Hoja de Datos del LED SMD LTST-E683RGBW - 3.2x2.8x1.9mm - Rojo 2.4V/Verde 3.8V/Azul 3.8V - 72-80mW - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El LTST-E683RGBW es un LED de montaje superficial (SMD) que integra tres fuentes de luz semiconductoras distintas en un único encapsulado compacto. Combina un chip de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para la emisión roja con dos chips de InGaN (Nitruro de Indio y Galio) para la emisión verde y azul, todos cubiertos por una lente difusa. Esta configuración permite generar un amplio espectro de colores, incluida la luz blanca cuando los tres colores se mezclan con intensidades apropiadas. Su aplicación principal es en retroiluminación, indicadores de estado, iluminación decorativa y módulos de pantalla a todo color donde el ahorro de espacio y el montaje automatizado son críticos. Sus ventajas principales incluyen compatibilidad con procesos estándar de soldadura por infrarrojos y reflujo, construcción sin plomo conforme a las directivas RoHS, y empaquetado adecuado para equipos automáticos pick-and-place de alto volumen en carretes de cinta de 8mm.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar el LED continuamente en o cerca de estos límites. Los parámetros clave incluyen:

• Disipación de Potencia (Pd):Rojo: 72mW, Verde/Azul: 80mW. Esta es la potencia máxima permitida que el LED puede disipar como calor bajo operación continua en CC a 25°C ambiente. Exceder este límite conlleva el riesgo de fuga térmica y reducción de la vida útil.
• Corriente Directa de Pico (Ifp):Rojo: 80mA, Verde/Azul: 100mA. Esta es la corriente pulsada máxima permitida, especificada con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1ms. Es significativamente mayor que la clasificación en CC, permitiendo destellos breves de alta intensidad.
• Corriente Directa en CC (If):Rojo: 30mA, Verde/Azul: 20mA. Esta es la corriente directa continua máxima recomendada para una operación confiable a largo plazo. Conducir el LED por encima de este valor aumentará la salida de luz pero también generará más calor, degradando potencialmente el material semiconductor y los fósforos (si los hay) con el tiempo.
• Rango de Temperatura:Operación: -40°C a +85°C; Almacenamiento: -40°C a +100°C. Estos rangos aseguran la integridad mecánica y eléctrica del LED durante el uso y períodos de inactividad.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos bajo condiciones de prueba estándar (Ta=25°C, If=20mA).

• Intensidad Luminosa (Iv):Medida en milicandelas (mcd), representa el brillo percibido del LED por el ojo humano (usando un filtro fotópico CIE). Los rangos especificados son: Rojo: 71-224 mcd, Verde: 355-900 mcd, Azul: 140-355 mcd. El chip verde típicamente exhibe la mayor eficacia luminosa.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):Un valor típico de 120 grados indica un patrón de emisión de luz amplio y difuso. Este ángulo se define como el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor en el eje central (0 grados).
• El LED cumple con una huella estándar de encapsulado SMD EIA. Las dimensiones clave (en mm, tolerancia ±0.2mm salvo que se indique) definen su colocación en un PCB. La asignación de pines es: Pin 1: Ánodo para Rojo, Pin 4: Ánodo para Verde, Pin 3: Ánodo para Azul. El cátodo común probablemente está conectado internamente a otro pin o a la almohadilla térmica (la conexión específica necesita verificación del dibujo dimensional). La lente difusa ayuda a lograr un ángulo de visión más amplio y uniforme.λp (Rojo: 639nm, Verde: 518nm, Azul: 468nm) es la longitud de onda en la que la distribución espectral de potencia es máxima. λd (Rojo: 631nm, Verde: 525nm, Azul: 470nm) es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que coincide con el color del LED, derivada del diagrama de cromaticidad CIE. Están estrechamente relacionadas pero no son idénticas, especialmente para fuentes de espectro amplio.
• Ancho Medio Espectral (Δλ):Este parámetro, típicamente 20nm (Rojo), 35nm (Verde) y 25nm (Azul), indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz emitida. Un valor más pequeño significa una fuente de luz más monocromática.
• Tensión Directa (Vf):La caída de tensión a través del LED cuando se conduce a 20mA. Los rangos son: Rojo: 1.8-2.4V, Verde: 2.8-3.8V, Azul: 2.8-3.8V. La Vf más alta para los chips InGaN verde y azul en comparación con el chip AlInGaP rojo se debe a sus diferentes energías de banda prohibida del semiconductor. Una resistencia limitadora de corriente o un driver de corriente constante son esenciales para un funcionamiento adecuado.
• Corriente Inversa (Ir):Máximo 10μA a VR=5V. Este LED no está diseñado para operación en polarización inversa. Aplicar una tensión inversa puede causar una falla inmediata y catastrófica debido al bajo voltaje de ruptura inversa de la unión semiconductor.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los LED se clasifican en bins de rendimiento. La hoja de datos proporciona códigos de bin solo para la intensidad luminosa de cada color.

