Hoja de Datos de LED Verde SMD 0603 - Dimensiones 1.6x0.8x0.6mm - Voltaje 3.2V - Potencia 76mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas completas para un Diodo Emisor de Luz (LED) de montaje superficial (SMD) en el tamaño de encapsulado 0603. El dispositivo utiliza un material semiconductor de Nitruro de Galio e Indio (InGaN) para producir luz verde. Está diseñado para procesos de montaje automatizado y es compatible con las técnicas estándar de soldadura por reflujo infrarrojo y por fase de vapor, lo que lo hace adecuado para la fabricación de electrónica de gran volumen.

Las ventajas principales de este componente incluyen su huella compacta, compatibilidad con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) y su diseño para fiabilidad en sistemas de colocación automatizada. Está destinado a su uso en una amplia gama de aplicaciones electrónicas de consumo e industriales donde se requieren luces indicadoras, retroiluminación o pantallas de estado.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

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 dispositivo. Estos valores no son para operación continua.

• Disipación de Potencia (Pd):76 mW. Esta es la potencia total máxima que el encapsulado del LED puede disipar como calor a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.
• Corriente Directa de Pico (I_F(PEAK)):100 mA. Esta es la corriente máxima permitida en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms). Exceder este valor puede causar una falla catastrófica inmediata.
• Corriente Directa Continua (I_F):20 mA. Esta es la corriente máxima recomendada para operación continua en CC para garantizar fiabilidad a largo plazo y una salida de luz estable.
• Derating de Corriente CC:Por encima de 50°C ambiente, la corriente continua máxima permitida disminuye linealmente a una tasa de 0.25 mA por grado Celsius. Esto es crítico para la gestión térmica en entornos cerrados o de alta temperatura.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. Aplicar un voltaje de polarización inversa mayor que este puede romper la unión PN del LED.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:El dispositivo está clasificado para operar entre -20°C y +80°C y puede almacenarse entre -30°C y +100°C.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden en una condición de prueba estándar de 25°C de temperatura ambiente y una corriente directa (I_F) de 20 mA, a menos que se especifique lo contrario.

• Intensidad Luminosa (I_V):Varía desde un mínimo de 71.0 mcd hasta un máximo de 450.0 mcd, con un valor típico proporcionado. Este amplio rango se gestiona mediante un sistema de clasificación (detallado más adelante). La intensidad se mide utilizando un sensor filtrado para coincidir con la respuesta fotópica del ojo humano (curva CIE).
• Ángulo de Visión (2\u03b8_1/2):130 grados. Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor medido en el eje. Un ángulo de 130 grados indica un patrón de luz amplio y difuso, adecuado para aplicaciones indicadoras.
• Longitud de Onda de Pico (\u03bb_P):530 nm. Esta es la longitud de onda a la cual la potencia espectral de salida es más alta.
• Longitud de Onda Dominante (\u03bb_d):525 nm. Esta se deriva del diagrama de cromaticidad CIE y representa la longitud de onda única que mejor describe el color percibido de la luz. Es el parámetro clave para la consistencia del color.
• Ancho de Banda Espectral (\u0394\u03bb):35 nm. Este es el ancho del espectro emitido a la mitad de su potencia máxima (Ancho Total a Media Altura - FWHM). Un ancho de banda más estrecho indica un color más puro y saturado.
• Voltaje Directo (V_F):Varía desde 2.80 V (Mín.) hasta 3.60 V (Máx.), con un valor típico de 3.20 V a 20 mA. Esta variación se gestiona mediante la clasificación por voltaje.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo de 10 \u00b5A cuando se aplica una polarización inversa de 5 V. Un valor significativamente mayor que este en la aplicación puede indicar un dispositivo dañado.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia en la producción en masa, los LED se clasifican en "lotes" (bins) según parámetros clave de rendimiento. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con requisitos de tolerancia específicos para su aplicación.

3.1 Clasificación por Voltaje Directo

Las unidades se clasifican por su voltaje directo (V_F) medido a 20 mA. Los lotes (D7 a D10) tienen una tolerancia de \u00b10.1V dentro de cada lote.
Ejemplo: El lote D8 contiene LED con V_Fentre 3.00V y 3.20V.

3.2 Clasificación por Intensidad Luminosa

Las unidades se clasifican por su intensidad luminosa (I_V) medido a 20 mA. Los lotes (Q, R, S, T) tienen una tolerancia de \u00b115% dentro de cada lote.
Ejemplo: El lote S contiene LED con intensidad entre 180.0 mcd y 280.0 mcd.

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Las unidades se clasifican por su longitud de onda dominante (\u03bb_d) medido a 20 mA. Los lotes (AP, AQ, AR) tienen una tolerancia de \u00b11 nm dentro de cada lote.
Ejemplo: El lote AQ contiene LED con una longitud de onda dominante entre 525.0 nm y 530.0 nm, produciendo un tono específico de verde.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien en la hoja de datos se hace referencia a curvas gráficas específicas (Fig.1, Fig.6), sus implicaciones son estándar para la tecnología LED.

