Hoja de Datos Técnica del LED SMD 12-21 Rojo Profundo en Paquete 1206 - Dimensiones 3.2x1.6x1.1mm - Voltaje 1.75-2.35V - Potencia 60mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LED SMD 12-21 es un dispositivo compacto de montaje superficial diseñado para ensamblajes electrónicos de alta densidad. Utilizando tecnología de chip AlGaInP, emite una luz roja profunda con una longitud de onda dominante típica de 650 nm. Su principal ventaja radica en su huella significativamente reducida en comparación con los LED tradicionales con patillas, lo que permite la miniaturización de los productos finales. El componente se suministra en cinta de 8 mm dentro de carretes de 7 pulgadas, siendo totalmente compatible con equipos automatizados de alta velocidad de colocación y soldadura. Es un dispositivo monocromático, libre de plomo, conforme con las normas RoHS, REACH de la UE y libre de halógenos (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

El formato de paquete miniaturizado 1206 (aproximadamente 3.2mm x 1.6mm) permite diseños de placa de circuito impreso (PCB) más pequeños, mayor densidad de componentes y costos reducidos de almacenamiento y envío. Su construcción ligera lo hace ideal para aplicaciones portátiles y con limitaciones de espacio. Los mercados objetivo clave incluyen electrónica de consumo, controles industriales e interiores automotrices, específicamente para funciones de retroiluminación en cuadros de instrumentos, paneles de interruptores y teclados de membrana. También es adecuado para indicadores de estado en dispositivos de telecomunicaciones (por ejemplo, teléfonos, máquinas de fax) y aplicaciones de indicadores de propósito general.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los principales parámetros eléctricos, ópticos y térmicos definidos en la hoja de datos.

2.1 Valores Máximos Absolutos

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

• Voltaje Inverso (V_R):5V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar ruptura de la unión.
• Corriente Directa Continua (I_F):25 mA. La corriente continua que se puede aplicar de forma continua.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):60 mA (Ciclo de Trabajo 1/10, 1 kHz). Este valor es para operación pulsada, reduciendo la disipación de potencia promedio.
• Disipación de Potencia (P_d):60 mW a T_a=25°C. La pérdida de potencia máxima permitida, calculada como V_F* I_F. Este valor se reduce al aumentar la temperatura ambiente.
• Descarga Electroestática (ESD):2000V (Modelo de Cuerpo Humano). Indica una sensibilidad moderada a ESD; se requieren procedimientos de manejo adecuados.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:-40°C a +85°C (Operación), -40°C a +90°C (Almacenamiento). Especifica el rango ambiental para un funcionamiento confiable y almacenamiento sin operación.
• Temperatura de Soldadura:Reflujo: 260°C de pico durante 10 segundos máximo. Soldadura Manual: 350°C durante 3 segundos máximo por terminal. Crítico para el control del proceso de ensamblaje.

2.2 Características Electro-Ópticas

Medidas a T_a=25°C e I_F=20 mA, estos son los parámetros de rendimiento típicos.

• Intensidad Luminosa (I_v):28.5 a 72.0 mcd (milicandelas). El brillo percibido del LED. El amplio rango se gestiona mediante un sistema de clasificación (ver Sección 3).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):120 grados (típico). Este ángulo amplio proporciona un patrón de emisión ancho adecuado para retroiluminación y aplicaciones de indicadores difusos.
• Longitud de Onda de Pico (λ_p):650 nm (típico). La longitud de onda a la que la distribución espectral de potencia es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):629.5 a 645.5 nm. Esta es la percepción de color del LED como una sola longitud de onda por el ojo humano, también gestionada mediante clasificación.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):20 nm (típico). El ancho del espectro emitido a la mitad de la intensidad máxima (FWHM).
• Voltaje Directo (V_F):1.75 a 2.35 V a I_F=20mA. La caída de voltaje a través del LED durante su funcionamiento. Un V_Fmás bajo puede mejorar la eficiencia del sistema.
• Corriente Inversa (I_R):10 μA máximo a V_R=5V. Una pequeña corriente de fuga cuando el dispositivo está polarizado inversamente.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los LED se clasifican en lotes (bins). El LED 12-21 utiliza tres criterios de clasificación independientes.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Los LED se categorizan en cuatro lotes (N1, N2, P1, P2) según su intensidad luminosa medida a 20mA. Esto permite a los diseñadores seleccionar un grado de brillo adecuado para su aplicación, asegurando una apariencia uniforme en matrices de múltiples LED.

