Hoja de Datos del LED SMD 3014 Blanco - Dimensiones 3.0x1.4x0.8mm - Voltaje 2.4-3.6V - Potencia 0.093W - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas completas para un LED de montaje superficial (SMD) en formato de encapsulado 3014, configurado para emisión de vista superior. El color principal emitido es el blanco, logrado mediante una combinación de material de chip InGaN y un encapsulante resinoso amarillento. El dispositivo está diseñado para aplicaciones de indicación e iluminación de propósito general donde el rendimiento confiable y la facilidad de montaje son primordiales.

Las ventajas principales de este LED incluyen su compacto encapsulado P-LCC-2, que facilita el montaje de alta densidad en PCB. Cuenta con un reflector interno y un cuerpo de encapsulado blanco para mejorar la salida de luz y su direccionalidad. El dispositivo cumple plenamente con los estándares ambientales y de fabricación modernos, ya que está libre de plomo, es compatible con RoHS, REACH y no contiene halógenos. Está preacondicionado según JEDEC J-STD-020D Nivel 3 para sensibilidad a la humedad, garantizando fiabilidad en los procesos de soldadura por reflujo.

El mercado objetivo abarca una amplia gama de dispositivos electrónicos que requieren indicación de estado, retroiluminación o iluminación general. Su diseño lo hace adecuado tanto para electrónica de consumo como industrial.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los límites operativos del dispositivo se definen bajo condiciones ambientales estándar (Ta=25°C). Exceder estos valores puede causar daños permanentes.

• Voltaje Inverso (VR):5 V. Este es el voltaje máximo que se puede aplicar en dirección inversa a través de los terminales del LED.
• Corriente Directa (IF):30 mA. La corriente continua máxima recomendada para un funcionamiento confiable.
• Corriente Directa Pico (IFP):60 mA. Esto solo es permisible bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 a 1 kHz.
• Disipación de Potencia (Pd):93 mW. La potencia máxima que el encapsulado puede disipar sin exceder el límite de temperatura de unión.
• Temperatura de Unión (Tj):115 °C. La temperatura máxima permitida de la unión semiconductor.
• Temperatura de Operación (Topr):-40 °C a +85 °C. El rango de temperatura ambiente en el que se especifica que el dispositivo debe operar.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40 °C a +90 °C.
• Descarga Electroestática (ESD):Resiste 2000 V (Modelo de Cuerpo Humano), indicando una sensibilidad moderada al manejo.
• Temperatura de Soldadura:El dispositivo puede soportar soldadura por reflujo con una temperatura pico de 260°C durante 10 segundos, o soldadura manual a 350°C durante 3 segundos por terminal.

2.2 Características Electro-Ópticas

Los parámetros clave de rendimiento se miden a Ta=25°C con una corriente directa (IF) de 20 mA, que es la condición de prueba estándar.

• Intensidad Luminosa (Iv):Varía desde un mínimo de 2240 mcd hasta un máximo de 3550 mcd, con un valor típico implícito dentro de este rango. Se aplica una tolerancia de ±11% a la intensidad luminosa.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):El ángulo total en el que la intensidad luminosa es la mitad de la intensidad pico es típicamente de 120 grados, indicando un patrón de visión amplio adecuado para iluminación difusa.
• Voltaje Directo (VF):Varía de 2.40 V a 3.60 V a 20 mA. La tolerancia para el voltaje directo se especifica como ±0.1V. Este parámetro es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa (IR):Máximo de 10 μA cuando se aplica un voltaje inverso de 5V, indicando buenas características de diodo.
• Tolerancia de Coordenadas de Cromaticidad:El punto de color en el diagrama CIE tiene una tolerancia de ±0.01, lo cual es importante para la consistencia de color en aplicaciones que requieren múltiples LEDs.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

Para garantizar la consistencia en brillo y color, los LEDs se clasifican en lotes (bins) según su rendimiento medido.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Los LEDs se categorizan en dos lotes principales según su intensidad luminosa medida a IF=20mA:

• Código de Lote BB:Rango de intensidad luminosa de 2240 mcd a 2800 mcd.
• Código de Lote CA:Rango de intensidad luminosa de 2800 mcd a 3550 mcd.

La tolerancia de ±11% se aplica dentro de cada lote. Esta clasificación permite a los diseñadores seleccionar LEDs apropiados para el nivel de brillo requerido en su aplicación.

