LED SMD Amarillo de 120 Grados de Ángulo de Visión - Características Eléctricas/Ópticas - Aplicaciones en Accesorios Automotrices - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona especificaciones técnicas completas para un Diodo Emisor de Luz (LED) de Montaje Superficial (SMD) de alto rendimiento. El dispositivo está diseñado para fiabilidad y rendimiento en entornos exigentes, dirigido específicamente a aplicaciones de accesorios dentro del sector automotriz. Su factor de forma miniaturizado y su encapsulado estandarizado lo hacen adecuado para procesos de montaje automatizado en placas de circuito impreso (PCB) y diseños con limitaciones de espacio.

1.1 Características y Ventajas Principales

El LED incorpora varias características clave que contribuyen a su robustez y facilidad de integración:

• Cumplimiento Ambiental:El producto cumple con la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).
• Manejo Automatizado:Se suministra envasado en cinta de 12 mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro, compatible con equipos estándar de pick-and-place automatizados.
• Estándares de Alta Fiabilidad:El dispositivo se somete a un preacondicionamiento acelerado a nivel JEDEC 2 y está cualificado según el estándar AEC-Q101 Rev D, que es el referente para componentes semiconductores discretos en aplicaciones automotrices.
• Compatibilidad de Proceso:Está diseñado para ser compatible con procesos de soldadura por reflujo infrarrojo (IR), estándar en la fabricación electrónica moderna.
• Interfaz Eléctrica:El dispositivo es compatible con circuitos integrados (I.C.), lo que simplifica el diseño del circuito de excitación.

1.2 Mercado Objetivo y Aplicaciones

La aplicación principal prevista es parasistemas de accesorios automotrices. Esto incluye elementos de iluminación interior y exterior que no forman parte de los sistemas de iluminación críticos para la seguridad (por ejemplo, faros, luces de freno). Ejemplos pueden ser luces indicadoras del salpicadero, iluminación ambiental, luces de cortesía o indicadores de estado para varios subsistemas del vehículo. La combinación de alta luminosidad, un amplio ángulo de visión y la cualificación de grado automotriz lo hacen adecuado para estos fines.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Esta sección proporciona un desglose detallado de las características eléctricas, ópticas y térmicas del dispositivo. Todos los parámetros se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C, salvo que se indique lo contrario.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estos límites.

• Disipación de Potencia (Pd):530 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar en forma de calor.
• Corriente Directa de Pico (I_F(PEAK)):400 mA. Esta es la corriente pulsada máxima permitida, típicamente definida bajo condiciones específicas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms) para gestionar la temperatura de unión.
• Corriente Directa en CC (I_F):5 mA a 200 mA. Este es el rango recomendado para operación continua. La corriente mínima asegura una salida de luz estable, mientras que la máxima evita el sobrecalentamiento.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-40°C a +110°C. Este amplio rango es característico de los componentes de grado automotriz.
• Condición de Soldadura Infrarroja:Soporta 260°C durante 10 segundos, lo que se alinea con los perfiles comunes de soldadura por reflujo sin plomo (Pb-free).

2.2 Características Térmicas

La gestión térmica es crítica para el rendimiento y la longevidad del LED. Estos parámetros definen cómo viaja el calor desde la unión del semiconductor.

• Resistencia Térmica, Unión-Ambiente (R_θJA):Típica 50 °C/W. Medida en una PCB FR4 (1.6 mm de espesor) con una almohadilla de cobre de 16 mm². Este valor indica cuánto aumenta la temperatura de unión por cada vatio de potencia disipada, en relación con el aire ambiente.
• Resistencia Térmica, Unión-Punto de Soldadura (R_θJS):Típica 30 °C/W. Esta es a menudo una métrica más útil, ya que describe la ruta térmica hacia la PCB, que es el disipador de calor principal. Un valor más bajo es mejor.
• Temperatura Máxima de Unión (T_J):125 °C. El límite superior absoluto para la temperatura en la unión del semiconductor.

2.3 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo condiciones de prueba estándar (I_F= 140mA, Ta=25°C).

