Hoja de Datos Técnicos del LED SMD LTSA-E67RVEWTU - Rojo Difuso AlInGaP - 70mA - 185.5mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas completas de un Diodo Emisor de Luz (LED) de montaje superficial (SMD). El componente está diseñado para el montaje automatizado en placas de circuito impreso (PCB) y es adecuado para aplicaciones con limitaciones de espacio. Sus características principales incluyen una lente difusa y una fuente de luz roja basada en la tecnología de semiconductores de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP).

1.1 Características Principales y Mercado Objetivo

El LED está diseñado con varias características clave que mejoran su fiabilidad y facilidad de integración. Cumple con la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS). El componente se suministra en un empaquetado estándar de la industria: en cinta de 8mm enrollada en carretes de 7 pulgadas de diámetro, lo que facilita el montaje automatizado de alta velocidad. Ha sido sometido a un acondicionamiento previo según el Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) 2a de JEDEC, garantizando robustez frente a daños por humedad durante la soldadura por reflujo. Además, el producto está calificado según el estándar AEC-Q101 Rev. D, un referente crítico para componentes utilizados en electrónica automotriz. Su diseño es compatible con procesos de soldadura por reflujo infrarrojo (IR). La aplicación objetivo principal son los sistemas de accesorios automotrices, donde la fiabilidad y el rendimiento bajo condiciones ambientales variables son primordiales.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Esta sección detalla los límites absolutos y las características operativas del LED. Comprender estos parámetros es esencial para un diseño de circuito fiable y para garantizar que el componente opere dentro de su área de operación segura (SOA).

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 se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. La corriente directa continua máxima (IF) es de 70 mA. En condiciones de pulso con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1ms, el dispositivo puede soportar una corriente directa de pico de 100 mA. La disipación de potencia máxima (Pd) es de 185.5 mW. El dispositivo está clasificado para un rango de temperatura de operación y almacenamiento de -40°C a +100°C. Para procesos de soldadura sin plomo, puede soportar un perfil de reflujo infrarrojo con una temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 10 segundos.

2.2 Características Térmicas

La gestión térmica es crucial para el rendimiento y la longevidad del LED. La resistencia térmica desde la unión del semiconductor al aire ambiente (RθJA) es típicamente de 280 °C/W, medida en una PCB estándar FR4 de 1.6mm de espesor y un área de pista de cobre de 16mm². La resistencia térmica desde la unión al punto de soldadura (RθJS) es típicamente de 130 °C/W, proporcionando una ruta más directa para la disipación de calor. La temperatura máxima permitida en la unión (Tj) es de 125°C. Superar esta temperatura acelerará la depreciación del flujo luminoso y puede provocar una falla catastrófica.

2.3 Características Electro-Ópticas

Las características electro-ópticas se miden a Ta=25°C y una corriente de prueba (IF) de 50 mA, que es un punto de operación común por debajo del máximo absoluto. La intensidad luminosa (Iv) varía desde un mínimo de 1800 milicandelas (mcd) hasta un máximo de 3550 mcd. El ángulo de visión (2θ½), definido como el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor axial, es de 120 grados, lo que indica un patrón de emisión amplio y difuso. La longitud de onda de emisión pico (λP) es de 632 nm. La longitud de onda dominante (λd), que define el color percibido, tiene un rango especificado de 618 nm a 630 nm. El ancho de banda espectral (Δλ) es de aproximadamente 20 nm. La tensión directa (VF) a 50 mA varía de 1.9V a 2.65V. La corriente inversa (IR) está limitada a un máximo de 10 μA cuando se aplica una tensión inversa (VR) de 12V; es importante señalar que el dispositivo no está diseñado para operar en polarización inversa.

3. Explicación del Sistema de Clasificación por Lotes (Binning)

Para garantizar la consistencia en el color y el brillo en aplicaciones de producción, los LED se clasifican en lotes de rendimiento (bins). El lote se etiqueta con un código que representa sus rangos de tensión directa (Vf), intensidad luminosa (Iv) y longitud de onda dominante (Wd).

3.1 Clasificación por Tensión Directa (Vf)

La tensión directa se clasifica en pasos de aproximadamente 0.15V. Los códigos de lote van desde C (1.90V - 2.05V) hasta G (2.50V - 2.65V). Se aplica una tolerancia de ±0.1V a cada lote. Seleccionar LED del mismo lote de Vf ayuda a mantener una distribución de corriente uniforme cuando varios dispositivos están conectados en paralelo.

