Hoja de Datos Técnicos del LED Rojo Profundo de Potencia Media SMD 67-21S - Paquete PLCC-2 - 150mA - 405mW

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un LED de Potencia Media de Montaje Superficial (SMD) en paquete PLCC-2, que emite luz roja profunda. El dispositivo está construido con tecnología de chip AlGaInP encapsulado en resina transparente. Está diseñado para aplicaciones que requieren alta eficacia, un amplio ángulo de visión y un factor de forma compacto dentro de un rango de consumo de potencia media. El componente no contiene plomo y cumple con las directivas RoHS.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las principales ventajas de este LED incluyen su alta eficacia luminosa, que se traduce en una salida de luz eficiente para la potencia eléctrica consumida. El amplio ángulo de visión de 120 grados garantiza una distribución uniforme de la luz, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde una iluminación amplia es crítica. Su compacto paquete PLCC-2 permite diseños de PCB de alta densidad. Estas características lo convierten en una opción ideal para iluminación decorativa y de entretenimiento, iluminación agrícola (por ejemplo, suplementación para crecimiento de plantas) y propósitos de iluminación general donde se desea una salida espectral roja profunda.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. La operación debe mantenerse dentro de estos límites.

• Corriente Directa (I_F)): 150 mA (Continua).
• Corriente Directa de Pico (I_FP)): 300 mA (Pulsada, ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 10ms).
• Disipación de Potencia (P_d)): 405 mW. Esta es la pérdida de potencia máxima permitida en la unión.
• Temperatura de Operación (T_opr)): -40°C a +85°C.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg)): -40°C a +100°C.
• Resistencia Térmica (R_{th J-S})): 50 °C/W (De la unión al punto de soldadura). Este parámetro es crucial para el diseño de gestión térmica.
• Temperatura de la Unión (T_j)): 115 °C (Máxima).
• Temperatura de Soldadura): Reflow: 260°C durante 10 segundos máximo. Soldadura manual: 350°C durante 3 segundos máximo. El dispositivo es sensible a descargas electrostáticas (ESD).

2.2 Características Electro-Ópticas

Medidas a una temperatura del punto de soldadura (T_soldadura) de 25°C. Se proporcionan valores típicos como referencia; los valores mín/máx definen el rango de rendimiento garantizado.

• Potencia Radiométrica (Φ_e)): 80 mW (Mín), 180 mW (Máx) a I_F=150mA. Esta es la potencia óptica total de salida, medida en milivatios. La tolerancia es de ±11%.
• Voltaje Directo (V_F)): 1.8V (Mín), 2.7V (Máx) a I_F=150mA. El valor típico cae dentro de este rango. La tolerancia es de ±0.1V respecto al valor del bin.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2)): 120 grados (Típico) a I_F=150mA. Este es el ángulo total en el cual la intensidad luminosa es la mitad del valor pico.
• Corriente Inversa (I_R)): 50 µA (Máx) a un voltaje inverso (V_R) de 5V.

3. Explicación del Sistema de Binning

El LED se clasifica en bins para parámetros clave para garantizar consistencia en el diseño de la aplicación. Los códigos de bin específicos son parte del número de pedido del producto.

3.1 Bins de Potencia Radiométrica

Binned a I_F=150mA. Los códigos C1 a C5 representan rangos crecientes de potencia de salida.

• C1: 80 - 100 mW
• C2: 100 - 120 mW
• C3: 120 - 140 mW
• C4: 140 - 160 mW
• C5: 160 - 180 mW

3.2 Bins de Voltaje Directo

Binned a I_F=150mA. Los códigos 25 a 33 representan rangos crecientes de voltaje directo.

• 25: 1.8 - 1.9 V
• 26: 1.9 - 2.0 V
• ... hasta33: 2.6 - 2.7 V

3.3 Bins de Longitud de Onda Pico

Binned a I_F=150mA. Define el pico espectral de la emisión roja profunda.

• DA2: 650 - 660 nm
• DA3: 660 - 670 nm
• DA4: 670 - 680 nm

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

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Distribución Espectral

La curva espectral proporcionada muestra un pico estrecho y bien definido en la región roja profunda (aproximadamente 650-680nm dependiendo del bin), característico de los semiconductores AlGaInP. Hay una emisión mínima en otras bandas espectrales, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren luz roja pura.

