Especificación del LED SMD 15-21/S2C-AQ2R2B/2T - Naranja Brillante - 20mA - 60mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El 15-21/S2C-AQ2R2B/2T es un LED de montaje superficial (SMD) que utiliza tecnología de semiconductor de AlGaInP (Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio) para emitir un color Naranja Brillante. Este componente está diseñado para aplicaciones de PCB de alta densidad donde el espacio y el peso son limitaciones críticas. Su factor de forma compacto permite reducciones significativas en el tamaño de la placa y las dimensiones del equipo en comparación con los LEDs tradicionales de tipo con pines.

El LED se suministra en cinta de 8 mm enrollada en un carrete de 7 pulgadas de diámetro, lo que lo hace totalmente compatible con equipos de montaje automático pick-and-place. Es de tipo monocromático, cumple con las regulaciones libres de plomo, RoHS, REACH de la UE y sin halógenos (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). El dispositivo es adecuado para procesos de soldadura por reflujo tanto infrarrojos como de fase de vapor.

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 bajo estas condiciones.

• Tensión Inversa (VR):5 V. Exceder esta tensión en polarización inversa puede causar ruptura de la unión.
• Corriente Directa Continua (IF):25 mA. La corriente continua máxima para un funcionamiento fiable.
• Corriente Directa de Pico (IFP):60 mA. Esto solo es permisible bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 a 1 kHz. No debe usarse para operación continua.
• Disipación de Potencia (Pd):60 mW. La potencia máxima que el encapsulado puede disipar a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Este valor se reduce al aumentar la temperatura.
• Descarga Electroestática (ESD) Modelo Cuerpo Humano (HBM):2000 V. Esto indica la sensibilidad del dispositivo a la electricidad estática. Son obligatorios los procedimientos de manipulación ESD adecuados.
• Temperatura de Operación (Topr):-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente en el que se especifica que opera el dispositivo.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-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 un máximo de 3 segundos por terminal.

2.2 Características Electro-Ópticas

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

• Intensidad Luminosa (Iv):Varía desde 90.0 mcd (mínimo) hasta 180.0 mcd (máximo), con una tolerancia típica de ±11%. Esta es el brillo percibido de la fuente de luz.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):Típicamente 130 grados. Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa es la mitad de la intensidad a 0 grados (en el eje).
• Longitud de Onda de Pico (λp):Típicamente 611 nm. La longitud de onda a la que la distribución espectral de potencia es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λd):Varía desde 600.5 nm hasta 612.5 nm. Esta es la longitud de onda única que mejor coincide con el color percibido del LED, con una tolerancia de ±1 nm.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):Típicamente 17 nm. El ancho del espectro a la mitad de la intensidad máxima (FWHM).
• Tensión Directa (VF):Varía desde 1.75 V (mínimo) hasta 2.35 V (máximo) a 20 mA, con una tolerancia de ±0.1V.
• Corriente Inversa (IR):Máximo 10 μA cuando se aplica una tensión inversa (VR) de 5V. El dispositivo no está diseñado para operar en polarización inversa.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los LEDs se clasifican en lotes (bins) según parámetros clave. El número de parte 15-21/S2C-AQ2R2B/2T contiene códigos de lote (A, Q2, R2, B).

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Los LEDs se categorizan por su intensidad luminosa medida a IF=20mA.

• Lote Q2:90.0 mcd a 112.0 mcd
• Lote R1:112.0 mcd a 140.0 mcd
• Lote R2:140.0 mcd a 180.0 mcd

El "R2" en el número de parte indica que este dispositivo pertenece al lote de mayor brillo de esta serie.

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Los LEDs se clasifican por su longitud de onda dominante para controlar el tono de color.

• Lote D8:600.5 nm a 603.5 nm
• Lote D9:603.5 nm a 606.5 nm
• Lote D10:606.5 nm a 609.5 nm
• Lote D11:609.5 nm a 612.5 nm

La "A" en el número de parte probablemente corresponde a uno de estos lotes de longitud de onda (por ejemplo, D10 o D11 para un naranja típico).

3.3 Clasificación por Tensión Directa

La clasificación por tensión directa ayuda a diseñar circuitos de excitación de corriente consistentes.

