Hoja de Datos del LED SMD 19-213/G6W-FN1P1B/3T - Verde Amarillo Brillante - 2.0x1.25x1.1mm - 2.35V Máx. - 60mW - Documento Técnico en Inglés

1. Descripción General del Producto

El 19-213/G6W-FN1P1B/3T es un LED de montaje superficial (SMD) diseñado para ensamblajes electrónicos de alta densidad. Presenta un factor de forma compacto que permite diseños de placas de circuito impreso (PCB) más pequeños, reduce los requisitos de almacenamiento y, en última instancia, contribuye a la miniaturización del equipo final. Su construcción ligera lo hace especialmente adecuado para aplicaciones donde el espacio y el peso son limitaciones críticas.

Este LED es de tipo monocromático y emite una luz de color amarillo verdillante brillante. Está construido con material semiconductor de AlGaInP (fosfuro de aluminio, galio e indio), conocido por su alta eficiencia en el espectro de longitudes de onda del amarillo al rojo. El dispositivo está alojado en un encapsulado de resina difusora de agua, lo que ayuda a lograr un amplio ángulo de visión.

The product is compliant with key environmental and safety standards, including being Pb-free (lead-free), RoHS compliant, EU REACH compliant, and Halogen Free, with bromine (Br) and chlorine (Cl) content strictly controlled below specified limits (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Las Clasificaciones Absolutas Máximas definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Estas clasificaciones se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C y no deben excederse bajo ninguna condición de funcionamiento.

• Tensión Inversa (VR): 5 V. Aplicar un voltaje superior a este en la dirección inversa puede causar la ruptura de la unión.
• Corriente Directa Continua (IF): 25 mA. Esta es la corriente continua máxima que puede pasar continuamente a través del LED.
• Corriente Directa de Pico (IFP): 60 mA. Esta especificación se aplica en condiciones de pulsos con un ciclo de trabajo de 1/10 a 1 kHz. Permite corrientes instantáneas más altas durante períodos cortos, como en circuitos de multiplexación.
• Disipación de Potencia (Pd): 60 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar en forma de calor. Superar este límite puede provocar sobrecalentamiento y reducir la vida útil.
• Temperatura de Operación (Topr): -40°C a +85°C. El LED está diseñado para funcionar dentro de este rango de temperatura ambiente.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg): -40°C a +90°C. El dispositivo puede almacenarse dentro de este rango cuando no está en funcionamiento.
• Modelo de Cuerpo Humano (HBM) de Descarga Electroestática (ESD): 2000 V. Esto indica la sensibilidad del LED a la electricidad estática. Deben seguirse los procedimientos adecuados de manejo de ESD durante el ensamblaje y la manipulación.
• Temperatura de Soldadura (Tsol): El dispositivo puede soportar soldadura por reflujo a 260°C durante un máximo de 10 segundos o soldadura manual a 350°C durante un máximo de 3 segundos por terminal.

2.2 Características Electro-Ópticas

Las Características Electro-Ópticas se miden a Ta=25°C y un IF de 20 mA, que es la condición de prueba típica. Estos parámetros definen la salida de luz y el comportamiento eléctrico del LED.

• Intensidad Luminosa (Iv): Oscila entre un mínimo de 28.5 mcd y un máximo de 57.0 mcd. El valor real se determina mediante el proceso de clasificación (ver Sección 3). Se aplica una tolerancia de ±11% a la intensidad luminosa.
• Ángulo de Visión (2θ1/2): Típicamente 130 grados. Este es el ángulo completo en el que la intensidad luminosa es la mitad de la intensidad a 0 grados (en el eje). El amplio ángulo de visión es resultado de la resina difusora de agua, lo que la hace adecuada para aplicaciones que requieren una iluminación amplia.
• Longitud de Onda Pico (λp): Típicamente 575 nm. Esta es la longitud de onda en la que la distribución espectral de potencia de la luz emitida alcanza su máximo.
• Longitud de Onda Dominante (λd): Varía de 570.0 nm a 574.5 nm. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que mejor coincide con el color de la luz emitida. Tiene una tolerancia de ±1 nm.
• Ancho de banda de radiación espectral (Δλ): Típicamente 20 nm. Este parámetro indica el ancho espectral de la luz emitida, medido a la mitad de la intensidad máxima (Ancho a Mitad del Máximo - FWHM).
• Tensión Directa (VF): Oscila entre 1,75 V y 2,35 V con IF=20mA. El valor específico lo determina el bin de tensión (ver Sección 3). Se aplica una tolerancia de ±0,1V.
• Corriente Inversa (IR): Máximo de 10 μA cuando se aplica un voltaje inverso (VR) de 5V. Es crucial tener en cuenta que este dispositivo no está diseñado para operación inversa; esta condición de prueba es solo para caracterización.