3.2 Clasificación por Intensidad Luminosa (Iv)

La intensidad luminosa se categoriza en tres lotes: X1 (1800-2240 mcd), X2 (2240-2800 mcd) e Y1 (2800-3550 mcd). Se aplica una tolerancia de ±11% a cada lote. Esto permite a los diseñadores seleccionar el nivel de brillo apropiado para su aplicación.

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Dominante (Wd)

La longitud de onda dominante, que determina el tono preciso del rojo, se clasifica en pasos de 3nm. Los códigos de lote son 5 (618-621 nm), 6 (621-624 nm), 7 (624-627 nm) y 8 (627-630 nm). La tolerancia para cada lote es de ±1 nm. Este control estricto es esencial para aplicaciones que requieren puntos de color específicos.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan información sobre cómo se comporta el LED bajo condiciones variables, lo cual es crítico para un diseño de sistema robusto.

4.1 Característica Corriente vs. Tensión (I-V)

La tensión directa exhibe una relación logarítmica con la corriente directa. A corrientes bajas, la tensión está cerca del potencial intrínseco del diodo. A medida que la corriente aumenta, la tensión se eleva debido a la resistencia en serie del material semiconductor y los contactos. Los diseñadores deben usar esta curva para seleccionar resistencias limitadoras de corriente o circuitos de excitación apropiados para asegurar que el LED opere al brillo deseado sin exceder sus límites máximos.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

La intensidad luminosa es generalmente proporcional a la corriente directa en el rango de operación normal. Sin embargo, la eficiencia puede disminuir a corrientes muy altas debido al aumento de la generación de calor y otros procesos de recombinación no radiativa. Operar el LED significativamente por encima de su corriente recomendada reducirá su vida útil.

4.3 Dependencia de la Temperatura

El rendimiento de un LED es altamente dependiente de la temperatura. A medida que la temperatura de la unión aumenta, la tensión directa típicamente disminuye ligeramente para una corriente dada. Más significativamente, la salida luminosa disminuye. La longitud de onda dominante también puede desplazarse ligeramente con la temperatura. Por lo tanto, una disipación de calor efectiva es esencial para mantener un rendimiento óptico consistente, especialmente en aplicaciones de alta potencia o alta temperatura ambiente como los entornos automotrices.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones Físicas e Identificación de Polaridad

El LED se ajusta a un contorno de paquete estándar EIA. Todas las dimensiones críticas se proporcionan en milímetros, con una tolerancia general de ±0.2 mm a menos que se especifique lo contrario. Una nota de diseño clave es que el marco de conexión del ánodo también sirve como el disipador de calor principal del LED. La identificación correcta del ánodo y el cátodo es crucial durante el diseño de la PCB y el montaje para garantizar la conexión de polaridad correcta.

5.2 Patrón Recomendado de Pistas en PCB

Se proporciona un patrón de pistas (huella) recomendado para la PCB para asegurar una soldadura fiable y un rendimiento térmico óptimo. Este patrón está diseñado para ser compatible con procesos de soldadura por reflujo infrarrojo. Adherirse a este diseño recomendado ayuda a lograr filetes de soldadura adecuados, asegura estabilidad mecánica y maximiza la transferencia de calor desde la pista térmica del LED (ánodo) hacia la PCB.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se especifica un perfil detallado de soldadura por reflujo infrarrojo para procesos sin plomo, de acuerdo con el estándar J-STD-020. El perfil incluye etapas de precalentamiento, estabilización térmica, reflujo y enfriamiento. El parámetro crítico es una temperatura máxima del cuerpo del paquete que no exceda los 260°C, sostenida por un máximo de 10 segundos. Seguir este perfil es esencial para prevenir daños térmicos en la lente de epoxi del LED y en su estructura interna de semiconductor.

6.2 Precauciones de Almacenamiento y Manipulación

El producto está clasificado como Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) 2a según JEDEC J-STD-020. Mientras esté en su bolsa de barrera de humedad original sellada con desecante, debe almacenarse a ≤30°C y ≤70% HR y usarse dentro de un año. Una vez abierta la bolsa, los componentes deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% HR. Se recomienda completar el proceso de reflujo IR dentro de las 4 semanas posteriores a la apertura de la bolsa. Para almacenamiento más allá de 4 semanas fuera del empaquetado original, los componentes deben almacenarse en un contenedor sellado con desecante o "hornearse" a aproximadamente 60°C durante al menos 48 horas antes de la soldadura para eliminar la humedad absorbida y prevenir el efecto "palomita" durante el reflujo.