• Lote 0:1.75 V a 1.95 V
• Lote 1:1.95 V a 2.15 V
• Lote 2:2.15 V a 2.35 V

La "B" en el número de parte indica el lote de tensión directa.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que son cruciales para comprender el comportamiento del LED bajo diferentes condiciones de operación.

4.1 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Esta curva muestra que la salida de luz no es proporcional linealmente a la corriente. Aumenta de forma sub-lineal a corrientes más altas debido a la caída de eficiencia y efectos térmicos. Operar significativamente por encima de los 20mA recomendados puede producir rendimientos decrecientes en brillo y reducir la vida útil.

4.2 Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

La intensidad luminosa disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Esta es una característica de los LEDs semiconductores. La curva permite a los diseñadores estimar la pérdida de brillo en entornos de temperatura elevada, lo cual es crítico para aplicaciones como los cuadros de instrumentos de automóviles.

4.3 Curva de Reducción de Corriente Directa

Este gráfico define la corriente directa continua máxima permitida en función de la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura, la corriente máxima debe reducirse para mantenerse dentro de los límites de disipación de potencia del dispositivo y evitar la fuga térmica.

4.4 Tensión Directa vs. Corriente Directa

Esta curva IV (Corriente-Tensión) muestra la relación exponencial típica de un diodo. La tensión aumenta logarítmicamente con la corriente. La curva es esencial para diseñar la resistencia limitadora de corriente o el controlador de corriente constante.

4.5 Diagrama de Radiación y Distribución Espectral

El diagrama de radiación (gráfico polar) representa visualmente el ángulo de visión de 130 grados. El gráfico de distribución espectral confirma la naturaleza monocromática del LED de AlGaInP, mostrando un único pico alrededor de 611 nm con un FWHM típico de 17 nm.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED SMD 15-21 tiene un encapsulado rectangular compacto. Las dimensiones clave (en mm, tolerancia ±0.1mm a menos que se indique) incluyen la longitud, anchura y altura totales. La hoja de datos proporciona un dibujo detallado que muestra la ubicación del chip, la forma de la lente y el marco de pines. Una marca de cátodo está claramente indicada en el encapsulado para la correcta orientación de polaridad durante el montaje.

5.2 Identificación de Polaridad

La polaridad correcta es esencial. Aplicar una tensión inversa superior a 5V puede dañar instantáneamente el LED. El encapsulado presenta un identificador de cátodo distintivo (típicamente un punto verde, una muesca o una esquina biselada) como se muestra en el dibujo de dimensiones. Los diseñadores deben asegurarse de que la huella en el PCB coincida con esta orientación.

6. Pautas de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se especifica un perfil de reflujo sin plomo:

• Precalentamiento:150–200°C durante 60–120 segundos.
• Tiempo por Encima del Líquido (TAL):Por encima de 217°C durante 60–150 segundos.
• Temperatura Máxima:Máximo de 260°C, mantenida durante un máximo de 10 segundos.
• Tasa de Calentamiento:Máximo 6°C/seg.
• Tiempo por Encima de 255°C:Máximo 30 segundos.
• Tasa de Enfriamiento:Máximo 3°C/seg.

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 requiere extremo cuidado:

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

La soldadura manual conlleva un alto riesgo de daño térmico.

6.3 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Los LEDs se envasan en una bolsa barrera resistente a la humedad con desecante.

• No abra la bolsa hasta que esté listo para su uso.
• Después de abrir, los LEDs no utilizados deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% de Humedad Relativa.
• La "vida útil en planta" después de abrir la bolsa es de 168 horas (7 días).
• Si se excede el tiempo de exposición o el indicador de desecante ha cambiado de color, se requiere un secado a 60 ±5°C durante 24 horas antes del reflujo para evitar daños por "efecto palomita" durante la soldadura.

6.4 Precauciones Críticas

• Limitación de Corriente:Una resistencia limitadora de corriente externa es OBLIGATORIA. La característica exponencial V-I del LED significa que un pequeño cambio de tensión provoca un gran cambio de corriente, lo que lleva a una quemadura inmediata sin una resistencia.
• Esfuerzo Mecánico:Evite aplicar esfuerzo al cuerpo del LED durante la soldadura o en la aplicación final. No deforme el PCB después del montaje.
• Reparación:Se desaconseja encarecidamente la reparación después de la soldadura. Si es absolutamente necesario, use un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y levantar el componente de manera uniforme para evitar daños en las almohadillas. Verifique la funcionalidad del LED después de cualquier intento de reparación.

