Hoja de Datos del LED SMD LTST-C170KDKT - Rojo AllnGaP - Ángulo de Visión de 130° - 2.8-28mcd @10mA - 1.6-2.4V - 50mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas completas del LTST-C170KDKT, una lámpara LED de montaje superficial (SMD). Este componente pertenece a una familia de LEDs diseñados para el ensamblaje automatizado de placas de circuito impreso (PCB), ofreciendo un factor de forma compacto ideal para aplicaciones con limitaciones de espacio. El LED utiliza un chip semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AllnGaP) Ultra Brillante para producir luz roja, encapsulado en un paquete con lente transparente. Su diseño prioriza la compatibilidad con los procesos modernos de fabricación de alto volumen.

1.1 Características

• Cumple con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).
• Alta luminosidad habilitada por la tecnología de chip AllnGaP.
• Empaquetado en cinta de 8 mm enrollada en carretes de 7 pulgadas de diámetro para equipos automáticos de pick-and-place.
• Huella de paquete estándar EIA (Alianza de Industrias Electrónicas).
• Entrada compatible con niveles lógicos estándar de circuitos integrados (IC).
• Diseñado para su uso con sistemas automáticos de colocación de componentes.
• Resiste procesos de soldadura por reflujo infrarrojo (IR), esencial para el ensamblaje sin plomo (Pb-free).

1.2 Aplicaciones Objetivo

El LTST-C170KDKT es adecuado para una amplia gama de dispositivos electrónicos donde se requiere una indicación de estado o retroiluminación compacta y fiable. Las áreas de aplicación clave incluyen:

• Equipos de Telecomunicaciones:Indicadores de estado en teléfonos inalámbricos, teléfonos celulares y hardware de sistemas de red.
• Dispositivos Informáticos:Retroiluminación para teclados en computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos portátiles.
• Electrónica de Consumo e Industrial:Luces indicadoras en electrodomésticos, equipos de automatización de oficinas y sistemas de control industrial.
• Pantallas y Señalización:Micro-pantallas e iluminación de bajo nivel para luminarias de señal o símbolos en interiores.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

El rendimiento del LED está definido por un conjunto de valores máximos absolutos y características operativas estándar. Comprender estos parámetros es crítico para un diseño de circuito fiable y para garantizar el rendimiento a largo plazo del dispositivo.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores representan los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el LED. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones. Todas las especificaciones se dan a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Disipación de Potencia (Pd):50 mW. La potencia total máxima que el dispositivo puede disipar en forma de calor.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):40 mA. Esta es la corriente directa instantánea máxima permitida, típicamente especificada en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms) para evitar el sobrecalentamiento.
• Corriente Directa Continua (I_F):20 mA. La corriente continua máxima que se puede aplicar de forma continua.
• Tensión Inversa (V_R):5 V. Aplicar una tensión inversa superior a este valor puede causar la ruptura de la unión.
• Rango de Temperatura de Operación:-30°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente en el que el dispositivo está diseñado para funcionar.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-40°C a +85°C.
• Condición de Soldadura Infrarroja:Resiste una temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 10 segundos durante la soldadura por reflujo.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento típico del LED en condiciones de prueba estándar (Ta=25°C, I_F=10mA a menos que se indique lo contrario).

• Intensidad Luminosa (I_V):2.8 - 28.0 mcd (milicandelas). Esta es el brillo percibido de la luz emitida, medida por un sensor filtrado para igualar la respuesta fotópica del ojo humano (curva CIE). El amplio rango indica que se utiliza un sistema de clasificación (ver Sección 3).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):130 grados. Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor medido en el eje (0°). Un ángulo de 130° indica un patrón de emisión amplio y difuso, adecuado para iluminación de área extensa.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_P):650 nm (típico). La longitud de onda a la cual la potencia espectral de salida es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):630 - 645 nm. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que define el color (rojo) del LED, derivada de las coordenadas de cromaticidad CIE.
• Ancho Medio Espectral (Δλ):20 nm (típico). El ancho de banda del espectro emitido medido a la mitad de la intensidad máxima (Ancho Total a Media Altura - FWHM).
• Tensión Directa (V_F):1.6 - 2.4 V. La caída de tensión a través del LED cuando se alimenta con 10mA. Este rango considera la variación normal de fabricación en la unión semiconductor.
• Corriente Inversa (I_R):10 μA (máx.). La pequeña corriente de fuga que fluye cuando se aplica la tensión inversa máxima (5V).