• Curva IV:La relación entre la corriente directa (I_F) y el voltaje directo (V_F) es exponencial. Un pequeño aumento en el voltaje más allá del voltaje de "rodilla" resulta en un aumento grande y potencialmente dañino de la corriente. Por eso es esencial la conducción a corriente constante.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente:La salida de luz es aproximadamente proporcional a la corriente directa dentro del rango de operación. Sin embargo, la eficiencia puede caer a corrientes muy altas debido al aumento de calor.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura:La salida de luz de un LED disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta es una consideración crítica para aplicaciones que operan en altas temperaturas ambiente o con una gestión térmica deficiente.
• Distribución Espectral:El espectro de luz emitido es aproximadamente gaussiano, centrado alrededor de la longitud de onda de pico. La longitud de onda dominante define el punto de color percibido en el gráfico CIE.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo se ajusta a la huella estándar de encapsulado EIA 0603, con dimensiones de aproximadamente 1.6mm de longitud, 0.8mm de ancho y 0.6mm de altura (tolerancia \u00b10.10mm). La lente es transparente. Se deben consultar los dibujos mecánicos detallados para el diseño preciso de las almohadillas y la geometría del componente.

5.2 Identificación de Polaridad

La polaridad suele indicarse mediante una marca en el cuerpo del componente o mediante una característica asimétrica en el encapsulado. El cátodo suele estar marcado. Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje, ya que una polarización inversa superior a 5V puede dañar el dispositivo.

5.3 Empaquetado en Cinta y Carrete

Los componentes se suministran en cinta portadora embutida de 8mm de ancho enrollada en carretes de 7 pulgadas (178mm) de diámetro. La cantidad estándar por carrete es de 3000 piezas. El empaquetado sigue los estándares ANSI/EIA 481-1-A, garantizando compatibilidad con equipos automáticos de pick-and-place. La cinta tiene una cubierta para proteger los componentes de la contaminación.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El LED es compatible con procesos de soldadura sin plomo (Pb-free). Se proporciona un perfil de reflujo infrarrojo sugerido:
- Precalentamiento:150°C a 200°C.
- Tiempo de Precalentamiento:Máximo 120 segundos para permitir la igualación térmica y la activación del fundente.
- Temperatura de Pico:Máximo 260°C.
- Tiempo por Encima del Líquido:10 segundos máximo a la temperatura de pico. No se debe realizar el reflujo más de dos veces.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se debe tener extremo cuidado:
- Temperatura del Cautín:Máximo 300°C.
- Tiempo de Soldadura:Máximo 3 segundos por terminal.
- La soldadura manual debe realizarse solo una vez para minimizar el estrés térmico en el encapsulado de plástico.

6.3 Limpieza

Solo deben usarse agentes de limpieza especificados. Los solventes recomendados son alcohol etílico o alcohol isopropílico a temperatura ambiente. El LED debe sumergirse durante menos de un minuto. Productos químicos no especificados pueden dañar la lente de epoxi o el encapsulado.

6.4 Almacenamiento y Manipulación

- Almacenar en un ambiente que no supere los 30°C y el 70% de humedad relativa.
- Una vez retirados de la bolsa original con barrera de humedad, los componentes deben someterse a reflujo dentro de una semana.
- Para un almacenamiento más prolongado fuera del embalaje original, usar un contenedor sellado con desecante o una atmósfera de nitrógeno.
- Los componentes almacenados durante más de una semana fuera de la bolsa deben hornearse a aproximadamente 60°C durante al menos 24 horas antes de soldar para eliminar la humedad absorbida y prevenir el "efecto palomita" durante el reflujo.

7. Recomendaciones de Diseño para Aplicaciones

7.1 Diseño del Circuito de Conducción

Los LED son dispositivos controlados por corriente. Para garantizar un brillo uniforme, especialmente al conectar múltiples LED en paralelo, se recomienda encarecidamente una resistencia limitadora de corriente en serie para cada LED (Modelo de Circuito A). No se recomienda conducir múltiples LED en paralelo directamente desde una fuente de voltaje (Modelo de Circuito B), ya que pequeñas variaciones en la característica de voltaje directo (V_F) entre LED individuales causarán diferencias significativas en el reparto de corriente y, en consecuencia, en el brillo.

7.2 Protección contra Descargas Electroestáticas (ESD)

El LED es sensible a las descargas electrostáticas. El daño por ESD puede manifestarse como una alta corriente de fuga inversa, un bajo voltaje directo o una falla completa para emitir luz. Se deben tomar precauciones:
- Los operadores deben usar pulseras con conexión a tierra o guanti antiestáticos.
- Todos los puestos de trabajo, equipos y herramientas deben estar correctamente conectados a tierra.
- Usar ionizadores para neutralizar la carga estática que pueda acumularse en la lente de plástico durante la manipulación.
- Seguir los procedimientos estándar de manejo de ESD (ANSI/ESD S20.20).

