Hoja de Datos del LED SMD 19-213 - Verde Brillante - Ángulo de Visión de 120° - 2.7-3.2V - 25mA - Resina Transparente - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El 19-213 es un LED de montaje superficial (SMD) diseñado para aplicaciones electrónicas modernas y compactas. Utiliza tecnología de chip de InGaN (Nitruro de Galio e Indio) para producir una salida de luz verde brillante. La ventaja principal de este componente es su tamaño miniatura, lo que permite reducciones significativas en el área ocupada en la PCB (Placa de Circuito Impreso), posibilita una mayor densidad de componentes y contribuye a la miniaturización general del equipo final. Su construcción ligera lo convierte además en una opción ideal para aplicaciones donde el espacio y el peso son limitaciones críticas.

El LED se suministra en cinta de 8mm enrollada en carretes de 7 pulgadas de diámetro, haciéndolo totalmente compatible con equipos automáticos de montaje pick-and-place de alta velocidad. Esta compatibilidad agiliza el proceso de fabricación para la producción en volumen.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas principales del LED SMD 19-213 derivan de su factor de forma SMD y su cumplimiento de materiales. La eliminación de los pines de conexión tradicionales resulta en una conexión más robusta a la PCB y un mejor rendimiento en entornos de alta vibración. El producto está clasificado como libre de plomo, cumple con la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) de la UE y se adhiere a las regulaciones REACH (Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Sustancias Químicas). También está libre de halógenos, con un contenido de Bromo (Br) y Cloro (Cl) cada uno por debajo de 900 ppm y su total combinado por debajo de 1500 ppm, lo que lo hace adecuado para diseños respetuosos con el medio ambiente.

Las aplicaciones objetivo son diversas, centrándose en funciones de indicación y retroiluminación. Los mercados clave incluyen interiores automotrices (por ejemplo, retroiluminación de tableros e interruptores), equipos de telecomunicaciones (por ejemplo, luces indicadoras en teléfonos y faxes) y electrónica de consumo (por ejemplo, retroiluminación plana para LCDs, interruptores y símbolos). Su naturaleza de propósito general también lo hace adecuado para una amplia gama de otras aplicaciones de indicación.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los parámetros eléctricos, ópticos y térmicos clave definidos en la hoja de datos. Comprender estos límites y valores típicos es crucial para un diseño de circuito confiable.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los Valores Máximos Absolutos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Estas no son condiciones para operación normal.

• Tensión Inversa (VR): 5V- Aplicar una tensión de polarización inversa superior a 5V puede causar una ruptura inmediata de la unión. La hoja de datos señala explícitamente que el dispositivo no está diseñado para operación inversa; esta especificación es principalmente para la condición de prueba de IR.
• Corriente Directa (IF): 25mA- La corriente continua máxima que puede fluir a través del LED. Exceder este valor generará un calor excesivo, conduciendo a una depreciación acelerada del lumen o a un fallo catastrófico.
• Corriente Directa de Pico (IFP): 100mA- Esta es la corriente pulsada máxima permitida, especificada con un ciclo de trabajo de 1/10 y una frecuencia de 1kHz. Permite períodos breves de mayor brillo, pero debe usarse con un control de temporización cuidadoso.
• Disipación de Potencia (Pd): 95mW- La potencia máxima que el encapsulado puede disipar como calor, calculada como VF * IF. Operar cerca de este límite requiere una gestión térmica cuidadosa de la PCB.
• Descarga Electroestática (ESD): 150V (HBM)- Esta clasificación según el Modelo de Cuerpo Humano indica un nivel moderado de sensibilidad a ESD. Los procedimientos adecuados de manejo ESD durante el montaje y manipulación son obligatorios para prevenir fallos latentes o inmediatos.
• Temperatura de Operación (Topr): -40°C a +85°C- El rango de temperatura ambiente dentro del cual se garantiza que el dispositivo funcionará dentro de sus especificaciones publicadas.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg): -40°C a +90°C- El rango de temperatura para almacenamiento sin operación.
• Temperatura de Soldadura (Tsol): Especifica dos perfiles: Soldadura por reflujo (pico de 260°C por hasta 10 segundos) y Soldadura manual (punta del soldador a 350°C por hasta 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=5mA, a menos que se indique lo contrario. Definen el rendimiento óptico del LED.

