Hoja de Datos del LED RGB SMD LTST-S32F1KT-5A - Chip a Color Completo - Voltaje 1.6-3.1V - Potencia 75-80mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTST-S32F1KT-5A es una lámpara LED de montaje superficial (SMD) compacta, de visión lateral y a color completo. Integra tres chips semiconductores distintos en un solo encapsulado: un chip de AlInGaP para la emisión roja y dos chips de InGaN para la emisión verde y azul. Esta configuración permite generar un amplio espectro de colores mediante el control individual o combinado de los tres canales. El dispositivo está diseñado para procesos de montaje automatizado en placas de circuito impreso (PCB), presentando terminales estañados para una mejor soldabilidad y compatibilidad con perfiles de soldadura por reflujo sin plomo (Pb-free).

El objetivo principal de diseño es proporcionar una fuente de luz RGB de alta luminosidad y confiable para aplicaciones con espacio limitado donde se requiere indicación de estado, retroiluminación o iluminación simbólica. Su huella miniatura y perfil de lente de emisión lateral lo hacen especialmente adecuado para integrar en electrónica de consumo delgada, dispositivos de comunicación y paneles de control industrial donde el espacio frontal es limitado pero la visibilidad lateral es crucial.

1.1 Características

• Cumple con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).
• Diseño óptico de visión lateral con lente transparente al agua.
• Utiliza tecnología semiconductor ultrabrillante InGaN (para Verde/Azul) y AlInGaP (para Rojo).
• Encapsulado en cinta de 8mm alojada en carretes estándar de 7 pulgadas de diámetro para equipos automáticos pick-and-place.
• Conforme a los contornos de encapsulado estándar EIA (Alianza de Industrias Electrónicas).
• Compatible con lógica de entrada (compatible con I.C.) para fácil interfaz con microcontroladores y circuitos controladores.
• Totalmente compatible con procesos de soldadura por reflujo infrarrojo (IR) de alto volumen.

1.2 Aplicaciones

• Equipos de telecomunicaciones (ej., estaciones base celulares, routers).
• Dispositivos de automatización de oficina (ej., impresoras, escáneres, dispositivos multifunción).
• Paneles indicadores e interfaces de control de electrodomésticos.
• Indicadores de estado y falla en equipos industriales.
• Retroiluminación de teclados en dispositivos portátiles.
• Indicadores de estado y potencia de propósito general.
• Micro-pantallas e iluminación de iconos.
• Luminarias de señalización y simbólicas en paneles de control.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Esta sección proporciona un análisis detallado de los límites operativos y características de rendimiento del dispositivo bajo condiciones de prueba definidas. Todos los datos se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C a menos que se indique lo contrario.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se recomienda la operación continua en o cerca de estos límites.

• Disipación de Potencia (Pd):Rojo: 75 mW, Verde/Azul: 80 mW. Esta es la pérdida de potencia máxima permitida como calor dentro del encapsulado.
• Corriente Directa de Pico (I_F(PEAK)):Rojo: 80 mA, Verde/Azul: 100 mA. Aplicable solo bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms) para prevenir sobrecarga térmica.
• Corriente Directa Continua (I_F):Rojo: 30 mA, Verde/Azul: 20 mA. La corriente directa continua máxima recomendada para una operación confiable a largo plazo.
• Rango de Temperatura de Operación:-20°C a +80°C. El rango de temperatura ambiente para el cual el dispositivo está diseñado para funcionar.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-30°C a +100°C. El rango de temperatura permitido cuando el dispositivo no está energizado.
• Condición de Soldadura Infrarroja:Resiste una temperatura pico de 260°C durante 10 segundos, definiendo su Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) y capacidad de reflujo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos bajo condiciones de prueba estándar (I_F= 5mA, Ta=25°C).

