Hoja de Datos del LED Azul de Potencia Media SMD 67-21S - Paquete PLCC-2 - 150mA - 3.2V Típico - 540mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El 67-21S es un LED de potencia media de montaje superficial (SMD) diseñado para aplicaciones de iluminación general. Utiliza un paquete PLCC-2 (Portador de Chip con Pistas Plásticas), ofreciendo un factor de forma compacto adecuado para procesos de ensamblaje automatizado. El color principal emitido es el azul, logrado mediante tecnología de chip InGaN, encapsulado en una resina transparente para maximizar la salida de luz. Este LED se caracteriza por su alta eficacia y un amplio ángulo de visión de 120 grados, lo que lo hace versátil para diversas necesidades de iluminación. Es compatible con las directivas RoHS y se fabrica como un componente libre de plomo (Pb-free).

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas clave de este LED incluyen su equilibrio entre rendimiento y consumo de energía, a menudo denominado "potencia media". Proporciona una salida luminosa más alta que los LED indicadores de baja potencia típicos, manteniendo una mejor gestión térmica y eficiencia en comparación con algunas contrapartes de alta potencia. Su amplio ángulo de visión garantiza una distribución de luz uniforme, crucial para la iluminación de áreas. Los mercados objetivo principales son la iluminación decorativa y de entretenimiento, donde el color y la luz difusa son importantes, y la iluminación agrícola, donde espectros de luz específicos pueden influir en el crecimiento de las plantas. También es adecuado para iluminación de propósito general en productos de consumo y comerciales.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los límites operativos del dispositivo se definen bajo condiciones específicas (temperatura del punto de soldadura a 25°C). La corriente directa continua máxima (I_F) es de 150 mA. Puede soportar una corriente directa de pico (I_FP) de 300 mA, pero solo bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 10 ms. La disipación de potencia máxima (P_d) es de 540 mW. El rango de temperatura de operación (T_opr) es de -40°C a +85°C, y el rango de temperatura de almacenamiento (T_stg) es de -40°C a +100°C. La resistencia térmica desde la unión al punto de soldadura (R_{th J-S}) es de 50 °C/W, un parámetro crítico para el diseño de gestión térmica. La temperatura máxima permitida en la unión (T_j) es de 125°C. El dispositivo es sensible a las descargas electrostáticas (ESD), requiriendo procedimientos de manejo adecuados.

2.2 Características Electro-Ópticas

Bajo condiciones de prueba estándar (T_soldadura= 25°C, I_F= 150 mA), se especifica el rendimiento típico del LED. El flujo luminoso (Φ) varía desde un mínimo de 9.0 lm hasta un máximo de 15.0 lm, con una tolerancia típica de ±11%. El voltaje directo (V_F) típicamente cae entre 2.9 V y 3.6 V, con una tolerancia de fabricación más ajustada de ±0.1V. El ángulo de visión (2θ_1/2), definido como el ángulo donde la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor máximo, es típicamente de 120 grados. La corriente inversa (I_R) se especifica con un máximo de 50 μA cuando se aplica un voltaje inverso (V_R) de 5V.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia en la producción, los LED se clasifican en lotes (bins) según parámetros clave de rendimiento.

3.1 Clasificación Fotométrica (Flujo Luminoso)

La salida de flujo luminoso se categoriza en múltiples códigos de lote (B8, B9, L1-L5). Cada código representa un rango específico de flujo medido a 150 mA. Por ejemplo, el lote B8 cubre de 9.0 a 9.5 lm, mientras que el lote L5 cubre de 14.0 a 15.0 lm. Esto permite a los diseñadores seleccionar LED con el nivel de brillo deseado para su aplicación.

3.2 Clasificación del Voltaje Directo

El voltaje directo se clasifica en códigos del 36 al 42. Cada código representa un rango de 0.1V, desde 2.9-3.0V para el lote 36 hasta 3.5-3.6V para el lote 42. Seleccionar LED del mismo lote de voltaje o de lotes adyacentes es importante para garantizar una distribución uniforme de corriente cuando se conectan múltiples LED en paralelo.

3.3 Clasificación de la Longitud de Onda Dominante

El color (longitud de onda dominante) se clasifica en dos rangos: B54 (465-470 nm) y B55 (470-475 nm). Esto proporciona un grado de consistencia de color para aplicaciones donde se requiere un tono azul específico. La tolerancia de medición para la longitud de onda dominante/pico es de ±1 nm.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Distribución Espectral

El gráfico del espectro proporcionado muestra una curva de emisión típica para un LED azul de InGaN. El pico se centra en la región de longitud de onda azul (alrededor de 465-475 nm), con un ancho espectral relativamente estrecho, característico de este material semiconductor.