• Bins de Intensidad Luminosa Roja:Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd), R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd). La tolerancia dentro de cada bin es de ±11%.
• Bins de Intensidad Luminosa Verde:T2 (355-450 mcd), U1 (450-560 mcd), U2 (560-710 mcd), V1 (710-900 mcd). La tolerancia dentro de cada bin es de ±11%.
• Bins de Intensidad Luminosa Azul:R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd), S2 (224-280 mcd), T1 (280-355 mcd). La tolerancia dentro de cada bin es de ±11%.

Al realizar un pedido o diseñar, especificar el(los) código(s) de bin requerido(s) es crucial para lograr una apariencia uniforme en una matriz o pantalla. Mezclar bins puede provocar variaciones visibles de brillo o color.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien el PDF hace referencia a curvas características típicas en la página 5, los gráficos específicos no se proporcionan en el texto. Basándose en el comportamiento estándar de los LED, estas curvas típicamente incluirían:

• Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V):Muestra la relación exponencial. La tensión de "rodilla" es donde comienza la conducción, después de lo cual la corriente aumenta rápidamente con pequeños aumentos de tensión.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva I-L):Generalmente lineal a corrientes bajas, pero puede saturarse a corrientes más altas debido a efectos térmicos y de caída de eficiencia.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Muestra cómo la salida de luz disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Los LED rojos AlInGaP típicamente tienen un efecto de extinción térmica más pronunciado en comparación con los LED InGaN azul/verde.
• Distribución Espectral de Potencia:Gráficos que muestran la intensidad relativa de la luz emitida a través del espectro de longitudes de onda para cada chip de color.

Estas curvas son vitales para comprender el comportamiento del LED en condiciones no estándar (diferentes corrientes de conducción, temperaturas) y para el diseño de gestión térmica.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

The LED conforms to an EIA standard SMD package footprint. Key dimensions (in mm, tolerance ±0.2mm unless noted) define its placement on a PCB. The pin assignment is: Pin 1: Anode for Red, Pin 4: Anode for Green, Pin 3: Anode for Blue. The common cathode is likely connected internally to another pin or the thermal pad (specific connection needs verification from the dimensional drawing). The diffused lens helps in achieving a wider and more uniform viewing angle.

5.2 Diseño Recomendado de Pads en PCB

Se sugiere un diagrama de patrón de pistas para soldadura por reflujo infrarroja o en fase de vapor. Seguir esta recomendación asegura la formación adecuada de la junta de soldadura, una buena conducción térmica lejos de la unión del LED y estabilidad mecánica. El diseño de los pads tiene en cuenta la formación del filete de soldadura y evita el efecto "tombstoning" durante el reflujo.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Para el proceso sin plomo, se sugiere un perfil conforme a J-STD-020B. Los parámetros clave incluyen:

• Precalentamiento:150-200°C durante un máximo de 120 segundos para calentar gradualmente la placa y activar el fundente.
• Temperatura de Pico:Máximo 260°C. El tiempo por encima del líquido (típicamente ~217°C para soldadura sin plomo) debe controlarse para formar juntas confiables sin sobrecalentar el LED.
• Tiempo Total de Soldadura:Máximo 10 segundos a temperatura de pico, con un máximo de dos ciclos de reflujo permitidos.

