Hoja de Especificaciones Técnicas de LED SMD Amarillo Difuso AlInGaP - Ángulo de Visión de 120 Grados - Voltaje Directo 1.8-2.4V - Disipación de Potencia 72mW

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un diodo emisor de luz (LED) de montaje superficial (SMD) que utiliza un material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) para producir una salida de luz amarilla difusa. Diseñado para el ensamblaje automatizado de placas de circuito impreso (PCB), este componente se caracteriza por su tamaño miniatura, lo que lo hace adecuado para aplicaciones con espacio limitado en una amplia gama de equipos electrónicos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas principales de este LED incluyen su cumplimiento con las directivas de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS), compatibilidad con equipos automatizados pick-and-place y adecuación para procesos de soldadura por reflujo infrarrojo (IR). Se suministra en cinta estándar de la industria de 8 mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro, facilitando la fabricación en volumen. El dispositivo está preacondicionado según los estándares de sensibilidad a la humedad JEDEC Nivel 3. Sus aplicaciones objetivo abarcan infraestructura de telecomunicaciones, equipos de automatización de oficinas, electrodomésticos, paneles de control industrial y señalización interior. Los usos específicos incluyen indicadores de estado, iluminación simbólica y retroiluminación de paneles frontales.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Una comprensión integral de los límites operativos del dispositivo y su rendimiento en condiciones estándar es crítica para un diseño de circuito confiable.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación en o bajo estos límites. Todos los valores se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Disipación de Potencia (Pd):72 mW. Esta es la potencia máxima que el dispositivo puede disipar en forma de calor.
• Corriente Directa Pico (I_F(pico)):80 mA. Esta corriente es permisible solo en condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1 ms.
• Corriente Directa Continua (I_F):30 mA DC. Esta es la corriente máxima recomendada para operación continua.
• Rango de Temperatura de Operación:-40°C a +85°C.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-40°C a +100°C.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento típico del dispositivo en condiciones normales de operación, medidos a Ta=25°C y una corriente de prueba (I_F) de 20mA, a menos que se indique lo contrario.

• Intensidad Luminosa (I_V):Varía desde un mínimo de 140.0 mcd hasta un máximo de 450.0 mcd. El valor típico se encuentra dentro de este rango. La intensidad se mide utilizando una combinación de sensor y filtro que se aproxima a la curva de respuesta del ojo fotópico (CIE).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):120 grados (típico). Este amplio ángulo de visión, definido como el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor axial, es resultado de la lente difusa, proporcionando un patrón de iluminación amplio y uniforme adecuado para aplicaciones de indicadores.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_P):Aproximadamente 592 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la que la distribución espectral de potencia alcanza su máximo.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Especificada entre 584.5 nm y 594.5 nm. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano para definir el color (amarillo) y se deriva de las coordenadas de cromaticidad CIE.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):Aproximadamente 15 nm (típico). Esto indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz emitida.
• Voltaje Directo (V_F):Varía de 1.8 V (mín) a 2.4 V (máx) a 20mA. El valor típico se encuentra dentro de este rango. Este parámetro es crucial para el diseño del controlador y la selección de la fuente de alimentación.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo de 10 μA cuando se aplica un voltaje inverso (V_R) de 5V. Es crítico tener en cuenta que el dispositivo no está diseñado para operar bajo polarización inversa; esta condición de prueba es solo para caracterización.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia en la producción y permitir a los diseñadores seleccionar LEDs con características agrupadas estrechamente, los dispositivos se clasifican en bins según parámetros clave.

3.1 Clasificación por Voltaje Directo (V_f)

Las unidades están en Voltios (V) medidos a I_F= 20mA. Cada bin tiene una tolerancia de ±0.1V.

• Bin D2:1.8V (Mín) a 2.0V (Máx)
• Bin D3:2.0V (Mín) a 2.2V (Máx)
• Bin D4:2.2V (Mín) a 2.4V (Máx)

3.2 Clasificación por Intensidad Luminosa (I_V)

Las unidades están en milicandelas (mcd) medidas a I_F= 20mA. La tolerancia en cada bin es de ±11%.

• Bin R2:140.0 mcd a 180.0 mcd
• Bin S1:180.0 mcd a 224.0 mcd
• Bin S2:224.0 mcd a 280.0 mcd
• Bin T1:280.0 mcd a 355.0 mcd
• Bin T2:355.0 mcd a 450.0 mcd

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Dominante (W_d)

Las unidades están en nanómetros (nm) medidas a I_F= 20mA. La tolerancia para cada bin es de ±1nm.

• Bin H:584.5 nm a 587.0 nm
• Bin J:587.0 nm a 589.5 nm
• Bin K:589.5 nm a 592.0 nm
• Bin L:592.0 nm a 594.5 nm

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye curvas características típicas que ilustran la relación entre varios parámetros. Estas curvas son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar.