4.2 Voltaje Directo vs. Temperatura de la Unión

La Figura 1 ilustra cómo el voltaje directo cambia con el aumento de la temperatura de la unión. El voltaje típicamente disminuye linealmente a medida que aumenta la temperatura (un coeficiente de temperatura negativo), característica común de los diodos semiconductores. Esto debe considerarse en circuitos de accionamiento a voltaje constante.

4.3 Potencia Radiométrica Relativa vs. Corriente Directa

La Figura 2 muestra la relación entre la potencia óptica de salida y la corriente directa. La salida aumenta de forma sub-lineal con la corriente, y la eficiencia puede disminuir a corrientes muy altas debido al aumento de la generación de calor y otros efectos no ideales.

4.4 Flujo Luminoso Relativo vs. Temperatura de la Unión

La Figura 3 demuestra el efecto de extinción térmica. A medida que aumenta la temperatura de la unión, la salida de flujo luminoso disminuye. Un disipador de calor adecuado es esencial para mantener la salida de luz y la longevidad.

4.5 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva IV)

La Figura 4 presenta la clásica curva característica IV del diodo a 25°C. Muestra la relación exponencial entre corriente y voltaje una vez superado el voltaje de encendido.

4.6 Corriente de Accionamiento Máxima vs. Temperatura de Soldadura

La Figura 5 proporciona una curva de reducción de potencia. Indica la corriente directa máxima permitida para mantener la temperatura de la unión por debajo de su límite de 125°C, basándose en la temperatura del punto de soldadura (relacionada con la temperatura de la PCB). A temperaturas ambiente o de placa más altas, la corriente debe reducirse.

4.7 Patrón de Radiación

La Figura 6 es un diagrama polar que muestra la distribución espacial de la intensidad de la luz. El patrón confirma el perfil de emisión amplio, similar a Lambertiano, con un ángulo de visión de 120°.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

La hoja de datos incluye un dibujo dimensional detallado del paquete PLCC-2. Las dimensiones clave incluyen la longitud, anchura y altura totales, así como el espaciado y tamaño de las almohadillas. El cátodo se identifica típicamente por una marca o una esquina achaflanada en el paquete. Todas las tolerancias no especificadas son de ±0.15 mm.

6. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

El LED es adecuado para soldadura por reflujo. El perfil máximo recomendado es una temperatura máxima de 260°C durante 10 segundos. Para soldadura manual, la temperatura de la punta del soldador no debe exceder los 350°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a 3 segundos por almohadilla. Estos límites son cruciales para evitar daños al paquete plástico y a las conexiones internas con alambre.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificaciones de la Bobina y la Cinta

Los componentes se suministran en cinta resistente a la humedad y en bobina para el ensamblaje automatizado pick-and-place. Se proporcionan las dimensiones de la bobina y de los bolsillos de la cinta portadora. La cantidad estándar cargada es de 4000 piezas por bobina.

7.2 Sensibilidad a la Humedad y Empaque

Los LED se empaquetan en una bolsa de aluminio a prueba de humedad con desecante para protegerlos de la humedad ambiental durante el almacenamiento y transporte, ya que la absorción de humedad puede causar "efecto palomita" durante la soldadura por reflujo.

7.3 Explicación de la Etiqueta

La etiqueta de la bobina contiene información como el número de producto (P/N), la cantidad (QTY) y los códigos de lote específicos para intensidad luminosa (CAT), longitud de onda dominante (HUE) y voltaje directo (REF).

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Iluminación Decorativa y de Entretenimiento:El color azul y el ángulo amplio lo hacen adecuado para iluminación de acento, señalización y efectos escénicos.
Iluminación Agrícola:La luz azul es un componente clave en los espectros de iluminación hortícola, influyendo en la morfología y fotosíntesis de las plantas.
Iluminación General:Puede usarse en arreglos para luces de panel, downlights y otros accesorios donde se necesite una fuente de luz azul difusa o blanca (cuando se combina con fósforos).

8.2 Consideraciones de Diseño

Gestión Térmica:Con una R_{th J-S}de 50 °C/W, un disipador de calor efectivo a través de la PCB (usando vías térmicas, áreas de cobre) es obligatorio para una operación confiable a corriente completa.
Accionamiento de Corriente:Se recomienda encarecidamente un controlador de corriente constante sobre una fuente de voltaje constante para garantizar una salida de luz estable y prevenir la fuga térmica.
Óptica:El amplio ángulo de visión puede requerir óptica secundaria (lentes, reflectores) si se desea un haz más enfocado.
Protección ESD:Implemente protección ESD en las entradas de la PCB y asegure un manejo adecuado durante el ensamblaje.