2.3 Consideraciones Térmicas

Aunque no se detalla explícitamente en un parámetro de resistencia térmica separado, la disipación de potencia (50mW) y el rango de temperatura de operación (-30°C a +85°C) son las principales restricciones térmicas. Exceder la temperatura máxima de unión, que está indirectamente limitada por estas especificaciones, reducirá la salida luminosa y la vida útil. Se recomienda un diseño de PCB adecuado para la disipación de calor en aplicaciones que operen cerca de la corriente máxima.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

Para garantizar la consistencia en el brillo de los productos finales, los LEDs se clasifican (binned) en función de su intensidad luminosa medida. El LTST-C170KDKT utiliza el siguiente sistema de códigos de clasificación para su salida roja.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa (I_V)

La intensidad luminosa se mide a una corriente directa de 10mA. Las clasificaciones se definen de la siguiente manera, con una tolerancia de ±15% dentro de cada clasificación.

• Clasificación H:2.8 mcd (Mín) a 4.5 mcd (Máx)
• Clasificación J:4.5 mcd a 7.1 mcd
• Clasificación K:7.1 mcd a 11.2 mcd
• Clasificación L:11.2 mcd a 18.0 mcd
• Clasificación M:18.0 mcd a 28.0 mcd

Este sistema permite a los diseñadores seleccionar el grado de brillo apropiado para su aplicación, equilibrando costo y rendimiento. Por ejemplo, un indicador de alta luminosidad podría requerir la Clasificación M, mientras que una luz de estado menos crítica podría usar la Clasificación H o J.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque en la hoja de datos se hacen referencias a curvas gráficas específicas (por ejemplo, Figura 1 para la salida espectral, Figura 5 para el patrón de ángulo de visión), sus implicaciones generales se describen a continuación en base al comportamiento estándar de los LEDs y los parámetros proporcionados.

4.1 Característica Corriente vs. Tensión (I-V)

El rango de tensión directa (V_F) de 1.6V a 2.4V a 10mA es típico para un LED rojo AllnGaP. La curva I-V es exponencial, como un diodo estándar. Por debajo de la tensión umbral (alrededor de 1.4-1.5V para este material), fluye muy poca corriente. Por encima de este umbral, la corriente aumenta rápidamente con un pequeño aumento de tensión. Es por eso que los LEDs deben ser alimentados con un mecanismo limitador de corriente (resistencia o fuente de corriente constante) y no directamente con una fuente de tensión.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

La salida de luz (intensidad luminosa) es aproximadamente proporcional a la corriente directa en un rango significativo. Alimentar el LED a su corriente continua máxima (20mA) típicamente produciría aproximadamente el doble de la intensidad luminosa medida en la condición de prueba estándar de 10mA, aunque la eficiencia puede disminuir ligeramente a corrientes más altas debido al calentamiento.

4.3 Dependencia de la Temperatura

El rendimiento del LED es sensible a la temperatura. A medida que aumenta la temperatura de unión:

1. Tensión Directa (V_F):Disminuye. Tiene un coeficiente de temperatura negativo.
2. Intensidad Luminosa (I_V):Disminuye. Las temperaturas más altas reducen la eficiencia cuántica interna del semiconductor, lo que lleva a una menor salida de luz para la misma corriente de alimentación.
3. Longitud de Onda Dominante (λ_d):Puede desplazarse ligeramente, típicamente hacia longitudes de onda más largas (corrimiento al rojo) con el aumento de la temperatura.

Estos efectos subrayan la importancia de la gestión térmica en aplicaciones de alta fiabilidad o alta luminosidad.

4.4 Distribución Espectral

La salida espectral se caracteriza por una longitud de onda pico de 650nm y una longitud de onda dominante entre 630-645nm. El ancho medio espectral de 20nm indica un color rojo relativamente puro y saturado en comparación con fuentes de luz de espectro más amplio como las bombillas incandescentes. El ancho de banda estrecho es una característica de los emisores semiconductores de banda prohibida directa como el AllnGaP.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El LED se ajusta a un contorno de paquete SMD EIA estándar. Todas las dimensiones críticas para el diseño de la huella en el PCB y la colocación del componente se proporcionan en los dibujos de la hoja de datos, con una tolerancia estándar de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario. El paquete cuenta con una lente transparente, que no difunde la luz, resultando en el patrón de ángulo de visión amplio inherente de 130° del chip.