• Intensidad Luminosa (I_V):Medida en milicandelas (mcd). Valores mínimos: Rojo: 18.0 mcd, Verde: 45.0 mcd, Azul: 11.2 mcd. Valores máximos: Rojo: 45.0 mcd, Verde: 180.0 mcd, Azul: 45.0 mcd. Este amplio rango se gestiona mediante un sistema de clasificación (binning).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):Típicamente 130 grados. Este es el ángulo total en el cual la intensidad luminosa es la mitad de la intensidad pico, definiendo el ancho del haz.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):Típica: Rojo: 632 nm, Verde: 520 nm, Azul: 468 nm. La longitud de onda en la cual la distribución espectral de potencia es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):La longitud de onda única percibida por el ojo humano que coincide con el color del LED. Rango: Rojo: 617-631 nm (Típ. 624 nm), Verde: 520-540 nm (Típ. 527 nm), Azul: 463-477 nm (Típ. 470 nm).
• Ancho Medio Espectral (Δλ):Típico: Rojo: 17 nm, Verde: 35 nm, Azul: 26 nm. El ancho de banda espectral medido a la mitad de la intensidad máxima, indicando la pureza del color.
• Voltaje Directo (V_F):A I_F=5mA. Rango: Rojo: 1.6 - 2.3 V, Verde: 2.7 - 3.1 V, Azul: 2.7 - 3.1 V. Este parámetro también está clasificado.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 10 µA a V_R= 5V. Los LED no están diseñados para operación en polarización inversa; esta prueba es solo para control de calidad.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar consistencia de color y brillo en la producción, los LED se clasifican en rangos de rendimiento (bins). El LTST-S32F1KT-5A utiliza clasificación separada para el Voltaje Directo (V_F) y la Intensidad Luminosa (I_V).

3.1 Clasificación del Voltaje Directo (V_F)

Para chips Verde y Azul (probados a I_F=5mA):

- Código de Bin E7: V_F= 2.70V a 2.90V.

- Código de Bin E8: V_F= 2.90V a 3.10V.

La tolerancia en cada bin es de ±0.1V. El V_Fdel chip Rojo se especifica pero no se clasifica en este documento.

3.2 Clasificación de la Intensidad Luminosa (I_V)

Medida a I_F=5mA. La tolerancia en cada bin es de ±15%.

Azul:L (11.2-18.0 mcd), M (18.0-28.0 mcd), N (28.0-45.0 mcd).

Verde:P (45.0-71.0 mcd), Q (71.0-112.0 mcd), R (112.0-180.0 mcd).

Rojo:M (18.0-28.0 mcd), N (28.0-45.0 mcd).

El código de bin está marcado en el embalaje, permitiendo a los diseñadores seleccionar LED con brillo coincidente para arreglos de múltiples LED.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Las curvas de rendimiento típicas ilustran la relación entre parámetros clave. Estas son esenciales para el diseño de circuitos y la gestión térmica.

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa:Muestra la relación no lineal entre la corriente de excitación y la salida de luz para cada color. Operar por encima de la corriente continua recomendada conduce a rendimientos decrecientes y mayor calor.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Demuestra el efecto de extinción térmica, donde la salida de luz disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Es necesario un disipador de calor adecuado o una reducción de corriente para entornos de alta temperatura.
• Voltaje Directo vs. Corriente Directa:Muestra la característica I-V del diodo. La resistencia dinámica puede inferirse de la pendiente de la curva por encima del voltaje de encendido.
• Distribución Espectral:Gráficos que muestran la potencia radiante relativa versus la longitud de onda para cada chip, destacando el pico (λ_p) y el ancho espectral (Δλ).

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo se ajusta a un contorno SMD estándar. Las dimensiones críticas incluyen la longitud, anchura y altura del cuerpo, así como las recomendaciones del patrón de soldadura (huella) para el diseño de PCB. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario. Un diagrama detallado especifica la asignación de pines: Pin 1 para el ánodo Rojo, Pin 2 para el ánodo Verde y Pin 3 para el ánodo Azul. Los cátodos de los tres chips están internamente conectados al Pin 4.

5.2 Diseño Recomendado de Pads de PCB y Polaridad

Se proporciona un diagrama del patrón de soldadura para garantizar la formación adecuada de la unión durante el reflujo. El diseño acomoda filetes de soldadura y evita el efecto "tombstoning". La polaridad se indica claramente mediante una marca en el cuerpo del dispositivo (típicamente un punto o una esquina biselada) correspondiente al Pin 1 (Rojo).

