Hoja de Datos Técnica del LED SMD 15-21/S3C-AP1Q2/2T - Naranja Rojizo - 2.0V - 60mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un LED de montaje superficial (SMD) compacto y de alto rendimiento. El componente está diseñado para procesos modernos de ensamblaje electrónico, ofreciendo un equilibrio entre salida luminosa, fiabilidad y facilidad de integración en aplicaciones con espacio limitado.

1.1 Ventajas Principales y Posicionamiento del Producto

La ventaja principal de este LED es su huella miniatura, que permite reducciones significativas en el tamaño de la placa de circuito impreso (PCB) y una mayor densidad de componentes. Esto conduce a diseños de producto final más compactos. El componente es ligero, lo que lo hace especialmente adecuado para dispositivos electrónicos portátiles y miniaturizados. Se presenta en cinta de 8mm enrollada en una bobina de 7 pulgadas de diámetro, garantizando compatibilidad con el equipo automático pick-and-place estándar utilizado en fabricación de alto volumen.

1.2 Mercado Objetivo y Aplicaciones

Este LED es versátil y se dirige a varias áreas de aplicación clave. Su uso principal es en retroiluminación, específicamente para cuadros de instrumentos, interruptores y símbolos. También es muy adecuado para equipos de telecomunicaciones, sirviendo como indicadores de estado y retroiluminación en dispositivos como teléfonos y máquinas de fax. Además, puede usarse para retroiluminación plana en paneles LCD pequeños y para aplicaciones de indicador de propósito general donde se requiera una señal naranja rojiza.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros eléctricos, ópticos y térmicos clave del LED, definidos bajo condiciones de prueba estándar (Ta=25°C).

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los Valores Máximos Absolutos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. No están destinados para operación normal.

• Tensión Inversa (V_R):5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar ruptura de la unión.
• Corriente Directa Continua (I_F):25 mA. La corriente máxima en DC para una operación confiable a largo plazo.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):60 mA (Ciclo de Trabajo 1/10 @ 1kHz). Esta especificación permite pulsos cortos de corriente más alta, útiles para esquemas de multiplexación u operación pulsada.
• Disipación de Potencia (P_d):60 mW. La cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar como calor sin exceder sus límites térmicos.
• Descarga Electroestática (ESD) Modelo Cuerpo Humano (HBM):2000 V. Esto indica un nivel moderado de robustez ESD; aún se recomiendan procedimientos de manejo adecuados.
• Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente en el que se especifica que el dispositivo debe funcionar.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura de Soldadura:El dispositivo puede soportar soldadura por reflujo con una temperatura máxima de 260°C durante hasta 10 segundos, o soldadura manual a 350°C durante hasta 3 segundos por terminal.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento del LED bajo condiciones típicas de operación (I_F=20mA, Ta=25°C).

• Intensidad Luminosa (I_v):45.0 mcd (Mín), 112.0 mcd (Máx). El valor típico cae dentro de este amplio rango, que se gestiona mediante un sistema de clasificación (ver Sección 3). El ángulo de visión (2θ_1/2) es típicamente 130 grados, proporcionando un patrón de emisión amplio y difuso.
• Características Espectrales:
  • Longitud de Onda de Pico (λ_p):Típicamente 621 nm.
  • Longitud de Onda Dominante (λ_d):605.5 nm (Mín), 625.5 nm (Máx). Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano y también está sujeta a clasificación.
  • Ancho de Banda Espectral (Δλ):Típicamente 18 nm, definiendo la pureza del color.
• Características Eléctricas:
  • Tensión Directa (V_F):1.70 V (Mín), 2.00 V (Típ), 2.40 V (Máx) a I_F=20mA. Este voltaje relativamente bajo es característico de la tecnología de material AlGaInP.
  • Corriente Inversa (I_R):10 μA (Máx) a V_R=5V. Una nota crítica especifica que el dispositivo no está diseñado para operar en polarización inversa; este parámetro de prueba es solo para caracterización de fuga.

