Hoja de Datos del LED SMD 19-21/G PC-FL1M2B/3T - Verde Puro - 2.0x1.25x0.8mm - 2.35V Máx. - 60mW - Documento Técnico en Inglés

1. Descripción general del producto

El 19-21/G PC-FL1M2B/3T es un diodo emisor de luz (LED) de montaje superficial (SMD) diseñado para aplicaciones electrónicas modernas que requieren soluciones de indicación o retroiluminación compactas, eficientes y fiables. Este componente representa un avance significativo respecto a los LED tradicionales de tipo con armazón de pines, permitiendo reducciones sustanciales del espacio en la placa, aumentando la densidad de empaquetado y contribuyendo en última instancia a la miniaturización del equipo del usuario final. Su construcción ligera mejora aún más su idoneidad para aplicaciones en las que el tamaño y el peso son limitaciones críticas.

1.1 Características y Ventajas Principales

Las principales ventajas de este LED SMD derivan de su diseño de encapsulado y su conformidad material:

• Encapsulado Compacto: Suministrado en cinta de 8 mm enrollada en un carrete de 7 pulgadas de diámetro, lo que lo hace totalmente compatible con equipos automáticos de montaje pick-and-place de alta velocidad, optimizando así el proceso de fabricación.
• Compatibilidad Robusta de Proceso: Diseñado para soportar procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo (IR) y por fase de vapor, garantizando una fijación fiable a las placas de circuito impreso (PCB).
• Conformidad Ambiental y Normativa: The device is manufactured as a Pb-free (lead-free) component. It complies with the EU's RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, REACH regulations, and meets halogen-free standards (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).
• Tipo Monocolor: Emite un color verde puro y único, proporcionando una cromaticidad consistente para fines de indicación.

1.2 Aplicaciones Objetivo

Este LED está diseñado para una amplia gama de aplicaciones, que incluyen:

• Interior Automotriz: Retroiluminación para cuadros de instrumentos, indicadores del tablero y paneles de interruptores.
• Telecomunicaciones: Indicadores de estado e iluminación del teclado en teléfonos, máquinas de fax y otros dispositivos de comunicación.
• Electrónica de Consumo: Retroiluminación plana para pantallas de cristal líquido (LCD), iluminación de interruptores e indicadores simbólicos.
• Indicación de Propósito General: Cualquier aplicación que requiera una fuente de luz verde pequeña, brillante y confiable.

2. Especificaciones Técnicas: Análisis en Profundidad

El rendimiento y la fiabilidad del LED están definidos por sus valores máximos absolutos y sus características electro-ópticas. Operar el dispositivo más allá de estos límites especificados puede causar daños permanentes o degradar su rendimiento.

2.1 Límites Absolutos de Clasificación

Estas especificaciones definen los límites de estrés que no deben excederse, ni siquiera momentáneamente, bajo ninguna condición de operación. Todos los valores se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Voltaje Inverso (VR): 5 V. La aplicación de un voltaje inverso superior a este puede causar una ruptura inmediata de la unión.
• Corriente Directa Continua (IF): 25 mA. La corriente continua máxima que puede pasar de manera continua a través del LED.
• Corriente Directa de Pico (IFP): 60 mA. Esta es la corriente directa pulsada máxima, permitida solo bajo un ciclo de trabajo de 1/10 a 1 kHz. No es para operación continua.
• Disipación de Potencia (Pd): 60 mW. La cantidad máxima de potencia que el encapsulado puede disipar en forma de calor, calculada como Voltaje Directo (VF) × Corriente Directa (IF).
• Descarga Electroestática (ESD) Modelo de Cuerpo Humano (HBM): 2000 V. Esta clasificación indica la sensibilidad del LED a la electricidad estática. Los procedimientos adecuados de manejo de ESD son obligatorios durante el ensamblaje y la manipulación.
• Temperatura de Operación (Topr): -40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente dentro del cual se garantiza el funcionamiento del LED.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg): -40°C a +90°C. Rango de temperatura para almacenar el dispositivo cuando no está energizado.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):
  • Soldadura por Reflujo: Temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 10 segundos.
  • Soldadura Manual: Temperatura de la punta del soldador no superior a 350°C durante un máximo de 3 segundos por terminal.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen la salida de luz y el comportamiento eléctrico del LED en condiciones normales de funcionamiento (Ta=25°C, IF=20mA a menos que se indique lo contrario). La columna "Típ." representa valores típicos o promedio, mientras que "Mín." y "Máx." definen los límites garantizados.