• Intensidad Luminosa (Iv): 45 - 112 mcd (Mín - Máx)- El brillo percibido del LED medido en milicandelas. El amplio rango indica que se utiliza un sistema de clasificación (detallado en la Sección 3). El valor típico no se indica, cayendo en algún lugar dentro de este rango.
• Ángulo de Visión (2θ1/2): 120° (Típico)- El rango angular en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor máximo. Este es un ángulo de visión muy amplio, ideal para aplicaciones que requieren visibilidad desde posiciones fuera del eje.
• Longitud de Onda de Pico (λp): 518 nm (Típico)- La longitud de onda a la que la distribución espectral de potencia de la luz emitida está en su máximo.
• Longitud de Onda Dominante (λd): 520 - 535 nm- La longitud de onda única de luz monocromática que evocaría el mismo color percibido que la salida del LED. Este es el parámetro clave para la especificación del color y también está clasificado.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ): 35 nm (Típico)- El ancho del espectro emitido, medido a la mitad de la potencia máxima (Ancho Total a Media Altura - FWHM). Un valor de 35nm es característico de los LEDs verdes de InGaN.
• Tensión Directa (VF): 2.70 - 3.20 V- La caída de tensión a través del LED cuando se alimenta con la corriente de prueba de 5mA. Este rango también está sujeto a clasificación. La tolerancia para este parámetro es de ±0.05V respecto al valor clasificado.
• Corriente Inversa (IR): 50 μA (Máx)- La corriente de fuga máxima cuando se aplica la tensión inversa especificada (5V).

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los LEDs se clasifican en rangos de rendimiento. El 19-213 utiliza tres parámetros de clasificación independientes.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Los LEDs se clasifican en cuatro rangos (P1, P2, Q1, Q2) según su intensidad luminosa medida a IF=5mA. Los rangos tienen los siguientes intervalos: P1 (45.0-57.0 mcd), P2 (57.0-72.0 mcd), Q1 (72.0-90.0 mcd) y Q2 (90.0-112.0 mcd). Se aplica una tolerancia de ±11% al valor clasificado. Los diseñadores deben seleccionar el rango apropiado para cumplir con el nivel de brillo requerido para su aplicación.

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

La consistencia del color se gestiona clasificando la longitud de onda dominante en tres grupos: X (520-525 nm), Y (525-530 nm) y Z (530-535 nm). Se aplica una tolerancia de ±1nm. Esto asegura que todos los LEDs en un lote dado produzcan un tono de verde muy similar.

3.3 Clasificación por Tensión Directa

La tensión directa se clasifica en cinco grupos con pasos de 0.1V: 29 (2.70-2.80V), 30 (2.80-2.90V), 31 (2.90-3.00V), 32 (3.00-3.10V) y 33 (3.10-3.20V). La tolerancia es de ±0.05V. Conocer el rango de VF puede ayudar a diseñar circuitos limitadores de corriente más precisos, especialmente cuando se alimentan múltiples LEDs en serie.

4. Análisis de las Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características típicas que son esenciales para comprender el comportamiento del LED en condiciones no estándar.

4.1 Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva muestra cómo la salida de luz disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente (Ta). Como todos los LEDs, el 19-213 experimenta una depreciación del lumen con el aumento de temperatura. Los diseñadores deben tener en cuenta esta reducción térmica en aplicaciones donde el LED o su entorno puedan calentarse, para garantizar que se mantenga un brillo suficiente a la temperatura máxima de operación.

4.2 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Este gráfico ilustra la relación no lineal entre la corriente de alimentación y la salida de luz. Si bien aumentar la corriente incrementa el brillo, la eficiencia (lúmenes por vatio) típicamente disminuye a corrientes más altas debido al aumento de la generación de calor. También muestra que la salida de luz se satura a medida que la corriente se acerca a la especificación máxima.

4.3 Tensión Directa vs. Corriente Directa (Curva IV)

La curva IV es fundamental para el diseño de circuitos. Muestra la relación exponencial entre tensión y corriente en un diodo. La "rodilla" de la curva, alrededor de la tensión directa típica, es donde el LED comienza a emitir luz significativamente. Esta curva es crucial para seleccionar el método de limitación de corriente apropiado (por ejemplo, valor de resistencia o ajustes de un controlador de corriente constante).

4.4 Patrón de Radiación

Un diagrama polar representa la distribución espacial de la intensidad de la luz. El ángulo de visión de 120° del 19-213 resulta en un patrón de emisión amplio, similar al de Lambert. Esto confirma su idoneidad para iluminación de área amplia e indicadores que necesitan ser vistos desde varios ángulos.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

La hoja de datos proporciona un dibujo 2D detallado del encapsulado del LED con dimensiones críticas. Las medidas clave incluyen la longitud, anchura y altura totales, el tamaño y posición de las almohadillas de soldadura, y la ubicación del identificador del cátodo (típicamente una muesca o una marca verde en una esquina). Todas las tolerancias no especificadas son de ±0.1mm. Este dibujo es esencial para crear el patrón de soldadura (huella) en el software CAD.