4.1 Característica Corriente vs. Voltaje (I-V)

Esta curva muestra la relación entre el voltaje directo (V_F) y la corriente directa (I_F). Para los LEDs AlInGaP, esta curva es típicamente exponencial. Los diseñadores la utilizan para determinar el voltaje de conducción necesario para una corriente de operación deseada y para calcular la disipación de potencia (P_d= V_F* I_F).

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

Este gráfico muestra cómo la salida de luz (I_V) varía con la corriente de conducción (I_F). La relación es generalmente lineal dentro del rango de operación recomendado, pero se saturará a corrientes más altas. Es crucial para diseñar circuitos donde se requiere control de brillo mediante corriente.

4.3 Dependencia de la Temperatura

Normalmente se incluyen curvas que muestran la variación del voltaje directo y la intensidad luminosa con la temperatura ambiente. La intensidad luminosa generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión, mientras que el voltaje directo disminuye. Esta información es vital para aplicaciones que operan en entornos de temperatura extremos.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado y Polaridad

El dispositivo cumple con un contorno de encapsulado SMD estándar de la industria. Los dibujos mecánicos detallados especifican la longitud, anchura, altura, espaciado de los terminales y tolerancias generales (típicamente ±0.2mm). El encapsulado presenta una lente difusa para lograr el ángulo de visión especificado de 120 grados. La polaridad se indica mediante una marca de cátodo o una geometría específica de pad en la huella del dispositivo.

5.2 Diseño Recomendado de Pads de Montaje en PCB

Se proporciona un diseño de patrón de soldadura para garantizar una soldadura confiable y una gestión térmica adecuada. Esto incluye las dimensiones y espaciado recomendados para los pads de soldadura para evitar puentes de soldadura y asegurar una unión mecánica fuerte durante los procesos de reflujo.

6. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo IR

Se proporciona un perfil de temperatura sugerido compatible con J-STD-020B para procesos de soldadura sin plomo (Pb-free). Los parámetros clave incluyen:

• Temperatura de Precalentamiento:150°C a 200°C.
• Tiempo de Precalentamiento:Máximo 120 segundos.
• Temperatura Pico:Máximo 260°C.
• Tiempo por Encima del Líquidus:Máximo 10 segundos (se recomienda no exceder dos ciclos de reflujo).

Se enfatiza que el perfil óptimo depende del diseño específico de la PCB, la pasta de soldar y el horno, y debe caracterizarse en consecuencia.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se deben observar los siguientes límites:

• Temperatura del Soldador:Máximo 300°C.
• Tiempo de Soldadura:Máximo 3 segundos por unión. Esto debe realizarse solo una vez.

6.3 Condiciones de Almacenamiento y Manipulación

El almacenamiento adecuado es crítico para prevenir la absorción de humedad, que puede causar "efecto palomita de maíz" (agrietamiento del encapsulado) durante el reflujo.

• Paquete Sellado:Almacenar a ≤30°C y ≤70% de Humedad Relativa (HR). Usar dentro de un año.
• Paquete Abierto:Almacenar a ≤30°C y ≤60% HR. Los componentes deben someterse a reflujo dentro de las 168 horas (7 días) posteriores a la exposición. Para un almacenamiento más prolongado, utilice un contenedor sellado con desecante o un desecador de nitrógeno.
• Secado (Baking):Si se expone por más de 168 horas, seque a aproximadamente 60°C durante al menos 48 horas antes del ensamblaje para eliminar la humedad.

6.4 Limpieza

Si se requiere limpieza posterior a la soldadura, use solo los solventes especificados. Se recomienda la inmersión en alcohol etílico o alcohol isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto. Productos químicos no especificados pueden dañar el encapsulado del LED.

7. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

7.1 Método de Conducción

Los LEDs son dispositivos operados por corriente. Para garantizar un brillo uniforme al conducir múltiples LEDs, deben conectarse en serie con una resistencia limitadora de corriente o, preferiblemente, ser alimentados por una fuente de corriente constante. No se recomienda conectar LEDs directamente en paralelo debido a las variaciones en el voltaje directo (V_F), lo que puede provocar un desequilibrio significativo de corriente y un brillo desigual.

7.2 Gestión Térmica

Aunque la disipación de potencia es relativamente baja (72mW máx.), un diseño térmico adecuado en la PCB sigue siendo importante, especialmente cuando se opera a altas temperaturas ambientales o cerca de la corriente máxima. Una temperatura de unión excesiva reducirá la salida luminosa y acortará la vida útil del dispositivo. Asegurar un área de cobre adecuada alrededor de los pads de soldadura ayuda en la disipación de calor.

7.3 Precauciones en la Aplicación

Este producto está destinado a su uso en equipos electrónicos comerciales e industriales estándar. Se requiere consulta especial para aplicaciones que exijan una confiabilidad excepcional o donde una falla pueda poner en peligro la seguridad, como en sistemas de aviación, soporte vital médico o sistemas de control de transporte. Los diseñadores deben adherirse a todos los límites absolutos máximos y condiciones de operación recomendadas.

