Hoja de Datos del Display LED LTS-4817CKS-P - Altura de Dígito 0.39 Pulgadas - Amarillo AlInGaP - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-4817CKS-P es un módulo de display LED de un dígito, de montaje superficial y alto rendimiento. Está diseñado para aplicaciones que requieren indicaciones numéricas claras y brillantes en un factor de forma compacto. El dispositivo utiliza la avanzada tecnología de chip LED AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) crecido sobre un sustrato de GaAs, conocida por su alta eficiencia y excelente pureza de color, especialmente en el espectro amarillo. El display presenta una cara gris con segmentos blancos, proporcionando un alto contraste para una legibilidad óptima. Está configurado como un dispositivo de ánodo común, una configuración estándar para simplificar el circuito de excitación en aplicaciones de múltiples dígitos, e incluye un punto decimal a la derecha.

1.1 Características y Ventajas Clave

• Tamaño Compacto:Presenta una altura de dígito de 0.39 pulgadas (10.0 mm), lo que lo hace adecuado para aplicaciones con espacio limitado.
• Rendimiento Óptico Superior:Ofrece alta luminosidad y alto contraste, garantizando una excelente apariencia de los caracteres incluso en entornos bien iluminados.
• Ángulo de Visión Amplio:Proporciona una visibilidad consistente desde un amplio rango de ángulos.
• Bajo Consumo de Energía:Diseñado para un funcionamiento energéticamente eficiente, con una corriente directa típica de 20mA por segmento.
• Iluminación Uniforme del Segmento:Segmentos continuos y uniformes aseguran una visualización numérica limpia y de aspecto profesional.
• Alta Fiabilidad:La construcción de estado sólido ofrece una larga vida operativa y robustez frente a golpes y vibraciones.
• Garantía de Calidad:Los dispositivos se categorizan por intensidad luminosa, asegurando niveles de brillo consistentes entre lotes de producción.
• Cumplimiento Ambiental:El encapsulado está libre de plomo y cumple con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).

1.2 Aplicaciones Objetivo y Mercado

Este display es ideal para una amplia gama de equipos electrónicos que requieren indicadores numéricos. Las aplicaciones típicas incluyen instrumentación industrial (por ejemplo, medidores de panel, temporizadores, contadores), electrodomésticos (por ejemplo, hornos microondas, lavadoras, equipos de audio), cuadros de mandos automotrices (para displays auxiliares), dispositivos médicos y equipos de prueba y medición. Su encapsulado SMD (Dispositivo de Montaje Superficial) lo hace perfectamente adecuado para procesos de ensamblaje automatizado, reduciendo costos de fabricación y mejorando la fiabilidad en producciones de alto volumen.

2. Parámetros Técnicos e Interpretación Objetiva

Esta sección proporciona un análisis detallado y objetivo de las especificaciones eléctricas y ópticas del dispositivo según se definen en la hoja de datos.

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 recomienda operar en o cerca de estos límites para uso normal.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima que puede disiparse de forma segura como calor por un solo segmento LED.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:60 mA (a un ciclo de trabajo de 1/10, ancho de pulso de 0.1ms). Esta especificación es solo para operación pulsada y no debe usarse para excitación continua en CC.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corriente se reduce linealmente a una tasa de 0.28 mA/°C a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C. Por ejemplo, a 85°C, la corriente continua máxima permitida sería aproximadamente: 25 mA - (0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)) = 8.2 mA.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +105°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industrial.
• Temperatura de Soldadura:Resiste 260°C durante 3 segundos a 1/16 de pulgada (aprox. 1.6mm) por debajo del plano de asiento, lo cual es estándar para procesos de reflow sin plomo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas (Típicas a 25°C)

Estos parámetros describen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación.