5.2 Identificación de Polaridad

La polaridad correcta es vital para la operación. El encapsulado incluye un marcador visual para identificar el terminal del cátodo (-). Los diseñadores y técnicos de montaje deben consultar el dibujo de dimensiones para orientar correctamente el componente en la PCB.

6. Directrices para Soldadura y Montaje

El cumplimiento de estas directrices es crítico para lograr uniones de soldadura confiables sin dañar el LED.

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se proporciona un perfil de temperatura de reflujo sin plomo recomendado. Los parámetros clave incluyen: una zona de precalentamiento entre 150-200°C durante 60-120 segundos, un tiempo por encima del líquido (217°C) de 60-150 segundos, una temperatura máxima que no exceda los 260°C y un tiempo máximo en el pico de 10 segundos. La velocidad máxima de calentamiento es de 6°C/seg, y la velocidad máxima de enfriamiento es de 3°C/seg. La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces.

6.2 Precauciones para Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se requiere extremo cuidado. La temperatura de la punta del soldador debe estar por debajo de 350°C, y el tiempo de contacto con cada terminal no debe exceder los 3 segundos. Se recomienda un soldador de baja potencia (≤25W). Debe dejarse un intervalo mínimo de 2 segundos entre soldar cada terminal para permitir la disipación de calor.

6.3 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Los LEDs se empaquetan en una bolsa de barrera resistente a la humedad con desecante. La bolsa no debe abrirse hasta que los componentes estén listos para su uso. Después de abrir, los LEDs no utilizados deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% de Humedad Relativa y usarse dentro de las 168 horas (7 días). Si se excede el tiempo de almacenamiento o el desecante indica absorción de humedad, se requiere un tratamiento de horneado a 60±5°C durante 24 horas antes de su uso para prevenir el "efecto palomita" durante el reflujo.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificaciones de la Cinta y el Carrete

Los componentes se suministran en cinta portadora con relieve con dimensiones especificadas en la hoja de datos. La cinta se enrolla en un carrete estándar de 7 pulgadas (178mm) de diámetro. Cada carrete contiene 3000 piezas. Se proporcionan las dimensiones del carrete (diámetro del núcleo, diámetro de la brida, ancho) para compatibilidad con equipos de montaje automático.

7.2 Explicación de la Etiqueta

La etiqueta del carrete contiene varios códigos clave: P/N (Número de Producto), QTY (Cantidad Empaquetada), CAT (Rango/Clasificación de Intensidad Luminosa), HUE (Cromaticidad/Rango de Longitud de Onda Dominante), REF (Rango de Tensión Directa) y LOT No (Número de Lote Rastreable). Comprender este etiquetado es importante para el control de inventario y asegurar que se utilice el rango de rendimiento correcto en la producción.

8. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

8.1 La Limitación de Corriente es Obligatoria

La hoja de datos enfatiza que se debe usar una resistencia limitadora de corriente externa (o un controlador de corriente constante).debeser utilizado. Los LEDs exhiben un aumento exponencial brusco en la corriente con un pequeño incremento en la tensión más allá de su tensión directa. Sin limitación de corriente, incluso una fluctuación menor en la tensión de alimentación puede hacer que la corriente exceda la especificación máxima, conduciendo a un fallo inmediato.

8.2 Gestión Térmica

Si bien el encapsulado en sí disipa calor, la ruta principal para la eliminación de calor es a través de las almohadillas de soldadura hacia el cobre de la PCB. Para aplicaciones que operan a altas temperaturas ambiente o cerca de la corriente máxima, considere usar una PCB con alivio térmico adecuado, trazas de cobre más anchas, o incluso una almohadilla térmica dedicada conectada a un plano de tierra para ayudar a disipar el calor.

8.3 Protección contra Descargas Electroestáticas (ESD)

Dada la clasificación ESD de 150V HBM, puede ser aconsejable incorporar protección ESD básica en las líneas conectadas al LED (por ejemplo, usando un diodo de supresión de tensión transitoria o una resistencia en serie) en entornos propensos a descargas estáticas, especialmente si el LED es accesible para el usuario.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El 19-213 se diferencia principalmente por su combinación de un ángulo de visión muy amplio de 120° y resina transparente. Muchos LEDs indicadores usan una resina difusa para ampliar el ángulo de visión, pero esto reduce la intensidad máxima en el eje. El 19-213 logra un ángulo amplio con una resina transparente, lo que puede proporcionar un brillo percibido más alto directamente en el eje mientras mantiene una buena visibilidad fuera del eje. Su pleno cumplimiento con las regulaciones ambientales modernas (RoHS, REACH, Libre de Halógenos) también es un requisito estándar pero esencial para la mayoría de los nuevos diseños.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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

El valor de la resistencia (R) depende de la corriente directa deseada (IF) y de la tensión directa (VF) del rango específico del LED. Use la Ley de Ohm: R = (V_fuente - VF) / IF. Por ejemplo, con una fuente de 5V, una VF de 3.0V (Rango 31) y un objetivo IF de 20mA: R = (5 - 3.0) / 0.020 = 100 Ohmios. Siempre calcule la disipación de potencia en la resistencia: P_resistor = (V_fuente - VF) * IF. En este caso, P = 2V * 0.02A = 0.04W, por lo que una resistencia estándar de 1/8W (0.125W) es suficiente.

