Hoja de Datos del LED SMD LTST-S110KGKT - AlInGaP Verde - 25mA - 62.5mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTST-S110KGKT es una lámpara LED de montaje superficial (SMD) diseñada para el ensamblaje automatizado de placas de circuito impreso (PCB). Forma parte de una familia de LED miniatura destinados a aplicaciones con espacio limitado en una amplia gama de equipos electrónicos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Este LED ofrece varias ventajas clave para la fabricación electrónica moderna. Sus características principales incluyen el cumplimiento de las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), lo que lo hace adecuado para mercados globales con estrictas regulaciones ambientales. El dispositivo utiliza un chip semiconductor AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) de ultrabrillo, conocido por su alta eficiencia y buena pureza de color en el espectro verde. El encapsulado está acabado con estañado, mejorando la soldabilidad y la fiabilidad a largo plazo. Es totalmente compatible con equipos automáticos de pick-and-place y procesos de soldadura por reflujo infrarrojo (IR), estándar en producción de alto volumen. El LED se suministra en cinta estándar de 8 mm en carretes de 7 pulgadas, facilitando un manejo y ensamblaje eficientes.

Las aplicaciones objetivo son diversas, centrándose en áreas donde el tamaño compacto, la fiabilidad y una indicación visual clara son críticas. Estas incluyen equipos de telecomunicaciones (por ejemplo, teléfonos móviles), dispositivos de automatización de oficinas (por ejemplo, ordenadores portátiles), sistemas de red, diversos electrodomésticos e iluminación de señalización o símbolos en interiores. Los usos específicos dentro de estos dispositivos abarcan retroiluminación de teclados, indicadores de estado, micro-pantallas y luminarias de señalización general.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Una comprensión exhaustiva de las especificaciones eléctricas, ópticas y térmicas es esencial para un diseño de circuito adecuado y un funcionamiento fiable.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. La corriente directa continua máxima (IF) es de 25 mA. En condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1 ms, el dispositivo puede manejar una corriente directa de pico de 60 mA. La tensión inversa máxima permitida (VR) es de 5 V. La disipación de potencia total no debe exceder los 62.5 mW. El rango de temperatura de funcionamiento es de -30°C a +85°C, y el rango de temperatura de almacenamiento es ligeramente más amplio, de -40°C a +85°C. Crucialmente, el LED puede soportar la soldadura por reflujo infrarrojo con una temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 10 segundos, lo que se alinea con los perfiles comunes de ensamblaje sin plomo (Pb-free).

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos a Ta=25°C en condiciones de prueba estándar. La intensidad luminosa (Iv), una medida del brillo percibido, oscila entre un mínimo de 18.0 milicandelas (mcd) y un máximo de 71.0 mcd cuando se alimenta con la corriente de prueba estándar de 20 mA. El ángulo de visión, definido como 2θ1/2 (el doble del semiángulo), es de 130 grados. Este amplio ángulo de visión hace que el LED sea adecuado para aplicaciones donde la visibilidad desde posiciones fuera del eje es importante.

Las características espectrales están definidas por varias longitudes de onda. La longitud de onda de emisión máxima (λP) es típicamente de 574 nm. La longitud de onda dominante (λd), que define el color percibido, tiene un rango especificado de 567.5 nm a 576.5 nm a 20 mA. El ancho medio espectral (Δλ) es típicamente de 15 nm, lo que indica la pureza espectral de la luz verde emitida.

Eléctricamente, la tensión directa (VF) a 20 mA oscila entre un mínimo de 1.9 V y un máximo de 2.4 V. La corriente inversa (IR) se especifica con un máximo de 10 μA cuando se aplica una tensión inversa de 5 V.

3. Explicación del Sistema de Clasificación por Bins

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

3.1 Clasificación por Tensión Directa (VF)

Los LED se clasifican según su caída de tensión directa a 20 mA. Los códigos de bin, y las tensiones mínima y máxima son los siguientes: Código 4 (1.9V - 2.0V), Código 5 (2.0V - 2.1V), Código 6 (2.1V - 2.2V), Código 7 (2.2V - 2.3V) y Código 8 (2.3V - 2.4V). La tolerancia dentro de cada bin es de ±0.1 voltio. Seleccionar LED del mismo bin de VF ayuda a mantener un brillo uniforme cuando se conectan múltiples LED en paralelo sin resistencias limitadoras de corriente individuales.