4.2 Voltaje Directo vs. Temperatura de la Unión

La Figura 1 ilustra que el voltaje directo (V_F) 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 es una consideración crítica para el diseño de drivers de corriente constante para garantizar una operación estable con la temperatura.

4.3 Potencia Radiométrica Relativa vs. Corriente Directa

La Figura 2 muestra una relación sub-lineal. La potencia radiométrica aumenta con la corriente pero comienza a saturarse a corrientes más altas (por encima de ~100mA) debido al aumento de los efectos térmicos y la caída de eficiencia. Operar a la corriente máxima nominal (150mA) puede no producir una salida proporcionalmente mayor en comparación con una corriente ligeramente más baja.

4.4 Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura de la Unión

La Figura 3 demuestra el efecto de extinción térmica. A medida que T_jaumenta, la salida óptica disminuye. La intensidad a 115°C es aproximadamente del 70-80% de su valor a 25°C. Un disipador de calor efectivo es esencial para mantener la salida de luz.

4.5 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva IV)

La Figura 4 presenta la característica clásica IV de un diodo a 25°C. La curva muestra la relación exponencial en la región de baja corriente y un comportamiento más lineal y resistivo a la corriente de operación de 150mA, donde se puede inferir la resistencia dinámica.

4.6 Corriente de Conducción Máxima vs. Temperatura de Soldadura

La Figura 5 es una curva de desclasificación. Indica que la corriente directa continua máxima permitida debe reducirse si la temperatura en el punto de soldadura (T_S) excede aproximadamente 70°C. Por ejemplo, a T_S=90°C, la I_Fmáxima se desclasifica a unos 110mA. Este gráfico es vital para la confiabilidad en entornos de alta temperatura ambiente.

4.7 Patrón de Radiación

La Figura 6 (Diagrama de Radiación) confirma el patrón de emisión casi Lambertiano con un ángulo de visión de 120°. La intensidad es casi uniforme en una amplia región central, cayendo al 50% a ±60 grados del eje mecánico.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El paquete PLCC-2 tiene una huella estándar. Las dimensiones clave (en mm, tolerancia ±0.1mm a menos que se indique) incluyen la longitud, anchura y altura total, así como el espaciado y tamaño de las almohadillas. El cátodo se identifica típicamente por un marcador en el paquete o una esquina biselada. Se debe consultar el dibujo dimensional exacto para el diseño del patrón de soldadura en el PCB.

5.2 Identificación de Polaridad

Se requiere la orientación correcta para un funcionamiento adecuado. El dibujo del paquete en la hoja de datos indica claramente las almohadillas del ánodo y el cátodo. Una conexión de polaridad incorrecta durante la soldadura impedirá que el LED se ilumine y puede someterlo a polarización inversa.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflow

La condición máxima de resistencia es 260°C durante 10 segundos. Se recomienda un perfil de reflow estándar sin plomo con una temperatura pico por debajo de 260°C y el tiempo por encima del líquido (TAL) controlado. Se deben considerar las diferencias de masa térmica en el PCB para garantizar que todos los LEDs experimenten una exposición térmica similar.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, la temperatura de la punta del soldador no debe exceder los 350°C, y el tiempo de contacto con el terminal del LED debe limitarse a 3 segundos o menos por almohadilla. Utilice una técnica de baja masa térmica.

6.3 Condiciones de Almacenamiento

Los dispositivos se empaquetan en bolsas de barrera resistentes a la humedad con desecante. Una vez abierta la bolsa sellada, los componentes son sensibles a la absorción de humedad (clasificación MSL). Deben usarse dentro del tiempo de vida útil especificado o secarse según los estándares IPC/JEDEC antes del reflow si se excede. El almacenamiento a largo plazo debe ser en un ambiente seco a temperaturas entre -40°C y 100°C.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificaciones de la Bobina y la Cinta

Los LEDs se suministran en cintas portadoras embutidas enrolladas en bobinas. Se proporcionan las dimensiones estándar de la bobina y los anchos de la cinta. Las cantidades comunes por bobina incluyen 250, 500, 1000, 2000, 3000 y 4000 piezas, facilitando el montaje automatizado pick-and-place.

