Hoja de Datos del LED SMD 27-21/GHC-YR1S2M/3C - 2.0x1.25x0.8mm - 3.95V Máx. - 95mW - Verde Brillante - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LED SMD 27-21 es un dispositivo compacto de montaje superficial diseñado para ensamblajes electrónicos de alta densidad. Su principal ventaja radica en su huella significativamente reducida en comparación con los LEDs tradicionales de tipo lead-frame, lo que permite diseños de placa de circuito impreso (PCB) más pequeños, una mayor densidad de empaquetado de componentes y, en última instancia, equipos finales más compactos. El dispositivo es ligero, lo que lo hace especialmente adecuado para aplicaciones miniaturizadas y con limitaciones de espacio.

La tecnología central utiliza un chip semiconductor de InGaN (Nitruro de Galio e Indio) encapsulado en una resina transparente al agua, que emite una luz verde brillante. Es un LED de tipo monocromático, suministrado en un formato compatible con equipos estándar de ensamblaje automático pick-and-place. El producto cumple con las principales directivas medioambientales y de seguridad, ya que está libre de plomo (Pb-free), es conforme con RoHS, conforme con REACH de la UE y libre de halógenos (con Bromo <900 ppm, Cloro <900 ppm y Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Características y Ventajas Clave

• Miniaturización:Permite diseños de placa más pequeños y una mayor densidad de empaquetado.
• Compatibilidad con Automatización:Empaquetado en cinta de 8 mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro para compatibilidad con sistemas de colocación automática.
• Robustez en Compatibilidad de Proceso:Adecuado para procesos de soldadura por reflujo tanto infrarrojos como de fase de vapor.
• Cumplimiento Medioambiental:Cumple con los estándares libre de plomo, RoHS, REACH y libre de halógenos.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o más allá de estos límites.

• Tensión Inversa (V_R):5 V - La tensión máxima que se puede aplicar en dirección inversa.
• Corriente Directa (I_F):25 mA - La corriente continua directa máxima.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):100 mA - La corriente directa pulsada máxima, permitida con un ciclo de trabajo de 1/10 y una frecuencia de 1 kHz.
• Disipación de Potencia (P_d):95 mW - La potencia máxima que el dispositivo puede disipar a una temperatura ambiente (T_a) de 25°C.
• Descarga Electroestática (ESD) Modelo Cuerpo Humano (HBM):150 V - Indica una sensibilidad moderada a la ESD; se requieren procedimientos de manipulación adecuados.
• Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +85°C - El rango de temperatura ambiente para un funcionamiento confiable.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):Reflujo: 260°C de pico durante 10 segundos máximo. Soldadura manual: 350°C durante 3 segundos máximo por terminal.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden en una condición de prueba estándar de T_a=25°C e I_F=20 mA, a menos que se especifique lo contrario. Definen el rendimiento óptico y eléctrico del LED.

• Intensidad Luminosa (I_v):112 a 285 mcd (milicandelas). El valor típico no se especifica, lo que indica que el rendimiento se gestiona a través del sistema de clasificación (binning) descrito más adelante.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):130 grados (típico). Este amplio ángulo de visión lo hace adecuado para aplicaciones de indicación e iluminación trasera donde la visibilidad desde varios ángulos es importante.
• Longitud de Onda de Pico (λ_p):518 nm (típico). La longitud de onda a la que la emisión espectral es más fuerte.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):520 a 535 nm. Esta es la percepción de color del LED como una sola longitud de onda por el ojo humano.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):35 nm (típico). El ancho del espectro emitido a la mitad de su intensidad máxima (FWHM).
• Tensión Directa (V_F):2.75 a 3.95 V a I_F=20 mA. Este rango es crítico para el diseño del circuito, particularmente para el cálculo de la resistencia limitadora de corriente.
• Corriente Inversa (I_R):50 μA (máx.) a V_R=5V.

Notas Importantes:La hoja de datos especifica tolerancias para parámetros clave: Intensidad Luminosa (±11%), Longitud de Onda Dominante (±1 nm) y Tensión Directa (±0.1 V). También advierte explícitamente que la condición de tensión inversa es solo para fines de prueba, y el LED no debe operarse en polarización inversa.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar un color y brillo consistentes en la producción, los LEDs se clasifican en rangos de rendimiento (bins). Este dispositivo utiliza un sistema de clasificación tridimensional.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Los rangos se definen por los códigos R1, R2, S1 y S2, con valores mínimos y máximos de intensidad luminosa medidos a I_F=20 mA.