5.2 Diseño Recomendado de Pads en el PCB

Se proporciona un patrón de soldadura sugerido (geometría de las almohadillas) para el PCB para garantizar la formación adecuada de la unión de soldadura durante el reflujo. Adherirse a esta recomendación promueve una buena mojabilidad de la soldadura, resistencia mecánica y alineación correcta del componente. El diseño de las almohadillas considera el filete de soldadura necesario y evita el efecto "tombstoning" (el componente se levanta por un extremo durante el reflujo).

5.3 Identificación de Polaridad

La hoja de datos incluye marcas o diagramas que indican los terminales de ánodo y cátodo. La polaridad correcta es esencial para el funcionamiento. Aplicar una polarización inversa más allá de la especificación de 5V puede causar una falla inmediata.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo IR

El LED está calificado para procesos de soldadura sin plomo (Pb-free). Los parámetros clave son:

• Temperatura de Precalentamiento:150°C a 200°C.
• Tiempo de Precalentamiento:Máximo 120 segundos para calentar gradualmente el ensamblaje y activar el fundente de la pasta de soldar.
• Temperatura Máxima de Reflujo:Máximo 260°C. El componente puede resistir esta temperatura durante un tiempo limitado.
• Tiempo por Encima del Líquido (a temperatura máxima):Máximo 10 segundos. El dispositivo no debe estar sometido a la temperatura máxima por más de esta duración. Se permiten un máximo de dos ciclos de reflujo.

Estos parámetros se alinean con los perfiles industriales comunes JEDEC. El perfil de temperatura real debe caracterizarse para el ensamblaje específico del PCB, considerando el grosor de la placa, el número de capas y otros componentes.

6.2 Soldadura Manual (Si es Necesaria)

Si se requiere reparación manual:

• Temperatura del Soldador:Máximo 300°C.
• Tiempo de Contacto:Máximo 3 segundos por unión.
• Límite:Solo se permite un ciclo de soldadura manual por unión para minimizar el estrés térmico en el paquete.

6.3 Limpieza

Si se requiere limpieza posterior a la soldadura, solo deben usarse los disolventes especificados para evitar dañar el paquete de plástico. Los agentes recomendados incluyen alcohol etílico o alcohol isopropílico a temperatura ambiente. El LED debe sumergirse durante menos de un minuto. Deben evitarse limpiadores químicos no especificados.

6.4 Almacenamiento y Manipulación

• Precauciones contra ESD (Descarga Electroestática):El LED es sensible a la electricidad estática. La manipulación debe realizarse utilizando medidas antiestáticas como pulseras, estaciones de trabajo conectadas a tierra y espuma conductora.
• Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL):El dispositivo tiene una clasificación MSL 2a. Esto significa que una vez abierta la bolsa original con barrera antihumedad, los componentes deben soldarse dentro de las 672 horas (28 días) en condiciones de fábrica (<30°C / 60% HR).
• Almacenamiento Extendido (Fuera de la Bolsa):Para almacenamiento más allá de 672 horas, los componentes deben guardarse en un recipiente sellado con desecante o en una atmósfera de nitrógeno. Si se exponen más allá del límite, se requiere un horneado a aproximadamente 60°C durante al menos 20 horas antes de soldar para eliminar la humedad absorbida y prevenir el "efecto palomita" (agrietamiento del paquete durante el reflujo).
• Almacenamiento en Embalaje Original:Los carretes sin abrir deben almacenarse a 30°C o menos y al 90% de humedad relativa o menos, con una vida útil recomendada de un año a partir de la fecha de código.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LEDs se suministran en cinta portadora estampada estándar de la industria para ensamblaje automatizado.

• Ancho de la Cinta:8 mm.
• Diámetro del Carrete:7 pulgadas.
• Cantidad por Carrete:3000 piezas.
• Cantidad Mínima de Pedido (MOQ) para Restos:500 piezas.
• Cinta de Cubierta:Los compartimentos vacíos de componentes se sellan con una cinta de cubierta superior.
• Componentes Faltantes:El número máximo de LEDs faltantes consecutivos en la cinta es de dos, de acuerdo con los estándares ANSI/EIA-481.

