LED SMD de Potencia Media Rojo Profundo 67-21S - Paquete PLCC-2 - 2.0x1.25x0.7mm - 2.0-2.9V - 60mA - 40-100mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un LED de potencia media de montaje superficial (SMD) que utiliza tecnología de chip AlGaInP para emitir luz roja profunda. El componente está alojado en un paquete compacto PLCC-2 (Portador de Chip Plástico con Pines), diseñado para procesos de ensamblaje automatizado. Sus principales ventajas incluyen una alta eficiencia luminosa, un consumo de energía moderado adecuado para operación prolongada y un ángulo de visión muy amplio que garantiza una distribución uniforme de la luz. Estas características lo convierten en una opción versátil para un amplio espectro de aplicaciones de iluminación más allá del simple uso como indicador.

1.1 Características Clave y Cumplimiento Normativo

• Paquete:Factor de forma estándar PLCC-2 para una colocación SMT confiable.
• Color Emitido:Rojo Profundo (longitud de onda pico 650-680 nm).
• Ángulo de Visión:120 grados (típico), proporcionando un patrón de radiación amplio.
• Cumplimiento Ambiental:El producto está libre de plomo (Pb), cumple con la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) de la UE, se adhiere a las regulaciones REACH de la UE y cumple con los estándares libres de halógenos (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Clasificación (Binning):Sigue los estándares ANSI (Instituto Nacional Estadounidense de Estándares) para una salida de color y flujo consistente, asegurando uniformidad en los lotes de producción.

1.2 Aplicaciones Objetivo

Este LED está diseñado para aplicaciones de iluminación que requieren emisión eficiente de luz roja. Los casos de uso típicos incluyen:

• Iluminación Decorativa y de Entretenimiento:Iluminación de acento arquitectónico, iluminación escénica y de ambiente donde puntos de color específicos son críticos.
• Iluminación Agrícola:Iluminación suplementaria en horticultura y agricultura vertical, particularmente en procesos de fotomorfogénesis donde la luz roja influye en el crecimiento y floración de las plantas.
• Iluminación General:Integración en luminarias que requieren un componente rojo para luz blanca ajustable o efectos de temperatura de color específicos.

2. Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación en o bajo estos límites.

Nota Importante:Este dispositivo es sensible a descargas electrostáticas (ESD). Se deben seguir los procedimientos adecuados de manejo ESD durante el ensamblaje y manipulación para prevenir fallas latentes o catastróficas.

3. Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura del punto de soldadura (T_soldadura) de 25°C y representan el rendimiento típico bajo las condiciones especificadas.

Notas:
1. La tolerancia en la Potencia Radiométrica es de ±11%.
2. La tolerancia en el Voltaje Directo es de ±0.1V.

4. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia de color y rendimiento en la producción, los LED se clasifican en lotes (bins). Este dispositivo utiliza tres criterios de clasificación independientes.

4.1 Clasificación por Potencia Radiométrica

Los LED se categorizan según su potencia de salida óptica a 60mA. El código de lote es parte del número de pedido del producto.

4.2 Clasificación por Voltaje Directo

Los LED también se clasifican por su caída de voltaje directo, lo cual es crucial para diseñar drivers de corriente constante y gestionar la carga térmica.

4.3 Clasificación por Longitud de Onda Pico

Esto define el color espectral de la luz roja profunda emitida, crítico para aplicaciones donde se requieren longitudes de onda específicas (ej., respuesta de fotorreceptores de plantas).

Nota:La tolerancia de medición de longitud de onda dominante/pico es de ±1nm.

5. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los siguientes gráficos, derivados de datos típicos, ilustran cómo cambian los parámetros clave con las condiciones de operación. Estos son esenciales para un diseño de sistema robusto.

5.1 Distribución Espectral

La curva de espectro proporcionada muestra un pico estrecho y bien definido en la región del rojo profundo (aproximadamente 660-670nm para la pieza típica), característico de la tecnología AlGaInP. Hay una emisión mínima en otras bandas espectrales, resultando en un color rojo saturado.