• R1:112 - 140 mcd
• R2:140 - 180 mcd
• S1:180 - 225 mcd
• S2:225 - 285 mcd

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Los rangos se definen por los códigos X, Y y Z, controlando el tono preciso del verde.

• X:520 - 525 nm
• Y:525 - 530 nm
• Z:530 - 535 nm

3.3 Clasificación por Tensión Directa

Los rangos se definen por los códigos 5, 6, 7 y 8, lo cual es crucial para diseñar circuitos de excitación de corriente uniforme, especialmente cuando se conectan múltiples LEDs en paralelo.

• 5:2.75 - 3.05 V
• 6:3.05 - 3.35 V
• 7:3.35 - 3.65 V
• 8:3.65 - 3.95 V

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas típicas de características electro-ópticas, que son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar. Aunque los gráficos específicos no se detallan en el texto proporcionado, normalmente incluyen:

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Muestra cómo la salida de luz disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esto es crítico para la gestión térmica en aplicaciones de alta potencia o alta temperatura ambiente.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa:Ilustra la relación no lineal entre la corriente de excitación y la salida de luz. Operar por encima de la corriente recomendada conduce a una eficiencia disminuida y a una degradación acelerada.
• Tensión Directa vs. Corriente Directa (Curva I-V):Demuestra la relación exponencial, destacando la necesidad de un circuito limitador de corriente. Un pequeño aumento en la tensión puede causar un gran aumento, potencialmente destructivo, en la corriente.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa vs. longitud de onda, que muestra el pico en ~518 nm y el ancho de banda de ~35 nm, confirmando el punto de color verde brillante.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED SMD 27-21 tiene un encapsulado rectangular compacto. Las dimensiones clave (en mm, con una tolerancia general de ±0.1 mm a menos que se especifique) incluyen la longitud, anchura y altura totales, así como el espaciado y tamaño de las almohadillas (pads). Estas dimensiones son críticas para el diseño del patrón de soldadura en el PCB para garantizar una soldadura y alineación adecuadas. La polaridad se indica mediante una marca en el encapsulado, que debe alinearse con la marca correspondiente en la huella del PCB.

5.2 Identificación de Polaridad

La polaridad correcta es esencial para el funcionamiento del dispositivo. El dibujo del encapsulado en la hoja de datos indicará el terminal del cátodo (negativo), típicamente con un marcador visual como una muesca, un punto o un borde biselado en el encapsulado. El diseño de la huella del PCB debe incorporar este marcador para evitar errores de ensamblaje.

6. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El dispositivo es compatible con procesos de reflujo sin plomo. El perfil de temperatura recomendado es crucial para prevenir choques térmicos y daños:

• Precalentamiento:150–200°C durante 60–120 segundos.
• Tiempo por Encima del Líquido (TAL):60–150 segundos por encima de 217°C.
• Temperatura de Pico:260°C máximo, mantenida no más de 10 segundos.
• Tasa de Calentamiento:Máximo 6°C por segundo.
• Tiempo por Encima de 255°C:Máximo 30 segundos.
• Tasa de Enfriamiento:Máximo 3°C por segundo.

Restricción Crítica:La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces en el mismo dispositivo.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se debe tener extremo cuidado:

• Utilice un soldador con una temperatura de punta inferior a 350°C.
• Limite el tiempo de contacto a 3 segundos o menos por terminal.
• Use un soldador con una potencia nominal de 25W o menos.
• Permita un intervalo mínimo de 2 segundos entre soldar cada terminal para permitir el enfriamiento.

6.3 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Los LEDs se empaquetan en bolsas barrera resistentes a la humedad con desecante.

• Antes de Abrir:Almacene a ≤30°C y ≤60% de Humedad Relativa.
• Vida Útil en Planta (Floor Life):Después de abrir la bolsa antihumedad, los componentes deben usarse dentro de las 168 horas (7 días).
• Re-horneado (Rebaking):Si se excede la vida útil en planta o el indicador de desecante cambia de color, se requiere un horneado a 60 ±5°C durante 24 horas antes de la soldadura por reflujo.

6.4 Reparación y Retrabajo

Se desaconseja encarecidamente la reparación después de la soldadura. Si es inevitable, se debe utilizar un soldador especializado de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente, evitando tensiones mecánicas en las uniones de soldadura. El potencial de dañar el LED durante la reparación es alto y debe evaluarse de antemano.

7. Empaquetado e Información de Pedido

7.1 Especificaciones de Empaquetado

El dispositivo se suministra en formato cinta y carrete para ensamblaje automático.