• Lote N1:28.5 - 36.0 mcd
• Lote N2:36.0 - 45.0 mcd
• Lote P1:45.0 - 57.0 mcd
• Lote P2:57.0 - 72.0 mcd

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

La consistencia del color se controla clasificando la longitud de onda dominante en cuatro códigos (E7, E8, E9, E10). Esto es crucial para aplicaciones donde se requiere una coincidencia de color precisa.

• Lote E7:629.5 - 633.5 nm
• Lote E8:633.5 - 637.5 nm
• Lote E9:637.5 - 641.5 nm
• Lote E10:641.5 - 645.5 nm

3.3 Clasificación por Voltaje Directo

El voltaje directo se clasifica para ayudar en el cálculo de la resistencia limitadora de corriente y para gestionar la disipación de potencia en cadenas en serie. Se definen tres lotes (0, 1, 2).

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

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque no se detallan gráficos específicos en el texto proporcionado, las curvas de rendimiento típicas para un LED de este tipo incluirían las siguientes relaciones, críticas para el diseño:

• Curva I-V (Corriente-Voltaje):Muestra la relación exponencial entre el voltaje directo y la corriente. El voltaje de rodilla está alrededor de 1.8V. Una resistencia limitadora de corriente es obligatoria, ya que un ligero aumento en el voltaje más allá de V_Fcausa un gran aumento, potencialmente destructivo, en la corriente.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:La intensidad aumenta aproximadamente de forma lineal con la corriente hasta el valor máximo nominal. Operar por encima de I_F=20mA aumenta el brillo pero también la disipación de potencia y la temperatura de unión.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:La intensidad típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente debido a la reducción de la eficiencia cuántica interna y otros efectos térmicos. Esta es una consideración clave para entornos de alta temperatura.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa vs. longitud de onda, que muestra un pico alrededor de 650nm con un FWHM de ~20nm, confirmando el punto de color rojo profundo.
• Voltaje Directo vs. Temperatura: V_Ftiene un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Esto puede afectar la estabilidad de la conducción a corriente constante.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones y Dibujo del Paquete

El LED se ajusta a una huella estándar SMD 1206 (3216 métrico). Las dimensiones clave (en mm, tolerancia ±0.1mm a menos que se especifique) incluyen: longitud total (3.2), ancho (1.6) y altura (1.1). El dibujo especifica la marca de identificación del cátodo, típicamente una franja verde o una esquina achaflanada en el paquete. Las dimensiones recomendadas del patrón de soldadura (pad) en el PCB son cruciales para una soldadura confiable y suelen ser ligeramente más grandes que los terminales del dispositivo para formar un filete adecuado.

5.2 Identificación de Polaridad

La orientación correcta es vital. El cátodo está marcado en el dispositivo. Se debe consultar el diagrama de la hoja de datos para identificar esta marca (por ejemplo, una banda de color, una muesca). Una polaridad incorrecta impedirá que el LED se ilumine y aplicar un voltaje inverso superior a 5V puede dañarlo.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El LED es compatible con reflujo por infrarrojos y por fase de vapor. Se especifica un perfil de temperatura sin plomo:

• Precalentamiento:150-200°C durante 60-120 segundos. Calentamiento gradual para minimizar el choque térmico.
• Tiempo por Encima del Líquido (217°C):60-150 segundos.
• Temperatura de Pico:260°C máximo, mantenida por no más de 10 segundos.
• Tasa Máxima de Calentamiento:3°C/segundo.
• Tasa Máxima de Enfriamiento:6°C/segundo.

Nota Crítica:La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces para evitar un estrés térmico excesivo en el paquete y las conexiones internas.

6.2 Instrucciones para Soldadura Manual

Si es necesaria una reparación manual:

• Use un soldador con una temperatura de punta < 350°C.
• Aplique calor a cada terminal durante < 3 segundos.
• Use un soldador con una potencia nominal < 25W.
• Permita un intervalo mínimo de 2 segundos entre soldar cada terminal.
• Para la extracción, se recomienda un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y evitar estrés mecánico.

La soldadura manual conlleva un mayor riesgo de daño térmico y debe evitarse en producción.

6.3 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

El dispositivo se envasa en una bolsa resistente a la humedad con desecante.

• Antes de Abrir:Almacene a ≤30°C y ≤90% HR.
• Después de Abrir (Vida Útil en Planta):1 año a ≤30°C y ≤60% HR. Los dispositivos no utilizados deben volver a sellarse en una bolsa a prueba de humedad.
• Horneado:Si el indicador de desecante cambia de color o se excede el tiempo de almacenamiento, hornee a 60 ±5°C durante 24 horas antes de usar para eliminar la humedad absorbida y prevenir el "efecto palomita" durante el reflujo.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de Embalaje

Los LED se suministran en cinta portadora con relieve en carretes de 7 pulgadas de diámetro. Cada carrete contiene 2000 piezas. Las dimensiones de la cinta (tamaño del bolsillo, paso) se especifican para garantizar la compatibilidad con alimentadores automáticos. El carrete tiene dimensiones específicas de núcleo, brida y exterior para montaje en máquinas de colocación.