5.2 Voltaje Directo vs. Temperatura de la Unión (Fig.1)

El voltaje directo (V_F) de un LED semiconductor tiene un coeficiente de temperatura negativo. A medida que la temperatura de la unión (T_j) aumenta de 25°C a 115°C, V_Fdisminuye linealmente aproximadamente 0.25V. Esta característica es vital para la compensación de temperatura en circuitos de control y puede usarse para el monitoreo indirecto de la temperatura de la unión.

5.3 Potencia Radiométrica Relativa vs. Corriente Directa (Fig.2)

La potencia de salida óptica aumenta de forma sub-lineal con la corriente directa. Si bien operar a corrientes más altas produce más luz, también genera significativamente más calor, reduciendo la eficacia (lúmenes por vatio) y potencialmente acortando la vida útil. La curva ayuda a los diseñadores a equilibrar la salida con la eficiencia y la fiabilidad.

5.4 Flujo Luminoso Relativo vs. Temperatura de la Unión (Fig.3)

Como la mayoría de los LED, la salida de luz de este dispositivo disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. El gráfico muestra que el flujo luminoso relativo cae a aproximadamente el 80% de su valor a temperatura ambiente cuando T_jalcanza los 115°C. Por lo tanto, una gestión térmica efectiva (baja R_th) es crítica para mantener una salida de luz estable.

5.5 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva IV) (Fig.4)

Esta es la característica IV fundamental. Muestra la relación exponencial a corrientes bajas que transiciona a un comportamiento más resistivo a la corriente de operación nominal (~60mA). La pendiente en la región de operación está relacionada con la resistencia dinámica del LED.

5.6 Corriente de Conducción Máxima vs. Temperatura de Soldadura (Fig.5)

Esta curva de reducción de potencia (derating) es crucial para la fiabilidad. Indica la corriente directa máxima permisible para mantener la temperatura de la unión por debajo de su límite de 115°C, basándose en la temperatura del punto de soldadura (que está influenciada por la temperatura del PCB). Por ejemplo, si el punto de soldadura alcanza 70°C, la corriente continua segura máxima se reduce a aproximadamente 45mA.

5.7 Patrón de Radiación (Fig.6)

El diagrama polar confirma el patrón de emisión amplio, similar a Lambertiano, con un ángulo medio típico de 120°. La intensidad es casi uniforme en una amplia región central, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren iluminación de área amplia en lugar de un haz enfocado.

6. Información Mecánica y del Paquete

6.1 Dimensiones del Paquete

El LED está alojado en un paquete estándar PLCC-2. Las dimensiones clave (en mm) son:
- Longitud Total: 2.0 mm
- Ancho Total: 1.25 mm
- Altura Total: 0.7 mm
- Paso de Pines: 1.05 mm (distancia entre almohadillas de soldadura)
- Dimensiones de la Almohadilla: Aproximadamente 0.6mm x 0.55mm
Todas las tolerancias no especificadas son de ±0.1mm. El cátodo suele estar indicado por una muesca o una marca verde en el paquete.

6.2 Identificación de Polaridad

La polaridad correcta es esencial. El paquete cuenta con un indicador visual (como una esquina biselada o un punto de color) para denotar el terminal del cátodo (-). El diseño de la huella en el PCB debe reflejar esta orientación.

7. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

7.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

El dispositivo está clasificado para soldadura por reflujo estándar por infrarrojos o convección. El perfil recomendado tiene una temperatura máxima de 260°C (+0/-5°C) medida en el cuerpo del paquete, con el tiempo por encima de 240°C no superior a 10 segundos. Se recomienda un solo ciclo de reflujo.

7.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, debe realizarse con un soldador de temperatura controlada ajustado a una temperatura máxima de punta de 350°C. El tiempo de contacto por pin debe limitarse a 3 segundos o menos para prevenir daños térmicos al paquete plástico y a la unión interna del chip.

7.3 Condiciones de Almacenamiento

Como dispositivo sensible a la humedad (MSD), los LED se empaquetan en una bolsa resistente a la humedad con desecante. Una vez abierta la bolsa sellada, los componentes deben usarse dentro de un plazo de tiempo especificado (típicamente 168 horas a <30°C/60%HR) o secarse antes del reflujo para prevenir daños por \"efecto palomita\" durante la soldadura.