• Intensidad Luminosa (I_V):La salida de luz depende de la corriente. A una corriente baja de 1mA, la intensidad típica es de 650 µcd (microcandelas). A la corriente de prueba estándar de 10mA, aumenta significativamente a 8450 µcd. Los diseñadores deben seleccionar la corriente de excitación en función del brillo requerido y del presupuesto de potencia.
• Tensión Directa (V_F):2.6V típico a I_F=20mA. Este parámetro es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente. El valor mínimo es 2.05V, lo que indica cierta variación entre LEDs individuales.
• Longitud de Onda de Pico/Dominante (λ_p/λ_d):588 nm (pico) y 587 nm (dominante). Esto confirma que la emisión está en la región amarilla del espectro visible.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):15 nm. Este ancho de banda estrecho es característico de la tecnología AlInGaP y contribuye a la apariencia de color puro.
• Corriente Inversa (I_R):100 µA máximo a V_R=5V. Este parámetro es solo para fines de prueba; aplicar una polarización inversa continua no es una condición normal de operación.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:2:1 máximo para segmentos dentro del mismo dispositivo. Esto significa que el segmento más tenue será al menos la mitad de brillante que el más brillante, asegurando una apariencia uniforme.
• Diafonía:≤ 2.5%. Esto especifica la cantidad máxima de fuga de luz no deseada desde un segmento adyacente y apagado, lo cual es importante para la claridad del display.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos establece que los dispositivos están \"categorizados por intensidad luminosa.\" Esto implica un proceso de clasificación (binning) donde los LEDs se clasifican después de la producción en función de la salida de luz medida (en µcd) a una corriente de prueba específica (probablemente 10mA o 20mA). Esto asegura que los clientes reciban piezas con niveles de brillo consistentes. Si bien los códigos de clasificación específicos no se detallan en este documento, los diseñadores deben consultar al fabricante sobre las clasificaciones de intensidad disponibles para garantizar la consistencia en su aplicación, especialmente cuando se usan múltiples displays uno al lado del otro.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a \"Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas.\" Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, las curvas estándar para tales dispositivos suelen incluir:

• Curva I-V (Corriente-Tensión):Muestra la relación entre la tensión directa y la corriente directa. Es no lineal, con un aumento brusco de la corriente una vez que la tensión directa supera el umbral del diodo (alrededor de 2V para AlInGaP).
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Esta curva es generalmente lineal en un amplio rango. La intensidad aumenta proporcionalmente con la corriente, hasta el punto de saturación térmica.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Muestra cómo disminuye la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión. Los LEDs AlInGaP exhiben un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que el brillo disminuye al aumentar la temperatura.
• Distribución Espectral:Un gráfico que muestra la salida de luz relativa a través de las longitudes de onda, centrada alrededor de 587-588 nm con el ancho medio especificado de 15 nm.

Los diseñadores deben usar estas curvas para optimizar las condiciones de excitación, comprender los efectos térmicos y predecir el rendimiento en diferentes entornos operativos.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo está alojado en un encapsulado de montaje superficial. Las notas dimensionales clave de la hoja de datos incluyen: todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia general de ±0.25 mm. Existen controles de calidad específicos para la cara del display: el material extraño en un segmento debe ser ≤10 mils, la contaminación por tinta en la superficie ≤20 mils, las burbujas en un segmento ≤10 mils y la flexión del reflector ≤1% de su longitud. La rebaba del pin de plástico está limitada a un máximo de 0.14 mm. Estas especificaciones aseguran una apariencia física consistente y un montaje confiable.

5.2 Conexión de Pines y Polaridad

El diagrama de circuito interno y la tabla de conexión de pines muestran una configuración de ánodo común para el dígito de 7 segmentos y el punto decimal. Los dos pines de ánodo común (pines 3 y 8) están conectados internamente. Los cátodos para los segmentos A a G y el punto decimal (DP) están en pines separados (1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). El pin 5 se identifica como el cátodo para el punto decimal derecho. La identificación correcta de la polaridad es crítica para el diseño del circuito para evitar polarizar inversamente los LEDs.

5.3 Patrón de Pads de Soldadura Recomendado

Se proporciona un diagrama del patrón de pistas (land pattern) para guiar el diseño de la PCB (Placa de Circuito Impreso). Adherirse a este patrón recomendado, que incluye el tamaño de pad apropiado, el espaciado y las características de alivio térmico, es esencial para lograr uniones de soldadura confiables durante el soldado por reflow y para mantener la integridad mecánica de la conexión.

6. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Instrucciones de Soldadura SMT

El dispositivo está diseñado para soldadura por reflow. Las instrucciones críticas incluyen:

• Perfil de Reflow:Temperatura máxima de pico de 260°C. Se recomienda una etapa de precalentamiento de 120-150°C durante un máximo de 120 segundos.
• Límite del Proceso:El número de ciclos del proceso de reflow debe ser menor a dos. Se requiere un enfriamiento completo a temperatura ambiente normal entre el primer y el segundo proceso de soldadura si es necesario un segundo paso (por ejemplo, para placas de doble cara).
• Soldadura Manual:Si se usa un soldador de hierro, la temperatura de la punta no debe exceder los 300°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a un máximo de 3 segundos.