• Intensidad Luminosa (I_V):4.5 cd (Mín) a 11.2 cd (Máx). Medida usando un sensor filtrado para coincidir con la curva de respuesta fotópica (ojo humano) (CIE). El valor real se clasifica en bins (ver Sección 3).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):Típico 120 grados. Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor máximo (en el eje). Un ángulo de visión amplio como este proporciona un patrón de iluminación amplio y uniforme.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_P):Típica 592 nm. Esta es la longitud de onda a la que la potencia espectral de salida es más alta.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):583 nm a 595 nm. Esta es la longitud de onda única que mejor representa el color percibido de la luz, derivada del diagrama de cromaticidad CIE. Se clasifica en bins para garantizar consistencia.
• Ancho a Media Altura de la Línea Espectral (Δλ):Típico 18 nm. Esto indica la pureza espectral; un ancho más estrecho significa un color más saturado y puro.
• Tensión Directa (V_F):1.90 V (Mín) a 2.65 V (Máx) a 140mA. Esta es la caída de tensión a través del LED durante su funcionamiento. Se clasifica en bins para ayudar en el diseño del circuito.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 10 μA a V_R= 12V. El dispositivo no está diseñado para operación en polarización inversa; este parámetro es solo para fines de prueba.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar un color y rendimiento consistentes en la producción, los LED se clasifican en bins según parámetros clave. El código de lote sigue el formato: Vf / Iv / Wd (ej., D/DA/3).

3.1 Clasificación por Tensión Directa (Vf)

Los bins aseguran que los LED tengan caídas de tensión similares, lo que es importante para el reparto de corriente en circuitos en paralelo o para un diseño de driver predecible.

• Códigos de Bin:C (1.90-2.05V), D (2.05-2.20V), E (2.20-2.35V), F (2.35-2.50V), G (2.50-2.65V).
• Tolerancia:±0.1V dentro de cada bin.

3.2 Clasificación por Intensidad Luminosa (Iv)

Esto agrupa los LED según su brillo de salida de luz.

• Códigos de Bin:DA (4.5-5.6 cd), DB (5.6-7.1 cd), EA (7.1-9.0 cd), EB (9.0-11.2 cd).
• Tolerancia:±11% dentro de cada bin.

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Dominante (Wd)

Esto asegura un color amarillo percibido consistente entre lotes de producción.

• Códigos de Bin:3 (583-586 nm), 4 (586-589 nm), 5 (589-592 nm), 6 (592-595 nm).
• Tolerancia:±1 nm dentro de cada bin.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan información sobre cómo se comporta el LED bajo condiciones variables.

4.1 Distribución Espacial (Patrón del Haz)

El diagrama polar proporcionado (Fig. 2) representa visualmente el ángulo de visión de 120 grados. Muestra la intensidad luminosa relativa en función del ángulo desde el eje central. El patrón es típicamente Lambertiano o casi Lambertiano para LED de ángulo de visión tan amplio, lo que significa que la intensidad decae con el coseno del ángulo.

4.2 Corriente Directa vs. Tensión Directa / Intensidad Luminosa

Aunque no se grafica explícitamente en el extracto proporcionado, las curvas típicas para LED de AlInGaP muestran una relación no lineal. La tensión directa (V_F) aumenta logarítmicamente con la corriente. La intensidad luminosa (I_V) es generalmente proporcional a la corriente directa hasta cierto punto, después del cual ocurre una caída de eficiencia debido al aumento de calor y otros efectos del semiconductor. Operar a los 140mA recomendados probablemente esté dentro de la región de alta eficiencia.

4.3 Dependencia de la Temperatura

El rendimiento del LED es sensible a la temperatura. A medida que aumenta la temperatura de unión:

• Tensión Directa (V_F):Disminuye ligeramente (coeficiente de temperatura negativo).
• Intensidad Luminosa (I_V):Disminuye. La salida de luz puede caer significativamente a altas temperaturas, por lo que la gestión térmica (baja R_θJS) es crucial.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Puede desplazarse ligeramente, afectando potencialmente al color percibido, especialmente en aplicaciones con bins muy ajustados.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado e Identificación de Polaridad

El LED utiliza un contorno de encapsulado estándar EIA. Las dimensiones críticas incluyen largo, ancho y alto, con una tolerancia típica de ±0.2 mm. Una nota de diseño clave es que elconductor del ÁNODO también sirve como el disipador de calor principalpara el LED. Esto significa que la almohadilla del ánodo en la PCB debe diseñarse para maximizar la disipación térmica, ya que es la ruta principal para que el calor salga de la unión del LED y entre en la PCB.