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Un LED es un dispositivo controlado por corriente. El método de alimentación más básico y fiable es usar una resistencia limitadora de corriente en serie, como se muestra en el "Circuito A" de la hoja de datos. Para una tensión de alimentación V_CC, el valor de la resistencia R se calcula como: R = (V_CC- V_F) / I_F. Usar el V_Fmáximo (2.4V) para el cálculo garantiza que la corriente no exceda la I_Fdeseada incluso con una pieza de bajo V_F. Para múltiples LEDs, se recomienda encarecidamente usar una resistencia separada para cada LED conectado en paralelo para garantizar un brillo uniforme, ya que la tensión directa puede variar entre dispositivos individuales.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Configuración de Corriente:Operar a o por debajo de la corriente continua máxima de 20mA. Para una vida más larga y menor consumo de energía, 10mA o incluso 5mA a menudo es suficiente, especialmente para fines de indicación.
• Disipación de Calor:Para operación continua a alta corriente, asegúrese de que el diseño del PCB permita que el calor se disipe desde la almohadilla térmica del LED (si corresponde) o desde las uniones de soldadura.
• Diseño Óptico:El ángulo de visión de 130° proporciona una cobertura amplia. Para una luz más enfocada, pueden ser necesarias lentes externas o guías de luz.
• Regulación de Brillo:El brillo se puede controlar mediante Modulación por Ancho de Pulso (PWM), donde el LED se enciende y apaga a una frecuencia más rápida de lo que el ojo puede percibir (típicamente >100Hz). La corriente promedio, y por lo tanto el brillo percibido, se controla mediante el ciclo de trabajo. Esto es más eficiente y proporciona una mejor estabilidad de color que la regulación analógica (DC).

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Los principales diferenciadores del LTST-C170KDKT son su combinación de tecnología y paquete:

1. Chip AllnGaP vs. Otras Tecnologías:En comparación con los LEDs rojos más antiguos de GaAsP (Fosfuro de Arsénico y Galio), el AllnGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor (más salida de luz por unidad de potencia eléctrica) y una mejor estabilidad térmica. Esto resulta en un rendimiento más brillante y consistente.
2. Ángulo de Visión Amplio:El ángulo de 130° es notablemente más amplio que muchos LEDs SMD diseñados para luz más direccional. Esto lo hace excelente para aplicaciones que requieren una iluminación amplia y uniforme en lugar de un haz enfocado.
3. Compatibilidad de Fabricación:La compatibilidad total con el reflujo IR y la colocación automatizada lo convierte en una opción rentable para las líneas de ensamblaje modernas de montaje superficial de alto volumen, a diferencia de los LEDs de orificio pasante que requieren soldadura manual o por ola.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo alimentar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?

R1: No. Siempre debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie. Conectarlo directamente intentaría extraer una corriente excesiva, lo que podría dañar tanto el LED como el pin de salida del microcontrolador. Calcule el valor de la resistencia como se describe en la Sección 8.1.

P2: ¿Qué significa el código de clasificación de intensidad luminosa (H, J, K, L, M) para mi diseño?

R2: Define el rango de brillo. Si su diseño requiere un brillo mínimo para cumplir una especificación (por ejemplo, para legibilidad bajo la luz solar), debe seleccionar una clasificación que garantice ese mínimo (por ejemplo, Clasificación M para el brillo más alto). Para indicadores no críticos, una clasificación inferior puede ser más rentable.

P3: La hoja de datos muestra una temperatura máxima de soldadura de 260°C, pero mi placa tiene otros componentes que requieren 250°C. ¿Está bien?

R3: Sí. La especificación de 260°C es una clasificación máxima de resistencia. Un perfil con una temperatura máxima más baja (por ejemplo, 250°C) es perfectamente aceptable y someterá al LED a menos estrés térmico, lo que es beneficioso para la fiabilidad.

P4: ¿Cuánto durará el LED?