• Ancho de la Cinta Portadora:8 mm.
• Diámetro del Carrete:7 pulgadas.
• Cantidad por Carrete:3000 piezas.
• Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL):Implícito por la vida útil en planta de 7 días y los requisitos de horneado, típicamente correspondiente a MSL 3.

7.2 Explicación de la Etiqueta

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

• P/N:Número de Producto (ej., 27-21/GHC-YR1S2M/3C).
• CAT:Rango de Intensidad Luminosa (ej., S2).
• HUE:Coordenadas de Cromaticidad y Rango de Longitud de Onda Dominante (ej., Y).
• REF:Rango de Tensión Directa (ej., 6).
• LOT No:Número de Lote de Fabricación para trazabilidad.

8. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Iluminación Trasera:Ideal para indicadores de tablero, iluminación de interruptores e iluminación trasera plana para LCDs y símbolos debido a su amplio ángulo de visión y color consistente.
• Equipos de Telecomunicaciones:Indicadores de estado e iluminación trasera de teclados en dispositivos como teléfonos y máquinas de fax.
• Indicación de Propósito General:Cualquier aplicación que requiera un indicador verde brillante, compacto y confiable.

8.2 Consideraciones de Diseño Críticas

1. La Limitación de Corriente es Obligatoria:Los LEDs son dispositivos excitados por corriente. Siempre se debe usar una resistencia limitadora de corriente externa en serie con el LED. El valor se calcula usando la Ley de Ohm: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Use el V_Fmáximo del rango (bin) o de la hoja de datos para garantizar que la corriente no exceda los 25 mA en las peores condiciones.
2. Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, mantener una baja temperatura de unión es clave para la confiabilidad a largo plazo y una salida de luz estable. Asegure un área de cobre en el PCB o vías térmicas adecuadas si opera a altas temperaturas ambiente o cerca de la corriente máxima.
3. Protección contra ESD:Implemente precauciones estándar contra ESD durante la manipulación y el ensamblaje. Considere agregar diodos de supresión de tensión transitoria (TVS) o resistencias en líneas sensibles si el entorno de la aplicación es propenso a descargas estáticas.
4. Clasificación (Binning) para Consistencia:Para aplicaciones que requieren una apariencia uniforme (ej., matrices de múltiples LEDs), especifique rangos estrechos para intensidad luminosa (CAT) y longitud de onda dominante (HUE). Usar LEDs del mismo lote de fabricación (LOT No.) mejora aún más la consistencia.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El LED SMD 27-21 se diferencia principalmente por su equilibrio entre tamaño, rendimiento y características de confiabilidad.

• vs. LEDs de Lead-Frame Más Grandes:Ofrece una reducción drástica en la huella y el peso, permitiendo diseños modernos miniaturizados. El formato SMD permite un ensamblaje automático más rápido y confiable.
• vs. Otros LEDs SMD Verdes:La combinación específica de un ángulo de visión de 130 grados, un color verde brillante del chip InGaN y un cumplimiento medioambiental integral (Libre de Halógenos, REACH) lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones de consumo e industriales donde estos factores son prioritarios.
• Cumplimiento Integrado:El cumplimiento previo con las principales regulaciones globales (RoHS, REACH, Libre de Halógenos) reduce la carga de calificación para los integradores, proporcionando una ventaja significativa en mercados regulados.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Por qué es absolutamente necesaria una resistencia limitadora de corriente?

R1: La característica I-V de un LED es exponencial. Un pequeño aumento en la tensión directa más allá del valor típico causa un aumento muy grande en la corriente, que puede exceder instantáneamente el Valor Máximo Absoluto de 25 mA y destruir el dispositivo. La resistencia proporciona una caída de tensión lineal y predecible para estabilizar la corriente.

P2: ¿Puedo excitar este LED con una fuente de 3.3V sin resistencia?

R2: No. Incluso si 3.3V está dentro del rango de V_F(2.75-3.95V), la V_Freal de un LED específico no se conoce sin clasificación (binning). Una fuente de 3.3V podría aplicar 3.3V directamente a un LED con una V_Fde 3.0V, causando una corriente excesiva. Siempre use una resistencia en serie.

P3: ¿Qué sucede si excedo los 7 días de vida útil en planta después de abrir la bolsa?

R3: El encapsulado de plástico absorbe humedad. Durante la soldadura por reflujo, esta humedad puede expandirse rápidamente, causando delaminación interna o \"efecto palomita de maíz\" (popcorning), lo que agrieta el encapsulado y conduce a fallos. El horneado a 60°C durante 24 horas elimina esta humedad absorbida.

P4: ¿Por qué el reflujo está limitado a dos ciclos?