5.2 Diseño Recomendado de la Almohadilla de Montaje en PCB

Se proporciona un diagrama de patrón de pistas para soldadura por reflujo IR. Seguir esta recomendación es esencial para lograr una correcta formación de la junta de soldadura, asegurar una buena conexión eléctrica y, críticamente, maximizar la transferencia térmica desde la almohadilla del ánodo/disipador hacia las capas de cobre de la PCB. El tamaño y forma de esta almohadilla influyen directamente en la resistencia térmica efectiva (R_θJS).

6. Pautas de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo IR

Se especifica un gráfico de perfil de reflujo detallado, conforme a J-STD-020 para procesos sin plomo. Los parámetros clave incluyen:

• Precalentamiento:Rampa hasta 150-200°C.
• Tiempo de Remojo/Precalentamiento:Máximo 120 segundos para permitir la estabilización de temperatura y activación del fundente.
• Temperatura de Pico:Máximo 260°C.
• Tiempo por Encima del Líquidus (TAL):El tiempo transcurrido por encima del punto de fusión de la soldadura es crítico; el perfil asegura que esté dentro de los límites (típicamente 60-90 segundos) para formar juntas fiables sin daño térmico al componente.
• Número de Pasadas:Máximo de dos ciclos de reflujo.

6.2 Soldadura Manual (Si es Necesaria)

Si se requiere re-trabajo manual:

• Temperatura del Soldador:Máximo 300°C.
• Tiempo de Soldadura:Máximo 3 segundos por junta.
• Número de Reparaciones:Solo una vez para soldadura manual, para minimizar el estrés térmico.

6.3 Limpieza

Si es necesaria una limpieza posterior a la soldadura, solo deben usarse los disolventes especificados para evitar dañar el encapsulado del LED. Los agentes recomendados son alcohol etílico o alcohol isopropílico. El LED debe sumergirse a temperatura ambiente durante menos de un minuto.

7. Precauciones de Almacenamiento y Manejo

7.1 Sensibilidad a la Humedad

Este producto está clasificado comoNivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) 2según JEDEC J-STD-020.

• Paquete Sellado:Almacenar a ≤30°C y ≤70% de Humedad Relativa (HR). La vida útil es de un año a partir de la fecha de código cuando se almacena en la bolsa antihumedad original con desecante.
• Paquete Abierto:Para componentes extraídos de la bolsa sellada, el entorno de almacenamiento no debe exceder 30°C y 60% HR. Se recomienda completar la soldadura por reflujo IR dentro de los 365 días posteriores a la apertura.
• Almacenamiento Prolongado (Abierto):Almacenar en un recipiente sellado con desecante o en un desecador de nitrógeno.
• Secado (Baking):Si los componentes han estado expuestos a condiciones ambientales por más de 365 días, deben secarse a aproximadamente 60°C durante al menos 48 horas antes de soldar para eliminar la humedad absorbida y prevenir daños por \"efecto palomita\" durante el reflujo.

7.2 Precaución de Aplicación

El LED está diseñado para equipos electrónicos ordinarios y de accesorios automotrices. Para aplicaciones en las que una falla podría poner directamente en peligro la vida o la salud (por ejemplo, sistemas primarios de aviación, soporte vital médico, dispositivos de seguridad crítica), se requiere una evaluación de fiabilidad específica y consulta con el fabricante antes de su incorporación al diseño.

8. Información de Envasado y Pedido

8.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

El dispositivo se suministra en cinta portadora estampada estándar de la industria.

• Ancho de Cinta:12 mm.
• Diámetro del Carrete:7 pulgadas (178 mm).
• Cantidad por Carrete:Estándar 1000 piezas, con una cantidad mínima de pedido de 500 piezas por carrete.
• Cinta de Cubierta:Los huecos vacíos se sellan con una cinta de cubierta superior.
• Componentes Faltantes:Se permite un máximo de dos LED faltantes consecutivos (huecos vacíos) por especificación.
• Estándar:El envasado cumple con las especificaciones ANSI/EIA-481.