6. Pautas de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Reflujo IR Recomendado (Proceso sin Plomo)

Un gráfico tiempo-temperatura define el perfil de soldadura por reflujo sugerido:

- Precalentamiento: 150-200°C hasta 120 segundos.

- Reflujo: Temperatura pico no superior a 260°C.

- Tiempo por encima de 260°C: Máximo 10 segundos.

- Número de pasadas: Máximo de dos ciclos de reflujo.

Para soldadura manual con cautín: Temperatura ≤300°C, tiempo ≤3 segundos, solo una vez.

6.2 Limpieza

Si es necesaria la limpieza post-soldadura, solo deben usarse disolventes a base de alcohol especificados como alcohol etílico o isopropílico. La inmersión debe ser a temperatura ambiente durante menos de un minuto. Productos químicos no especificados pueden dañar la lente de epoxi o el encapsulado.

6.3 Almacenamiento y Manipulación

• Precauciones ESD:El dispositivo es sensible a las descargas electrostáticas (ESD). La manipulación debe involucrar pulseras con conexión a tierra, tapetes antiestáticos y equipos correctamente conectados a tierra.
• Sensibilidad a la Humedad:Empacado como MSL 3. Una vez abierta la bolsa barrera de humedad original, los componentes deben soldarse por reflujo dentro de una semana (168 horas) bajo condiciones de planta de fábrica (≤30°C/60% HR). Para almacenamiento más prolongado fuera de la bolsa, use un gabinete seco o un contenedor desecado. Los componentes expuestos más de una semana requieren horneado (ej., 60°C durante 20 horas) antes del reflujo para prevenir el efecto "popcorning".

7. Embalaje e Información de Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

El dispositivo se suministra en cinta portadora embutida con una cinta protectora de cubierta, enrollada en carretes de 7 pulgadas (178mm) de diámetro.

- Cantidad por carrete: 3000 piezas.

- Cantidad mínima de pedido para remanentes: 500 piezas.

- Ancho de cinta: 8mm.

- Espaciado de bolsillos y dimensiones del carrete conforme a estándares ANSI/EIA-481.

- El número máximo permitido de componentes faltantes consecutivos en la cinta es dos.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Cada canal de color (Rojo, Verde, Azul) debe ser excitado independientemente mediante una resistencia limitadora de corriente o, preferiblemente, un controlador de corriente constante. El voltaje directo difiere por color (Rojo ~2.0V, Verde/Azul ~3.0V), por lo que se requieren cálculos separados de ajuste de corriente si se usa una fuente de voltaje común con resistencias en serie. Para atenuación PWM (Modulación por Ancho de Pulso) o mezcla de colores, asegúrese de que el controlador pueda manejar la frecuencia y corriente requeridas.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, asegure un área de cobre de PCB adecuada o vías térmicas bajo la almohadilla térmica del dispositivo (si aplica) para disipar el calor, especialmente cuando se excita a o cerca de la corriente máxima.
• Reducción de Corriente (Derating):Para operación cerca del límite superior del rango de temperatura (+80°C), reduzca la corriente directa para mantener la confiabilidad y prevenir la depreciación acelerada de lúmenes.
• Diseño Óptico:El perfil de emisión lateral es ideal para aplicaciones con guías de luz u ondas. Considere el ángulo de visión de 130 grados al diseñar guías de luz para garantizar una iluminación uniforme.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores clave del LTST-S32F1KT-5A radican en su combinación específica de características:

- Visión Lateral vs. Visión Superior:A diferencia de los LED comunes de emisión superior, este dispositivo emite luz desde el lateral, permitiendo una integración mecánica única para paneles con iluminación lateral o indicadores de estado en la superficie vertical de un PCB.

- Color Completo en un Solo Encapsulado:Integra tres chips de colores primarios, ahorrando espacio en la placa en comparación con el uso de tres LED monocromáticos discretos.

- Mezcla de Tecnologías:Utiliza el material semiconductor óptimo para cada color: AlInGaP de alta eficiencia para rojo e InGaN de alta luminosidad para verde/azul, resultando en una buena eficacia luminosa general.

- Construcción Robusta:Terminales estañados y compatibilidad con perfiles de reflujo IR severos lo hacen adecuado para la fabricación moderna de alto volumen.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo excitar los tres colores desde una sola fuente de 5V?