3.2 Clasificación por Coordenadas de Cromaticidad

El color de la luz blanca se define por sus coordenadas en el diagrama de cromaticidad CIE 1931. La hoja de datos proporciona una tabla detallada de códigos de lote (ej., SB, J5, J6, K5, K6, L5, L6, M5, M6) con los valores mínimos y máximos correspondientes de las coordenadas x e y. Por ejemplo, el código de lote J5 cubre coordenadas desde (0.2800, 0.2566) hasta (0.2800, 0.2666). Esta clasificación precisa es esencial para aplicaciones donde la uniformidad de color entre múltiples LEDs es crítica, como en retroiluminación de pantallas o iluminación arquitectónica. La tolerancia para estas coordenadas es de ±0.01.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características que proporcionan una visión más profunda del comportamiento del LED bajo condiciones variables.

4.1 Distribución Espectral

La curva típica de distribución espectral muestra la intensidad relativa de la luz emitida a través de diferentes longitudes de onda. Para un LED blanco, esto típicamente muestra un pico amplio en la región azul (del chip InGaN) y un pico secundario más amplio en la región amarillo-verde (de la conversión por fósforo). La longitud de onda pico (λp) es un parámetro clave. La curva se compara con la curva estándar de respuesta del ojo V(λ).

4.2 Patrón de Radiación

El diagrama de características de radiación (intensidad relativa vs. ángulo) representa visualmente el ángulo de visión de 120 grados, mostrando cómo la intensidad de la luz disminuye desde el centro (eje de 0 grados) hacia los bordes.

4.3 Corriente Directa vs. Voltaje Directo

Esta curva ilustra la relación no lineal entre la corriente que fluye a través del LED y la caída de voltaje a través del mismo. Es esencial para diseñar el circuito de accionamiento, ya que un pequeño cambio en el voltaje puede provocar un gran cambio en la corriente. La curva típicamente muestra un aumento exponencial.

4.4 Cromaticidad vs. Corriente Directa

Este gráfico muestra cómo las coordenadas de color (x, y) pueden desplazarse con cambios en la corriente de operación. Comprender esta relación es importante para aplicaciones donde se utiliza atenuación o modulación de corriente, ya que puede afectar la consistencia del color.

4.5 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Esta curva demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente de accionamiento. Generalmente es lineal en un rango, pero se satura a corrientes más altas. Operar más allá de la región lineal es ineficiente y aumenta el calor.

4.6 Corriente Directa Máxima Permisible vs. Temperatura

Esta curva de reducción de potencia es de importancia crítica para la fiabilidad. Muestra la corriente directa máxima que el LED puede manejar en función de la temperatura ambiente (o de la carcasa). A medida que aumenta la temperatura, la corriente máxima permitida disminuye para evitar que la unión se sobrecaliente más allá de su límite de 115°C. Se debe consultar este gráfico para cualquier diseño que opere en entornos de temperatura elevada.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED viene en un encapsulado estándar 3014. Las dimensiones clave (en mm, con una tolerancia típica de ±0.1mm a menos que se especifique) incluyen:

• Longitud total: 3.0 mm
• Ancho total: 1.4 mm
• Altura total: 0.8 mm
• Dimensiones de las almohadillas y espaciado para el diseño del patrón de pistas en el PCB.

El dibujo dimensionado es esencial para crear la huella correcta en el PCB y garantizar una soldadura y alineación adecuadas.

5.2 Identificación de Polaridad

El diagrama de vista superior típicamente indica la marca del cátodo, lo cual es esencial para la orientación correcta durante el montaje. Una polaridad incorrecta impedirá que el LED se ilumine y puede someterlo a voltaje inverso.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se proporciona el perfil de temperatura de soldadura por reflujo sin plomo recomendado. Las fases clave incluyen:

• Precalentamiento:Rampa desde ambiente hasta 150-200°C a una tasa máxima de 3°C/seg, mantenida durante 60-120 segundos.
• Reflujo:La temperatura por encima de 217°C debe mantenerse durante 60-150 segundos, con una temperatura pico que no exceda los 260°C mantenida por un máximo de 10 segundos.
• Enfriamiento:Enfriamiento desde arriba de 255°C a una tasa máxima de 6°C/seg.

La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces en el mismo dispositivo.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, la temperatura de la punta del soldador debe ser inferior a 350°C, y el tiempo de contacto por terminal no debe exceder los 3 segundos. Se recomienda un soldador de baja potencia (≤25W), con un intervalo de al menos 2 segundos entre soldar cada terminal para permitir el enfriamiento.