• Intensidad Luminosa (Iv): 11.5 mcd (Mín.) a 28.5 mcd (Máx.). Este es el brillo percibido del LED medido en milicandelas. El valor real para una unidad específica depende de su código de bin (ver Sección 3).
• Ángulo de Visión (2θ1/2): 100 grados (Típico). Este es el ángulo total en el cual la intensidad luminosa es la mitad de la intensidad a 0 grados (en el eje). Un ángulo de 100 grados proporciona un cono de visión amplio.
• Longitud de Onda Pico (λp): 561 nm (Típico). La longitud de onda a la cual la distribución espectral de potencia de la luz emitida alcanza su máximo.
• Longitud de Onda Dominante (λd): 557.5 nm (Mín.) a 565.5 nm (Máx.). Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que mejor coincide con el color de la luz del LED. Es el parámetro clave para la especificación del color.
• Ancho de Banda de Radiación Espectral (Δλ): 20 nm (Típico). El ancho del espectro emitido a la mitad de la intensidad máxima (Ancho a Media Altura - FWHM). Un ancho de banda más estrecho indica un color espectralmente más puro.
• Voltaje Directo (VF): 1.75 V (Mín) a 2.35 V (Máx) con IF=20mA. La caída de voltaje a través del LED cuando conduce corriente. Este parámetro es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa (IR): 10 μA (Máx) con VR=5V. Una pequeña corriente de fuga que fluye cuando el LED está polarizado en inversa. La hoja de datos señala explícitamente que el dispositivo no está diseñado para operación inversa; esta condición de prueba es solo para caracterización.

Notas Importantes sobre Tolerancias: La hoja de datos especifica las tolerancias de fabricación para parámetros clave: Intensidad Luminosa (±11%), Longitud de Onda Dominante (±1nm) y Voltaje Directo (±0.1V). Estas tolerancias se aplican a los valores dentro de cada bin (ver la siguiente sección).

3. Explicación del Sistema de Binning

Para garantizar la consistencia en la producción en masa, los LED se clasifican en "bins" según su rendimiento medido. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con características estrictamente controladas para sus necesidades de aplicación específicas.

3.1 Binning de Intensidad Luminosa

Los LED se clasifican en cuatro bins de intensidad (L1, L2, M1, M2) según su Iv medida a 20mA. Esto permite la selección para aplicaciones que requieren niveles de brillo específicos.

• Bin L1: 11.5 – 14.5 mcd
• Bin L2: 14.5 – 18.0 mcd
• Bin M1: 18.0 – 22.5 mcd
• Bin M2: 22.5 – 28.5 mcd

3.2 Binning de Longitud de Onda Dominante

El color (tono) de la luz verde se controla mediante su clasificación en cuatro rangos de longitud de onda (C10 a C13). Esto es crítico para aplicaciones en las que la consistencia del color entre múltiples indicadores es importante.

• Bin C10: 557.5 – 559.5 nm
• Bin C11: 559.5 – 561.5 nm
• Bin C12: 561.5 – 563.5 nm
• Bin C13: 563.5 – 565.5 nm

3.3 Agrupación por Voltaje Directo

Los LED también se clasifican según su caída de voltaje directo a 20mA. Esto ayuda en el diseño de fuentes de alimentación y circuitos limitadores de corriente, especialmente cuando se conectan múltiples LED en serie.

• Clasificación 0: 1.75 – 1.95 V
• Clasificación 1: 1.95 – 2.15 V
• Clasificación 2: 2.15 – 2.35 V

La combinación de estos tres códigos de clasificación (por ejemplo, M2, C11, 1) define de manera única las características de rendimiento de un lote específico de LEDs.

4. Análisis de la Curva de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran el comportamiento del LED bajo condiciones variables. Comprender estas curvas es esencial para un diseño de circuito robusto.