10.2 ¿Puedo controlar este LED con una señal PWM para atenuarlo?

Sí, la modulación por ancho de pulso (PWM) es un método excelente para atenuar LEDs. Funciona encendiendo y apagando rápidamente el LED. El brillo percibido es proporcional al ciclo de trabajo (el porcentaje de tiempo que el LED está encendido). La atenuación por PWM mantiene la consistencia de color del LED, a diferencia de la atenuación analógica (reduciendo la corriente), que puede causar un cambio de color. Asegúrese de que la frecuencia PWM sea lo suficientemente alta (típicamente >100Hz) para evitar parpadeo visible.

10.3 ¿Por qué son tan importantes el almacenamiento y el proceso de horneado?

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 de vapor dentro del encapsulado. Esto puede provocar deslaminación interna, agrietamiento de la resina o fallo de las uniones por alambres, un fenómeno conocido como "efecto palomita". El empaquetado sensible a la humedad y los procedimientos de horneado están diseñados para prevenir este modo de fallo.

11. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

11.1 Matriz de Múltiples LEDs para Retroiluminación de Paneles

Para retroiluminar una pequeña pantalla LCD o un panel de interruptores, se pueden organizar múltiples LEDs 19-213 en una matriz. Debido a la clasificación de tensión directa, generalmente es más confiable conectar los LEDs en paralelo, cada uno con su propia resistencia limitadora de corriente, en lugar de en serie. Esta configuración asegura que las variaciones en VF entre LEDs individuales no causen una distribución desigual de corriente y brillo. Un controlador de corriente constante diseñado para múltiples canales de LEDs en paralelo proporcionaría la solución más uniforme y eficiente para matrices más grandes.

11.2 Indicador de Estado con Microcontrolador

Cuando se controla directamente desde un pin GPIO de un microcontrolador, se debe verificar la capacidad de suministro/absorción de corriente del pin. Muchos pines de MCU tienen un límite de 20-25mA, lo que se alinea bien con el máximo de este LED. El circuito consistiría en el LED y una resistencia en serie conectada entre el pin del MCU y tierra (para una configuración de absorción de corriente) o VCC (para una configuración de suministro de corriente). El valor de la resistencia se calcula usando la tensión de salida del MCU (por ejemplo, 3.3V) y la VF del LED.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LED 19-213 se basa en una estructura de diodo semiconductor fabricada con Nitruro de Galio e Indio (InGaN). Cuando se aplica una tensión directa que excede el potencial de unión del diodo (aproximadamente 2.7-3.2V), los electrones y huecos se inyectan en la región activa del semiconductor. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación InGaN determina la energía de la banda prohibida del semiconductor, lo que dicta directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida. En este caso, la aleación está ajustada para producir fotones en el espectro verde (520-535 nm). La resina epoxi transparente encapsula el chip semiconductor, proporciona estabilidad mecánica y actúa como una lente para dar forma a la luz emitida en el ángulo de visión de 120°.

13. Tendencias y Contexto Tecnológico

El 19-213 representa una tecnología madura y ampliamente adoptada en el mercado de LEDs SMD. La tendencia en este sector continúa hacia varios desarrollos clave. En primer lugar, existe una constante búsqueda de una mayor eficacia luminosa (más salida de luz por vatio de entrada eléctrica), lo que mejora la eficiencia energética. En segundo lugar, la búsqueda de una mayor pureza y saturación de color, especialmente en el espectro verde, sigue activa. En tercer lugar, la miniaturización del encapsulado continúa, con factores de forma aún más pequeños que el 19-213 volviéndose comunes para dispositivos ultracompactos. Finalmente, la integración es una tendencia creciente, con LEDs multicolor (RGB) o LEDs con circuitos de control integrados (como LEDs direccionables por I2C) combinando múltiples funciones en un solo encapsulado, simplificando el diseño y el montaje. El 19-213, con su enfoque en la fiabilidad, amplia disponibilidad y cumplimiento, sirve como un bloque de construcción fundamental en un vasto ecosistema de aplicaciones de indicación e iluminación.