6.3 Almacenamiento y Manejo

• Los LEDs se empaquetan en bolsas resistentes a la humedad. La bolsa solo debe abrirse inmediatamente antes de su uso.
• El entorno recomendado al abrir es <30°C y <60% de Humedad Relativa.
• Si se exceden las condiciones del Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL), o si la tarjeta indicadora de humedad muestra humedad excesiva, los componentes deben hornearse a 60°C ±5°C durante 24 horas antes de su uso.
• No se debe aplicar tensión al cuerpo del LED durante el calentamiento o después de la soldadura, y las placas de circuito no deben deformarse.

7. Empaquetado e Información de Pedido

7.1 Especificaciones de la Bobina y la Cinta

Los LEDs se suministran en cinta portadora con relieve enrollada en bobinas. Las cantidades estándar cargadas por bobina son 250, 500, 1000 o 2000 piezas. Se proporcionan dimensiones detalladas para el bolsillo de la cinta portadora, el paso y la bobina para garantizar compatibilidad con equipos automáticos de pick-and-place.

7.2 Explicación de la Etiqueta

La etiqueta de la bobina contiene información clave: Número de Producto del Cliente (CPN), Número de Producto (P/N), Cantidad de Empaque (QTY), Rango de Intensidad Luminosa (CAT), Rango de Longitud de Onda Dominante/Matiz (HUE), Rango de Voltaje Directo (REF) y Número de Lote (LOT No).

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Indicadores de Estado:Ideal para interruptores, símbolos e indicadores ópticos en electrónica de consumo, electrodomésticos y paneles de control industrial.
• Retroiluminación:Adecuado para teléfonos móviles, teclados y letreros publicitarios iluminados debido a su perfil delgado y amplio ángulo de visión.
• Iluminación General:Puede usarse como sustituto de lámparas indicadoras tradicionales en aplicaciones interiores y exteriores.
• Acoplamiento con Guía de Luz:El diseño del encapsulado es muy adecuado para acoplar luz en guías de luz iluminadas por el borde para iluminación de paneles.

8.2 Consideraciones Críticas de Diseño

• Limitación de Corriente:Una resistencia limitadora de corriente externa es absolutamente obligatoria. La característica exponencial I-V significa que un pequeño cambio de voltaje provoca un gran cambio de corriente, lo que puede destruir instantáneamente el LED ("quemarlo"). El valor de la resistencia debe calcularse en función del voltaje de alimentación y el voltaje directo del LED a la corriente de operación deseada.
• Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, un diseño adecuado del PCB para disipar calor es importante, especialmente cuando se opera a altas temperaturas ambientales o cerca de la corriente máxima. Consulte la curva de reducción de potencia.
• Protección contra ESD:Aunque está clasificado para 2000V HBM, se deben observar las precauciones estándar contra ESD durante el manejo y montaje.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs tradicionales de orificio pasante, este LED SMD 3014 ofrece ventajas significativas:

• Tamaño y Densidad:La huella compacta de 3.0x1.4mm permite una densidad de montaje mucho mayor en los PCBs.
• Costo de Montaje:Permite un montaje y soldadura por reflujo completamente automatizados con equipos pick-and-place, reduciendo el tiempo y costo de montaje en comparación con la inserción manual.
• Rendimiento:Generalmente ofrece una mayor eficacia luminosa y características ópticas más consistentes debido a la fabricación automatizada y la clasificación.
• Fiabilidad:La construcción de estado sólido y el diseño de montaje superficial generalmente conducen a una mayor resistencia a impactos y vibraciones.

Dentro de la familia de LEDs SMD, el encapsulado 3014 ofrece un equilibrio entre salida de luz, tamaño y costo, posicionándolo entre encapsulados más pequeños como 0402/0603 (menor salida) y encapsulados más grandes como 2835/5050 (mayor salida).

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Qué valor de resistencia necesito para una fuente de 5V?

R: Usando la Ley de Ohm: R = (Vfuente - Vf) / If. Suponiendo un Vf típico de 3.0V y un If deseado de 20mA: R = (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 Ohmios. Siempre use el Vf máximo de la hoja de datos (3.6V) para un diseño conservador y asegurar que la corriente no exceda los límites: R_min = (5V - 3.6V) / 0.030A ≈ 47 Ohmios. Un valor entre 68-100 Ohmios es común.

P: ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de 3.3V?

