Hoja de Datos del LED SMD 15-21/GHC-YR2U1/3T - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 95mW - Verde Brillante - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El 15-21/GHC-YR2U1/3T es un diodo emisor de luz (LED) de montaje superficial (SMD) diseñado para aplicaciones electrónicas modernas y compactas. Este componente representa un avance significativo respecto a los LEDs tradicionales de tipo con patillas, ofreciendo beneficios sustanciales en términos de aprovechamiento del espacio en la placa y miniaturización general del sistema.

La ventaja principal de este LED radica en su huella miniaturizada. Su tamaño significativamente menor en comparación con los componentes de orificio pasante permite a los diseñadores lograr mayores densidades de empaquetado en las placas de circuito impreso (PCB). Esto se traduce directamente en un tamaño de placa reducido, requisitos de almacenamiento de componentes minimizados y, en última instancia, en la creación de equipos finales más pequeños y ligeros. La naturaleza inherentemente ligera del encapsulado SMD lo convierte en una elección ideal para aplicaciones donde el peso y el espacio son limitaciones críticas.

Este LED es de tipo monocromático, emite una luz verde brillante y está fabricado con materiales respetuosos con el medio ambiente, siendo libre de plomo (Pb-free) y cumpliendo con las normas RoHS, REACH de la UE y libre de halógenos (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Se suministra en cinta estándar de la industria de 8 mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro, garantizando la compatibilidad con equipos de montaje automático pick-and-place de alta velocidad. El dispositivo también está diseñado para soportar los procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo y en fase de vapor.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Comprender los límites absolutos máximos es crucial para garantizar la fiabilidad a largo plazo y prevenir fallos catastróficos. Estos límites especifican los valores más allá de los cuales puede producirse un daño permanente en el dispositivo.

• Corriente Directa (IF):25 mA. Esta es la corriente continua máxima que se puede aplicar al LED en condiciones normales de funcionamiento.
• Corriente Directa de Pico (IFP):50 mA. Este límite se aplica en condiciones de pulsos con un ciclo de trabajo de 1/10 a 1 kHz. Sólo es permisible exceder el límite de corriente continua bajo estas condiciones específicas de pulsos.
• Disipación de Potencia (Pd):95 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar en forma de calor a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Este límite se reduce a temperaturas ambiente más altas.
• Descarga Electroestática (ESD):150 V (Modelo de Cuerpo Humano). Deben seguirse los procedimientos adecuados de manipulación ESD durante el montaje y manejo para prevenir daños por electricidad estática.
• Temperatura de Funcionamiento (Topr):-40°C a +85°C. Se garantiza que el dispositivo funcione dentro de este rango de temperatura ambiente.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +90°C. El dispositivo puede almacenarse dentro de este rango de temperatura cuando no está alimentado.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):El dispositivo puede soportar la soldadura por reflujo con una temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 10 segundos. Para soldadura manual, la temperatura de la punta del soldador no debe superar los 350°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a 3 segundos por terminal.

2.2 Características Electro-Ópticas

Las características electro-ópticas definen la salida de luz y el comportamiento eléctrico del LED bajo condiciones de prueba especificadas (Ta=25°C, IF=20mA salvo que se indique lo contrario). Estos son los parámetros clave para el diseño y la verificación del rendimiento.