3. Explicación del Sistema de Binning

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

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Los LEDs se clasifican en tres categorías (N1, N2, P1) según su intensidad luminosa medida a IF=20mA.

• Categoría N1: 28.5 mcd (Mín.) a 36.0 mcd (Máx.)
• Bin N2: 36.0 mcd (Mín.) a 45.0 mcd (Máx.)
• Bin P1: 45.0 mcd (Min) a 57.0 mcd (Max)

Seleccionar un bin más estrecho (por ejemplo, solo P1) garantiza que todos los LEDs de una matriz tendrán un brillo muy similar.

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Los LEDs se clasifican en tres grupos (CC2, CC3, CC4) para controlar el tono preciso de la luz verde-amarilla.

• Grupo CC2: 570.0 nm (Mínimo) a 571.5 nm (Máximo)
• Bin CC3: 571.5 nm (Mínimo) a 573.0 nm (Máximo)
• Bin CC4: 573.0 nm (Min) a 574.5 nm (Max)

Esta clasificación es crítica para aplicaciones donde la consistencia del color es primordial, como en indicadores multi-LED o unidades de retroiluminación.

3.3 Clasificación por Voltaje Directo

Los LEDs se agrupan en tres rangos de voltaje (0, 1, 2) para gestionar el diseño de la fuente de alimentación y la igualación de corriente en circuitos en serie/paralelo.

• Rango 0: 1.75 V (Mín.) a 1.95 V (Máx.)
• Bin 1: 1.95 V (Mín.) a 2.15 V (Máx.)
• Bin 2: 2.15 V (Min) a 2.35 V (Max)

Utilizar LEDs del mismo bin de voltaje simplifica el cálculo de la resistencia limitadora de corriente y mejora la uniformidad de la corriente de accionamiento.

4. Análisis de la Curva de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran el comportamiento del LED en condiciones variables. Comprenderlas es clave para un diseño de circuito robusto.

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

La curva I-V muestra la relación exponencial entre la corriente y el voltaje. Para este LED, con una corriente de operación típica de 20 mA, el voltaje directo se sitúa entre 1.75V y 2.35V dependiendo del bin. La curva destaca la importancia de utilizar un dispositivo limitador de corriente (resistencia o driver de corriente constante) en lugar de una fuente de voltaje constante, ya que un pequeño aumento en el voltaje puede provocar un gran aumento en la corriente, potencialmente dañino.

4.2 Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva demuestra la dependencia de la temperatura en la salida de luz. La intensidad luminosa generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Por ejemplo, a la temperatura máxima de operación de +85°C, la salida de luz puede ser significativamente menor que a 25°C. Los diseñadores deben tener en cuenta esta reducción de capacidad en aplicaciones que operan a altas temperaturas ambientales para garantizar que se mantenga un brillo suficiente.

4.3 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Este gráfico muestra que la salida de luz aumenta con la corriente directa, pero la relación no es perfectamente lineal, especialmente a corrientes más altas. Operar por encima de la corriente continua recomendada (25 mA) puede producir rendimientos decrecientes en brillo, mientras aumenta significativamente la generación de calor y acelera la depreciación del lumen.

4.4 Distribución Espectral

La curva de distribución espectral confirma la naturaleza monocromática del LED, con un único pico alrededor de 575 nm (amarillo-verde) y un FWHM típico de 20 nm. El ancho de banda estrecho es característico de los LED basados en AlGaInP.

4.5 Curva de Reducción de Corriente Directa

Esta curva crítica dicta la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura, la corriente máxima permisible debe reducirse para mantenerse dentro de los límites de disipación de potencia y térmicos del dispositivo. Para una operación confiable a largo plazo, se debe seguir estrictamente la curva de reducción.