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

Esta curva muestra la relación exponencial entre la corriente que fluye a través del LED y el voltaje a través del mismo. El voltaje directo (VF) aumenta con la corriente. La curva es crucial para seleccionar una resistencia limitadora de corriente apropiada o diseñar un controlador de corriente constante. El VF típico a 20mA es de aproximadamente 2.0V, pero puede variar entre 1.75V y 2.35V según la clasificación.

4.2 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Este gráfico demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente de accionamiento. Típicamente es una relación sublineal; duplicar la corriente no duplica la salida de luz. Operar en o por debajo de los 20mA recomendados garantiza una eficiencia y longevidad óptimas.

4.3 Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

La salida de luz de un LED depende de la temperatura. Esta curva muestra que la intensidad luminosa disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente (Ta). Por ejemplo, a la temperatura máxima de operación de +85°C, la salida de luz puede ser significativamente menor que a 25°C. Esto debe tenerse en cuenta en diseños que operen en entornos de alta temperatura.

4.4 Curva de Reducción de Corriente Directa

Esta es una de las curvas más críticas para la fiabilidad. Muestra la corriente directa continua máxima permitida en función de la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura, la corriente segura máxima disminuye para evitar sobrecalentamiento y degradación acelerada. A 85°C, la corriente máxima permitida es menor que los 25mA nominales a 25°C.

4.5 Distribución Espectral

El gráfico espectral representa la intensidad relativa de la luz emitida a través de diferentes longitudes de onda. Para este LED AlGaInP Verde Puro, muestra un único pico dominante centrado alrededor de 561 nm con un FWHM típico de 20 nm, confirmando su salida monocromática verde.

4.6 Diagrama de Radiación (Distribución Espacial)

Este diagrama polar ilustra cómo se emite espacialmente la luz desde el LED. Aquí se confirma el ángulo de visión de 100 grados, mostrando el ángulo en el que la intensidad cae al 50% del valor en el eje. El patrón parece aproximadamente Lambertiano (distribución coseno), lo cual es común para LEDs SMD con lente difusor.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones y Contorno del Paquete

El LED SMD 19-21 tiene una huella muy compacta. Las dimensiones clave (en mm, tolerancia ±0.1 mm salvo que se indique) incluyen un tamaño de cuerpo de aproximadamente 2.0 mm de longitud y 1.25 mm de ancho, con una altura típica de 0.8 mm. El dibujo detallado especifica el espaciado de las almohadillas (1.4 mm típico), las recomendaciones del patrón de soldadura y los contornos generales del paquete para guiar el diseño del layout del PCB.

5.2 Identificación de Polaridad

La orientación correcta es vital. El cátodo (terminal negativo) está claramente marcado. En la parte superior del encapsulado, hay una marca distintiva del cátodo (normalmente un punto verde, una muesca o una esquina biselada). La metalización en la parte inferior también puede diferir entre las almohadillas del ánodo y del cátodo. Consulte siempre el diagrama de la hoja de datos durante el diseño y el montaje del PCB.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El cumplimiento de estas pautas es fundamental para garantizar la fiabilidad de las soldaduras y evitar daños en el LED.

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo (Sin Plomo)

Se proporciona el perfil de temperatura recomendado para la soldadura por reflujo sin plomo:

• Precalentamiento: Rampa desde temperatura ambiente hasta 150-200°C durante 60-120 segundos para calentar uniformemente la placa y activar el fundente.
• Remojo/Reflujo: El tiempo por encima del líquido (217°C) debe ser de 60-150 segundos. La temperatura máxima no debe superar los 260°C, y el tiempo por encima de 255°C debe limitarse a un máximo de 30 segundos.
• Enfriamiento: La tasa máxima de enfriamiento debe ser de 6°C por segundo.

Se permite un máximo de dos ciclos de reflujo.

6.2 Precauciones para la Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se requiere extremo cuidado:

• Utilice un soldador con una temperatura de punta ≤ 350°C.
• Limite el tiempo de contacto a ≤ 3 segundos por terminal.
• Utilice un soldador con una potencia nominal ≤ 25W.
• Permita un intervalo de enfriamiento de al menos 2 segundos entre la soldadura de cada terminal.
• Evite aplicar tensión mecánica al cuerpo del LED durante o después de la soldadura.