Seguir estas pautas previene daños térmicos a los chips LED, al encapsulado de plástico y a las conexiones internas por alambres (wire bonds).

6.2 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

Los displays SMD se envían en embalaje a prueba de humedad. Deben almacenarse a 30°C o menos y 60% de Humedad Relativa (HR) o menos. Una vez abierta la bolsa sellada, los componentes comienzan a absorber humedad de la atmósfera. Si las piezas no se usan inmediatamente y no se almacenan en un entorno seco controlado (por ejemplo, un gabinete seco), deben ser secadas (baked) antes de la soldadura por reflow para evitar el \"efecto palomita\" (popcorning) o la delaminación causada por la rápida expansión del vapor durante el proceso de reflow a alta temperatura. La hoja de datos proporciona condiciones específicas de secado: 60°C durante ≥48 horas para piezas en carretes, o 100°C durante ≥4 horas / 125°C durante ≥2 horas para piezas a granel. El secado solo debe realizarse una vez.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de Embalaje

El dispositivo se suministra en cinta portadora con relieve enrollada en carretes, adecuada para máquinas de colocación automática (pick-and-place).

• Dimensiones del Carrete:Se indican tamaños de carrete estándar de 13 pulgadas y 22 pulgadas.
• Cinta Portadora:Se proporcionan las dimensiones y se ajustan a los estándares EIA-481-C. El grosor de la cinta es de 0.40 ±0.05 mm.
• Cantidades de Embalaje:Un carrete de 13 pulgadas contiene 800 piezas. Un carrete de 22 pulgadas contiene una longitud de cinta para 45.5 metros. La cantidad mínima de embalaje para lotes restantes es de 200 piezas.
• Guía y Cola:La cinta incluye una guía (mínimo 400mm) y una cola (mínimo 40mm) para facilitar la carga en la máquina.

7.2 Número de Parte y Revisión

El número de parte base es LTS-4817CKS-P. El sufijo \"-P\" puede indicar una variante específica o un tipo de embalaje. La hoja de datos en sí tiene un historial de revisiones (Revisión A, vigente desde 01/11/2020), y los diseñadores siempre deben usar la última revisión para asegurarse de tener las especificaciones más actualizadas.

8. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Circuito de Aplicación Típico

Para un display de ánodo común como el LTS-4817CKS-P, los ánodos (pines 3 y 8) se conectan a una tensión de alimentación positiva (V_CC). Cada pin de cátodo (para los segmentos A-G y DP) se conecta a una resistencia limitadora de corriente y luego a la salida de un CI controlador (por ejemplo, un decodificador/controlador o un pin GPIO de un microcontrolador). El controlador sume corriente a tierra para iluminar el segmento. El valor de la resistencia limitadora de corriente (R_LIMIT) se calcula usando la Ley de Ohm: R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F, donde V_Fes la tensión directa del LED (usar 2.6V típico) e I_Fes la corriente directa deseada (por ejemplo, 10mA o 20mA).

8.2 Consideraciones de Diseño

• Excitación de Corriente:Nunca conecte el LED directamente a una fuente de tensión sin un mecanismo limitador de corriente (resistencia o controlador de corriente constante) para evitar la fuga térmica (thermal runaway) y la destrucción.
• Multiplexación:Para displays de múltiples dígitos, se usa comúnmente una técnica de multiplexación para controlar muchos segmentos con menos pines de control. Esto implica ciclar rápidamente la alimentación al ánodo común de cada dígito. La especificación de corriente de pico del LTS-4817CKS-P (60mA pulsada) permite corrientes instantáneas más altas durante la multiplexación para lograr el brillo promedio deseado.
• Gestión Térmica:Si bien el dispositivo en sí tiene baja disipación de potencia, el diseño de la PCB debe considerar la disipación de calor, especialmente si se excita a corrientes más altas o en temperaturas ambientales elevadas. Un área de cobre adecuada alrededor de los pads puede ayudar.
• Protección contra ESD:Los LEDs son sensibles a las descargas electrostáticas (ESD). Deben observarse las precauciones estándar de manejo de ESD durante el ensamblaje.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTS-4817CKS-P se diferencia por el uso de la tecnología AlInGaP para la emisión amarilla. En comparación con tecnologías más antiguas como GaAsP (Fosfuro de Arsénico y Galio), AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en una salida más brillante para la misma corriente de excitación, mejor estabilidad térmica y una pureza de color superior (ancho espectral más estrecho). Su encapsulado SMD y tamaño de dígito de 0.39 pulgadas lo posicionan bien frente a otros displays numéricos SMD, ofreciendo un equilibrio entre legibilidad y ahorro de espacio en la placa. La inclusión de la clasificación por intensidad (binning) es un diferenciador clave de calidad para aplicaciones que requieren una apariencia uniforme.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P1: ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de onda de pico (λ_p) y la longitud de onda dominante (λ_d)?