7. Información de Envasado y Pedido

7.1 Especificaciones de Carrete y Cinta

El dispositivo se suministra en cinta portadora con relieve en un carrete de 7 pulgadas (178mm) de diámetro.

• Ancho de la Cinta Portadora:8 mm.
• Paso de los Alvéolos:Según el dibujo detallado de dimensiones.
• Cantidad por Carrete:2000 piezas.

Se proporcionan dibujos detallados del carrete, la cinta portadora y las dimensiones de la cinta de cubierta con tolerancias de ±0.1mm a menos que se especifique.

7.2 Explicación de la Etiqueta

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

• CPN:Número de Producto del Cliente.
• P/N:Número de Producto del Fabricante (ej., 15-21/S2C-AQ2R2B/2T).
• QTY:Cantidad de Embalaje.
• CAT:Rango de Intensidad Luminosa (ej., R2).
• HUE:Rango de Cromaticidad/Longitud de Onda Dominante (ej., A).
• REF:Rango de Tensión Directa (ej., B).
• LOT No:Número de Lote de Fabricación para trazabilidad.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Interior Automotriz:Iluminación de fondo para instrumentos del tablero, interruptores y paneles de control.
• Equipos de Telecomunicaciones:Indicadores de estado e iluminación de fondo de teclados en teléfonos y máquinas de fax.
• Electrónica de Consumo:Iluminación de fondo plana para pantallas LCD pequeñas, iluminación de interruptores e indicadores simbólicos.
• Uso General como Indicador:Cualquier aplicación que requiera un indicador de estado naranja, compacto y brillante.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Excitación:Siempre use una resistencia en serie o un controlador de corriente constante. Calcule el valor de la resistencia usando R = (Vfuente - VF) / IF, donde VF debe elegirse del valor máximo del lote (2.35V) para un diseño robusto.
• Gestión Térmica:Aunque el encapsulado es pequeño, asegure un área de cobre de PCB adecuada o vías térmicas si opera cerca de la corriente máxima o en altas temperaturas ambientales, ya que el calor reduce la salida de luz y la vida útil.
• Diseño Óptico:El ángulo de visión de 130 grados proporciona un haz amplio. Para una luz más enfocada, pueden requerirse lentes externos o guías de luz.
• Protección ESD:Implemente protección ESD en las líneas de entrada si el LED está en una ubicación accesible para el usuario, aunque el dispositivo tenga una clasificación HBM de 2kV.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs antiguos de orificio pasante o los encapsulados SMD más grandes, el 15-21 ofrece ventajas distintivas:

• Tamaño y Peso:Su huella miniatura permite una mayor densidad de empaquetado y productos finales más ligeros, crucial para dispositivos portátiles y miniaturizados.
• Compatibilidad con Automatización:El envasado en cinta y carrete está optimizado para el montaje automatizado de alta velocidad, reduciendo los costos de fabricación.
• Rendimiento:El uso de material AlGaInP proporciona una alta eficiencia luminosa en el rango espectral naranja/rojo en comparación con tecnologías más antiguas.
• Cumplimiento Normativo:El cumplimiento total con las regulaciones ambientales modernas (RoHS, Sin Halógenos, REACH) está integrado, simplificando el proceso de cumplimiento para los productos finales.

Una consideración potencial es el rendimiento térmico; el tamaño muy pequeño puede limitar la disipación de calor en comparación con encapsulados más grandes con mayor masa térmica.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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

Usando la tensión directa máxima (2.35V) del Lote 2 y la corriente recomendada (20mA): R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 Ohmios. El valor estándar más cercano de 130 Ohmios o 150 Ohmios sería apropiado. Siempre verifique la corriente real en el circuito.

10.2 ¿Puedo excitar este LED a 30mA para obtener más brillo?