• Intensidad Luminosa (Iv):Varía desde un mínimo de 140.0 mcd hasta un máximo de 565.0 mcd, con un valor típico que depende del lote específico (bin). La tolerancia para la intensidad luminosa es de ±11%.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):130 grados (típico). Este amplio ángulo de visión indica un patrón de emisión Lambertiano o casi Lambertiano, adecuado para aplicaciones que requieren iluminación de área amplia.
• Longitud de Onda de Pico (λp):518 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la que la distribución espectral de potencia alcanza su máximo.
• Longitud de Onda Dominante (λd):Varía de 520 nm a 535 nm. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que coincide con el color de la luz emitida. La tolerancia es de ±1 nm.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):35 nm (típico). Este es el ancho del espectro emitido, medido a la mitad de la intensidad máxima (Ancho Total a Media Altura - FWHM).
• Tensión Directa (VF):Varía de 2.7V (mín.) a 3.7V (máx.), con un valor típico de 3.3V a 20mA. Este parámetro es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa (IR):Máximo de 50 μA cuando se aplica una tensión inversa (VR) de 5V. Es fundamental tener en cuenta que este dispositivo no está diseñado para funcionar en polarización inversa; esta condición de prueba es solo para caracterización.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los LEDs se clasifican en lotes (bins) según parámetros clave. El 15-21/GHC-YR2U1/3T utiliza un sistema de clasificación bidimensional.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

La intensidad luminosa se clasifica en seis lotes distintos (R2, S1, S2, T1, T2, U1), cada uno definiendo un rango específico de intensidad mínima y máxima medida en milicandelas (mcd) a IF=20mA. Por ejemplo, el lote U1 representa el rango de intensidad más alto, de 450.0 a 565.0 mcd, mientras que el lote R2 representa el rango más bajo, de 140.0 a 180.0 mcd. El código de producto \"YR2U1\" indica lotes específicos para longitud de onda dominante (Y) e intensidad luminosa (U1).

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

La longitud de onda dominante, que define el color percibido, se clasifica en tres lotes (X, Y, Z). El lote X cubre 520.0-525.0 nm, el lote Y cubre 525.0-530.0 nm y el lote Z cubre 530.0-535.0 nm. Esto garantiza que los LEDs del mismo lote de longitud de onda tengan un color visualmente consistente.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables. Estas son esenciales para un diseño térmico y óptico avanzado.

• Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V):Esta curva muestra la relación exponencial entre corriente y tensión. Se utiliza para determinar el punto de operación y diseñar resistencias limitadoras de corriente o drivers apropiados.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa:Este gráfico demuestra cómo aumenta la salida de luz con la corriente de accionamiento. Normalmente muestra una relación sub-lineal, donde la eficiencia puede disminuir a corrientes muy altas.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva crítica muestra la reducción de la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión. La intensidad luminosa típicamente disminuye al aumentar la temperatura, lo que debe tenerse en cuenta en diseños que operan a altas temperaturas ambiente.
• Curva de Reducción de Corriente Directa:Este gráfico define la corriente directa continua máxima permitida en función de la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura, la corriente máxima debe reducirse para mantenerse dentro de los límites de disipación de potencia del dispositivo.
• Distribución Espectral:Este gráfico muestra la potencia óptica relativa en función de la longitud de onda, centrada alrededor de la longitud de onda de pico de 518 nm con un ancho de banda típico de 35 nm.
• Diagrama de Radiación:Este gráfico polar ilustra la distribución espacial de la intensidad de la luz, confirmando el ángulo de visión de 130 grados.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED tiene una huella SMD compacta. Las dimensiones clave incluyen un tamaño de cuerpo de aproximadamente 2.0 mm de longitud y 1.25 mm de ancho, con una altura de 0.8 mm. La hoja de datos proporciona un dibujo dimensional detallado que incluye el diseño de las almohadillas (pads), el tamaño general y la ubicación de la marca del cátodo. Las tolerancias son típicamente de ±0.1 mm a menos que se especifique lo contrario. El cátodo está claramente marcado para la orientación correcta en el PCB.

5.2 Especificaciones de Empaquetado

El dispositivo se suministra en un embalaje resistente a la humedad para prevenir daños por la humedad ambiental durante el almacenamiento. Los componentes se cargan en una cinta portadora con bolsillos dimensionados para el encapsulado 15-21. Esta cinta portadora se enrolla en un carrete estándar de 7 pulgadas de diámetro. Cada carrete contiene 3000 piezas. El embalaje incluye un desecante y está sellado dentro de una bolsa de aluminio a prueba de humedad. La etiqueta de la bolsa contiene información crítica como el número de producto (P/N), la cantidad (QTY), el rango de intensidad luminosa (CAT), el rango de cromaticidad/longitud de onda (HUE), el rango de tensión directa (REF) y el número de lote (LOT No).