R: Sí, pero debe usar resistencias limitadoras de corriente separadas para cada canal. Calcule el valor de la resistencia como R = (V_suministro- V_F) / I_F. Use el V_Fmáximo de la hoja de datos para un diseño seguro. Por ejemplo, para el canal Azul a 20mA: R = (5V - 3.1V) / 0.02A = 95 Ohmios (use 100 Ohmios).

P2: ¿Por qué la corriente continua máxima es diferente para Rojo (30mA) vs. Verde/Azul (20mA)?

R: Esto se debe principalmente a diferencias en la eficiencia cuántica interna y características térmicas de los materiales semiconductores AlInGaP (Rojo) e InGaN (Verde/Azul). El chip Rojo puede manejar típicamente densidades de corriente más altas dentro de las mismas restricciones térmicas del encapsulado.

P3: ¿Cómo logro luz blanca con este LED RGB?

R: La luz blanca se crea excitando simultáneamente los chips Rojo, Verde y Azul en proporciones de corriente específicas. La proporción exacta depende del punto blanco deseado (ej., blanco frío, blanco cálido) y del bin específico de LED utilizado. Esto requiere calibración o el uso de un bucle de retroalimentación con sensor de color para resultados precisos.

P4: ¿Cuál es la importancia de los códigos de bin?

R: Los códigos de bin garantizan consistencia de color y brillo. Para aplicaciones que usan múltiples LED (como una barra de luz), especificar y usar LED del mismo bin de V_Fe I_Ves crítico para evitar diferencias visibles en el tono de color o brillo entre dispositivos adyacentes.

11. Caso de Uso Práctico

Escenario: Indicador de Estado para un Router de Red

Un diseñador necesita un indicador de estado multicolor para un router que muestre encendido (verde fijo), actividad (verde parpadeante), error (rojo) y modo de configuración (azul). Usar el LTST-S32F1KT-5A ahorra espacio en comparación con tres LED separados. El diseño de emisión lateral permite acoplar la luz en una guía de luz que llega al panel frontal de la carcasa delgada del router. Los pines GPIO de un microcontrolador, cada uno con una resistencia en serie (calculada para 5-10mA), controlan los colores individuales. El amplio ángulo de visión garantiza que el indicador sea visible desde varios ángulos en una habitación.

12. Introducción al Principio de Operación

Los Diodos Emisores de Luz (LED) son dispositivos semiconductores de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la región tipo n se recombinan con los huecos de la región tipo p dentro de la capa activa, liberando energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda (color) de la luz emitida está determinada por el ancho de banda prohibida (bandgap) del material semiconductor. El LTST-S32F1KT-5A utiliza:

- AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio):Un sistema de materiales con un bandgap correspondiente a la luz roja y ámbar. Ofrece alta eficiencia en el espectro rojo-naranja.

- InGaN (Nitruro de Indio y Galio):Un sistema de materiales con un bandgap ajustable capaz de emitir luz desde el ultravioleta pasando por el azul hasta el verde, dependiendo del contenido de indio. Es el estándar para LED azules y verdes de alta luminosidad.

13. Tendencias Tecnológicas

La trayectoria general para LED SMD como este incluye:

- Mayor Eficiencia:Mejoras continuas en el crecimiento epitaxial y diseño de chips conducen a más lúmenes por vatio (lm/W), reduciendo el consumo de energía para la misma salida de luz.

- Miniaturización:Reducción continua en el tamaño del encapsulado manteniendo o aumentando la potencia óptica.

- Mejor Reproducción de Color y Consistencia:Tolerancias de clasificación más estrictas y nuevas tecnologías de fósforo (para LED blancos) producen puntos de color más consistentes y un Índice de Reproducción Cromática (IRC) más alto.

- Inteligencia Integrada:Crecimiento de módulos "LED inteligente" con controladores, controladores e interfaces de comunicación integradas (ej., I2C, SPI) para simplificar el diseño del sistema. Si bien el LTST-S32F1KT-5A es un componente discreto, la industria se mueve hacia soluciones más integradas para tareas de iluminación complejas.