2.3 Consideraciones Térmicas

El rendimiento del LED es altamente dependiente de la temperatura. La curva de reducción de corriente directa es esencial para el diseño. A medida que la temperatura ambiente (T_a) aumenta por encima de 25°C, la corriente directa continua máxima permitida debe reducirse linealmente para evitar sobrecalentamiento y degradación acelerada. La curva de reducción proporciona la relación específica, asegurando que la temperatura de la unión permanezca dentro de límites seguros.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar consistencia en la producción en masa, los LED se clasifican (binning) en función de parámetros clave. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con requisitos específicos de aplicación para brillo y color.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

La salida luminosa se categoriza en cuatro grupos (P1, P2, Q1, Q2), cada uno cubriendo un rango específico desde 45.0 mcd hasta 112.0 mcd. Por ejemplo, el grupo Q2 contiene LED con intensidad entre 90.0 y 112.0 mcd. Se aplica una tolerancia de ±11% dentro de cada grupo.

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

El color (longitud de onda dominante) se clasifica en cinco grupos (E1 a E5), que abarcan desde 605.5 nm hasta 625.5 nm en pasos de aproximadamente 4nm. El grupo E4, por ejemplo, cubre 617.5 a 621.5 nm. Se mantiene una tolerancia más ajustada de ±1nm dentro de cada grupo de longitud de onda.

3.3 Clasificación por Tensión Directa

La hoja de datos señala una tolerancia de tensión directa de ±0.1V, aunque no se proporciona una tabla de clasificación específica para V_Fen el extracto. Esta tolerancia ajustada ayuda a diseñar circuitos de excitación de corriente consistentes.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan una visión más profunda del comportamiento del LED bajo condiciones variables.

4.1 Distribución Espectral

La curva del espectro muestra un único pico bien definido centrado alrededor de 621 nm, confirmando la emisión naranja rojiza del material del chip AlGaInP. El ancho de banda estrecho indica una buena saturación de color.

4.2 Patrón de Radiación

El diagrama polar ilustra la distribución espacial de la luz. Se confirma el ángulo de visión típico de 130 grados, mostrando un patrón de emisión casi Lambertiano (coseno) donde la intensidad es máxima a 0 grados (perpendicular al chip) y disminuye gradualmente hacia los lados.

4.3 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V)

Esta curva muestra la relación exponencial típica de un diodo. El voltaje aumenta bruscamente a corrientes muy bajas y luego aumenta de manera más lineal en el rango de operación normal (alrededor de 2.0V a 20mA).

4.4 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Este gráfico demuestra que la salida de luz es aproximadamente proporcional a la corriente directa en el rango de operación, aunque la eficiencia puede disminuir ligeramente a corrientes muy altas debido al aumento de calor.

4.5 Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Esta es una curva crítica que muestra la extinción térmica. A medida que aumenta la temperatura ambiente, la intensidad luminosa disminuye. La salida puede caer significativamente a medida que la temperatura se acerca al límite máximo de operación, un factor clave para diseños en entornos calurosos.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED se ajusta al contorno del encapsulado SMD "15-21". Los dibujos dimensionales detallados especifican la longitud, anchura, altura y posiciones de los terminales con una tolerancia estándar de ±0.1mm a menos que se indique lo contrario. Esta información es crucial para el diseño de la huella en el PCB y las comprobaciones de espacio libre.

5.2 Identificación de Polaridad

Se indica una marca clara del cátodo en el encapsulado, esencial para la orientación correcta durante el montaje. Instalar el LED con polaridad inversa impedirá que se ilumine y puede someterlo a estrés por tensión inversa.

6. Guías de Soldadura y Montaje

El manejo adecuado es vital para la fiabilidad.

6.1 Limitación de Corriente

Una resistencia limitadora de corriente externa es obligatoria. La característica exponencial I-V del LED significa que un pequeño aumento en el voltaje puede causar un gran aumento, potencialmente destructivo, en la corriente. La resistencia establece el punto de operación.

6.2 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

Los componentes se empaquetan en una bolsa de barrera resistente a la humedad con desecante. La bolsa no debe abrirse hasta que las piezas estén listas para su uso. Después de abrir, los LED no utilizados deben almacenarse en condiciones de 30°C/60%HR o menos y usarse dentro de las 168 horas (7 días). Si se excede, se requiere un horneado a 60±5°C durante 24 horas antes del reflujo para prevenir daños por "efecto palomita" durante la soldadura.

