LED Rojo de 3.1mm - Intensidad Luminosa 180-400mcd - Voltaje 2.4V - Potencia 75mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un LED rojo de alta eficiencia y bajo consumo, alojado en un encapsulado de montaje pasante de 3.1mm de diámetro. El dispositivo utiliza un chip de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) como fuente de luz, encapsulado dentro de una lente transparente. Está diseñado para un montaje versátil en placas de circuito impreso (PCB) o paneles y se caracteriza por su compatibilidad con circuitos integrados debido a sus bajos requisitos de corriente. Las principales aplicaciones incluyen luces indicadoras de propósito general en diversos equipos electrónicos donde se requiere una señalización visible y fiable.

1.1 Ventajas Principales

• Alta Intensidad Luminosa:Proporciona una salida típica de 400 milicandelas (mcd) con una corriente directa de 20mA, garantizando una alta visibilidad.
• Eficiencia Energética:Presenta una baja disipación de potencia y funciona eficientemente con corrientes de accionamiento estándar.
• Compacto y Versátil:El encapsulado de 3.1mm permite una integración flexible en diseños con limitaciones de espacio.
• Compatibilidad con Drivers:Adecuado para ser accionado directamente desde circuitos lógicos de baja corriente, simplificando el diseño del sistema.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Disipación de Potencia (P_D):75 mW máximo. Esta es la potencia total que el encapsulado del LED puede manejar, calculada como Voltaje Directo (V_F) × Corriente Directa (I_F).
• Corriente Directa:No se debe exceder una corriente directa continua (I_F) de 30 mA. Se permite una corriente directa de pico más alta de 90 mA solo en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms).
• Derivación Térmica:La corriente directa continua máxima permitida debe reducirse linealmente en 0.4 mA por cada grado Celsius que la temperatura ambiente (T_A) supere los 50°C.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar la ruptura de la unión.
• Rangos de Temperatura:El dispositivo puede operar desde -40°C hasta +100°C y almacenarse desde -55°C hasta +100°C.
• Temperatura de Soldadura:Los terminales pueden soportar 260°C durante 5 segundos cuando se mide a 1.6mm del cuerpo del LED.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C y definen el rendimiento típico del dispositivo.

• Intensidad Luminosa (I_V):Varía desde un mínimo de 180 mcd hasta un valor típico de 400 mcd con I_F= 20mA. La medición sigue la curva de respuesta fotópica del ojo CIE.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):45 grados. Este es el ángulo total en el que la intensidad de la luz cae a la mitad de su valor axial máximo.
• Longitud de Onda:La longitud de onda de emisión pico (λ_P) es típicamente 632 nm. La longitud de onda dominante (λ_d), que define el color percibido, es típicamente 624 nm. El ancho de banda espectral (Δλ) es de 20 nm.
• Voltaje Directo (V_F):Típicamente 2.4V, con un máximo de 2.4V con I_F= 20mA.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo de 100 µA cuando se aplica un voltaje inverso (V_R) de 5V.
• Capacitancia (C):Típicamente 40 pF medido a polarización cero y frecuencia de 1MHz.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

Los LED se clasifican en lotes (bins) según parámetros ópticos clave para garantizar la consistencia dentro de un lote de producción. El número de pieza LTL1CHJETNN contiene códigos de clasificación.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Las unidades están en mcd medidas a 20mA. La tolerancia para cada límite de lote es de ±15%.

• Lote HJ:180 mcd (Mín) a 310 mcd (Máx). El número de pieza indica que este LED pertenece al lote HJ.
• Lote KL: 310 mcd a 520 mcd.
• Lote MN: 520 mcd a 880 mcd.

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Las unidades están en nm medidas a 20mA. La tolerancia para cada límite de lote es de ±1nm. El número de pieza no especifica un lote de longitud de onda, por lo que el dispositivo utiliza el valor típico de 624 nm.

• Lote H27: 613.5 nm a 617.0 nm
• Lote H28: 617.0 nm a 621.0 nm
• Lote H29: 621.0 nm a 625.0 nm
• Lote H30: 625.0 nm a 629.0 nm
• Lote H31: 629.0 nm a 633.0 nm

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas características típicas que ilustrarían gráficamente la relación entre los parámetros clave. Estas son esenciales para el diseño.

• Curva I-V (Corriente vs. Voltaje):Muestra la relación exponencial entre el voltaje directo y la corriente. El V_Ftípico de 2.4V a 20mA es un punto en esta curva.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente, típicamente en una relación casi lineal dentro del rango de operación.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Ilustra la disminución en la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión, destacando la importancia de la gestión térmica.
• Distribución Espectral:Una gráfica de intensidad relativa versus longitud de onda, mostrando el pico en ~632 nm y el ancho medio de 20 nm, confirmando el color rojo puro.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED está alojado en un encapsulado cilíndrico de 3.1mm de diámetro. Las notas dimensionales clave incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros (se proporcionan pulgadas entre paréntesis).
• Se aplica una tolerancia general de ±0.25mm (±0.010\") a menos que se especifique lo contrario.
• La protrusión máxima de la resina bajo la brida es de 1.0mm (0.04\").
• La separación de los terminales se mide en el punto donde estos salen del cuerpo del encapsulado.

5.2 Identificación de Polaridad

Para LED de montaje pasante, el terminal más largo suele denotar el ánodo (positivo). El cátodo (negativo) suele estar indicado por un borde plano en la lente del LED o un terminal más corto. Se debe consultar el diagrama de la hoja de datos para la marca de polaridad específica de este componente.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Formado de Terminales

• El doblado debe realizarse al menos a 3mm de la base de la lente del LED.
• La base del marco de los terminales no debe usarse como punto de apoyo.
• El formado debe realizarse a temperatura ambiente yantesdel proceso de soldadura.
• Debe usarse la fuerza mínima de sujeción durante el montaje en PCB para evitar estrés mecánico.