No. El Valor Máximo Absoluto para la corriente directa continua (IF) es 25 mA. Operar a 30 mA excede esta especificación, lo que reducirá significativamente la fiabilidad y la vida útil, y puede causar una falla inmediata. Use la corriente de pico (60mA pulsada) solo para ciclos de trabajo muy cortos si es necesario.

10.3 ¿Por qué cae el brillo cuando la placa se calienta?

Esta es una característica fundamental de los semiconductores LED, como se muestra en la curva "Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente". El aumento de la temperatura incrementa la recombinación no radiativa dentro del semiconductor, reduciendo la eficiencia. Un diseño térmico adecuado mitiga este efecto.

10.4 La bolsa se abrió hace un mes. ¿Aún puedo usar los LEDs?

No sin precaución. El nivel de sensibilidad a la humedad requiere su uso dentro de las 168 horas (7 días) posteriores a la apertura de la bolsa. Si se excede, debe secar los LEDs a 60°C durante 24 horas antes de someterlos a soldadura por reflujo para eliminar la humedad absorbida y prevenir la delaminación interna durante el proceso de soldadura a alta temperatura.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Panel de Indicadores de Estado
Un diseñador está creando un panel de control con 20 indicadores de estado naranja. Elige el 15-21/S2C-AQ2R2B/2T por su brillo (lote R2) y tamaño compacto.

1. Diseño del Circuito:Se utiliza un bus común de 5V. Usando un VF conservador de 2.35V, se selecciona una resistencia limitadora de corriente de 150 ohmios para cada LED, resultando en una corriente de ~17.7mA, seguramente por debajo del máximo de 25mA.
2. Diseño del PCB:La huella compacta permite que los 20 LEDs quepan en una sola fila. La marca de cátodo en la huella está claramente alineada con el dibujo del encapsulado para evitar errores de montaje.
3. Fabricación:El envasado en cinta y carrete permite al ensamblador de PCB usar máquinas pick-and-place automáticas, asegurando una colocación rápida, precisa y fiable de los 20 componentes.
4. Resultado:El panel tiene indicadores naranja brillantes y uniformes con color consistente (gracias a la clasificación por longitud de onda) y brillo (gracias a la clasificación por intensidad), fabricados de manera eficiente y fiable.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LED 15-21 se basa en material semiconductor de AlGaInP (Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio). Cuando se aplica una tensión directa a través de la unión p-n, los electrones y huecos se inyectan en la región activa. Su recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación de AlGaInP determina la energía del bandgap, que define directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, naranja brillante (~611 nm). La lente de resina epoxi encapsula el dado semiconductor, proporciona protección mecánica y da forma al patrón de salida de luz para lograr el ángulo de visión especificado de 130 grados.

13. Tendencias de Desarrollo

La evolución de los LEDs SMD como el 15-21 sigue varias tendencias clave de la industria:

• Miniaturización:Reducción continua del tamaño del encapsulado (por ejemplo, de 0603 a 0402 a 0201 en tamaños métricos) para permitir dispositivos electrónicos cada vez más pequeños.
• Mayor Eficiencia:Mejoras continuas en el crecimiento epitaxial y el diseño del chip producen una mayor eficacia luminosa (más salida de luz por vatio eléctrico), reduciendo el consumo de energía y la carga térmica.
• Fiabilidad Mejorada:Las mejoras en los materiales de encapsulado y las tecnologías de unión del dado conducen a una mayor vida operativa y un mejor rendimiento en condiciones adversas (alta temperatura, humedad).
• Clasificación Avanzada (Binning):Tolerancias de clasificación más estrictas para el color (longitud de onda) y el flujo luminoso se están convirtiendo en estándar, impulsadas por aplicaciones que requieren alta consistencia de color, como pantallas a color completas y grupos de iluminación automotriz.
• Integración:Una tendencia hacia la integración de múltiples chips LED (RGB, o blanco + color) en un solo encapsulado, o la incorporación de CI de control para módulos de "LED inteligente".

Si bien el 15-21 representa una tecnología madura y fiable, los encapsulados más nuevos pueden ofrecer huellas más pequeñas o mayor eficiencia, pero los principios fundamentales de funcionamiento y las pautas clave de aplicación siguen siendo en gran medida consistentes.