6.3 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se proporciona un perfil de reflujo detallado sin plomo:

• Precalentamiento:150-200°C durante 60-120 segundos.
• Tiempo por Encima del Líquidus (217°C):60-150 segundos.
• Temperatura Máxima:260°C máximo, mantenida por no más de 10 segundos.
• Tasas de Calentamiento/Enfriamiento:Máximo 6°C/seg y 3°C/seg, respectivamente.

El reflujo no debe realizarse más de dos veces. Debe evitarse el estrés en el cuerpo del LED durante el calentamiento.

6.4 Soldadura Manual y Rework

Si es necesaria la soldadura manual, la temperatura de la punta del soldador debe estar por debajo de 350°C, aplicada por no más de 3 segundos por terminal, usando un soldador de baja potencia (<25W). Se requiere un intervalo de enfriamiento de >2 segundos entre terminales. Se desaconseja fuertemente el rework. Si es inevitable, debe usarse un soldador de doble punta especializado para calentar ambos terminales simultáneamente, evitando estrés mecánico en las soldaduras. El potencial de daño térmico durante el rework debe evaluarse de antemano.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones del Embalaje

Los LED se suministran en cinta portadora con relieve con dimensiones especificadas para los alvéolos y los agujeros de arrastre. La cinta se enrolla en una bobina estándar de 7 pulgadas (178mm) de diámetro. Cada bobina contiene 2000 piezas.

7.2 Detalles de la Bobina y la Etiqueta

Se proporcionan las dimensiones de la bobina vacía. La etiqueta de la bobina contiene información crítica:

• Número de Parte del Cliente (CPN)
• Número de Parte del Fabricante (P/N): 15-21/S3C-AP1Q2/2T
• Cantidad de Empaque (QTY)
• Rango de Intensidad Luminosa (CAT)
• Rango de Cromaticidad/Longitud de Onda Dominante (HUE)
• Rango de Tensión Directa (REF)
• Número de Lote (LOT No.)

Esta trazabilidad es esencial para el control de calidad y la coincidencia de componentes en producción.

8. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Diseño del Circuito

Siempre use una resistencia en serie para establecer la corriente directa. Calcule el valor de la resistencia usando R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F, donde V_Fdebe tomarse como el valor máximo (2.4V) de la hoja de datos para garantizar que la corriente no exceda el límite en las peores condiciones. Considere la potencia nominal de la resistencia (P = I_F²* R).

8.2 Gestión Térmica

Aunque el encapsulado es pequeño, una disipación de calor efectiva a través del PCB es importante para mantener el brillo y la longevidad, especialmente en entornos de alta temperatura ambiente o cuando se excita cerca de la corriente máxima. Use la curva de reducción para determinar la corriente de operación segura para la temperatura ambiente máxima esperada en su aplicación. Asegure un área de cobre adecuada alrededor de las almohadillas del LED en el PCB para que actúe como dispersor de calor.

8.3 Integración Óptica

El amplio ángulo de visión de 130 grados hace que este LED sea adecuado para aplicaciones que requieren una iluminación amplia y uniforme sin ópticas secundarias. Para una luz más dirigida, pueden ser necesarias lentes externas o guías de luz. La resina transparente asegura una absorción mínima de luz dentro del propio encapsulado.

9. Cumplimiento e Información de Materiales

El producto cumple con varias directivas ambientales y de seguridad clave, lo que es una ventaja significativa para la fabricación electrónica moderna. Se confirma que está libre de plomo (Pb-free), alineándose con la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS). También cumple con el reglamento REACH de la UE sobre sustancias químicas. Además, cumple con los requisitos libres de halógenos, con contenido de Bromo (Br) y Cloro (Cl) cada uno por debajo de 900 ppm, y su suma por debajo de 1500 ppm, reduciendo el impacto ambiental durante la eliminación.

10. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED tradicionales de orificio pasante o SMD más grandes, el diferenciador clave de este encapsulado 15-21 es su excepcional miniaturización, permitiendo diseños compactos de próxima generación. El uso del material semiconductor AlGaInP proporciona luz naranja rojiza eficiente con buena estabilidad de color frente a la temperatura y a lo largo de la vida útil, a menudo superior a tecnologías más antiguas como GaAsP. La combinación de un amplio ángulo de visión, robusta compatibilidad SMT y pleno cumplimiento ambiental lo convierte en una opción moderna y confiable para aplicaciones de alto volumen y sensibles al costo donde el espacio en la placa es primordial.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

11.1 ¿Qué valor de resistencia debo usar con una fuente de alimentación de 5V?