6.3 Limpieza

Si es necesaria la limpieza después de la soldadura, solo deben usarse los disolventes especificados. Sumergir el LED en alcohol etílico o isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto es aceptable. El uso de limpiadores químicos no especificados o agresivos puede dañar el encapsulado plástico y la lente óptica del LED.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LED se suministran en cinta portadora con relieve de 8mm de ancho. La cinta se enrolla en un carrete estándar de 7 pulgadas (178mm) de diámetro. Cada carrete contiene 2000 piezas. El empaquetado cumple con las especificaciones ANSI/EIA-481. Se proporcionan dimensiones detalladas para los alvéolos de la cinta, la cinta de cubierta y el carrete para garantizar compatibilidad con equipos de montaje automatizado.

8. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

La aplicación principal prevista es para funciones de accesorios automotrices. Esto puede incluir iluminación ambiental interior, luces indicadoras del tablero, iluminación de la consola central o luces de posición externas donde se requiera una emisión roja difusa y de gran ángulo. Su calificación AEC-Q101 lo hace adecuado para las duras condiciones ambientales (temperatura, humedad, vibración) presentes en los vehículos.

8.2 Consideraciones de Diseño Críticas

Limitación de Corriente:Un LED es un dispositivo controlado por corriente. Es obligatorio un resistor en serie o un circuito excitador de corriente constante para limitar la corriente directa a un valor seguro, típicamente en o por debajo del rango recomendado de 50-70 mA, teniendo en cuenta las variaciones de la fuente de alimentación.
Gestión Térmica:No se debe exceder la temperatura máxima de la unión. Diseñe el trazado de la PCB para proporcionar una ruta térmica adecuada desde la pista del ánodo. Para aplicaciones de alta corriente o alta temperatura ambiente, considere usar un área de cobre más grande en la PCB o vías térmicas adicionales para disipar el calor.
Protección contra ESD:Aunque no se establece explícitamente para este dispositivo, los LED de AlInGaP pueden ser sensibles a las descargas electrostáticas (ESD). Se recomienda implementar precauciones estándar de manipulación contra ESD durante el montaje.
Diseño Óptico:El ángulo de visión de 120° y la lente difusa proporcionan un haz amplio y suave. Para aplicaciones que requieran un haz más enfocado, serían necesarias ópticas secundarias (por ejemplo, lentes, guías de luz).

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Este LED rojo basado en AlInGaP ofrece ventajas específicas. En comparación con tecnologías más antiguas como el Fosfuro de Arsénico de Galio (GaAsP), el AlInGaP proporciona una mayor eficiencia luminosa, resultando en un mayor brillo para la misma corriente de entrada. La lente difusa crea un patrón de emisión uniforme y amplio, ideal para iluminación de área en lugar de iluminación puntual enfocada. La calificación AEC-Q101 y la clasificación MSL 2a son diferenciadores clave para aplicaciones automotrices y otras demandantes, indicando pruebas de fiabilidad mejoradas y resistencia a la humedad en comparación con los LED comerciales estándar.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo alimentar este LED directamente desde una fuente de 5V o 12V?
R: No. Debes usar un mecanismo limitador de corriente. Para una fuente de 5V, comúnmente se usa una resistencia en serie (R = (Vfuente - Vf) / If). Para una fuente de 12V, una resistencia disiparía un calor excesivo; se recomienda un excitador de corriente constante o un regulador conmutado.

P: ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de onda pico y la longitud de onda dominante?
R: La longitud de onda pico (λP) es la longitud de onda a la que la distribución espectral de potencia es máxima (632 nm). La longitud de onda dominante (λd) es la longitud de onda única de luz monocromática que coincidiría con el color percibido del LED (618-630 nm). λd es más relevante para la especificación del color.

P: ¿Por qué es importante la resistencia térmica?
R: Cuantifica la eficacia con la que el calor puede escapar de la unión del LED. Una resistencia térmica más baja significa una mejor disipación de calor, lo que permite excitar el LED a corrientes más altas o en ambientes más calientes manteniendo la temperatura de la unión dentro de límites seguros, asegurando así una fiabilidad a largo plazo y una salida de luz estable.