6.3 Retrabajo y Reparación

Se desaconseja encarecidamente la reparación después de la soldadura. Si resulta absolutamente inevitable, debe utilizarse un soldador especial de doble punta para calentar simultáneamente ambos terminales, permitiendo una extracción segura. El riesgo de daño térmico durante el reprocesado es alto, y las características del LED deben verificarse tras la reparación.

7. Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Este LED se envasa en una bolsa barrera resistente a la humedad con desecante para evitar la absorción de humedad atmosférica, lo que puede causar "efecto palomita de maíz" (agrietamiento del encapsulado) durante el reflujo.

• Antes de su uso: No abra la bolsa antihumedad hasta que esté listo para el montaje.
• Después de abrir: Utilice los LED dentro de las 168 horas (7 días) posteriores a la apertura. Almacene los paquetes abiertos a ≤ 30°C y ≤ 60% de Humedad Relativa.
• Rehorneo: Si se excede el tiempo de almacenamiento o el indicador de desecante muestra saturación, se requiere un horneado a 60 ±5°C durante 24 horas antes del reflow.

8. Información de Embalaje y Pedido

8.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LEDs se suministran en cinta portadora embutida con un ancho de 8 mm. Cada carrete tiene un diámetro de 7 pulgadas y contiene 3000 piezas. Se proporcionan planos detallados de las dimensiones de los alvéolos de la cinta portadora y de las dimensiones del núcleo/ brida del carrete para garantizar la compatibilidad con los equipos de montaje automatizado.

8.2 Información de la Etiqueta

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

• P/N: Número de Producto (ej., 19-21/G PC-FL1M2B/3T).
• CANT: Cantidad por Embalaje (3000 pcs/carrete).
• CAT (o Iv Rank): Código de Bin de Intensidad Luminosa (ej., M1).
• MATIZ: Código de Bin de Longitud de Onda Dominante/Cromaticidad (ej., C11).
• REF (o Rango VF): Código de Banda de Voltaje Directo (ej., 1).
• No de LOTE: Número de Lote de Fabricación para trazabilidad.

9. Consideraciones de Diseño de la Aplicación

9.1 La Limitación de Corriente es Obligatoria

La hoja de datos advierte explícitamente: "El cliente debe aplicar resistencias para protección." Los LEDs son dispositivos controlados por corriente. Un pequeño aumento en el voltaje directo puede causar un gran aumento, potencialmente destructivo, en la corriente. Una resistencia limitadora de corriente externa o un circuito de accionamiento de corriente constante es absolutamente esencial. El valor de la resistencia se puede calcular usando la Ley de Ohm: R = (Vsupply - VF) / IF, donde VF es el valor típico o máximo de la banda correspondiente.

9.2 Gestión Térmica

Aunque el encapsulado es pequeño, la disipación de potencia (hasta 60mW) genera calor. Para un funcionamiento fiable a largo plazo, especialmente a altas temperaturas ambientales o corrientes de conducción:

• Siga la curva de reducción de corriente.
• Asegure un área de cobre adecuada en el PCB conectada a las almohadillas del LED para que actúe como disipador de calor.
• Evite colocar el LED cerca de otros componentes que generen calor.

9.3 Consideraciones Ópticas

El amplio ángulo de visión de 100 grados hace que este LED sea adecuado para aplicaciones en las que el indicador debe ser visible desde varios ángulos. Para una luz más dirigida, pueden ser necesarias lentes externas o guías de luz. La resina transparente proporciona una apariencia brillante y no saturada.

10. Comparación y Diferenciación Técnica

El LED 19-21/G, basado en la tecnología AlGaInP (Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio), ofrece ventajas específicas para la emisión de verde puro:

• vs. LEDs Verdes Tradicionales: La tecnología AlGaInP generalmente ofrece mayor eficiencia y mejor pureza de color (espectro más estrecho) para colores verdes y amarillos en comparación con tecnologías más antiguas.
• vs. Paquetes SMD Más Grandes: La huella del 19-21 se encuentra entre los paquetes SMD LED estándar más pequeños, permitiendo diseños de mayor densidad en comparación con LEDs de tamaño 0603 u 0805.
• vs. Componentes No Conformes: Su total conformidad con las normas RoHS, REACH y libres de halógenos es un diferenciador clave en mercados con estrictas regulaciones ambientales, garantizando una integración más sencilla en productos para venta global.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

11.1 ¿Qué resistencia necesito para una fuente de alimentación de 5V?