7.2 Explicación de la Etiqueta

La etiqueta de la bobina contiene información crítica: Número de Producto (P/N), que codifica las selecciones específicas de bin para Potencia Radiométrica (CAT), Longitud de Onda (HUE) y Voltaje Directo (REF); Cantidad de Empaque (QTY); y Número de Lote (LOT No) para trazabilidad.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Iluminación Decorativa y de Entretenimiento: Iluminación de acento arquitectónico, iluminación escénica y señalización donde se requiere color rojo profundo.
• Iluminación Agrícola: Iluminación suplementaria en horticultura, particularmente para respuestas fotomorfogénicas en plantas (por ejemplo, influir en la floración, elongación del tallo) que son sensibles a la luz roja y roja lejana.
• Uso General: Luces indicadoras, retroiluminación y cualquier aplicación que necesite una fuente de luz roja confiable y eficiente.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión Térmica: Con una R_{th J-S}de 50°C/W, el PCB debe actuar como un disipador de calor efectivo. Utilice un área de cobre adecuada debajo y alrededor de la almohadilla térmica, y considere vías térmicas a capas internas o un PCB de núcleo metálico para aplicaciones de alta potencia o alta temperatura ambiente.
• Conducción de Corriente:** Siempre utilice un driver de corriente constante, no una fuente de voltaje constante. El driver debe diseñarse para acomodar el rango de bins de V_Fy su coeficiente de temperatura negativo. Considere capacidades de atenuación si se requieren.
• Diseño Óptico: El amplio ángulo de visión puede requerir ópticas secundarias (lentes, reflectores) si se necesita dar forma o enfocar el haz. La resina transparente permite una buena extracción de luz.

9. Confiabilidad y Pruebas

La hoja de datos describe un plan integral de pruebas de confiabilidad realizado con un nivel de confianza del 90% y un 10% de LTPD (Porcentaje Defectuoso de Tolerancia de Lote). Las pruebas incluyen:

• Resistencia a la Soldadura por Reflow
• Choque Térmico (-10°C a +100°C)
• Ciclo de Temperatura (-40°C a +100°C)
• Almacenamiento en Alta Temperatura/Humedad (85°C/85% HR)
• Pruebas de Vida de Almacenamiento y Operación a Alta/Baja Temperatura bajo varias condiciones de corriente y temperatura.

Estas pruebas validan la robustez del LED bajo tensiones típicas de fabricación y operación, asegurando un rendimiento a largo plazo.

10. Comparación y Diferenciación Técnica

Como un LED Rojo Profundo de Potencia Media en paquete PLCC-2, sus diferenciadores clave radican en su equilibrio entre rendimiento y tamaño. En comparación con los LEDs de baja potencia, ofrece un flujo radiante significativamente mayor. En comparación con los LEDs de alta potencia, típicamente tiene una menor resistencia térmica a la placa y puede ser conducido a corrientes más bajas, simplificando el diseño del driver. El uso de la tecnología AlGaInP proporciona alta eficiencia en el espectro rojo en comparación con otras tecnologías como los rojos convertidos por fósforo. La combinación específica de corriente de conducción de 150mA, disipación de 405mW y ángulo de 120° en este factor de forma compacta apunta a un nicho específico en el mercado de la iluminación.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

11.1 ¿Qué corriente de driver debo usar?

Para la salida especificada completa, use 150mA de corriente constante. Sin embargo, para mejorar la longevidad o reducir la carga térmica, es posible conducir a una corriente más baja (por ejemplo, 100-120mA), con la salida referenciada a la curva de Potencia Radiométrica Relativa vs. Corriente (Fig. 2). Nunca exceda los 150mA continuos.

11.2 ¿Cómo interpreto los códigos de bin en el número de parte?

El número de parte (por ejemplo, NDR3C-P5080C1C51827Z15/2T) codifica los bins específicos. Debe cruzar los códigos alfanuméricos con las tablas de bins en las secciones 3.1, 3.2 y 3.3 para determinar los valores mínimos y máximos garantizados de Potencia Radiométrica, Voltaje Directo y Longitud de Onda Pico para ese artículo pedible específico.

11.3 ¿Por qué disminuye la salida de luz cuando el LED se calienta?

Esto se debe a la propiedad inherente de los materiales semiconductores conocida como extinción térmica o caída de eficiencia, como se muestra en la Figura 3. A medida que aumenta la temperatura, la recombinación no radiativa aumenta, reduciendo la eficiencia cuántica interna. Un disipador de calor adecuado minimiza el aumento de temperatura de la unión, manteniendo una mayor salida de luz.