8.2 Información de la Etiqueta

La etiqueta del carrete incluye el código de descripción del lote en el formato Vf_Bin/Iv_Bin/Wd_Bin (ej., D/DA/3), permitiendo la trazabilidad de las características eléctricas y ópticas del lote.

9. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

9.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Interior Automotriz:Luces indicadoras del salpicadero, indicadores de posición de la palanca de cambios, luces de estado del sistema de audio, iluminación ambiental del piso o la consola.
• Exterior Automotriz:Luces de cortesía, iluminación de manijas de puertas, iluminación de marcación o acento no crítica.
• Uso General como Indicador:LEDs de estado en otros equipos de transporte o industriales donde un amplio ángulo de visión y alta luminosidad sean beneficiosos.

9.2 Consideraciones de Diseño Críticas

1. Gestión Térmica:Este es el aspecto más crítico. El diseño de la PCB debe maximizar el tamaño y la conectividad térmica (usando vías a capas internas o traseras de cobre) de laalmohadilla del ánodo, ya que es la ruta térmica principal. No hacerlo conducirá a temperaturas de unión más altas, reducción de la salida de luz, depreciación acelerada del lumen y una vida útil más corta.
2. Excitación de Corriente:Utilice un circuito driver de corriente constante, no una simple resistencia limitadora conectada a una fuente de tensión variable, para una salida de luz estable y consistente. Asegúrese de que el driver pueda suministrar la corriente requerida (5-200mA CC) y pueda manejar el bin de tensión directa de los LED utilizados.
3. Diseño Óptico:El ángulo de visión de 120 grados proporciona una luz amplia y difusa. Para haces enfocados, se requerirían ópticas secundarias (lentes). La lente \"transparente\" significa que el LED emite el color amarillo nativo sin difusión.
4. Protección contra ESD:Aunque no se declara explícitamente como sensible, implementar protección básica contra ESD en las líneas de control que excitan el LED es una buena práctica para la robustez.

10. Comparación y Diferenciación Técnica

Aunque en esta hoja de datos no se proporciona una comparación directa con otros números de parte, los diferenciadores clave de este LED pueden inferirse de sus especificaciones:

• vs. LED Comerciales Estándar:El diferenciador principal es lacualificación AEC-Q101y el rango de temperatura extendido (-40°C a +110°C), lo que lo hace adecuado para entornos automotrices donde los extremos de temperatura y la vibración son comunes.
• vs. LED de Ángulo Estrecho:Elángulo de visión de 120 gradoses significativamente más amplio que el de muchos LED indicadores (que pueden ser de 30-60 grados), haciéndolo mejor para iluminación de área o aplicaciones donde el LED puede verse desde ángulos fuera del eje.
• vs. LED sin Clasificar (Binning):La exhaustivaclasificación por tres parámetros (Vf, Iv, Wd)asegura una consistencia mucho mayor en brillo, color y comportamiento eléctrico dentro de una corrida de producción, lo cual es esencial para aplicaciones que requieren una apariencia uniforme o un rendimiento de circuito predecible.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Cuál es la diferencia entre Longitud de Onda de Pico y Longitud de Onda Dominante?
R: La Longitud de Onda de Pico (λ_P) es la longitud de onda física donde el LED emite la mayor potencia óptica. La Longitud de Onda Dominante (λ_d) es un valor calculado que representa el color percibido por el ojo humano, basado en todo el espectro de emisión y las funciones de igualación de color CIE. λ_des más relevante para la especificación del color.

P2: ¿Por qué hay una corriente directa mínima (5mA)?
R: A corrientes muy bajas, la salida de luz de un LED puede volverse inestable y no lineal. Especificar un mínimo asegura que el dispositivo opere en una región predecible y estable de su curva de rendimiento.

P3: ¿Puedo excitar este LED con una fuente de 12V y una resistencia?
R: Técnicamente sí, pero no se recomienda para un rendimiento o fiabilidad óptimos. El cálculo R = (12V - V_F) / I_Fes simple, pero cualquier variación en la tensión de alimentación o en la tensión directa del LED (debido al binning o la temperatura) causará una gran variación en la corriente y, por tanto, en el brillo. Se prefiere encarecidamente un driver de corriente constante.