P: La hoja de datos menciona una prueba de tensión inversa. ¿Puedo usar este LED en un circuito de CA o con protección de polaridad inversa?
R: La clasificación de tensión inversa de 12V es solo para fines de prueba. El dispositivo no está diseñado para operación continua en polarización inversa. En un circuito de CA o para protección de polaridad, se debe usar un diodo externo en serie para bloquear la tensión inversa a través del LED.

11. Ejemplo Práctico de Diseño y Uso

Escenario:Diseñar un indicador de estado rojo para un módulo de control automotriz. El módulo funciona con el sistema de batería de 12V del vehículo (nominal 14V en funcionamiento). El indicador debe ser claramente visible a la luz del día.
Pasos de Diseño:
1. Selección de Corriente:Elija un punto de operación de 50 mA para un buen equilibrio entre brillo y longevidad.
2. Selección del Excitador:Debido al alto voltaje de alimentación, una simple resistencia desperdiciaría más de 0.5W de potencia. Una mejor solución es un CI excitador de LED de corriente constante de baja caída (LDO) configurado a 50 mA.
3. Diseño Térmico:El módulo puede estar ubicado en el compartimento del motor. Estime la temperatura ambiente máxima (por ejemplo, 85°C). Calcule el aumento esperado de la temperatura de la unión: ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA. Usando VF típico=2.2V y RθJA=280°C/W, Pd=0.11W, entonces ΔTj ≈ 31°C. Tj = Ta + ΔTj = 85°C + 31°C = 116°C, que está por debajo del máximo de 125°C. Esto es aceptable pero marginal. Para mejorar la fiabilidad, aumente el área de cobre en la pista de la PCB conectada al ánodo para reducir la RθJA efectiva.
4. Selección de Lote:Para una apariencia consistente en múltiples unidades en un tablero, especifique lotes estrechos para la longitud de onda dominante (por ejemplo, Lote 7) y la intensidad luminosa (por ejemplo, Lote X2 o Y1).

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Los Diodos Emisores de Luz son dispositivos semiconductores de unión p-n. Cuando se aplica una tensión directa, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan a través de la unión. Estos portadores de carga se recombinan en la región activa del semiconductor. En un semiconductor de banda prohibida directa como el AlInGaP, una parte significativa de este evento de recombinación libera 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. Las aleaciones de AlInGaP están diseñadas para producir luz en las partes roja, naranja y amarilla del espectro visible. La lente difusa está hecha de un material de epoxi o silicona que contiene partículas dispersantes. Estas partículas redirigen aleatoriamente la luz emitida por el chip semiconductor, ampliando el ángulo del haz y creando una apariencia más uniforme y suave al eliminar el "punto caliente" central brillante típico de un LED con lente transparente.

13. Tendencias y Evolución Tecnológica

El campo de la tecnología LED está en continua evolución. Para aplicaciones de indicación y señalización como este componente, las tendencias se centran en varias áreas clave.Mayor Eficiencia:La investigación continua en ciencia de materiales tiene como objetivo mejorar la eficiencia cuántica interna (IQE) del AlInGaP y otros materiales semiconductores, obteniendo una mayor salida luminosa por unidad de potencia eléctrica de entrada (lm/W).Fiabilidad Mejorada:Las demandas de los mercados automotriz e industrial impulsan mejoras en los materiales del encapsulado (por ejemplo, siliconas de alta temperatura) y tecnologías de unión del chip para soportar temperaturas de unión más altas y ciclos térmicos más extremos.Miniaturización:Existe un impulso constante hacia huellas de paquete más pequeñas manteniendo o aumentando la potencia óptica, permitiendo una integración más densa en dispositivos electrónicos modernos.Consistencia de Color y Clasificación:Los avances en el crecimiento epitaxial y el control del proceso de fabricación permiten distribuciones más estrechas de longitud de onda e intensidad luminosa, reduciendo la necesidad de una clasificación extensiva y simplificando la gestión de inventario para los fabricantes.Soluciones Integradas:Una tendencia creciente es la integración del chip LED con CI excitadores, componentes de protección (como diodos ESD) e incluso lógica de control en módulos de paquete único e inteligente.