4.6 Diagrama de Radiación

El patrón de radiación (o distribución espacial) es típicamente Lambertiano o casi Lambertiano para un encapsulado difuso, lo que confirma el amplio ángulo de visión de 130 grados. Este patrón es ideal para aplicaciones que requieren una iluminación uniforme y de área amplia en lugar de un haz enfocado.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Paquete

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

• Longitud Total: 2.0 mm
• Anchura total: 1.25 mm
• Altura total: 1.1 mm
• Se proporcionan las dimensiones y el espaciado de los terminales para el diseño del patrón de pistas de PCB.

El cátodo se identifica típicamente mediante una marca en el encapsulado o una geometría específica de la almohadilla (por ejemplo, una muesca o una marca verde). Los diseñadores deben consultar el plano de dimensiones detallado para identificar correctamente la polaridad y diseñar el patrón de soldadura.

5.2 Embalaje Resistente a la Humedad e Información del Carrete

Los LED se suministran en embalaje resistente a la humedad para evitar daños por la humedad ambiental, lo cual es crítico para el cumplimiento del MSL (Nivel de Sensibilidad a la Humedad).

• Embalaje: Los dispositivos se empaquetan en cinta portadora de 8 mm de ancho, enrollada en un carrete de 7 pulgadas de diámetro.
• Cantidad: 3000 piezas por carrete.
• Bolsa de Barrera contra la Humedad: El carrete está sellado dentro de una bolsa de aluminio a prueba de humedad junto con un desecante y una tarjeta indicadora de humedad.
• Información de la Etiqueta: La etiqueta del carrete incluye información crítica como el Número de Pieza (P/N), la cantidad (QTY) y los Códigos de Clasificación específicos para la Intensidad Luminosa (CAT), la Longitud de Onda Dominante (HUE) y el Voltaje Directo (REF).

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El manejo y la soldadura adecuados son esenciales para la fiabilidad.

6.1 Almacenamiento y Manipulación

• No abra la bolsa protectora contra la humedad hasta que esté listo para su uso.
• Después de abrirla, los LED no utilizados deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% de Humedad Relativa.
• La "Vida Útil en Planta" después de abrir la bolsa es de 168 horas (7 días). Si se excede este tiempo, o si el indicador de desecante muestra saturación, los LED deben hornearse a 60 ±5°C durante 24 horas antes de su uso.
• Siempre siga las precauciones contra ESD (Descarga Electroestática) durante la manipulación.

6.2 Perfil de Soldadura por Reflujo (Sin Plomo)

El perfil de reflujo recomendado es crucial para las aleaciones de soldadura sin plomo (SAC).

• Precalentamiento: 150-200°C durante 60-120 segundos.
• Time Above Liquidus (TAL): 60-150 segundos por encima de 217°C.
• Peak Temperature: Máximo de 260°C, mantenida durante un máximo de 10 segundos.
• Tasas de Calentamiento/Enfriamiento: Tasa máxima de calentamiento de 6°C/seg hasta el pico; tasa máxima de enfriamiento de 3°C/seg.
• Importante: No se debe realizar soldadura por reflujo más de dos veces en el mismo dispositivo.

6.3 Soldadura Manual

Si es necesario realizar una reparación manual, se requiere extremo cuidado:

• Utilice un soldador con una temperatura en la punta ≤350°C.
• Aplique calor a cada terminal durante ≤3 segundos.
• Utilice un soldador de baja potencia (≤25W).
• Permita un mínimo de 2 segundos entre soldar cada terminal para evitar choque térmico.
• Para su extracción, se recomienda utilizar un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y evitar tensiones mecánicas en el LED.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Retroiluminación: Ideal para retroiluminar interruptores, símbolos y pequeños indicadores del tablero en electrónica de consumo y automoción.
• Indicadores de Estado: Ideal para indicadores de alimentación, conectividad o estado en equipos de telecomunicaciones (teléfonos, faxes), hardware de red y paneles de control industrial.
• Iluminación General: Adecuado para fines de indicación general de bajo nivel en una amplia variedad de dispositivos electrónicos.
• Retroiluminación Plana de LCD: Puede utilizarse en matrices para proporcionar iluminación lateral a pequeñas pantallas LCD monocromáticas.