8. Información de Empaquetado y Pedido

8.1 Especificaciones de la Cinta y el Carrete

Los componentes se suministran en cinta portadora con relieve para máquinas de colocación automática pick-and-place. Se proporcionan las dimensiones estándar del carrete (ej., carrete de 13 pulgadas). Las cantidades disponibles por carrete incluyen 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500 y 4000 piezas.

8.2 Explicación de la Etiqueta

La etiqueta del carrete contiene información crítica para la trazabilidad y verificación:
- P/N:Número de producto completo, que codifica los códigos de lote específicos para Flujo, Longitud de Onda y Voltaje.
- Cantidad:Cantidad de piezas en el carrete.
- Nº de Lote:Número de lote de fabricación para control de calidad.

8.3 Empaquetado Resistente a la Humedad

La unidad de envío consiste en el carrete colocado dentro de una bolsa laminada de aluminio a prueba de humedad junto con desecante y una tarjeta indicadora de humedad. Luego se sella la bolsa.

9. Pruebas de Fiabilidad

El producto se somete a una serie completa de pruebas de fiabilidad realizadas con un nivel de confianza del 90% y un 10% de LTPD (Porcentaje de Defectos Tolerados por Lote). Los elementos clave de prueba incluyen:
- Resistencia a la Soldadura por Reflujo:260°C durante 10 segundos.
- Choque Térmico:200 ciclos entre -10°C y +100°C.
- Ciclos de Temperatura:200 ciclos entre -40°C y +100°C.
- Almacenamiento y Operación a Alta Temperatura/Humedad:1000 horas a 85°C/85%HR.
- Almacenamiento a Alta/Baja Temperatura:1000 horas a 85°C y -40°C.
- Vida Útil en Operación a Alta/Baja Temperatura:1000 horas a varias temperaturas (25°C, 55°C, 85°C, -40°C) bajo corrientes de conducción especificadas.
Estas pruebas validan la estabilidad a largo plazo y la robustez del LED bajo tensiones ambientales y operativas severas.

10. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

10.1 Gestión Térmica

Con una resistencia térmica (R_{th J-S}) de 50°C/W, gestionar el calor es primordial. Para operación continua a 60mA (V_F~2.5V, P_d~150mW), la unión estará 7.5°C más caliente que el punto de soldadura. Utilice un PCB con vías térmicas adecuadas y área de cobre bajo las almohadillas para disipar el calor al ambiente. Consulte la curva de reducción de potencia (Fig.5) para ajustar la corriente máxima en función de la temperatura esperada del PCB.

10.2 Conducción Eléctrica

Siempre alimente los LED con una fuente de corriente constante, no de voltaje constante. Esto asegura una salida de luz estable y previene la fuga térmica (thermal runaway). El driver debe diseñarse para acomodar el rango de voltaje directo de clasificación (2.0V a 2.9V). Considere implementar modulación por ancho de pulso (PWM) para el atenuado, para evitar el cambio de color asociado con el atenuado analógico (reducción de corriente).

10.3 Integración Óptica

El amplio ángulo de visión de 120° puede requerir ópticas secundarias (lentes, difusores) si se necesita un haz más dirigido. La lente de resina transparente minimiza la absorción de luz. Para arreglos de múltiples LED, asegure un espaciado adecuado para prevenir el acoplamiento térmico entre dispositivos adyacentes.

11. Comparación y Diferenciación Técnica

Este LED de potencia media ocupa un nicho específico. En comparación con los LED indicadores de baja potencia, ofrece un flujo radiante significativamente mayor y está diseñado para iluminación continua. En comparación con los LED de alta potencia, opera a corriente más baja y tiene un paquete más simple sin PCB de núcleo metálico, lo que lo hace más rentable para aplicaciones que requieren muchos puntos de luz distribuidos. Sus diferenciadores clave son la combinación de la eficiencia del rojo profundo AlGaInP, el paquete estandarizado PLCC-2 para facilitar la fabricación y la clasificación ANSI integral para la consistencia del color.

12. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Puedo alimentar este LED a 120mA continuamente?
R: No. El Límite Absoluto Máximo para la corriente directa continua es de 60mA. La clasificación de 120mA es solo para operación pulsada (ciclo de trabajo del 10%, ancho de pulso de 10ms). Exceder la clasificación de corriente continua sobrecalentará la unión, lo que conducirá a una depreciación rápida de los lúmenes y a un fallo prematuro.