Cumplir con este perfil evita el choque térmico, que puede agrietar la lente de epoxi o el dado semiconductor, y evita un crecimiento excesivo de intermetálicos en las juntas de soldadura.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesario, la soldadura manual con un soldador es permisible con límites estrictos: temperatura de la punta no superior a 300°C, y tiempo de soldadura no superior a 3 segundos por junta. Solo se permite un ciclo de soldadura manual. Se debe evitar aplicar el soldador directamente al cuerpo del LED; el calor debe aplicarse al pad del PCB.

6.3 Limpieza

Si se requiere limpieza posterior a la soldadura, solo deben usarse disolventes a base de alcohol especificados, como alcohol etílico o isopropílico, a temperatura ambiente durante menos de un minuto. Productos químicos agresivos o no especificados pueden dañar el material de la lente de epoxi, causando opacidad, agrietamiento o decoloración.

6.4 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

El encapsulado del LED es sensible a la humedad. Si la bolsa sellada a prueba de humedad original (con desecante) no se ha abierto, el almacenamiento debe ser a ≤30°C y ≤70% HR, con un período de uso recomendado de un año. Una vez abierta la bolsa, los componentes deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% HR. Los componentes expuestos a la humedad ambiente por más de 168 horas (7 días) deben hornearse a aproximadamente 60°C durante al menos 48 horas antes de la soldadura por reflujo para eliminar la humedad absorbida y prevenir el "efecto palomita de maíz" (agrietamiento del encapsulado debido a la rápida expansión del vapor durante el reflujo).

7. Información de Empaquetado y Pedido

El producto se suministra en empaquetado estándar de la industria para montaje automatizado:

• Cinta y Carrete:Los componentes se colocan en cinta portadora de 8mm de ancho.
• Tamaño del Carrete:7 pulgadas (178mm) de diámetro.
• Cantidad por Carrete:2000 piezas.
• Cantidad Mínima de Pedido (MOQ):500 piezas para cantidades restantes.
• Cinta de Cubierta:Los bolsillos vacíos se sellan con una cinta de cubierta superior.
• Componentes Faltantes:Se permite un máximo de dos LED faltantes consecutivos por especificación del carrete.
• Estándar:El empaquetado cumple con las especificaciones EIA-481-1-B.

El número de parte LTST-E683RGBW sigue el sistema de codificación interno del fabricante, donde "RGBW" indica la combinación de colores capaz de producir luz blanca.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Paneles de Pantalla a Todo Color:Utilizado como píxeles individuales o subpíxeles en grandes videowalls o señalización interior.
• Retroiluminación:Para paneles LCD en electrónica de consumo, tableros de automóviles o controles industriales, a menudo combinados con guías de luz y difusores.
• Luces de Estado e Indicadores:En equipos de red, electrodomésticos e instrumentación donde se necesita codificación de estado multicolor.
• Iluminación Decorativa y Arquitectónica:En tiras o módulos para efectos de cambio de color.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Conducción de Corriente:Siempre use un driver de corriente constante o una resistencia limitadora de corriente en serie con cada canal de color. Calcule el valor de la resistencia usando R = (Vsupply - Vf_LED) / If. Use la Vf máxima de la hoja de datos para asegurar que la corriente no exceda el límite incluso con un LED de alta Vf.
• Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, un diseño de PCB adecuado con área de cobre suficiente (almohadillas térmicas) es esencial para conducir el calor lejos de la unión del LED, especialmente cuando se conduce a corrientes altas o en temperaturas ambientales elevadas. Esto mantiene la salida de luz y la longevidad.
• Mezcla de Colores y Control:Para lograr colores específicos o puntos de blanco, la modulación por ancho de pulso (PWM) es el método preferido para el control de intensidad de cada canal, ya que mantiene una tensión directa y cromaticidad de color consistentes, a diferencia del atenuado analógico.
• Protección contra ESD:Los LED son sensibles a las descargas electrostáticas. Implemente procedimientos de manejo seguros contra ESD durante el montaje.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Si bien no hay una comparación directa con otros modelos en el PDF, los diferenciadores clave del LTST-E683RGBW se pueden inferir:

• Encapsulado RGB Integrado:Combina tres chips en una huella de 3.2x2.8mm, ahorrando espacio en el PCB en comparación con el uso de tres LED monocromáticos discretos.
• Lente Difusa de Ángulo Amplio:El ángulo de visión de 120 grados proporciona un patrón de emisión amplio y uniforme, adecuado para aplicaciones que requieren conos de visión amplios sin ópticas secundarias.
• Compatibilidad de Proceso:La compatibilidad explícita con soldadura por reflujo/infrarrojos estándar y colocación automática lo hace adecuado para fabricación de alto volumen y rentable.
• Elección de Material:El uso de AlInGaP para el rojo ofrece mayor eficiencia y mejor estabilidad térmica en comparación con tecnologías más antiguas como GaAsP sobre GaP.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Puedo alimentar el LED rojo a 30mA y el verde/azul a 20mA simultáneamente?

Sí, puede conducir cada canal de forma independiente a sus respectivas corrientes directas máximas en CC. Sin embargo, debe considerarse la disipación de potencia total del encapsulado. Si los tres están encendidos a corriente máxima, calcule la potencia total: Pred = 30mA * 2.4V(máx) = 72mW; Pverde = 20mA * 3.8V(máx) = 76mW; Pazul = 20mA * 3.8V(máx) = 76mW. La suma (224mW) probablemente excede la capacidad de disipación total del encapsulado. Por lo tanto, la operación simultánea a plena potencia puede requerir una reducción de potencia o una gestión térmica mejorada. Consulte los datos detallados de resistencia térmica si están disponibles.

10.2 ¿Por qué la tensión directa es diferente para cada color?

La tensión directa está determinada principalmente por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. El AlInGaP (rojo) tiene una banda prohibida más baja (~1.9-2.0 eV) que el InGaN (verde/~2.4 eV, azul/~2.7 eV). Una banda prohibida más alta requiere más energía para que los electrones la crucen, resultando en una mayor caída de tensión directa.

10.3 ¿Cómo consigo luz blanca con este LED RGB?

La luz blanca se crea mezclando los tres colores primarios (rojo, verde, azul) en proporciones de intensidad específicas. No hay una única proporción "correcta", ya que depende del punto de blanco objetivo (por ejemplo, blanco frío, blanco cálido). Necesitará experimentar con diferentes niveles de corriente o ciclos de trabajo PWM para cada canal. Usar un microcontrolador con salidas PWM es el enfoque más flexible. Tenga en cuenta que la mezcla RGB a menudo produce luz blanca con un Índice de Reproducción Cromática (IRC) más bajo en comparación con los LED blancos convertidos por fósforo.

10.4 ¿Qué sucede si conecto la polaridad incorrectamente?

Aplicar una tensión inversa, incluso pequeña (como 5V como en la condición de prueba de Ir), puede causar que fluya una corriente inversa alta, lo que podría provocar un daño inmediato e irreversible (ruptura de la unión). Siempre verifique la polaridad antes de aplicar energía. Incorporar un diodo en serie para protección contra polaridad inversa en la línea de alimentación es una buena práctica para el circuito general.

11. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Diseñar un indicador de estado multicolor para un dispositivo portátil. El indicador debe mostrar rojo (error), verde (ok), azul (activo) y cian (activo+ok) usando un solo LTST-E683RGBW para ahorrar espacio.

