 112.0 mcd

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante (HUE)

Define el rango de color (longitud de onda) para cada código de bin.

• D8:600.5 - 603.5 nm
• D9:603.5 - 606.5 nm
• D10:606.5 - 609.5 nm
• D11:609.5 - 612.5 nm

3.3 Clasificación por Voltaje Directo (REF)

Agrupa los LEDs por su caída de voltaje directo a IF=20mA, lo cual es importante para el cálculo de la resistencia limitadora de corriente y el diseño de la fuente de alimentación.

• 0:1.75 - 1.95 V
• 1:1.95 - 2.15 V
• 2:2.15 - 2.35 V

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

4.1 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Esta curva muestra que la intensidad luminosa aumenta con la corriente directa, pero la relación no es perfectamente lineal, especialmente a corrientes más altas. Destaca la importancia de alimentar el LED a su corriente de prueba especificada (20mA) para lograr la intensidad luminosa nominal.

4.2 Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico demuestra el efecto de extinción térmica común en los LEDs: a medida que la temperatura de la unión aumenta (debido al aumento de la temperatura ambiente o al autocalentamiento), la salida luminosa disminuye. La salida se normaliza al 100% a 25°C. Los diseñadores deben tener en cuenta esta reducción en aplicaciones con altas temperaturas ambientales.

3.3 Curva de Reducción de Corriente Directa

Esta es una herramienta de diseño crítica. Muestra la corriente directa continua máxima permitida en función de la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura ambiente, la corriente segura máxima debe reducirse para evitar exceder la temperatura máxima de unión del dispositivo y la clasificación de disipación de potencia. Por ejemplo, a 85°C, la corriente continua máxima es significativamente menor que la clasificación de 25mA a 25°C.

4.4 Voltaje Directo vs. Corriente Directa

Esta curva IV (Corriente-Voltaje) muestra la relación exponencial típica de un diodo. El voltaje directo aumenta con la corriente. La pendiente de la curva en la región de operación ayuda a determinar la resistencia dinámica del LED.

4.5 Patrón de Radiación

Un diagrama polar que ilustra la distribución espacial de la intensidad de la luz. El 23-21B muestra un patrón lambertiano o casi lambertiano típico, con la intensidad disminuyendo a medida que el ángulo de visión se aleja del eje central (0°).

4.6 Distribución Espectral

Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, centrado alrededor de la longitud de onda de pico de ~611 nm. Confirma la naturaleza monocromática del chip de AlGaInP con un ancho de banda espectral definido.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El LED tiene una huella compacta SMD. Las dimensiones clave (en mm, tolerancia ±0.1mm salvo que se indique) incluyen:

- Longitud Total: 2.0 mm

- Ancho Total: 1.25 mm

- Altura Total: 0.8 mm

- Identificador del Cátodo: Un chaflán o marca en el paquete denota el terminal del cátodo (negativo). La orientación correcta de la polaridad durante la colocación es esencial.

5.2 Patrón de Pistas Recomendado para PCB

Se proporciona un diseño sugerido de pistas para garantizar una soldadura fiable y una alineación mecánica adecuada. El diseño de las pistas acomoda los terminales del componente y permite la formación adecuada del filete de soldadura. Seguir esta recomendación ayuda a prevenir el efecto "tombstoning" y asegura una buena conexión térmica y eléctrica.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo (Sin Plomo)

Se recomienda un perfil de temperatura específico para soldadura sin plomo:

- Precalentamiento: 150-200°C durante 60-120 segundos.

- Tiempo por Encima del Líquido (217°C): 60-150 segundos.

- Temperatura de Pico: 260°C máximo, mantenida no más de 10 segundos.

- Tasa de Calentamiento: Máximo 6°C/segundo hasta 255°C, luego máximo 3°C/segundo hasta el pico.

- Tasa de Enfriamiento: Controlada para minimizar el estrés térmico.

Importante:La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces en el mismo dispositivo.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria una reparación manual, se debe tener extremo cuidado:

- Temperatura de la punta del soldador: < 350°C.

- Tiempo de contacto por terminal: < 3 segundos.

- Potencia del soldador: < 25W.

- Debe dejarse un intervalo mínimo de 2 segundos entre soldar cada terminal.

- Se sugiere un soldador de doble punta para la extracción, aplicando calor uniformemente a ambos terminales simultáneamente y evitando estrés mecánico.

6.3 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Los LEDs se empaquetan en una bolsa barrera resistente a la humedad con desecante para prevenir la absorción de humedad atmosférica, que puede causar "popcorning" (agrietamiento del paquete) durante el reflujo.

- No abra la bolsa hasta que esté listo para su uso.