R: Sí, pero con cuidado. El rango de voltaje directo (2.4V-3.6V) significa que algunos LEDs pueden no encenderse a 3.3V si su Vf es más alto. Incluso si lo hacen, la corriente estará mal regulada sin un circuito de accionamiento. Se recomienda un controlador de corriente constante o una resistencia de valor muy bajo para operación a 3.3V.

P: ¿Cómo interpreto los códigos de lote de intensidad luminosa BB y CA?

R: El lote BB contiene LEDs con menor brillo (2240-2800 mcd), y el lote CA contiene LEDs más brillantes (2800-3550 mcd). Para una apariencia uniforme en un arreglo, especifique y use LEDs del mismo código de lote.

P: La hoja de datos menciona "resina ligeramente coloreada de verde con puntos". ¿Esto afecta el color de la luz?

R: El tinte amarillento/verdoso de la resina es parte del sistema de conversión de color. El chip InGaN emite luz azul, que excita los fósforos dentro de la resina para producir luz amarilla. La combinación resulta en luz blanca. El color de la resina en sí no es el color de la luz emitida.

11. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

Ejemplo 1: Panel de Indicadores Multi-LED

Un panel de control requiere 10 indicadores blancos uniformes. Para garantizar consistencia, el diseñador debe:

1. Especificar todos los LEDs del mismo lote de intensidad luminosa (ej., CA) y del mismo lote de cromaticidad (ej., K5).

2. Usar resistencias limitadoras de corriente idénticas para cada LED, calculadas usando el Vf máximo.

3. Diseñar el PCB para proporcionar longitudes de traza iguales y alivio térmico a cada almohadilla de LED para minimizar variaciones.

Ejemplo 2: Retroiluminación de una Pantalla Pequeña

Se colocan cuatro LEDs a lo largo del borde de una guía de luz para iluminar una LCD. Pasos clave:

1. Elegir la ubicación del LED y el ángulo de visión (120° es adecuado) para garantizar un acoplamiento uniforme en la guía.

2. Considerar usar un CI controlador de LED de corriente constante en lugar de resistencias individuales para garantizar brillo idéntico y permitir atenuación mediante PWM.

3. Verificar que la temperatura de operación dentro de la carcasa del dispositivo no requiera reducir la corriente directa usando la curva de "Corriente Directa Máxima Permisible vs. Temperatura".

12. Principio de Operación

Este es un diodo emisor de luz de estado sólido. Cuando se aplica un voltaje directo que excede su voltaje directo característico (Vf), los electrones y huecos se recombinan dentro del material semiconductor InGaN, liberando energía en forma de fotones (luz). La emisión primaria del chip está en el espectro azul. Esta luz azul luego golpea partículas de fósforo incrustadas en la resina encapsulante. Los fósforos absorben la luz azul y re-emiten luz a través de un espectro más amplio, predominantemente en la región amarilla. El ojo humano percibe la mezcla de luz azul directa y luz amarilla convertida por fósforo como blanca. El reflector interno y el encapsulado blanco ayudan a dirigir más de esta luz emitida hacia la parte superior del dispositivo, aumentando la intensidad luminosa total.

13. Tendencias Tecnológicas

La evolución de los LEDs SMD como el 3014 sigue varias tendencias claras de la industria:

Mayor Eficiencia:Las mejoras continuas en la epitaxia de semiconductores y la tecnología de fósforos siguen aumentando la eficacia luminosa (lúmenes por vatio), permitiendo una luz más brillante o un menor consumo de energía con el mismo tamaño de encapsulado.

Calidad del Color:Los avances en mezclas de múltiples fósforos y diseños de chips están mejorando el Índice de Reproducción Cromática (IRC) y permitiendo un ajuste más preciso de la temperatura de color blanco (CCT).

Miniaturización e Integración:Mientras el 3014 sigue siendo popular, existe una tendencia hacia encapsulados aún más pequeños con salida comparable, así como módulos LED integrados que combinan el LED, el controlador y el circuito de control en un solo encapsulado.

Iluminación Inteligente:El mercado en general se está moviendo hacia LEDs que son direccionables y ajustables (CCT y atenuación), aunque esto típicamente requiere encapsulados más complejos que el LED indicador básico descrito aquí.

Fiabilidad y Estandarización:La adhesión y desarrollo continuos de estándares para pruebas, clasificación y fiabilidad (como LM-80 para mantenimiento de lúmenes) proporcionan a los diseñadores datos de rendimiento a largo plazo más predecibles.