6. Guías de Soldadura y Montaje

El manejo y soldadura adecuados son vitales para la fiabilidad. Las precauciones clave incluyen:

• Limitación de Corriente:Una resistencia limitadora de corriente externa es obligatoria. La característica exponencial I-V del LED significa que un pequeño cambio de tensión puede causar una gran subida de corriente, lo que lleva a un fallo inmediato.
• Sensibilidad a la Humedad:El dispositivo está empaquetado en una bolsa barrera de humedad. Una vez abierta, los LEDs deben usarse dentro de las 168 horas (7 días) si se almacenan en condiciones ≤30°C y ≤60% HR. Las piezas no utilizadas deben volver a embolsarse con desecante. Si se excede el tiempo de exposición o el indicador de desecante ha cambiado de color, se requiere un secado (bake-out) a 60±5°C durante 24 horas antes de la soldadura por reflujo.
• Perfil de Soldadura por Reflujo:Se especifica un perfil de reflujo sin plomo (Pb-free). Los parámetros clave incluyen una etapa de precalentamiento entre 150-200°C durante 60-120 segundos, un tiempo por encima del líquido (217°C) de 60-150 segundos, y una temperatura máxima que no exceda los 260°C durante un máximo de 10 segundos. La velocidad máxima de calentamiento es de 6°C/seg, y la velocidad máxima de enfriamiento es de 3°C/seg. El reflujo no debe realizarse más de dos veces.
• Soldadura Manual:Si es necesaria una reparación manual, utilice un soldador con una temperatura de punta inferior a 350°C. El tiempo de contacto por terminal debe ser inferior a 3 segundos, y se recomienda un soldador de doble punta para la extracción para evitar tensiones mecánicas. La potencia del soldador debe ser de 25W o menos.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El color verde brillante y el tamaño compacto hacen que este LED sea adecuado para una variedad de aplicaciones:

• Retroiluminación:Ideal para retroiluminar símbolos, interruptores e indicadores en cuadros de mandos de automóviles, electrónica de consumo y paneles de control industrial.
• Equipos de Telecomunicaciones:Utilizado como indicadores de estado y retroiluminación de teclados en teléfonos, máquinas de fax y hardware de red.
• Retroiluminación Plana para LCD:Puede usarse en matrices para proporcionar iluminación lateral o retroiluminación directa para pantallas LCD pequeñas monocromáticas o en color.
• Indicación General:Cualquier aplicación que requiera un indicador de estado brillante, fiable y compacto.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, mantener una baja temperatura de unión es clave para maximizar la salida luminosa y la longevidad. Asegure un área de cobre en el PCB o vías térmicas adecuadas si opera a altas temperaturas ambiente o corrientes de accionamiento altas.
• Circuito de Accionamiento de Corriente:Utilice siempre una fuente de corriente constante o una fuente de tensión con una resistencia limitadora de corriente en serie. Calcule el valor de la resistencia en función de la tensión de alimentación (Vs), la tensión directa del LED (VF, utilice el valor máximo por seguridad) y la corriente directa deseada (IF): R = (Vs - VF) / IF.
• Diseño Óptico:El amplio ángulo de visión de 130 grados proporciona una iluminación amplia. Para luz enfocada, pueden requerirse lentes externas o guías de luz.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

La diferenciación principal del LED SMD 15-21 radica en su combinación de un factor de forma muy pequeño (2.0x1.25mm) con una intensidad luminosa relativamente alta (hasta 565 mcd para el lote U1). En comparación con LEDs SMD más grandes (por ejemplo, 3528, 5050), ahorra un espacio significativo en la placa. En comparación con encapsulados aún más pequeños de tipo chip-scale, ofrece un manejo y soldadura más fáciles debido a su encapsulado definido con terminales soldables. El uso de tecnología InGaN para el verde brillante proporciona una mayor eficiencia y mejor saturación de color en comparación con tecnologías más antiguas. Su cumplimiento de estándares ambientales estrictos (RoHS, REACH, Libre de Halógenos) lo hace adecuado para mercados globales con requisitos regulatorios exigentes.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Qué valor de resistencia debo usar con una alimentación de 5V?