9. Confiabilidad y Pruebas

La hoja de datos enumera un conjunto completo de pruebas de confiabilidad realizadas con un nivel de confianza del 90% y un 10% de LTPD (Porcentaje de Defectos Tolerables por Lote). Las pruebas incluyen resistencia a la soldadura por reflujo, choque térmico, ciclado de temperatura, almacenamiento y operación a alta temperatura/humedad, almacenamiento y operación a baja temperatura, y múltiples pruebas de vida operativa a alta temperatura bajo varias condiciones (25°C, 55°C, 85°C con diferentes corrientes). Estas pruebas validan la robustez del LED bajo tensiones ambientales y operativas típicas.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo accionar este LED a 300 mA continuamente?
R: No. La especificación de 300 mA es solo para operación pulsada (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 10 ms). La corriente continua máxima es de 150 mA. Exceder esto probablemente sobrecalentará y dañará el LED.

P: ¿Por qué es importante la clasificación del voltaje directo?
R: Al conectar múltiples LED en paralelo, las diferencias en el voltaje directo causan una distribución desigual de la corriente. Los LED con un V_Fmás bajo consumirán más corriente, pudiendo llevar a un fallo prematuro. Usar LED del mismo lote de voltaje minimiza este riesgo.

P: ¿Cómo interpreto el valor de resistencia térmica (50 °C/W)?
R: Esto significa que por cada vatio de potencia disipada en la unión del LED, la temperatura de la unión aumentará 50°C por encima de la temperatura en el punto de soldadura. Por ejemplo, a 150 mA y un V_Fde 3.2V, la potencia es ~0.48W. Esto causaría un aumento de 24°C desde la almohadilla de la PCB hasta la unión.

P: ¿Cuál es el propósito de la bolsa a prueba de humedad?
R: Los paquetes SMD pueden absorber humedad del aire. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad atrapada puede vaporizarse rápidamente, creando presión interna que agrieta el paquete ("efecto palomita"). La bolsa a prueba de humedad y el desecante previenen la absorción antes del uso.

11. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Diseñar una barra de luz lineal usando 20 unidades del LED 67-21S.
Pasos de Diseño:
1. Diseño Eléctrico:Decidir una configuración serie-paralelo. Por ejemplo, conectar 10 ramas en paralelo, cada una conteniendo 2 LED en serie. Esto requiere un voltaje de accionamiento de ~6.4V (2 * 3.2V) y una corriente total de 1.5A (10 ramas * 150mA). Se necesita un controlador de corriente constante ajustado a 1.5A y capaz de >7V de salida.
2. Diseño Térmico:Calcular la disipación de potencia total: 20 LED * 0.48W ≈ 9.6W. La PCB debe actuar como disipador de calor. Use una capa de cobre de 2 oz, vías térmicas bajo cada almohadilla de LED conectadas a un gran plano de tierra interno, y considere una PCB con núcleo de aluminio (MCPCB) para una mejor dispersión del calor.
3. Diseño Óptico:Para una barra lineal, el haz nativo de 120° puede ser suficiente. Si se usa una cubierta difusora, asegúrese de que tenga alta transmitancia para mantener la eficiencia.
4. Selección de Componentes:Especifique LED del mismo lote de flujo luminoso (ej., L2) y del mismo lote de voltaje directo (ej., 38) para garantizar brillo uniforme y distribución de corriente.

12. Introducción al Principio Técnico

El LED 67-21S se basa en una heteroestructura semiconductor hecha de Nitruro de Galio e Indio (InGaN). Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión p-n, se inyectan electrones y huecos en la región activa. Su recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación InGaN determina la energía de la banda prohibida, que a su vez define la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, azul. El paquete PLCC-2 aloja el chip semiconductor en un marco de pistas, lo conecta con alambres finos y lo encapsula en una resina epoxi transparente o de silicona que protege el chip y actúa como un elemento óptico primario.

13. Tendencias Tecnológicas

El mercado para LED de potencia media como el 67-21S continúa evolucionando. Las tendencias clave incluyen:
Mayor Eficacia (lm/W):Mejoras continuas en el diseño del chip, crecimiento epitaxial y eficiencia de extracción del paquete conducen a una mayor salida de luz para la misma entrada eléctrica.
Mejor Consistencia de Color:Tolerancias de clasificación más ajustadas y controles de fabricación avanzados reducen la variación de color dentro y entre lotes de producción.
Confiabilidad Mejorada:Desarrollo de materiales de paquete más robustos (ej., siliconas de alta temperatura) y tecnologías de unión del chip para soportar temperaturas de operación más altas y entornos más severos.
Optimización para Aplicaciones Específicas:Los LED están cada vez más adaptados para mercados específicos como la horticultura, con espectros optimizados para los fotorreceptores de las plantas, o para la iluminación centrada en el ser humano, considerando los ritmos circadianos.