11.4 ¿Puedo conectar múltiples LEDs en serie o en paralelo?

La conexión en serie generalmente es preferible cuando se usa un driver de corriente constante, ya que la misma corriente fluye a través de todos los LEDs. Sin embargo, las tolerancias de voltaje directo (bins) se suman, requiriendo un driver con suficiente voltaje de cumplimiento. No se recomienda la conexión en paralelo sin resistencias limitadoras de corriente individuales o canales dedicados debido al desajuste de V_F, lo que puede causar acaparamiento de corriente y brillo desigual o falla.

12. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Escenario: Diseñar una barra de luz para horticultura para luz roja suplementaria en un invernadero con una temperatura ambiente de hasta 40°C.

Pasos de Diseño:

1. Selección: Elija este LED rojo profundo por su espectro objetivo (por ejemplo, bin DA3: 660-670nm, relevante para la activación del fitocromo).
2. Análisis Térmico: Objetivo de una temperatura máxima de la unión (T_j) de 85°C para una buena longevidad. Dado T_ambiente=40°C, R_{th J-S}=50°C/W, y P_d≈ V_F*I_F(por ejemplo, 2.2V * 0.15A = 0.33W). Aumento de temperatura del punto de soldadura a la unión: ΔT = P_d* R_{th J-S}= 0.33W * 50°C/W = 16.5°C. Por lo tanto, la temperatura del punto de soldadura (T_S) debe mantenerse por debajo de T_j- ΔT = 85°C - 16.5°C = 68.5°C.
3. Diseño del PCB: Diseñe el PCB con una almohadilla de cobre grande y continua conectada a la almohadilla térmica del LED. Use múltiples vías térmicas a planos de tierra internos o una capa térmica dedicada para mantener T_Spor debajo de 68.5°C cuando T_ambiente=40°C. Consulte la Figura 5 para asegurarse de que la corriente de conducción sea aceptable para la T_S.
4. Diseño del Driver: Seleccione un driver de corriente constante capaz de entregar 150mA por cadena. Para 10 LEDs en serie, el cumplimiento de voltaje de salida del driver debe cubrir la suma del V_Fmáximo en el bin elegido (por ejemplo, 10 * 2.3V = 23V) más cierto margen.
5. Distribución Óptica: Espacie los LEDs apropiadamente en la barra para lograr la uniformidad de intensidad de luz deseada a través del dosel de las plantas, considerando el ángulo de visión de 120°.

13. Principio de Funcionamiento

Este LED es un diodo semiconductor de unión p-n basado en material Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio (AlGaInP). Cuando se aplica un voltaje directo que excede el umbral de encendido del diodo, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa. Estos portadores de carga 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 la luz emitida, que en este caso está en el espectro rojo profundo (650-680 nm). El encapsulante de resina epoxi transparente protege el chip semiconductor, proporciona estabilidad mecánica y da forma al patrón de salida de luz.

14. Tendencias Tecnológicas

Los LEDs de potencia media como este representan una tendencia significativa en la iluminación de estado sólido, cerrando la brecha entre los LEDs indicadores de baja potencia y los LEDs de iluminación de alta potencia. Las tendencias clave de la industria que influyen en este segmento incluyen:

• Mayor Eficacia: La investigación continua en materiales y empaquetado apunta a entregar mayor potencia radiométrica (mW) por unidad de entrada eléctrica (mA), reduciendo el consumo de energía para la misma salida de luz.
• Mejor Gestión Térmica: Los avances en el diseño de paquetes (por ejemplo, almohadillas térmicas mejoradas) y materiales de PCB (por ejemplo, sustratos metálicos aislados, placas con núcleo térmico) permiten una mejor disipación de calor, permitiendo corrientes de conducción más altas o una confiabilidad mejorada a corrientes estándar.
• Picos Espectrales Más Estrechos y Nuevas Longitudes de Onda: En horticultura, existe una demanda de LEDs con picos de emisión muy específicos y estrechos que coincidan con los fotorreceptores de las plantas (por ejemplo, 660nm, 730nm). El desarrollo continúa para optimizar la eficiencia en estas longitudes de onda objetivo.
• Miniaturización e Integración: La búsqueda de matrices de iluminación más pequeñas y densas continúa, impulsando paquetes con una huella más pequeña mientras se mantiene o mejora el rendimiento óptico y térmico.