Hoja de Datos del LED SMD 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T - Paquete 1.6x0.8x0.6mm - Voltaje 2.7-3.1V - Potencia 40mW - Blanco Puro - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T es un LED de montaje superficial (SMD) compacto, diseñado para aplicaciones electrónicas modernas que requieren miniaturización y alta fiabilidad. Este LED monocromático emite una luz blanca pura, lograda mediante un chip de InGaN encapsulado en una resina difusora amarilla. Su ventaja principal radica en su huella significativamente reducida en comparación con los LED tradicionales de pines, lo que permite una mayor densidad de componentes en las placas de circuito impreso (PCB), reduce el espacio de almacenamiento del equipo y, en última instancia, contribuye al desarrollo de dispositivos finales más pequeños y ligeros. El componente cumple plenamente con RoHS, se adhiere a las regulaciones REACH de la UE y se fabrica como un producto libre de halógenos, con contenido de bromo y cloro estrictamente controlado por debajo de los estándares de la industria.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La filosofía de diseño detrás del LED SMD 17-21 se centra en permitir la miniaturización. Sus pequeñas dimensiones físicas se traducen directamente en un espacio requerido en la placa más pequeño, permitiendo a los diseñadores crear productos más compactos. La naturaleza ligera del paquete lo hace particularmente adecuado para aplicaciones portátiles y miniaturizadas donde cada gramo cuenta. El dispositivo se suministra en cinta de 8mm montada en carretes de 7 pulgadas de diámetro, garantizando compatibilidad con equipos de montaje automático pick-and-place de alta velocidad, lo cual es crítico para la producción en masa. Su compatibilidad con los procesos de soldadura por reflujo infrarrojo y por fase de vapor proporciona flexibilidad en la fabricación. Los mercados objetivo principales incluyen electrónica de consumo, interiores automotrices (específicamente iluminación de tableros e interruptores), equipos de telecomunicaciones para indicadores de estado e iluminación general para LCDs y paneles de control.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los principales parámetros eléctricos, ópticos y térmicos definidos en la hoja de datos, explicando su importancia para el diseño del circuito y la fiabilidad.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los Límites Absolutos Máximos definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el LED. Estas no son condiciones de operación normal, sino umbrales que nunca deben excederse.

• Voltaje Inverso (VR): 5V- Aplicar un voltaje de polarización inversa mayor a 5V puede causar una ruptura inmediata de la unión. La hoja de datos señala explícitamente que el dispositivo no está diseñado para operación inversa; esta clasificación es principalmente para la condición de prueba de corriente inversa (IR). En la aplicación, a menudo es necesaria una protección externa del circuito (como un diodo en paralelo) si existe la posibilidad de voltaje inverso.
• Corriente Directa (IF): 10mA- Esta es la corriente continua máxima recomendada para una operación confiable a largo plazo. Exceder esta corriente aumenta la temperatura de la unión, acelera la depreciación del flujo luminoso y reduce significativamente la vida útil del dispositivo.
• Corriente Directa Pico (IFP): 100mA- El LED puede soportar pulsos de corriente cortos (con un ciclo de trabajo de 1/10 a 1kHz) de hasta 100mA. Esto es relevante para operación pulsada o sobretensiones momentáneas, pero no debe usarse para calcular la disipación de potencia en estado estable.
• Disipación de Potencia (Pd): 40mW- Esta es la potencia máxima que el paquete puede disipar como calor a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. La potencia real disipada se calcula como Voltaje Directo (VF) * Corriente Directa (IF). Operar cerca o por encima de este límite requiere una gestión térmica cuidadosa.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:El dispositivo está clasificado para operar desde -40°C hasta +85°C y puede almacenarse desde -40°C hasta +90°C. Este amplio rango lo hace adecuado para entornos automotrices e industriales.
• Temperatura de Soldadura:Se especifican dos perfiles: 260°C durante 10 segundos para soldadura por reflujo (típico para procesos sin plomo), y 350°C durante 3 segundos para soldadura manual. El cumplimiento de estos límites es crítico para prevenir daños en la unión interna del chip o en el paquete de plástico.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden bajo condiciones de prueba estándar (Ta=25°C, IF=5mA) y definen el rendimiento del LED.