- Después de abrir, las piezas no utilizadas deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% de Humedad Relativa (HR).

- La "vida útil fuera de la bolsa" después de abrirla es de 168 horas (7 días).

- Si se excede la vida útil fuera de la bolsa o el indicador de desecante muestra saturación, se requiere un secado a 60 ±5°C durante 24 horas antes del reflujo.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificaciones de Carrete y Cinta

El dispositivo se suministra en cinta portadora embutida:

- Ancho de Cinta: 8 mm.

- Diámetro del Carrete: 7 pulgadas (178 mm).

- Cantidad por Carrete: 2000 piezas.

- Se proporcionan las dimensiones del carrete (núcleo, brida) para compatibilidad con alimentadores automáticos.

7.2 Explicación de la Etiqueta

La etiqueta del carrete contiene información crítica para la trazabilidad y la aplicación correcta:

- CPN: Número de Producto del Cliente (opcional).

- P/N: Número de Parte del Fabricante (23-21B/S2C-AP1Q2B/2A).

- QTY: Cantidad de Empaquetado.

- CAT: Código de Bin de Intensidad Luminosa (ej., Q2).

- HUE: Código de Bin de Longitud de Onda Dominante (ej., D10).

- REF: Código de Bin de Voltaje Directo (ej., 1).

- LOT No.: Número de Lote de Fabricación para trazabilidad.

8. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Aplicaciones Típicas

• Iluminación de Fondo:Indicadores de tablero, iluminación de interruptores, teclados.
• Telecomunicaciones:Indicadores de estado e iluminación de fondo en teléfonos, máquinas de fax y equipos de red.
• Electrónica de Consumo:Indicación de símbolos y estado en varios dispositivos portátiles y fijos.
• Indicación de Propósito General:Cualquier aplicación que requiera un indicador naranja brillante y fiable.

8.2 Consideraciones de Diseño Críticas

1. Limitación de Corriente:Una resistencia limitadora de corriente externa esabsolutamente obligatoria. La característica exponencial V-I del LED significa que un pequeño aumento en el voltaje puede causar un aumento grande y destructivo en la corriente. El valor de la resistencia (R) se calcula usando la Ley de Ohm: R = (Vsupply - VF) / IF, donde VF debe ser el valor máximo del bin (ej., 2.35V) para garantizar un funcionamiento seguro en todas las condiciones.
2. Gestión Térmica:Considere las curvas de reducción. En entornos de alta temperatura ambiente o si se alimenta cerca de la corriente máxima, asegure un área de cobre en el PCB adecuada u otros medios para disipar el calor y mantener la temperatura de la unión dentro de límites seguros.
3. Protección ESD:Aunque está clasificado para 2000V HBM, incorporar diodos de supresión de voltaje transitorio (TVS) o resistencias en líneas sensibles en entornos propensos a ESD (por ejemplo, indicadores accesibles al usuario) es una buena práctica.
4. Diseño Óptico:El amplio ángulo de visión de 130° proporciona una buena visibilidad fuera del eje. Para aplicaciones que requieren un haz más enfocado, se necesitarían ópticas secundarias (lentes).

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El 23-21B, basado en tecnología AlGaInP, ofrece ventajas distintivas para aplicaciones de color naranja/rojo en comparación con otras tecnologías como LEDs blancos convertidos por fósforo o dispositivos GaAsP más antiguos.

• vs. LEDs Convertidos por Fósforo:AlGaInP proporciona una mayor eficacia luminosa y una pureza de color más saturada en el espectro naranja-rojo sin las pérdidas de eficiencia asociadas con la conversión por fósforo.
• vs. LEDs GaAsP Antiguos:La tecnología AlGaInP ofrece un brillo significativamente mayor y una mejor estabilidad térmica.
• vs. LEDs con Patillas Más Grandes:El paquete SMD permite el montaje automatizado, reduce el espacio en la placa y mejora la fiabilidad al eliminar las patillas dobladas y los errores de inserción manual.
• Diferenciador Clave:La combinación de un color naranja brillante específico de un semiconductor de emisión directa, un paquete SMD compacto y el cumplimiento de las regulaciones ambientales modernas (RoHS, Libre de Halógenos) lo hace adecuado para diseños electrónicos contemporáneos.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Qué valor de resistencia debo usar con una fuente de 5V?

R1: Usando el peor caso de VF máximo de 2.35V y un IF deseado de 20mA: R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 Ohmios. El valor estándar más cercano superior (ej., 150 Ohmios) sería una elección segura, resultando en IF ≈ 17.7mA.

P2: ¿Puedo alimentar este LED a 30mA para obtener más brillo?