7.2 Consideraciones y Precauciones de Diseño

• La Limitación de Corriente es Obligatoria: SIEMPRE se debe utilizar una resistencia limitadora de corriente externa o un driver de corriente constante en serie con el LED. La característica exponencial I-V significa que un pequeño cambio de voltaje provoca un gran cambio de corriente, lo que puede destruir instantáneamente el LED.
• Gestión Térmica: Aunque el paquete es pequeño, la disipación de potencia (hasta 60 mW) genera calor. Asegúrese de utilizar un área de cobre en el PCB o vías térmicas adecuadas, especialmente cuando se opera a altas temperaturas ambientales o cerca de la corriente máxima.
• Diseño Óptico: El amplio ángulo de visión de 130 grados proporciona una emisión extensa. Para una luz más direccional, pueden ser necesarias lentes externas o guías de luz.
• Clasificación para Consistencia: Para aplicaciones con múltiples LED (matrices, retroiluminación), especifique rangos estrechos para la Longitud de Onda Dominante (HUE) y la Intensidad Luminosa (CAT) para lograr uniformidad de color y brillo.
• Evitar el Estrés Mecánico: No doble ni aplique fuerza a la PCB en las proximidades del LED soldado, ya que esto puede agrietar el dado semiconductor o las conexiones por alambre dentro del encapsulado.

8. Comparación Técnica y Diferenciación

El LED 19-213 ofrece varias ventajas clave en su categoría:

• Ventaja de Tamaño: Su huella de 2.0 x 1.25 mm es significativamente más pequeña que la de los LED tradicionales con patillas (por ejemplo, los redondos de 3 mm o 5 mm), lo que permite una mayor densidad de componentes en los PCB.
• Ángulo de Visión Amplio: El ángulo de 130 grados de un encapsulado difusor de agua es superior al de muchos LED SMD con lente transparente, proporcionando una iluminación más uniforme en un área más amplia sin necesidad de ópticas secundarias.
• Cumplimiento Ambiental: El cumplimiento total de las normas RoHS, REACH y libres de halógenos lo hace adecuado para las últimas regulaciones ambientales globales y aplicaciones sensibles como los interiores de automóviles.
• Clasificación Robusta: Una matriz de agrupación 3x3x3 bien definida (Intensidad, Longitud de onda, Voltaje) otorga a los diseñadores un control preciso sobre el rendimiento óptico y eléctrico de su producto final, mejorando el rendimiento y la consistencia.
• Compatibilidad: Empaquetado en cinta estándar de 8 mm y compatible con máquinas automáticas de pick-and-place, se integra perfectamente en líneas de montaje automatizadas de alto volumen.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Por qué es absolutamente necesaria una resistencia limitadora de corriente?

El voltaje directo del LED tiene un rango (1.75V-2.35V) y un coeficiente de temperatura negativo (VF disminuye al aumentar la temperatura). Si se conecta directamente a una fuente de voltaje, incluso ligeramente superior a su VF, la corriente aumentará de manera incontrolable, limitada solo por la resistencia parásita del circuito, casi con certeza superando el Valor Máximo Absoluto de 25mA y provocando una falla inmediata. La resistencia establece una corriente de operación predecible y segura.

9.2 ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de 3.3V o 5V?

Sí, pero debe usar una resistencia en serie. Por ejemplo, con una fuente de 3.3V y una corriente objetivo de 20mA, asumiendo un VF típico de 2.1V: R = (Vsupply - VF) / IF = (3.3V - 2.1V) / 0.020A = 60 Ohmios. Debería seleccionar el valor estándar más cercano (por ejemplo, 62 Ohmios) y calcular la corriente real y la disipación de potencia en la resistencia. Para un diseño conservador, utilice siempre el VF máximo del bin para garantizar que la corriente no sea demasiado baja, o el VF mínimo para garantizar que no sea demasiado alta.

9.3 ¿Qué sucede si opero el LED continuamente a su corriente máxima (60mA)?

Operar de forma continua en la corriente máxima de pulso especificada constituye una violación de las Especificaciones Máximas Absolutas. Provocará un sobrecalentamiento severo, acelerará drásticamente la depreciación del lumen (el LED se atenuará rápidamente) y casi con certeza conducirá a una falla catastrófica en poco tiempo. La especificación de 60mA es solo para pulsos muy cortos.