• Intensidad Luminosa (Iv): 72.0 - 180.0 mcd (Típico)- Esta es la cantidad de luz visible emitida en una dirección específica. El rango muy amplio (72 a 180 mcd) indica que los LED se clasifican en diferentes "bins" basados en la salida medida, lo cual se detalla en una sección posterior. La corriente de prueba de 5mA está por debajo de la clasificación máxima, proporcionando un margen de seguridad para la medición.
• Ángulo de Visión (2θ1/2): 150° (Típico)- Este es el ángulo en el cual la intensidad luminosa es la mitad de la intensidad a 0° (en el eje). Un ángulo de visión de 150° es muy amplio, produciendo un patrón de emisión difuso, similar a Lambertiano, adecuado para iluminación de área y retroiluminación donde se desea una distribución de luz uniforme, en lugar de un haz enfocado.
• Voltaje Directo (VF): 2.7V - 3.1V (Máx.)- Esta es la caída de voltaje a través del LED cuando se alimenta con la corriente de prueba de 5mA. La variación se debe a las tolerancias del proceso semiconductor y también se gestiona mediante clasificación (binning). Siempre se debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie con el LED para establecer la corriente de operación, ya que el VF no es un valor fijo.
• Corriente Inversa (IR): 50 μA (Máx.)- Esta es la corriente de fuga cuando se aplica una polarización inversa de 5V. Típicamente es muy pequeña en un dispositivo en buen estado.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia en la producción en masa, los LED se prueban y clasifican en grupos de rendimiento o "bins". El 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T utiliza un sistema de clasificación multiparámetro, como lo indica el código "KQ1R2B5Y".

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

La intensidad luminosa se clasifica en cuatro bins distintos (Q1, Q2, R1, R2). Al especificar u ordenar, el "R2" en el número de parte indica el bin seleccionado.

• Bin Q1:72.0 - 90.0 mcd
• Bin Q2:90.0 - 112.0 mcd
• Bin R1:112.0 - 140.0 mcd
• Bin R2:140.0 - 180.0 mcd

Esto permite a los diseñadores elegir un nivel de brillo apropiado para su aplicación, utilizando bins más altos típicamente donde la máxima salida de luz es crítica.

3.2 Clasificación por Voltaje Directo

El voltaje directo se clasifica en pasos de 0.1V desde 2.7V hasta 3.1V. El "B5" en el número de parte corresponde a uno de estos bins. Hacer coincidir bins de VF en un diseño puede ayudar a garantizar un reparto uniforme de corriente cuando múltiples LED están conectados en paralelo.

• Bin 29:2.7 - 2.8V
• Bin 30:2.8 - 2.9V
• Bin 31:2.9 - 3.0V
• Bin 32:3.0 - 3.1V

3.3 Clasificación por Coordenadas de Cromaticidad

El color de la luz blanca se define por sus coordenadas de cromaticidad (x, y) en el diagrama CIE 1931. La hoja de datos define cuatro bins cuadrangulares (3, 4, 5, 6) en este gráfico. La "Y" en el número de parte probablemente hace referencia a la resina difusora amarilla y al bin de color asociado (por ejemplo, bin 5). La tolerancia especificada es de ±0.01 en ambas coordenadas x e y, lo cual es una tolerancia estándar para LED blancos y garantiza un color percibido consistente dentro de un lote.

4. Información Mecánica y del Paquete

4.1 Dimensiones del Paquete

El LED SMD 17-21 tiene un paquete rectangular compacto. Las dimensiones clave (en mm) incluyen un tamaño típico del cuerpo de aproximadamente 1.6mm de largo y 0.8mm de ancho, con una altura de alrededor de 0.6mm. Las dimensiones exactas, incluida la ubicación de las almohadillas y tolerancias (±0.1mm a menos que se indique lo contrario), se proporcionan en el dibujo detallado del paquete. El cátodo está claramente marcado, lo cual es esencial para la orientación correcta durante el montaje. El tamaño pequeño requiere un diseño preciso de las almohadillas del PCB para garantizar una soldadura adecuada y estabilidad mecánica.

4.2 Embalaje y Manipulación

Los componentes se entregan en embalaje para dispositivos sensibles a la humedad (MSD). Se suministran en cinta portadora con relieve (paso de 8mm) enrollada en carretes de 7 pulgadas, con 3000 piezas por carrete. El embalaje incluye un desecante y está sellado dentro de una bolsa de aluminio a prueba de humedad. La etiqueta del carrete contiene información crítica: Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Parte del Fabricante (P/N), cantidad (QTY) y los códigos de bin específicos para Intensidad Luminosa (CAT), Cromaticidad (HUE) y Voltaje Directo (REF).

5. Guías de Soldadura y Montaje

La manipulación y soldadura adecuadas son cruciales para la fiabilidad de los componentes SMD.