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 completo (por ejemplo, 12-21/R8C-AN1P2B/2D).
• Cantidad:Cantidad en el carrete.
• CAT (o Rango de Intensidad Luminosa):El código del lote de intensidad (por ejemplo, P1).
• HUE (Rango de Cromaticidad/Longitud de Onda):El código del lote de longitud de onda dominante (por ejemplo, E9).
• REF (Rango de Voltaje Directo):El código del lote de voltaje (por ejemplo, 1).
• Nº de Lote:Número de lote de fabricación para seguimiento de calidad.

8. Recomendaciones de Diseño para Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El método de control más común es una resistencia limitadora de corriente en serie. El valor de la resistencia (R_s) se calcula usando la Ley de Ohm: R_s= (V_fuente- V_F) / I_F. Usar el V_Fmáximo del lote (por ejemplo, 2.35V para el Lote 2) asegura suficiente corriente incluso con la peor variación del LED. Para una fuente de 5V e I_F=20mA: R_s= (5 - 2.35) / 0.02 = 132.5Ω. Una resistencia estándar de 130Ω o 150Ω sería adecuada. La potencia nominal de la resistencia debe ser al menos (I_F²* R_s).

8.2 Consideraciones y Precauciones de Diseño

• La Limitación de Corriente es Obligatoria:Como se enfatiza en las "Precauciones", se requiere absolutamente un mecanismo externo de limitación de corriente (resistencia o controlador de corriente constante). Conectar directamente a una fuente de voltaje destruirá el LED.
• Gestión Térmica:Aunque un solo LED disipa solo ~60mW, las matrices de alta densidad o la operación a altas temperaturas ambiente requieren atención al diseño del PCB para la disipación de calor. Evite colocarlo cerca de otras fuentes de calor.
• Protección contra ESD:Implemente procedimientos de manejo seguros contra ESD durante el ensamblaje. La protección contra ESD a nivel de circuito puede ser necesaria en entornos sensibles.
• Diseño Óptico:El ángulo de visión de 120 grados proporciona una cobertura amplia. Para luz enfocada, se requerirían ópticas secundarias (lentes). El paquete de resina transparente es adecuado para aplicaciones donde el color del chip es aceptable o cuando se usa con difusores externos.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED rojos antiguos de orificio pasante (por ejemplo, 3mm, 5mm), el LED SMD 12-21 ofrece:

• Reducción de Tamaño:Huella y perfil drásticamente más pequeños, permitiendo diseños modernos miniaturizados.
• Compatibilidad con Automatización:Diseñado para ensamblaje de montaje superficial de alto volumen y bajo costo.
• Fiabilidad Mejorada:Los paquetes SMD a menudo tienen mejores rutas térmicas hacia el PCB y no tienen patillas dobladas que puedan causar estrés.
• En comparación con otros LED rojos SMD (por ejemplo, los que usan InGaN para el rojo), la tecnología AlGaInP generalmente ofrece mayor eficiencia y un color más saturado en el espectro rojo/ámbar.

Su principal desventaja es la necesidad de procesos de fabricación y ensamblaje de PCB más precisos en comparación con los componentes de orificio pasante.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

10.1 ¿Qué resistencia debo usar con una fuente de 3.3V?

Usando el V_Fmáximo de 2.35V y el I_Fobjetivo de 20mA: R = (3.3 - 2.35) / 0.02 = 47.5Ω. Use una resistencia estándar de 47Ω. Verifique la corriente: I = (3.3 - 2.0[típico]) / 47 ≈ 27.7mA, que está por encima del valor nominal continuo de 25mA. Para mayor seguridad, elija una resistencia de 68Ω: I = (3.3 - 2.0) / 68 ≈ 19.1mA, que está dentro de las especificaciones.

10.2 ¿Puedo controlar este LED con una señal PWM para regular el brillo?

Sí. La Modulación por Ancho de Pulso (PWM) es un método excelente para atenuar LED. Asegúrese de que la corriente de pico en cada pulso no exceda los valores máximos absolutos (I_FP= 60mA para pulsos con ciclo de trabajo del 10%). La frecuencia debe ser lo suficientemente alta para evitar parpadeo visible (típicamente >100Hz).