7.3 Gestión Térmica

Aunque la disipación de potencia es baja (76mW máx.), un diseño térmico adecuado prolonga la vida útil y mantiene una salida de luz estable. Asegurar un área de cobre en el PCB adecuada para la disipación de calor, especialmente cuando se opera a altas temperaturas ambiente o cerca de la corriente máxima nominal. Adherirse a la especificación de derating de corriente por encima de 50°C.

8. Comparativa Técnica y Consideraciones

En comparación con tecnologías más antiguas como GaP, este LED verde basado en InGaN ofrece mayor eficiencia y salida más brillante. El encapsulado 0603 proporciona una huella significativamente más pequeña que los encapsulados LED más antiguos como 0805 o 1206, permitiendo diseños de PCB de mayor densidad. El amplio ángulo de visión de 130 grados es ideal para indicadores omnidireccionales, mientras que los LED de ángulo más estrecho podrían preferirse para aplicaciones de haz enfocado. El sistema integral de clasificación permite un emparejamiento más estricto de color y brillo en aplicaciones críticas en comparación con componentes no clasificados o clasificados de manera amplia.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Puedo alimentar este LED directamente desde una salida lógica de 5V?
R: No. Con un V_Ftípico de 3.2V, conectarlo directamente a 5V causaría una corriente excesiva y destruiría el LED. Debes usar una resistencia limitadora de corriente en serie. Calcula el valor de la resistencia usando R = (V_fuente- V_F) / I_F.

P: ¿Por qué hay un rango tan amplio en la intensidad luminosa (71-450 mcd)?
R: Esta es la dispersión total de la producción. A través del sistema de clasificación (Q, R, S, T), puedes comprar LED de un rango de intensidad específico y más estrecho (por ejemplo, Lote S: 180-280 mcd) para garantizar la consistencia en tu producto.

P: ¿Es este LED adecuado para uso exterior?
R: El rango de temperatura de operación es de -20°C a +80°C. Si bien puede funcionar en muchas condiciones exteriores, la exposición prolongada a la luz solar directa, la humedad y la radiación UV puede degradar la lente de epoxi con el tiempo. Para entornos hostiles, considera LED con recubrimiento conformado o específicamente clasificados para uso exterior.

P: ¿Qué sucede si excedo la clasificación de voltaje inverso?
R: Exceder los 5V en polarización inversa puede causar una ruptura por avalancha de la unión PN, lo que lleva a un daño inmediato y permanente, a menudo un cortocircuito.

10. Caso de Estudio de Diseño y Uso

Escenario: Diseñando un panel de indicadores de estado para un router de red.
El panel requiere 10 LED verdes brillantes idénticos para mostrar la actividad del enlace y el estado de la alimentación. Para asegurar que todos los LED tengan el mismo brillo y color, el diseñador especifica el LoteSpara intensidad (180-280 mcd) y el LoteAQpara longitud de onda dominante (525-530 nm). Para garantizar una corriente consistente, cada LED es conducido por un pin GPIO de un microcontrolador a través de una resistencia en serie de 100 ohmios (calculada para una fuente de 3.3V y una corriente objetivo de ~20mA). El diseño del PCB incluye una pequeña almohadilla de alivio térmico conectada a un plano de tierra para la disipación de calor. Durante el montaje, la fábrica utiliza el perfil de reflujo IR recomendado y los operadores siguen los protocolos ESD. El resultado es un panel con luces indicadoras uniformes y confiables.

11. Principio de Funcionamiento

Este es un dispositivo fotónico semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo que excede el potencial incorporado de la unión, los electrones y huecos se inyectan en la región activa (el pozo cuántico de InGaN). Estos portadores de carga se recombinan, liberando energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica (color) de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor InGaN, que se diseña durante el proceso de crecimiento epitaxial para producir luz verde (~525-530 nm). La lente de epoxi sirve para proteger el dado semiconductor, dar forma al haz de salida de luz y mejorar la extracción de luz del chip.

12. Tendencias Tecnológicas

La tecnología subyacente para los LED verdes, InGaN, continúa evolucionando. Las tendencias incluyen:
- Mayor Eficiencia:La investigación en curso tiene como objetivo reducir el "hundimiento de eficiencia" (la caída de eficiencia a corrientes de conducción más altas) y mejorar la eficiencia cuántica interna, lo que lleva a LED más brillantes con menor potencia.
- Miniaturización:Los tamaños de encapsulado continúan reduciéndose (por ejemplo, de 0603 a 0402 y más pequeños) para satisfacer las demandas de la electrónica de consumo ultracompacta.
- Mejor Consistencia de Color:Los avances en el crecimiento epitaxial y los algoritmos de clasificación permiten tolerancias de color más estrictas directamente desde la producción, reduciendo la necesidad de una clasificación secundaria.
- Mayor Fiabilidad:Las mejoras en los materiales de encapsulado y las tecnologías de unión del dado están extendiendo las vidas operativas y aumentando la resistencia al estrés térmico y mecánico.