Utilizando la VF máxima de 2.35V (Bin 2) y una IF objetivo de 20mA por seguridad: R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 Ohmios. El valor estándar más cercano es 130 Ohmios o 150 Ohmios. Usar 150 Ohmios da una IF ≈ 17.7mA, lo cual es seguro y proporcionará una vida útil ligeramente más larga. Calcule siempre en función de su voltaje de alimentación específico y la corriente elegida.

11.2 ¿Puedo alimentarlo con 3.3V?

Sí, una fuente de alimentación de 3.3V es adecuada. El cálculo para una resistencia sería: R = (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65 Ohmios. Una resistencia de 68 Ohmios sería una buena opción. Asegúrese de que la fuente pueda suministrar la corriente requerida.

11.3 ¿Por qué la salida de luz es menor a alta temperatura?

Esta es una característica fundamental de los LED semiconductores. A medida que aumenta la temperatura, la eficiencia cuántica interna de la unión emisora de luz disminuye y la recombinación no radiativa aumenta, lo que resulta en una menor salida de luz para la misma corriente de conducción. La curva de reducción de potencia compensa esto al reducir la corriente permitida para gestionar la temperatura de la unión.

11.4 ¿Qué significan "Pb-free" y "Halogen-Free" para mi diseño?

Libre de plomo significa que el estañado de los terminales del componente y la soldadura interna utilizada en la fabricación no contienen plomo, alineándose con las regulaciones ambientales globales. Libre de halógenos significa que el compuesto de moldeo plástico no contiene retardantes de llama bromados o clorados por encima de los límites especificados, reduciendo la emisión de humos tóxicos si el dispositivo se expone a calor extremo o fuego.

12. Estudio de caso de diseño: Retroiluminación de interruptores del tablero

Escenario: Diseñar la retroiluminación para un interruptor del tablero de instrumentos de un automóvil que debe ser visible tanto a la luz del día como en la oscuridad, en un rango de temperatura de funcionamiento de -30°C a +85°C. Opciones de Diseño:

1. Selección de LED: Elija un bin con mayor intensidad luminosa (por ejemplo, M2) para garantizar un brillo adecuado. Seleccione un bin de longitud de onda estrecho (por ejemplo, C11) para lograr una consistencia de color en todos los interruptores.
2. Circuito de Conducción: Utilice un circuito integrado controlador de corriente constante diseñado para entornos automotrices en lugar de una simple resistencia. Esto garantiza un brillo uniforme independientemente de las fluctuaciones del voltaje de la batería (por ejemplo, de 9V a 16V). Configure la corriente a 15-18mA para prolongar la vida útil y tener en cuenta la alta temperatura ambiente.
3. Diseño de PCB: Proporcione amplias áreas de cobre conectadas a las almohadillas térmicas del LED (ánodo y cátodo) para disipar el calor hacia la PCB. Utilice vías térmicas si la placa es multicapa.
4. Diseño Óptico: El ángulo de visión de 100 grados es suficiente para la mayoría de diseños de interruptores. Se puede utilizar una guía de luz o un difusor para distribuir la luz uniformemente bajo el icono del interruptor.
5. Storage & Assembly: Siga estrictamente las directrices de sensibilidad a la humedad, ya que los ensamblajes de PCB automotrices a menudo se someten a múltiples ciclos de reflujo.

Este enfoque garantiza un indicador confiable, brillante y uniforme que cumple con los requisitos de grado automotriz.

13. Principio de funcionamiento

Este LED funciona según el principio de electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. El material del chip es AlGaInP (Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio). 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. Allí, se recombinan radiativamente, liberando energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación AlGaInP determina la energía de la banda prohibida, que define directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, verde puro alrededor de 561 nm. El encapsulante de resina epoxi transparente protege el chip, actúa como una lente para dar forma a la salida de luz y puede incluir fósforos o difusores (aunque para un tipo monocromático, suele ser transparente).

Terminología de especificaciones de LED

Explicación completa de términos técnicos de LED