10.3 ¿Por qué es tan importante la información de almacenamiento y horneado?

Los paquetes plásticos 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 deslaminar el paquete o agrietar el chip ("efecto palomita"). Las condiciones de almacenamiento y el procedimiento de horneado previenen este modo de fallo.

10.4 ¿Cómo interpreto los códigos de clasificación al hacer un pedido?

Para una apariencia consistente en un producto, especifique los lotes deseados para Intensidad Luminosa (CAT), Longitud de Onda Dominante (HUE) y, opcionalmente, Voltaje Directo (REF). Por ejemplo, solicitar "CAT=P1, HUE=E9" asegura que todos los LED tendrán un brillo similar y un tono muy específico de rojo profundo. Si no se especifica, puede recibir una mezcla de la producción.

11. Ejemplos Prácticos de Aplicación

11.1 Retroiluminación de Interruptores del Salpicadero de un Automóvil

En esta aplicación, múltiples LED 12-21 se colocan detrás de tapas de interruptores translúcidas o símbolos en un salpicadero. El amplio ángulo de visión de 120 grados asegura una iluminación uniforme en todo el símbolo. Normalmente se controlan en cadenas paralelas, cada una con su propia resistencia limitadora de corriente, desde el sistema de 12V del vehículo (a través de un regulador de voltaje). El rango de operación de -40°C a +85°C es adecuado para el entorno interior automotriz. La consistencia en la longitud de onda (lote HUE) es crítica aquí para igualar el color de otras luces interiores.

11.2 Indicador de Estado en un Router de Red

Un solo LED puede usarse para indicar alimentación o actividad de red. Es controlado por un pin GPIO de un microcontrolador. El circuito incluye una resistencia en serie (calculada para la salida de 3.3V o 5V del MCU) y posiblemente un transistor si el pin del MCU no puede suministrar 20mA directamente. El color rojo profundo es altamente visible. El paquete SMD permite colocarlo muy cerca de una pequeña ventana indicadora en la carcasa del router.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LED 12-21 es un dispositivo fotónico semiconductor. Su núcleo es un chip hecho de materiales AlGaInP (Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio). Cuando se aplica un voltaje directo que excede el potencial de unión del diodo (∼1.8V), los electrones y huecos se inyectan en la región activa donde se recombinan. En este sistema de materiales, una porción significativa de esta energía de recombinación se libera como fotones (luz) en lugar de calor. La composición específica de las capas de AlGaInP determina la energía de la banda prohibida, que define directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, rojo profundo alrededor de 650 nm. El paquete de resina epoxi transparente encapsula el chip, proporciona protección mecánica y actúa como una lente primaria que da forma a la salida de luz en el patrón de 120 grados.

13. Tendencias y Contexto Tecnológico

El LED SMD 1206 representa una tecnología de empaquetado madura y ampliamente adoptada. Las tendencias actuales en el empaquetado de LED se mueven hacia huellas aún más pequeñas (por ejemplo, 0805, 0603, 0402) para ultra-miniaturización y matrices de mayor densidad. También hay una fuerte tendencia hacia paquetes a escala de chip (CSP) que eliminan el paquete plástico tradicional para un tamaño mínimo y un rendimiento térmico óptimo. Para la emisión roja, aunque AlGaInP sigue siendo altamente eficiente, continúan los desarrollos en LED convertidos por fósforo y nuevos materiales semiconductores. Además, la integración de electrónica de control (por ejemplo, controladores de corriente constante, controladores PWM) directamente en el paquete del LED ("LED inteligentes") se está volviendo más común para aplicaciones de iluminación avanzadas. El LED 12-21 se sitúa en un segmento bien establecido y optimizado en costos del mercado, valorado por su fiabilidad, simplicidad y compatibilidad con los procesos SMT estándar.

14. Descargo de Responsabilidad sobre Restricciones de Aplicación

Este producto está diseñado para aplicaciones comerciales e industriales generales. No está específicamente calificado o garantizado para su uso en sistemas de alta fiabilidad o críticos para la seguridad, tales como:

• Equipos militares o aeroespaciales
• Sistemas de seguridad automotriz (por ejemplo, luces de freno, controles de airbag)
• Equipos médicos de soporte vital

En tales aplicaciones, se requieren productos diferentes con rangos de temperatura extendidos, pruebas de fiabilidad mejoradas y diferentes flujos de calificación. Las especificaciones en este documento garantizan el rendimiento solo dentro de los límites establecidos y para el componente como una unidad individual. El rendimiento y la fiabilidad a nivel de sistema son responsabilidad del diseñador del producto final.