Implementación:

1. Circuito de Conducción:Use un microcontrolador con tres pines GPIO capaces de PWM. Cada pin se conecta a la base de un transistor NPN de pequeña señal (por ejemplo, 2N3904). El colector de cada transistor se conecta al cátodo (común) del respectivo color del LED a través de una resistencia limitadora de corriente. Los ánodos del LED se conectan a un riel de alimentación de 3.3V.
2. Cálculo de la Resistencia (para Verde, caso peor Vf=3.8V):R = (3.3V - 3.8V) / 0.02A = Valor negativo. Esto indica que 3.3V es insuficiente para polarizar directamente los LED verde/azul en su Vf típica. Solución: Use una tensión de alimentación más alta (por ejemplo, 5V) para el circuito del LED. Recalcular para Verde a 5V: R = (5.0V - 3.8V) / 0.02A = 60 Ohmios. Use una resistencia estándar de 62 ohmios. Para Rojo: R = (5.0V - 2.4V) / 0.03A ≈ 87 Ohmios, use 91 ohmios.
3. Control por Software:Programe el microcontrolador para establecer los ciclos de trabajo PWM: 100% para colores sólidos. Para cian (azul+verde), establezca ambos canales azul y verde al 100%. El balance de intensidad entre verde y azul puede ajustarse mediante PWM para afinar el tono cian.
4. Verificación Térmica:El escenario de potencia máxima es cian (Verde+Azul ambos a 20mA). Ptotal ≈ (5V-3.8V)*0.02A * 2 = 48mW, muy dentro de los límites del encapsulado. Asegúrese de que el PCB tenga una pequeña zona de cobre debajo del LED para dispersar el calor.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

La emisión de luz en los LED se basa en la electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. Cuando se aplica una tensión directa, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa (la unión). Cuando un electrón se recombina con un hueco, libera energía. En semiconductores de banda prohibida directa como AlInGaP e InGaN, esta energía se libera principalmente en forma de fotón (partícula de luz). La longitud de onda (color) del fotón emitido está determinada por la energía de la banda prohibida (Eg) del material semiconductor, según la ecuación λ ≈ 1240 / Eg (donde λ está en nm y Eg en eV). La lente de epoxi difusa sirve para proteger el dado semiconductor, dar forma al haz de salida de luz y mejorar la extracción de luz del chip.

13. Tendencias Tecnológicas

El campo de los LED RGB SMD está impulsado por varias tendencias clave:

• Mayor Eficiencia y Luminancia:Las mejoras continuas en el crecimiento epitaxial, el diseño de chips y las técnicas de extracción de luz continúan aumentando la eficacia luminosa (lúmenes por vatio), permitiendo pantallas más brillantes o un menor consumo de energía.
• Miniaturización:Los encapsulados se están volviendo más pequeños (por ejemplo, 2.0x1.6mm, 1.6x1.6mm) manteniendo o mejorando el rendimiento óptico, permitiendo pantallas de mayor resolución.
• Mejor Consistencia de Color y Clasificación (Binning):Tolerancias de clasificación más estrictas para intensidad luminosa, longitud de onda dominante y tensión directa se están convirtiendo en estándar, reduciendo la necesidad de calibración en los productos finales.
• Drivers Integrados y LED Inteligentes:Una tendencia creciente es la integración de circuitos de control (como interfaces I2C o SPI) dentro del propio encapsulado del LED, creando LED RGB direccionables "inteligentes" que simplifican el diseño del sistema y el cableado.
• Confiabilidad y Vida Útil Mejoradas:Las mejoras en materiales de encapsulado (por ejemplo, siliconas de alta temperatura en lugar de epoxi) y técnicas de unión del dado están aumentando la temperatura máxima de operación y la vida útil general de los LED, especialmente para aplicaciones automotrices e industriales.