Usando el V_Fmáximo de 2.4V y un I_Fobjetivo de 20mA: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ohmios. El valor estándar más cercano de 130Ω o 150Ω sería adecuado. La disipación de potencia de la resistencia sería P = (0.020)²* 130 = 0.052W, por lo que una resistencia estándar de 1/8W (0.125W) es suficiente.

11.2 ¿Puedo alimentar este LED sin una resistencia limitadora si mi voltaje de alimentación coincide con V_F?

No.Esto está fuertemente desaconsejado. La tensión directa tiene una tolerancia (1.7V a 2.4V) y varía con la temperatura. Un voltaje de alimentación fijo en, digamos, 2.0V podría causar una corriente excesiva en un LED con un V_Fbajo, llevando a un fallo rápido. Una resistencia en serie es esencial para una operación estable y segura.

11.3 ¿Por qué el tiempo de almacenamiento después de abrir la bolsa está limitado a 7 días?

Los encapsulados SMD pueden absorber humedad del aire. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad atrapada puede vaporizarse rápidamente, creando presión interna que puede delaminar el encapsulado o agrietar el dado ("efecto palomita"). El límite de 7 días y el procedimiento de horneado son controles de calidad críticos para prevenir este modo de fallo.

11.4 ¿Cómo interpreto los códigos de clasificación (ej. Q2, E4) en la etiqueta?

Los códigos de clasificación le indican el grupo de rendimiento de los LED en esa bobina. "Q2" indica LED de alto brillo (90-112 mcd). "E4" indica una longitud de onda dominante en el rango de 617.5-621.5 nm. Usar piezas del mismo grupo garantiza consistencia en brillo y color en su producto.

12. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

12.1 Retroiluminación de Interruptores de Tablero

En un tablero de instrumentos automotriz, múltiples interruptores requieren una retroiluminación uniforme y confiable. Varios de estos LED pueden colocarse detrás de una tapa de interruptor translúcida. Su amplio ángulo de visión asegura una iluminación uniforme en toda la superficie del interruptor. El bajo voltaje de operación permite que sean excitados directamente desde los sistemas regulados de 5V o 3.3V del vehículo con simples redes de resistencias. El amplio rango de temperatura de operación (-40°C a +85°C) es adecuado para el entorno automotriz.

12.2 Indicador de Estado en un Dispositivo de Red

Para un indicador de "actividad de enlace" o "encendido" en un router o módem, un solo LED proporciona una señal visual clara. El color naranja rojizo es altamente visible. El componente puede ser excitado por un pin GPIO de un microcontrolador. Una resistencia en serie se conecta entre el GPIO y el ánodo del LED, con el cátodo conectado a tierra. El firmware del microcontrolador puede alternar el pin para crear patrones fijos o parpadeantes. El formato SMD permite un diseño de perfil muy bajo en el PCB del panel frontal.

13. Principio de Funcionamiento

Este LED se basa en un chip semiconductor hecho de Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio (AlGaInP). Cuando se aplica una tensión directa, los electrones y huecos se inyectan en la región activa de la unión semiconductor. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación AlGaInP determina la energía de la banda prohibida, que a su vez define la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, en el espectro naranja rojizo (605-625 nm). La luz generada dentro del chip se extrae a través de la superficie superior y se moldea por la lente de resina epoxi transparente del encapsulado.

14. Tendencias Tecnológicas

La tendencia general en la tecnología de LED indicadores y de retroiluminación continúa hacia una mayor eficiencia (más salida de luz por unidad de potencia eléctrica), una mayor miniaturización más allá de encapsulados como el 15-21 y gamas de color más amplias. También hay un fuerte enfoque en mejorar la fiabilidad y longevidad bajo condiciones adversas, como mayor temperatura y humedad. La integración de electrónica de control, como controladores de corriente constante o moduladores por ancho de pulso (PWM), directamente en el encapsulado del LED es otra tendencia en evolución, simplificando el diseño del circuito para el usuario final. Además, el impulso hacia la sostenibilidad sigue impulsando avances en materiales para cumplir con regulaciones ambientales cada vez más estrictas más allá de RoHS y REACH.