5.1 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

El LED es sensible a la humedad (se implica una clasificación MSL). La bolsa no debe abrirse hasta que los componentes estén listos para su uso. Después de abrir, los LED no utilizados deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% de HR y usarse dentro de las 168 horas (7 días). Si se excede este plazo o el desecante indica saturación, se requiere un horneado a 60±5°C durante 24 horas antes de su uso para eliminar la humedad absorbida y prevenir el efecto "palomita de maíz" durante la soldadura por reflujo.

5.2 Proceso de Soldadura

Soldadura por Reflujo:Se especifica un perfil de reflujo sin plomo con una temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 10 segundos. El componente no debe someterse a más de dos ciclos de reflujo. Debe evitarse el estrés en el cuerpo del LED durante el calentamiento.

Soldadura Manual:Si es necesario, se puede realizar soldadura manual con una temperatura de punta del soldador ≤350°C durante ≤3 segundos por terminal, utilizando un soldador de baja potencia (≤25W). Se recomienda un intervalo de enfriamiento de >2 segundos entre terminales. La hoja de datos advierte enfáticamente que la soldadura manual a menudo conduce a daños.

Reparación:Se desaconseja la reparación después de la soldadura. Si es inevitable, se debe usar un soldador de doble punta especializado para calentar ambos terminales simultáneamente, evitando el estrés térmico en el chip. El impacto en las características del LED debe evaluarse de antemano.

6. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Retroiluminación:Ideal para grupos de instrumentos de tablero, interruptores de membrana, teclados y símbolos debido a su amplio ángulo de visión y distribución de luz uniforme.
• Indicadores de Estado:Perfecto para luces de estado de energía, conectividad o función en equipos de telecomunicaciones (teléfonos, faxes), electrónica de consumo y controles industriales.
• Retroiluminación de LCD:Puede usarse para retroiluminación de borde o directa en pantallas LCD pequeñas monocromáticas o en color.
• Indicación de Propósito General:Cualquier aplicación que requiera una luz indicadora blanca brillante, compacta y confiable.

6.2 Consideraciones de Diseño Críticas

1. La Limitación de Corriente es Obligatoria:Un LED es un dispositivo controlado por corriente. Siempre se debe usar una resistencia en serie para establecer la corriente directa. La hoja de datos advierte que sin ella, un pequeño cambio en el voltaje de alimentación puede causar un cambio grande y destructivo en la corriente. El valor de la resistencia se calcula usando la Ley de Ohm: R = (V_alimentación - VF_LED) / I_deseada. Siempre use el VF máximo del bin o de la hoja de datos para un diseño conservador.
2. Gestión Térmica:Aunque el paquete es pequeño, la disipación de potencia (hasta 40mW) genera calor. Para operación continua a corrientes altas (cerca de 10mA), asegúrese de que el PCB tenga un alivio térmico adecuado, especialmente si múltiples LED están agrupados. Las altas temperaturas de unión reducen la salida de luz y la vida útil.
3. Protección contra ESD:El dispositivo tiene una clasificación ESD HBM de 150V, que es relativamente baja. Se deben seguir las precauciones estándar contra ESD durante la manipulación y el montaje.
4. Diseño Óptico:El ángulo de visión de 150° y la resina difusora amarilla crean un haz suave y amplio. Para iluminación enfocada, se requerirían lentes externos o guías de luz. La resina difusora ayuda a lograr una apariencia uniforme cuando se usa detrás de un panel difusor.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

El paquete 17-21 se encuentra en una categoría de LED SMD muy pequeños. Sus diferenciadores clave son su combinación de una intensidad luminosa relativamente alta (hasta 180 mcd) dentro de una huella extremadamente pequeña (1.6x0.8mm). En comparación con LED SMD más grandes (por ejemplo, 3528, 5050), ofrece un ahorro de espacio superior pero puede tener una salida de luz total o capacidad de manejo de potencia más baja. En comparación con LED de chip aún más pequeños, ofrece un manejo más fácil debido a su forma empaquetada y lente integrada. La clasificación explícita para intensidad, voltaje y cromaticidad proporciona un nivel de consistencia de rendimiento que es crítico para aplicaciones que requieren una apariencia uniforme, como matrices de retroiluminación.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Por qué la corriente directa está limitada a 10mA si puede manejar pulsos de 100mA?

R: La clasificación de 10mA es para operación continua, garantizando fiabilidad a largo plazo y manteniendo el rendimiento óptico especificado. La clasificación de pulso de 100mA es para duraciones cortas (por ejemplo, 0.1ms cada 1ms). La operación continua a alta corriente aumenta la temperatura de la unión, causando una degradación acelerada del fósforo y el semiconductor, lo que lleva a un atenuamiento prematuro o falla.

P: ¿Cómo elijo la resistencia limitadora de corriente correcta?