R4: La vida útil del LED se define típicamente como el punto donde la salida de luz se degrada al 50% o 70% de su valor inicial (L70/L50). Aunque no se especifica en esta hoja de datos básica, los LEDs AllnGaP generalmente tienen vidas útiles muy largas (decenas de miles de horas) cuando se operan dentro de sus especificaciones, especialmente por debajo de la corriente máxima y con una buena gestión térmica.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Panel de Indicadores de Estado para un Router de Red

Un diseñador necesita múltiples LEDs rojos de estado para los indicadores de "Alimentación", "Internet", "Wi-Fi" y "Ethernet" en un router de consumo. El LTST-C170KDKT es un candidato excelente.

1. Diseño del Circuito:El router utiliza una línea de 3.3V. Apuntando a una corriente de alimentación conservadora de 10mA y usando el V_Fmáximo de 2.4V para un margen de seguridad: R = (3.3V - 2.4V) / 0.010A = 90 Ohmios. Se selecciona el valor estándar más cercano de 91 Ohmios. Se usa una resistencia separada de 91 ohmios para cada uno de los cuatro LEDs.
2. Consistencia del Brillo:Al usar resistencias individuales, las variaciones en el V_Fde cada LED (por ejemplo, uno es 1.8V, otro es 2.2V) no causan diferencias significativas de brillo, ya que la corriente a través de cada uno se establece de forma independiente por su resistencia.
3. Ensamblaje:Los LEDs se colocan en el PCB utilizando el diseño de pads recomendado. Toda la placa se somete a un proceso estándar de reflujo IR sin plomo con una temperatura máxima de 245°C, muy dentro de la especificación del dispositivo.
4. Resultado:El panel proporciona una indicación de estado roja brillante y uniforme con alta fiabilidad, aprovechando el amplio ángulo de visión del LED para ser visible desde varios ángulos.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Los Diodos Emisores de Luz (LEDs) son dispositivos semiconductores que convierten energía eléctrica directamente en luz a través de un proceso llamado electroluminiscencia. El núcleo del LTST-C170KDKT es un chip hecho de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AllnGaP). Este material es un semiconductor de banda prohibida directa. Cuando se aplica una tensión directa, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan a través de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan dentro de la región activa de la unión, liberan energía. En un material de banda prohibida indirecta, esta energía se libera principalmente como calor. En un material de banda prohibida directa como el AllnGaP, una parte significativa de esta energía se libera como fotones (partículas de luz). La longitud de onda específica (color) de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor, que se diseña durante el proceso de crecimiento del cristal para producir luz roja (~650nm pico). El paquete de epoxi transparente encapsula y protege el frágil chip semiconductor, y su forma de domo ayuda a extraer la luz de manera eficiente, contribuyendo al amplio ángulo de visión.

13. Tendencias Tecnológicas

El campo de la tecnología LED continúa evolucionando, impulsado por las demandas de mayor eficiencia, menor costo y nuevas aplicaciones. Para LEDs tipo indicador como el LTST-C170KDKT, varias tendencias son relevantes:

1. Mayor Eficiencia:La investigación continua en ciencia de materiales tiene como objetivo mejorar la eficiencia cuántica interna (IQE) y la eficiencia de extracción de luz del AllnGaP y otros semiconductores compuestos, produciendo LEDs más brillantes con la misma corriente de alimentación o el mismo brillo con menor potencia.
2. Miniaturización:Existe un impulso constante hacia tamaños de paquete más pequeños (por ejemplo, 0402, 0201 métricos) para ahorrar espacio en el PCB en dispositivos electrónicos portátiles cada vez más compactos.
3. Fiabilidad y Robustez Mejoradas:Las mejoras en los materiales de empaquetado y las técnicas de unión del chip mejoran la resistencia a la humedad, el rendimiento en ciclos térmicos y la longevidad general.
4. Integración:Si bien este es un componente discreto, las tendencias incluyen integrar múltiples chips LED (RGB, multicolor) en un solo paquete o combinar ICs de control con LEDs para soluciones de iluminación "inteligente", aunque estos son más comunes en productos de grado de iluminación que en indicadores básicos.
5. Gama de Colores Ampliada:Los desarrollos en materiales como puntos cuánticos o fósforos novedosos permiten colores más saturados y precisos, lo que puede extenderse al mercado de indicadores para aplicaciones de visualización especializadas.

El LTST-C170KDKT representa una solución madura, fiable y optimizada en costos dentro de este panorama en evolución, muy adecuada para sus aplicaciones previstas en electrónica de consumo e industrial.