9.4 ¿Cómo interpreto los códigos de ubicación en la etiqueta del carrete?

La etiqueta contiene códigos como CAT:N2, HUE:CC3, REF:1. Esto indica que todos los LEDs en ese carrete tienen una intensidad luminosa entre 36.0 y 45.0 mcd (N2), una longitud de onda dominante entre 571.5 y 573.0 nm (CC3) y un voltaje directo entre 1.95 y 2.15V (1). Puede especificar estos bins exactos al realizar el pedido para garantizar la consistencia del rendimiento en su aplicación.

9.5 ¿Por qué son tan importantes el procedimiento de almacenamiento y horneado?

Los encapsulados SMD pueden absorber humedad del aire. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad atrapada se convierte rápidamente en vapor, creando una inmensa presión interna. Esto puede causar el "efecto palomita de maíz" – la delaminación de la resina epoxi del marco de pistas o incluso el agrietamiento del dado de silicio. La bolsa resistente a la humedad y las estrictas reglas de vida útil en planta/horneado previenen este modo de fallo.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

10.1 Diseño de un Panel Indicador de Estado con Múltiples LEDs

Escenario: Diseñar un panel de control con 10 indicadores de estado idénticos de color amarillo-verde.

Pasos de Diseño:

1. Especificar Bins: Para garantizar que los 10 LEDs luzcan idénticos, especifique un único bin ajustado tanto para la Intensidad Luminosa (ej., P1: 45-57mcd) como para la Longitud de Onda Dominante (ej., CC3: 571.5-573.0nm). Esto puede costar ligeramente más, pero garantiza uniformidad visual.
2. Diseño del Circuito: Planee conducir cada LED de forma independiente con su propia resistencia limitadora de corriente desde una línea común de 5V. Esto evita problemas de acaparamiento de corriente que pueden ocurrir en conexiones en paralelo. Calcule el valor de la resistencia utilizando la VF máxima del bin de voltaje especificado (por ejemplo, Bin 1 VF máx.=2.15V). R = (5V - 2.15V) / 0.020A = 142.5Ω. Utilice una resistencia estándar de 150Ω. La IF real será de ~19mA, lo cual es seguro y proporciona un ligero margen.
3. Diseño de PCB: Coloque los LED con una orientación consistente. Proporcione una pequeña zona de cobre bajo la almohadilla térmica del LED (si corresponde) o alrededor de sus terminales para ayudar a la disipación de calor, especialmente si el panel opera en un ambiente cálido.
4. Ensamblaje: Siga el perfil de reflujo con precisión. Después del ensamblaje, inspeccione visualmente con baja magnificación para verificar filetes de soldadura adecuados y alineación.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

Este LED funciona según el principio de electroluminiscencia en una unión p-n semiconductor. La región activa está compuesta de AlGaInP (fosfuro de aluminio, galio e indio). Cuando se aplica un voltaje directo que supera 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. Allí, se recombinan, liberando energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación AlGaInP determina la energía de la banda prohibida, que corresponde directamente a la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, aproximadamente 575 nm (verde-amarillo). El encapsulante de resina difundida en agua dispersa la luz, ampliando el patrón de emisión para lograr el amplio ángulo de visión de 130 grados.

12. Tendencias Tecnológicas y Contexto

Los LED SMD como el 19-213 representan la tendencia actual en optoelectrónica hacia la miniaturización, una mayor fiabilidad y la compatibilidad con procesos de fabricación automatizados y de alto volumen. El cambio del empaquetado de orificio pasante al de montaje superficial ha sido impulsado por la necesidad de ensamblajes electrónicos más pequeños, ligeros y robustos. El uso del material AlGaInP proporciona alta eficiencia y una excelente saturación de color en el espectro del ámbar al rojo. Las tendencias futuras en esta clase de dispositivos pueden incluir una mayor reducción de tamaño, aumentos en la eficacia luminosa (más salida de luz por vatio eléctrico) y paquetes con mejor rendimiento térmico para permitir corrientes de accionamiento y brillo más altos a partir de huellas cada vez más pequeñas. El énfasis en el cumplimiento ambiental (RoHS, libre de halógenos) es también una tendencia permanente y creciente en toda la industria electrónica.