R: Use la fórmula R = (V_alimentación - VF) / IF. Para una alimentación de 5V y una corriente objetivo de 5mA, usando el VF máximo de 3.1V por seguridad: R = (5 - 3.1) / 0.005 = 380 Ohmios. El valor estándar más cercano (390 Ohmios) sería una buena opción. Siempre verifique la clasificación de potencia de la resistencia: P = I^2 * R.

P: ¿Puedo alimentar este LED directamente desde un pin GPIO de un microcontrolador?

R: Posiblemente, pero con precaución. Un pin GPIO típico puede suministrar/absorber 20-25mA. Debe incluir una resistencia en serie. Además, asegúrese de que el voltaje de salida del microcontrolador sea lo suficientemente alto para superar el VF del LED (2.7-3.1V). Un microcontrolador de 3.3V puede funcionar en el extremo inferior del rango de VF, pero una alimentación de 5V es más confiable. Nunca conecte el LED directamente entre el pin y tierra sin una resistencia.

P: ¿Qué significan "Sin Plomo" y "Libre de Halógenos" para mi aplicación?

R: "Sin Plomo" significa que los acabados soldables no contienen plomo, cumpliendo con regulaciones ambientales como RoHS. "Libre de Halógenos" (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) significa que el material de empaquetado plástico contiene halógenos mínimos, lo que reduce la emisión de humos tóxicos si el dispositivo se expone a calor extremo o fuego, mejorando los perfiles ambientales y de seguridad.

9. Caso Práctico de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de un teclado retroiluminado para un dispositivo médico.

El diseño requiere 12 luces indicadoras blancas detrás de teclas de goma de silicona. El espacio es extremadamente limitado en el PCB de doble cara. Se selecciona el LED 17-21 por su huella mínima. El diseñador elige el bin de intensidad luminosa R2 para garantizar una buena visibilidad en un entorno bien iluminado. Todos los LED se especifican del mismo bin de VF (por ejemplo, 30) para promover un brillo uniforme cuando se conectan en una configuración paralela impulsada por una sola resistencia limitadora de corriente por rama paralela (no una sola resistencia para los 12). El diseño del PCB coloca las almohadillas de alivio térmico según el dibujo de la hoja de datos. Se instruye a la casa de montaje para que siga el perfil de reflujo especificado y mantenga los componentes en su bolsa sellada hasta el momento previo a la colocación. Después del montaje, el amplio ángulo de visión de 150° garantiza que cada tecla esté uniformemente iluminada sin puntos calientes.

10. Principio de Funcionamiento y Tendencias Tecnológicas

10.1 Principio Básico de Funcionamiento

Este es un LED blanco convertido por fósforo. El núcleo es un chip semiconductor hecho de Nitruro de Galio e Indio (InGaN) que emite luz en el espectro azul o ultravioleta cercano cuando está polarizado directamente (electroluminiscencia). Esta luz primaria es luego absorbida por una capa de fósforo —un fósforo emisor de amarillo en este caso, suspendido en el encapsulante de resina difusora. El fósforo re-emite luz en longitudes de onda más largas (amarillo). La combinación de la luz azul no convertida del chip y la luz amarilla convertida del fósforo resulta en la percepción de luz "blanca". El tono exacto (blanco frío, blanco puro, blanco cálido) está determinado por la composición y la cantidad de fósforo utilizado, lo cual se controla durante la fabricación para alcanzar los bins de cromaticidad especificados.

10.2 Tendencias Tecnológicas Objetivas

La tendencia general en la tecnología de LED SMD continúa hacia varios objetivos clave:Mayor Eficiencia (lm/W):Mejorar la salida de luz por unidad de potencia eléctrica de entrada, reduciendo el consumo de energía y la carga térmica.Mayor Fiabilidad y Vida Útil:Mejorar materiales y empaquetado para soportar temperaturas más altas y más horas de operación con una depreciación mínima del flujo luminoso.Mejor Consistencia y Reproducción del Color:Tolerancias de clasificación más estrictas y el desarrollo de fósforos que ofrecen valores más altos de Índice de Reproducción Cromática (CRI) para una luz blanca de apariencia más natural.Mayor Miniaturización:El desarrollo de huellas de paquete aún más pequeñas manteniendo o aumentando la salida de luz.Soluciones Integradas:El crecimiento de LED con reguladores de corriente integrados, controladores o múltiples chips en un solo paquete para simplificar el diseño del circuito. El LED 17-21 representa un punto maduro y rentable en esta evolución continua, optimizado para un rendimiento confiable en aplicaciones de alto volumen con espacio limitado.