R1: La longitud de onda de pico es la longitud de onda a la que el espectro de emisión tiene su máxima intensidad. La longitud de onda dominante es la longitud de onda única de la luz monocromática que coincide con el color percibido de la salida del LED. Para un LED de espectro estrecho como este, están muy cerca (587nm vs 588nm).

P2: ¿Puedo excitar este LED a 25mA continuamente?

R2: Sí, pero solo si la temperatura ambiente (T_a) está en o por debajo de 25°C. A temperaturas ambientales más altas, debe reducir la corriente de acuerdo con el factor de reducción especificado de 0.28 mA/°C para evitar exceder la temperatura máxima de la unión y degradar la fiabilidad.

P3: ¿Por qué es importante la prueba de corriente inversa si no debo operarlo en inversa?

R3: La prueba de I_Res una medida de control de calidad. Una corriente de fuga inversa alta puede indicar un defecto en la unión PN del chip LED.

P4: Mi proceso de ensamblaje requiere dos pasadas de reflow. ¿Está permitido?

R4: Sí, pero está estrictamente limitado a un máximo de dos pasadas. Debe asegurarse de que la placa y los componentes se enfríen completamente a temperatura ambiente entre el primer y el segundo ciclo de reflow.

11. Ejemplo de Aplicación Práctica

Escenario: Diseñando un display simple para un temporizador digital.

Un diseñador está creando un temporizador de cuenta regresiva con un display de 2 dígitos que muestre minutos y segundos. Usaría dos dispositivos LTS-4817CKS-P. Los ánodos comunes de cada dígito se conectarían a pines GPIO separados de un microcontrolador configurados como salidas. Los 14 pines de cátodo (7 segmentos + DP para cada dígito) se conectarían juntos entre ambos dígitos (es decir, todos los cátodos del segmento 'A' conectados, todos los del segmento 'B', etc.) y cada uno se conectaría a una resistencia limitadora de corriente y luego a un pin GPIO o a un CI controlador externo capaz de sumir la corriente requerida. El microcontrolador usaría multiplexación por división de tiempo: encendería el ánodo para el dígito de 'minutos', establecería el patrón de cátodos para el número de minutos deseado, esperaría un breve tiempo (por ejemplo, 5ms), luego apagaría ese ánodo, encendería el ánodo para el dígito de 'segundos', establecería el patrón de cátodos para los segundos, esperaría y repetiría. Esto ocurre más rápido de lo que el ojo humano puede percibir, creando la ilusión de que ambos dígitos están encendidos continuamente. El punto decimal derecho en cada dígito podría usarse como un separador de dos puntos intermitente entre minutos y segundos.

12. Introducción al Principio Tecnológico

El LTS-4817CKS-P se basa en material semiconductor AlInGaP crecido epitaxialmente sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs). Cuando se aplica una tensión directa a través de la unión PN de este material, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa donde se recombinan. Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de los átomos de Aluminio, Indio, Galio y Fósforo en la red cristalina determina la energía del bandgap, que dicta directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida. Para este dispositivo, la composición está ajustada para producir fotones en el rango de longitud de onda amarilla (~587-588 nm). El chip se encapsula luego con una lente de plástico moldeada que da forma a la salida de luz y proporciona protección ambiental.

13. Tendencias y Evolución de la Industria

La tendencia en tecnologías de display como el LTS-4817CKS-P es hacia una eficiencia aún mayor, permitiendo displays más brillantes con menor consumo de energía, lo cual es crítico para dispositivos alimentados por batería. También hay un impulso continuo hacia la miniaturización manteniendo o mejorando la legibilidad. La integración es otra tendencia, con la electrónica de control a veces incorporada en el propio módulo de display para simplificar el diseño del sistema. Además, los avances en materiales y encapsulado están mejorando el rendimiento térmico y la fiabilidad a largo plazo de los LEDs, permitiéndoles usarse en entornos más exigentes. Si bien los displays de matriz de puntos, OLED y a todo color se están expandiendo en aplicaciones de gama alta, los displays LED monocromáticos de un dígito como este siguen siendo muy relevantes debido a su simplicidad, robustez, bajo costo y excelente legibilidad en una amplia gama de condiciones de iluminación.