R: Usando el VF máximo de 3.7V y un IF objetivo de 20mA: R = (5V - 3.7V) / 0.020A = 65 Ohmios. Use el siguiente valor estándar superior, como 68 Ohmios, para asegurar que la corriente no exceda los 20mA.

P: ¿Puedo accionar este LED con 30mA para mayor brillo?

R: No. El Límite Absoluto Máximo para la corriente directa continua (IF) es de 25 mA. Exceder este límite arriesga dañar el dispositivo de forma inmediata o a largo plazo. Para mayor brillo, seleccione un LED de un lote de intensidad luminosa más alto (por ejemplo, T2 o U1).

P: La bolsa ha estado abierta durante 10 días. ¿Puedo seguir usando los LEDs?

R: No directamente para soldadura por reflujo. Primero debe realizar un secado (bake-out) a 60±5°C durante 24 horas para eliminar la humedad absorbida y prevenir daños por \"efecto palomita\" (popcorning) durante el reflujo.

P: ¿Cómo identifico el cátodo?

R: El encapsulado tiene una marca distintiva del cátodo, como se muestra en el dibujo dimensional. En la huella del PCB, la almohadilla del cátodo suele estar indicada en la serigrafía.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Panel de Indicadores de Estado Múltiple

Un diseñador está creando un panel de control compacto con 12 indicadores de estado. El espacio es extremadamente limitado. Al seleccionar el LED 15-21, pueden colocar los indicadores en una cuadrícula de 0.1 pulgadas (2.54mm). Eligen el lote de brillo U1 para una alta visibilidad. Diseñan el PCB con un bus común de 5V. Para cada LED, colocan una resistencia de 68 ohmios 0603 en serie. Crean una conexión de alivio térmico en la almohadilla del cátodo para facilitar la soldadura, pero aseguran una conexión sólida al plano de tierra para la disipación de calor. Durante el montaje, siguen los procedimientos de manejo de humedad y utilizan el perfil de reflujo especificado. El resultado es un panel de indicadores brillante, fiable y densamente empaquetado que cumple con todos los requisitos de tamaño y rendimiento.

11. Introducción al Principio Técnico

Este LED se basa en la tecnología de semiconductores de InGaN (Nitruro de Indio y Galio). 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 de InGaN en la capa activa determina la energía del bandgap, que define directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, verde brillante a ~518 nm. El encapsulante de resina transparente protege el chip semiconductor y actúa como una lente primaria, ayudando a dar forma al patrón de emisión de 130 grados. El encapsulado SMD proporciona protección mecánica, conexiones eléctricas y una vía térmica desde el chip hasta el PCB.

12. Tendencias y Avances Tecnológicos

La tendencia en LEDs SMD como el 15-21 continúa hacia una mayor eficiencia (más lúmenes por vatio), una mejor consistencia de color mediante clasificaciones (binning) más estrictas y una mayor fiabilidad. También existe un impulso hacia tamaños de encapsulado aún más pequeños (por ejemplo, encapsulados chip-scale) manteniendo o mejorando el rendimiento óptico. La adopción generalizada de la tecnología InGaN ha permitido LEDs verdes y azules de alta luminosidad, que históricamente eran más difíciles de producir que los LEDs rojos. Los desarrollos futuros pueden incluir drivers o circuitos de control integrados dentro del encapsulado, así como avances en materiales para mejorar aún más la eficiencia a altas temperaturas y extender la vida operativa. El énfasis en el cumplimiento ambiental y los procesos de fabricación sostenibles también es una tendencia persistente y creciente en toda la industria.