R2: El Valor Máximo Absoluto para la corriente directa continua es 25mA. Operar a 30mA excede esta clasificación, lo que puede reducir la fiabilidad y la vida útil, causar calor excesivo y potencialmente llevar a un fallo inmediato. Siempre opere dentro de los límites especificados.

P3: El bin de intensidad luminosa es Q2 (90-112 mcd). ¿Qué salida puedo esperar en mi diseño?

R3: Puede diseñar de manera conservadora para el valor mínimo de 90 mcd. El dispositivo real que reciba estará entre 90 y 112 mcd. La tolerancia de ±11% se aplica a los límites del bin, por lo que un dispositivo específico etiquetado como Q2 podría teóricamente ser tan bajo como ~80 mcd o tan alto como ~124 mcd, aunque estará dentro del rango Q2.

P4: ¿Cómo interpreto el gráfico del perfil de soldadura?

R4: El gráfico muestra la temperatura (eje Y) vs. tiempo (eje X). Su horno de reflujo debe programarse para que la temperatura medida en las patillas del LED siga esta trayectoria: un precalentamiento gradual, una rampa controlada, un tiempo específico por encima del punto de fusión de la soldadura (217°C), una temperatura de pico controlada (≤260°C) y un enfriamiento controlado. Desviarse significativamente, especialmente excediendo los límites de tiempo a temperatura, puede dañar el LED.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Escenario: Diseñar un panel de indicadores de estado con múltiples LEDs naranja.

1. Selección de Bins:Para una apariencia uniforme, especifique bins estrechos tanto para Longitud de Onda Dominante (HUE, ej., solo D10) como para Intensidad Luminosa (CAT, ej., solo Q1). Esto asegura que todos los indicadores tengan un color y brillo casi idénticos.
2. Diseño del Circuito:Usando una fuente de microcontrolador de 3.3V. Suponiendo un bin VF "1" (máx. 2.15V) y apuntando a 15mA para un menor consumo de energía: R = (3.3V - 2.15V) / 0.015A = 76.7 Ohmios. Use una resistencia de 75 Ohmios. Potencia en la resistencia: (1.15V^2)/75Ω ≈ 18mW. Use una resistencia de 1/10W o mayor.
3. Diseño del PCB:Coloque el LED según el patrón de pistas recomendado. Incluya una pequeña zona de cobre conectada a la pista del cátodo para ayudar en la disipación de calor, especialmente si se colocan múltiples LEDs cerca unos de otros.
4. Montaje:Mantenga los carretes en bolsas selladas hasta cargarlos en la máquina pick-and-place. Siga el perfil de reflujo con precisión. Después del montaje, evite doblar el PCB cerca de los LEDs.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LED 23-21B opera bajo el principio de electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. La región activa está compuesta de capas de AlGaInP (Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio) crecidas epitaxialmente sobre un sustrato. Cuando se aplica un voltaje directo que excede el potencial incorporado de la unión, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa. Aquí, se recombinan radiativamente, liberando energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación de AlGaInP determina la energía del bandgap, que dicta directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, naranja brillante (~611 nm). La resina epoxi transparente encapsula el chip, proporciona protección mecánica y actúa como una lente primaria que da forma al patrón de salida de luz.

13. Tendencias y Contexto Tecnológico

Los LEDs SMD como el 23-21B representan la tecnología de empaquetado principal para aplicaciones de indicación e iluminación de baja potencia, habiendo reemplazado en gran medida a los LEDs de orificio pasante. La tendencia en este sector continúa hacia:

- Miniaturización:Huellas de paquete aún más pequeñas (ej., 0402, 0201 métrico) para placas de ultra alta densidad.

- Mayor Eficiencia:Mejoras continuas en el crecimiento epitaxial y el diseño de chips producen una mayor eficacia luminosa (más salida de luz por vatio eléctrico).

- Fiabilidad Mejorada:Materiales y procesos de empaquetado mejorados conducen a una mayor vida operativa y un mejor rendimiento bajo condiciones ambientales adversas (temperatura, humedad).

- Integración:Crecimiento de paquetes multi-chip (RGB, multicolor) y LEDs con controladores integrados (CI) para aplicaciones de iluminación inteligente.

- Espectro Ampliado:Desarrollo de materiales semiconductores para producir eficientemente colores en todo el espectro visible y en ultravioleta (UV) e infrarrojo (IR). Mientras que AlGaInP domina el rango rojo-naranja-ámbar-amarillo, otros materiales como InGaN se utilizan para LEDs azules, verdes y blancos.

El 23-21B encaja en este panorama como un componente estandarizado y fiable que ofrece un equilibrio entre rendimiento, tamaño y costo para su color objetivo y rango de aplicación.