R4: Cada ciclo de reflujo somete al dispositivo a un estrés térmico significativo. Múltiples ciclos pueden degradar las conexiones internas de alambre (wire bonds), debilitar las uniones de soldadura o dañar el propio chip semiconductor, reduciendo la confiabilidad.

11. Caso de Estudio de Aplicación Práctica

Escenario: Diseñar un panel de indicadores múltiples para un dispositivo de electrónica de consumo.

1. Requisito:10 LEDs verdes brillantes uniformes para indicadores de \"encendido\" y \"modo activo\".
2. Pasos de Diseño:
   • Diseño del Circuito:Se dispone de una fuente de alimentación de 5V. Usando la V_Fmáxima de 3.95V y una I_Fobjetivo de 20 mA, calcule R = (5V - 3.95V) / 0.02A = 52.5Ω. Seleccione el valor estándar más cercano (ej., 56Ω). Recalcule la corriente real: I_F= (5V - 3.2V_típ.) / 56Ω ≈ 32 mA (demasiado alta). Reitere usando una V_Ftípica más realista de 3.2V: R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90Ω. Esto da una corriente segura entre 17.8 mA (a V_F=3.95V) y 20 mA (a V_F=3.2V). Una resistencia de 91Ω o 100Ω es una buena elección.
   • Diseño del PCB:Coloque los LEDs con la alineación de polaridad correcta. Proporcione un espaciado suficiente para el cono de visión de 130 grados si los indicadores se ven desde un ángulo.
   • Adquisición:Especifique rangos estrechos al distribuidor: ej., CAT=S2 (225-285 mcd) y HUE=Y (525-530 nm) para garantizar consistencia de brillo y color en los 10 indicadores. Es recomendable solicitar piezas del mismo LOT No.
   • Ensamblaje:Siga el perfil de reflujo con precisión. Use los LEDs dentro de los 7 días posteriores a abrir la bolsa sellada.

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 LED 27-21 es un chip fabricado con materiales semiconductores de InGaN (Nitruro de Galio e Indio). Cuando se aplica una tensión directa a través de la unión P-N de este semiconductor, los electrones del material tipo N se recombinan con los huecos del material tipo P en la región activa. Esta recombinación libera energía en forma de 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. El InGaN tiene una banda prohibida que corresponde a la luz en el espectro del azul al verde. En este dispositivo, la composición se ajusta para producir luz verde brillante con una longitud de onda de pico alrededor de 518 nm. La resina epoxi transparente al agua que encapsula el chip lo protege y también actúa como una lente, dando forma a la salida de luz en el ángulo de visión especificado de 130 grados.

13. Tendencias y Contexto Tecnológico

El LED 27-21 representa una tecnología madura y ampliamente adoptada dentro de la evolución más amplia de la iluminación de estado sólido. Las tendencias clave que influyen en este segmento de producto incluyen:

• Miniaturización Continua:La búsqueda de dispositivos electrónicos más pequeños, delgados y con más funciones impulsa el desarrollo de encapsulados LED cada vez más pequeños (ej., tamaños 0201, 01005) manteniendo o mejorando el rendimiento óptico.
• Eficiencia y Luminancia Mejoradas:Las mejoras continuas en el crecimiento epitaxial y el diseño de chips conducen a una mayor eficacia luminosa (más salida de luz por unidad de entrada eléctrica), permitiendo un menor consumo de energía o un mayor brillo con el mismo tamaño de encapsulado.
• Consistencia de Color y Clasificación (Binning) Avanzada:Las demandas de aplicaciones de pantallas y automoción están impulsando tolerancias de clasificación más estrictas y el uso de clasificación multiparámetro más sofisticada (ej., combinar flujo, longitud de onda y tensión directa en un solo código) para lograr una uniformidad perfecta en grandes matrices.
• Integración de Funcionalidad:Una tendencia hacia la integración de circuitos de control (como controladores de corriente constante) o múltiples chips de color (RGB) en un solo encapsulado para simplificar el diseño del sistema y reducir el espacio en el PCB.
• Confiabilidad y Adecuación para Entornos Hostiles:Desarrollo de LEDs con un rendimiento mejorado a altas temperaturas y bajo alta humedad, ampliando su uso en aplicaciones automotrices, industriales y exteriores. El cumplimiento medioambiental (Libre de Halógenos, REACH) destacado en esta hoja de datos es una respuesta directa a las tendencias regulatorias globales.

Si bien el 27-21 es un componente estándar, su diseño refleja estas demandas de la industria de confiabilidad, cumplimiento y rendimiento en un formato compacto y automatizable.