8. Especificaciones de Embalaje y Carrete

Los LEDs se suministran en una cinta portadora en relieve de 8 mm de ancho sellada con una cinta de cubierta, enrollada en carretes de 7 pulgadas (178 mm) de diámetro. Cada carrete contiene 2000 piezas. El embalaje cumple con las especificaciones ANSI/EIA-481. Se proporcionan detalles dimensionales clave para el bolsillo de la cinta y el núcleo/ brida del carrete para garantizar la compatibilidad con equipos de ensamblaje automatizado.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores clave de este LED amarillo AlInGaP son su combinación de un amplio ángulo de visión de 120 grados (posibilitado por la lente difusa) y las propiedades de color específicas del sistema de material AlInGaP, que generalmente ofrece alta eficiencia luminosa y buena estabilidad de color frente a la temperatura y la corriente en comparación con algunas otras tecnologías de emisión amarilla. La estructura detallada de clasificación para V_F, I_V, y λ_dpermite una selección precisa en aplicaciones críticas de color o brillo.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Cuál es la diferencia entre Longitud de Onda Pico y Longitud de Onda Dominante?

La Longitud de Onda Pico (λ_P) es la longitud de onda física a la que el LED emite la mayor potencia óptica. La Longitud de Onda Dominante (λ_d) es un valor calculado basado en la percepción del color humano (coordenadas CIE) y representa la longitud de onda única del color espectral puro que coincide con el color percibido del LED. Para fines de diseño, la longitud de onda dominante es más relevante para la especificación del color.

10.2 ¿Puedo alimentar este LED continuamente a 30mA?

Sí, 30mA DC es la corriente directa continua máxima nominal. Sin embargo, para una longevidad y confiabilidad óptimas, a menudo es recomendable operar por debajo del máximo absoluto, por ejemplo, a la corriente de prueba típica de 20mA. La corriente de conducción real debe determinarse en función del brillo requerido y las condiciones térmicas de la aplicación.

10.3 ¿Por qué hay un límite de tiempo estricto para el reflujo después de abrir el embalaje?

Los encapsulados SMD pueden absorber humedad de la atmósfera. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad atrapada puede vaporizarse rápidamente, creando presión interna que puede agrietar el encapsulado o delaminar las interfaces internas, una falla conocida como "efecto palomita de maíz". La vida útil de 168 horas es el tiempo máximo de exposición recomendado para el cual se gestiona este riesgo, asumiendo un almacenamiento dentro de los límites de temperatura y humedad especificados.

11. Caso de Estudio de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de un panel de indicadores de estado múltiple para un router de red.El panel requiere varios LEDs amarillos de estado que sean uniformemente brillantes. El diseñador selecciona LEDs del mismo bin de Intensidad (por ejemplo, Bin T1: 280-355 mcd) para garantizar una variación visual mínima. Para simplificar el diseño de la fuente de alimentación, se eligen LEDs de un bin de Voltaje Directo más estrecho (por ejemplo, Bin D3: 2.0-2.2V). Los LEDs se alimentan en una configuración en serie desde un riel de 12V utilizando un controlador de corriente constante ajustado a 20mA, asegurando una corriente idéntica a través de cada LED y un emparejamiento de brillo perfecto. El amplio ángulo de visión de 120 grados garantiza que los indicadores sean claramente visibles desde varios ángulos en un entorno de oficina. El diseño de la PCB incluye la geometría de pad recomendada y una pequeña conexión de alivio térmico a un plano de tierra para la disipación de calor.

12. Principio de Funcionamiento

Este LED se basa en una heteroestructura semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP). Cuando se aplica un voltaje de polarización directa que excede la energía de la banda prohibida del material, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa donde se recombinan radiativamente. La energía liberada durante esta recombinación corresponde a fotones en el rango de longitud de onda amarilla (aproximadamente 590 nm). La lente de epoxi difusa que encapsula el chip semiconductor dispersa la luz emitida, ampliando el patrón de radiación de un haz estrecho al ángulo de visión especificado de 120 grados, creando una apariencia más difusa y uniforme adecuada para aplicaciones de indicadores.

13. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de LED de montaje superficial continúa evolucionando hacia una mayor eficiencia, tamaños de encapsulado más pequeños y una mejor reproducción cromática. Si bien AlInGaP sigue siendo un material dominante para LEDs rojos, naranjas y amarillos de alta eficiencia, la investigación en curso se centra en optimizar las estructuras epitaxiales y los sistemas de fósforo para llevar aún más lejos los límites de eficiencia. Las tendencias en el encapsulado incluyen diseños mejorados de gestión térmica dentro de la misma huella y el desarrollo de perfiles aún más delgados para dispositivos electrónicos de consumo ultradelgados. La búsqueda de automatización y confiabilidad continúa refinando los estándares para el embalaje en cinta y carrete y la compatibilidad con la soldadura por reflujo.