P4: El ánodo es el disipador de calor. ¿Significa esto que la almohadilla del cátodo no es térmicamente importante?
R: Correcto. La ruta térmica principal está diseñada intencionalmente a través del ánodo. Si bien la conexión del cátodo conducirá algo de calor, el diseño de la PCB debe centrar los esfuerzos de gestión térmica (gran área de cobre, vías térmicas) exclusivamente en la almohadilla del ánodo para una máxima efectividad.

12. Caso Práctico de Diseño y Uso

Escenario: Diseñar una tira de luz ambiental para la consola central de un automóvil.

1. Análisis de Requisitos:Se necesita una iluminación amarilla suave y uniforme a lo largo de una tira de 30 cm, visible desde varias posiciones de asiento. La tensión de operación es el sistema nominal de 12V del vehículo. El entorno de temperatura varía desde arranques en frío hasta un habitáculo caliente.
2. Selección de Componentes:Este LED es adecuado debido a su grado automotriz, amplio ángulo de visión (para difusión uniforme) y color amarillo. La alta luminosidad permite excitarlo por debajo de su corriente máxima para mayor eficiencia y vida útil más larga.
3. Diseño del Circuito:Se selecciona un circuito integrado driver de LED conmutado de corriente constante, configurado para entregar 100mA por LED. Esto está por debajo del punto de prueba de 140mA, proporcionando margen para la reducción térmica (derating). El ajuste de corriente del driver es independiente de las fluctuaciones del sistema eléctrico del vehículo (9-16V).
4. Diseño de la PCB:El diseño utiliza una matriz lineal de LEDs. El paso más crítico es diseñar una gran zona de cobre sólida para la almohadilla del ánodo de cada LED, conectada a través de múltiples vías térmicas a un plano de tierra interno dedicado que actúa como esparcidor de calor. Las almohadillas del cátodo se conectan con trazos finos.
5. Integración Óptica:Los LED se colocan detrás de una guía de luz/difusor blanco lechoso o texturizado para dispersar el haz de 120 grados en una línea de luz perfectamente uniforme, ocultando los \"puntos calientes\" individuales de los LED.
6. Validación:El conjunto se prueba en todo el rango de temperatura para asegurar que la salida de luz cumple los requisitos cuando está caliente y que no ocurren fallos relacionados con la condensación durante ciclos de humedad (validando que se siguieron los procedimientos de manejo MSL-2).

13. Introducción a la Tecnología

Este LED utiliza un sistema de material semiconductor deAlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). Este material es particularmente eficiente para producir luz en las regiones amarilla, naranja, roja y ámbar del espectro. Las ventajas clave del AlInGaP incluyen una alta eficiencia cuántica interna y buena estabilidad térmica en comparación con otros sistemas de materiales. La lente \"transparente\" está típicamente hecha de un epoxi o silicona de alta temperatura que es transparente a la longitud de onda emitida, permitiendo ver el color puro del chip semiconductor sin alteración o difusión.

14. Tendencias y Avances de la Industria

La tendencia general en los LED SMD, particularmente para aplicaciones automotrices e industriales, es hacia:

1. Mayor Eficiencia (lm/W):Las mejoras continuas en el crecimiento epitaxial y el diseño del chip producen más salida de luz para la misma entrada eléctrica, reduciendo el consumo de energía y la carga térmica.
2. Mayor Densidad de Potencia y Mejor Gestión Térmica:Los nuevos diseños de encapsulado incorporan mejores rutas térmicas (como el disipador de ánodo dedicado aquí) y materiales para manejar corrientes de excitación más altas en huellas más pequeñas.
3. Fiabilidad Mejorada y Cualificación Más Estricta:Estándares como AEC-Q101 se revisan continuamente, y se espera que los componentes cumplan pruebas más rigurosas para una mayor vida útil, especialmente en aplicaciones automotrices donde son comunes vidas útiles de 10-15 años.
4. Clasificación (Binning) Más Estrecha y Consistencia de Color:A medida que aplicaciones como la iluminación ambiental se vuelven más estéticas, aumenta la demanda de LED con coordenadas de color extremadamente consistentes (más allá de la simple longitud de onda dominante) e intensidad entre lotes de producción.
5. Integración:Existe una tendencia hacia la integración de múltiples chips LED, circuitos de control y, a veces, ópticas en \"módulos LED\" únicos e inteligentes para simplificar el diseño del usuario final.