3.2 Clasificación por Intensidad Luminosa (IV)

Esta clasificación categoriza los LED en función de su salida de luz a 20 mA. Los bins son: Código M (18.0 - 28.0 mcd), Código N (28.0 - 45.0 mcd) y Código P (45.0 - 71.0 mcd). La tolerancia en cada bin de intensidad es del ±15%. Esto permite a los diseñadores elegir un nivel de brillo apropiado para la aplicación, ya sea que requiera alta visibilidad o un menor consumo de energía.

3.3 Clasificación por Tono (Longitud de Onda Dominante)

Para controlar la consistencia del color, los LED se clasifican por su longitud de onda dominante. Los bins son: Código C (567.5 - 570.5 nm), Código D (570.5 - 573.5 nm) y Código E (573.5 - 576.5 nm). La tolerancia para cada bin es de ±1 nm. Usar LED del mismo bin de tono es crítico en aplicaciones donde la coincidencia de color entre múltiples indicadores es importante.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan una visión más profunda del comportamiento del dispositivo en condiciones variables, lo que es vital para un diseño robusto.

4.1 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V)

La curva característica I-V muestra la relación entre la corriente que fluye a través del LED y la tensión en sus terminales. Para un LED AlInGaP típico como este, la curva exhibe un aumento exponencial. La tensión de "rodilla", donde la corriente comienza a aumentar significativamente, está alrededor de 1.8-1.9V. Más allá de este punto, un pequeño aumento en la tensión provoca un gran aumento en la corriente. Esto subraya la importancia de usar un controlador de corriente constante o una resistencia limitadora de corriente para prevenir la fuga térmica y garantizar un funcionamiento estable.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

Esta curva demuestra cómo escala la salida de luz con la corriente de accionamiento. Típicamente, la intensidad luminosa aumenta aproximadamente de forma lineal con la corriente hasta cierto punto. Sin embargo, a corrientes muy altas, la eficiencia cae debido al aumento de la generación de calor dentro del chip (caída de eficiencia). Operar en o por debajo de los 20mA recomendados garantiza una eficiencia y longevidad óptimas.

4.3 Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente

La salida de luz de un LED depende de la temperatura. A medida que la temperatura ambiente (o la temperatura de unión) aumenta, la intensidad luminosa generalmente disminuye. Esta curva de reducción de potencia es crucial para diseñar aplicaciones que deben mantener un cierto nivel de brillo en un rango de temperatura de funcionamiento especificado, especialmente hacia el límite superior de +85°C.

4.4 Distribución Espectral

El gráfico de distribución espectral de potencia muestra la intensidad relativa de la luz emitida en cada longitud de onda. Para un LED verde AlInGaP, esta curva es típicamente un único pico relativamente estrecho centrado alrededor de la longitud de onda dominante. El ancho medio (Δλ) de 15 nm indica un color verde moderadamente puro, lo cual es deseable para indicadores claros y saturados.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED se ajusta a un contorno de encapsulado SMD estándar de la industria. Las dimensiones clave incluyen la longitud, anchura y altura totales. La lente es transparente. Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.1 mm a menos que se indique lo contrario. Los datos dimensionales precisos son esenciales para crear huellas de PCB precisas y garantizar una colocación y soldadura adecuadas.

5.2 Patrón de Pistas Recomendado y Polaridad

Se proporciona un diseño recomendado de almohadillas de soldadura (patrón de pistas) para garantizar la formación de juntas de soldadura fiables y una alineación adecuada durante el reflujo. El diseño tiene en cuenta la formación de filetes de soldadura y el alivio térmico. El terminal del cátodo (negativo) se identifica típicamente por una marca en el cuerpo del encapsulado, como una muesca, un punto o una marca verde. La orientación correcta de la polaridad durante el ensamblaje es obligatoria para que el dispositivo funcione.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo Infrarrojo

Para procesos de soldadura sin plomo (Pb-free), se recomienda un perfil de temperatura específico. Este perfil incluye típicamente una zona de precalentamiento (por ejemplo, 150-200°C), un aumento controlado de temperatura, una zona de temperatura máxima y una zona de enfriamiento. El parámetro crítico es que la temperatura del cuerpo del dispositivo no debe exceder los 260°C durante más de 10 segundos. El cumplimiento de este perfil es necesario para prevenir daños en la lente de epoxi del LED, los cables de unión internos o el propio chip semiconductor.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se debe tener extremo cuidado. La temperatura de la punta del soldador no debe exceder los 300°C, y el tiempo de contacto con el terminal del LED debe limitarse a un máximo de 3 segundos para una sola operación de soldadura. Aplicar un calor excesivo puede dañar irreversiblemente el componente.