P: ¿Cuál es la diferencia entre Potencia Radiométrica (mW) y Flujo Luminoso (lm)?
R: La potencia radiométrica mide la potencia óptica total emitida en vatios. El flujo luminoso mide la potencia percibida de la luz ajustada a la sensibilidad del ojo humano (curva fotópica). Para los LED rojo profundo, el valor del flujo luminoso será relativamente bajo porque el ojo humano es menos sensible a la luz roja, pero la potencia radiométrica (importante para el crecimiento de plantas o detección) es alta.

P: ¿Cómo interpreto el código de producto 67-21S/NDR2C-P5080B2C12029Z6/2T?
R: El código codifica el tipo de paquete (67-21S), el color (NDR = Rojo Profundo) y los códigos de lote específicos para varios parámetros (ej., B2 para flujo, C1 para flujo, 29 para voltaje, Z6 para longitud de onda). La decodificación exacta debe confirmarse con la tabla de códigos de lote del fabricante.

P: ¿Se requiere un disipador de calor?
R: Para un solo LED en un PCB FR4 estándar con cobre moderado, puede que no sea necesario un disipador dedicado a 60mA. Sin embargo, para arreglos de LED o operación en altas temperaturas ambientales, se requiere un análisis térmico. La curva de reducción de potencia (Fig.5) proporciona orientación. Mejorar el diseño térmico del PCB suele ser más efectivo que agregar un disipador separado a un paquete tan pequeño.

13. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Escenario:Diseñar una barra de iluminación suplementaria para el cultivo de lechuga en interiores. La barra tiene 1 metro de largo y requiere una cobertura uniforme de luz roja profunda (660nm) para estimular la fotosíntesis.

Pasos de Diseño:
1. Iluminancia Objetivo:Determinar la Densidad de Flujo de Fotones Fotosintéticos (PPFD) requerida en el dosel de las plantas.
2. Selección del LED:Este LED, en el lote DA3 (660-670nm), es ideal debido a su coincidencia espectral con los picos de absorción de clorofila.
3. Diseño del Arreglo:Calcular el número de LED necesarios basándose en la salida radiométrica por LED (ej., 70mW del lote B4) y la eficiencia del sistema óptico. Espaciarlos uniformemente a lo largo de la barra.
4. Diseño Térmico:Montar los LED en un PCB de aluminio (MCPCB) para gestionar el calor colectivo del arreglo, manteniendo baja la temperatura del punto de soldadura para maximizar la salida de luz y la longevidad (según Fig.3 y 5).
5. Diseño del Driver:Utilizar un driver de corriente constante capaz de suministrar la corriente total (número de LED * 60mA) con un rango de voltaje que cubra la suma del V_Fmáximo de la cadena en serie. Incluir atenuación PWM para el control integral de la luz diaria.

14. Principio de Funcionamiento

Este LED se basa en material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio (AlGaInP). Cuando se aplica un voltaje directo que excede el voltaje de encendido del diodo (~2.0V), los electrones y los huecos se inyectan en la región activa desde las capas tipo n y tipo p, respectivamente. Se recombinan radiativamente, liberando energía en forma de fotones. La energía específica de la banda prohibida de la aleación AlGaInP determina la longitud de onda de los fotones emitidos, que está en el espectro del rojo profundo (650-680 nm). La lente de resina epoxi encapsula el chip, proporciona protección mecánica y da forma al haz de salida de luz.

15. Tendencias Tecnológicas

La tendencia en los LED de potencia media como este es hacia una eficacia cada vez mayor (más salida de luz por vatio eléctrico de entrada) y una fiabilidad mejorada a temperaturas de operación más altas. Los avances en el crecimiento epitaxial y el diseño de chips continúan reduciendo la caída de eficiencia (la disminución de la eficacia a corrientes más altas). Las innovaciones en empaquetado se centran en mejorar las vías térmicas para reducir R_thy en usar resinas más robustas y de alta temperatura. Además, las tolerancias de clasificación más estrictas se están convirtiendo en estándar para satisfacer las demandas de aplicaciones críticas en color en horticultura e iluminación arquitectónica de alta gama, donde la consistencia entre miles de LED es esencial.