6.3 Limpieza

La limpieza posterior a la soldadura debe realizarse con disolventes compatibles. Solo deben usarse limpiadores a base de alcohol, como alcohol etílico o alcohol isopropílico (IPA). El LED debe sumergirse a temperatura ambiente durante menos de un minuto. Los limpiadores químicos agresivos o no especificados pueden degradar el encapsulado plástico, provocando decoloración, agrietamiento o reducción de la salida de luz.

6.4 Almacenamiento y Manipulación

El almacenamiento adecuado es crítico para mantener la soldabilidad. Las bolsas sin abrir, a prueba de humedad con desecante tienen una vida útil. Una vez abierto el embalaje original, los LED son sensibles a la humedad ambiental (Nivel de Sensibilidad a la Humedad, MSL 3). Deben usarse dentro de una semana o almacenarse en un ambiente seco (por ejemplo, un contenedor sellado con desecante o un gabinete de nitrógeno). Si se exponen a la humedad ambiental durante más de una semana, se requiere un proceso de horneado (por ejemplo, 60°C durante al menos 20 horas) antes de soldar para eliminar la humedad absorbida y prevenir el "efecto palomita" durante el reflujo.

6.5 Precauciones contra Descargas Electroestáticas (ESD)

Los LED son sensibles a las descargas electrostáticas. Los procedimientos de manipulación deben incluir una conexión a tierra adecuada. Los operadores deben usar pulseras o guanti antiestáticos. Todos los puestos de trabajo, equipos y maquinaria deben estar correctamente conectados a tierra para prevenir eventos ESD que puedan degradar o destruir la unión semiconductor.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

El producto se suministra para ensamblaje automatizado. Se embala en cinta portadora de 8 mm de ancho. La cinta se enrolla en carretes estándar de 7 pulgadas (178 mm) de diámetro. Cada carrete contiene 3000 unidades del LED. Para cantidades menores a un carrete completo, hay una cantidad mínima de embalaje de 500 unidades. El embalaje cumple con los estándares ANSI/EIA-481, garantizando la compatibilidad con los alimentadores de cinta estándar en las máquinas pick-and-place.

8. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Limitación de Corriente

Un LED es un dispositivo controlado por corriente. Una resistencia en serie es el método más simple para limitar la corriente cuando se alimenta desde una fuente de tensión. El valor de la resistencia se puede calcular usando la Ley de Ohm: R = (V_fuente - VF_LED) / I_deseada. Por ejemplo, con una fuente de 5V, un VF de 2.1V y una corriente deseada de 20mA, el valor de la resistencia sería (5 - 2.1) / 0.02 = 145 Ohmios. Una resistencia estándar de 150 Ohmios sería adecuada. También debe considerarse la potencia nominal de la resistencia: P = I^2 * R = (0.02)^2 * 150 = 0.06W, por lo que una resistencia de 1/8W (0.125W) o mayor es adecuada.

8.2 Gestión Térmica

Aunque son pequeños, los LED generan calor en la unión semiconductor. Una temperatura de unión excesiva reduce la salida de luz, desplaza la longitud de onda y acorta la vida útil. Para diseños que operan a altas temperaturas ambientales o cerca de la corriente máxima, considere el diseño del PCB. Usar un PCB con un plano de tierra o vías térmicas bajo la almohadilla térmica del LED (si está presente) puede ayudar a disipar el calor. Evite colocar LED cerca de otros componentes que generen calor.

8.3 Alcance de la Aplicación y Fiabilidad

Este LED está diseñado para su uso en equipos electrónicos comerciales e industriales estándar. Para aplicaciones que requieren una fiabilidad excepcional donde un fallo podría poner en peligro la seguridad o la salud (por ejemplo, aviación, soporte vital médico, sistemas de transporte críticos), son necesarias calificaciones adicionales y consultas específicas. El dispositivo estándar puede no ser adecuado para tales aplicaciones de alta fiabilidad sin una evaluación adicional.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTST-S110KGKT, basado en tecnología AlInGaP, ofrece ventajas distintas en comparación con otras tecnologías de LED verde como el GaP (Fosfuro de Galio) tradicional o el InGaN (Nitruro de Indio y Galio) para ciertas longitudes de onda. Los LED AlInGaP generalmente proporcionan mayor eficiencia y mejor estabilidad térmica en el espectro del ámbar al rojo, y para longitudes de onda verdes específicas, pueden ofrecer un rendimiento superior en términos de brillo y estabilidad del color en comparación con la tecnología GaP más antigua. Su ángulo de visión de 130 grados es más amplio que algunos encapsulados de vista lateral o superior diseñados para luz más direccional, lo que lo convierte en una opción versátil para indicación de estado donde la visibilidad de gran angular es beneficiosa. La combinación de una lente transparente y un chip AlInGaP brillante da como resultado un color verde vibrante y saturado que es fácilmente distinguible.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

10.1 ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de onda máxima y la longitud de onda dominante?

La longitud de onda máxima (λP) es la longitud de onda en la que la curva de distribución espectral de potencia alcanza su intensidad máxima. La longitud de onda dominante (λd) se deriva del diagrama de cromaticidad CIE y representa la longitud de onda única de una luz monocromática pura que coincidiría con el color percibido del LED. Para LED con un espectro estrecho, estos valores suelen estar cerca, pero λd es el parámetro más relevante para la especificación del color.

10.2 ¿Puedo alimentar este LED directamente con una fuente de tensión?

No. La tensión directa de un LED tiene un coeficiente de temperatura negativo y varía de una unidad a otra. Conectarlo directamente a una fuente de tensión hará que fluya una corriente no controlada, probablemente excediendo el límite máximo y destruyendo el dispositivo. Utilice siempre un mecanismo limitador de corriente, como una resistencia en serie o un controlador de corriente constante.

10.3 ¿Por qué existe un sistema de clasificación por bins para la intensidad luminosa y la longitud de onda?

Las variaciones de fabricación causan ligeras diferencias en el rendimiento entre LED individuales. La clasificación por bins los ordena en grupos con características estrechamente coincidentes. Esto permite a los diseñadores comprar componentes con un rendimiento mínimo/máximo garantizado (por ejemplo, brillo, color) para su aplicación, asegurando la consistencia en el producto final, especialmente cuando se usan múltiples LED.

10.4 ¿Qué sucede si excedo el límite de 10 segundos a 260°C durante el reflujo?

Exceder el perfil tiempo-temperatura puede causar varios fallos: agrietamiento por estrés térmico de la lente de epoxi, degradación del encapsulante interno de silicona (que lleva a un oscurecimiento), fallo de los cables de unión o daño al propio chip semiconductor. Esto resultará en una reducción de la salida de luz, un cambio de color o un fallo completo del dispositivo.

11. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

11.1 Indicador de Estado para un Dispositivo de Consumo

En un altavoz Bluetooth portátil, un solo LTST-S110KGKT puede usarse como indicador de estado de encendido/carga. Alimentado a 10-15 mA a través de una resistencia limitadora de corriente desde el riel principal de 3.3V o 5V, proporciona una luz verde clara y brillante. El amplio ángulo de visión de 130 grados garantiza que el estado sea visible desde casi cualquier ángulo. El diseño debe incluir la huella de PCB correcta y asegurar que el LED no esté colocado detrás de una lente profundamente teñida o difusora que requiera una corriente de accionamiento mayor.

11.2 Retroiluminación para Teclado de Membrana

Para el teclado de un dispositivo médico, se pueden disponer múltiples LED del mismo bin de intensidad (por ejemplo, Código N) alrededor del perímetro para proporcionar una retroiluminación uniforme. Se conectarían en combinaciones serie-paralelo con resistencias limitadoras de corriente apropiadas para garantizar un brillo uniforme. Debe considerarse la gestión térmica si se accionan muchos LED simultáneamente en un espacio confinado.

12. Introducción a la Tecnología

El LTST-S110KGKT utiliza un material semiconductor AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) crecido sobre un sustrato. Cuando se aplica una tensión directa, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa del chip, liberando energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación AlInGaP determina la energía del bandgap y, por tanto, la longitud de onda (color) de la luz emitida, en este caso, verde. El chip se monta en un encapsulado de marco de pines, se conecta con cables de unión y se encapsula con una lente de epoxi transparente que protege el chip y da forma al haz de salida de luz. El estañado en las patillas externas garantiza una buena soldabilidad y resistencia a la oxidación.

13. Tendencias Tecnológicas

La tendencia general en los LED indicadores SMD continúa hacia una mayor eficiencia (más salida de luz por unidad de potencia eléctrica), una mejor consistencia y saturación del color, y tamaños de encapsulado más pequeños para permitir diseños de PCB más densos. También hay un enfoque en mejorar la fiabilidad en condiciones adversas, como mayor temperatura y humedad. La búsqueda de la miniaturización persiste, con LED de encapsulado a escala de chip (CSP) volviéndose más prevalentes para las aplicaciones con mayor limitación de espacio. Además, la integración de electrónica de control directamente con el dado del LED (por ejemplo, para accionamiento de corriente constante o mezcla de colores) es un área de desarrollo continuo.