6.2 Proceso de Soldadura

• Mantener una distancia mínima de 2mm desde la base de la lente hasta el punto de soldadura.
• Evitar sumergir la lente en la soldadura.
• No someter los terminales a estrés mientras el LED esté caliente por la soldadura.
• Condiciones de Soldadura Recomendadas:
  • Soldador de Estaño:Temperatura máxima 300°C, tiempo máximo 3 segundos (una sola vez).
  • Soldadura por Ola:Precalentar a máximo 100°C durante máximo 60 seg; ola de soldadura a máximo 260°C durante máximo 10 seg.
• Advertencia:Una temperatura o tiempo excesivos pueden deformar la lente o causar una falla catastrófica.

6.3 Almacenamiento y Manipulación

• Almacenamiento:Se recomienda un ambiente que no supere los 30°C y el 70% de humedad relativa.
• Vida Útil en Almacén:Los LED retirados del embalaje original deben usarse dentro de los tres meses. Para un almacenamiento más prolongado, usar un contenedor sellado con desecante o un ambiente de nitrógeno.
• Limpieza:Usar disolventes a base de alcohol como alcohol isopropílico si es necesario.

7. Empaquetado e Información de Pedido

7.1 Especificaciones de Empaquetado

Los LED se empaquetan en bolsas antiestáticas para prevenir daños por ESD.

• Bolsa de Empaque: 1000, 500 o 250 piezas por bolsa.
• Cartón Interno: 10 bolsas de empaque, totalizando 10,000 piezas.
• Cartón Externo: 8 cartones internos, totalizando 80,000 piezas por lote de envío. El último paquete de un lote puede no estar completo.

8. Recomendaciones de Diseño para Aplicación

8.1 Diseño del Circuito de Accionamiento

Los LED son dispositivos operados por corriente. Para garantizar un brillo uniforme, especialmente al conectar múltiples LED en paralelo, se debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie con cada LED.

• Circuito Recomendado (Modelo A):Cada LED tiene su propia resistencia en serie. Esto compensa las variaciones en el voltaje directo (V_F) entre LED individuales, asegurando que cada uno reciba la misma corriente y, por lo tanto, emita el mismo brillo.
• Circuito No Recomendado (Modelo B):No se recomienda conectar múltiples LED en paralelo con una sola resistencia compartida. Pequeñas diferencias en V_Fpueden causar un desequilibrio significativo de corriente, lo que lleva a un brillo desigual.

El valor de la resistencia en serie (R_S) se calcula usando la Ley de Ohm: R_S= (V_{Alimentación}- V_F) / I_F. Usando el V_Ftípico de 2.4V y una I_Fdeseada de 20mA con una alimentación de 5V: R_S= (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 Ω. Una resistencia estándar de 130Ω o 150Ω sería adecuada.

8.2 Protección contra Descargas Electroestáticas (ESD)

El LED es sensible a las descargas electrostáticas. Las medidas preventivas son obligatorias:

• El personal debe usar pulseras conectadas a tierra o guantes antiestáticos.
• Todo el equipo, mesas de trabajo y estanterías de almacenamiento deben estar correctamente conectados a tierra.
• Usar un ionizador para neutralizar la carga estática que pueda acumularse en la lente de plástico.
• Implementar una lista de verificación para la certificación ESD del personal y señalización adecuada en las áreas de trabajo.

8.3 Alcance de la Aplicación y Precauciones

Este LED está destinado a equipos electrónicos ordinarios (oficina, comunicaciones, domésticos). Para aplicaciones donde una falla podría poner en peligro la vida o la salud (aviación, médicos, sistemas de seguridad), se requiere consulta y aprobación específicas antes de su uso. Esto destaca la idoneidad del componente para indicación de propósito general, pero no para funciones críticas para la seguridad sin una calificación adicional.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con tecnologías más antiguas como los LED rojos de GaAsP (Fosfuro de Arsénico y Galio), este dispositivo de AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en una salida más brillante con la misma corriente. El encapsulado de 3.1mm es un estándar común de la industria, lo que garantiza una amplia compatibilidad con los diseños de PCB y los cortes de panel existentes. El detallado sistema de clasificación proporciona a los diseñadores parámetros de rendimiento predecibles, lo que es una ventaja sobre los componentes no clasificados o especificados de manera imprecisa. El conjunto completo de precauciones de aplicación (ESD, soldadura, método de accionamiento) contenido en esta hoja de datos es una marca de un componente bien documentado destinado a garantizar la fiabilidad en el campo.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

10.1 ¿Qué resistencia debo usar con una fuente de alimentación de 5V?

Para una corriente directa típica de 20mA y un voltaje directo de 2.4V, use una resistencia de 130Ω. Siempre calcule en función de su voltaje de alimentación específico y la corriente deseada.

10.2 ¿Puedo accionar múltiples LED con una sola resistencia?

No es recomendable. Siempre use una resistencia limitadora de corriente separada para cada LED cuando los conecte en paralelo para garantizar un brillo uniforme.

10.3 ¿Por qué es importante el ángulo de visión?

El ángulo de visión de 45 grados indica un haz relativamente enfocado. Para iluminación de gran angular, una lente difusa o un LED con un ángulo de visión más amplio (por ejemplo, 120°) sería más adecuado. Este LED es ideal para indicación direccional.

10.4 ¿Cómo afecta la temperatura al rendimiento?

La intensidad luminosa disminuye a medida que aumenta la temperatura. Para un brillo consistente, considere la gestión térmica si el LED opera en altas temperaturas ambientales o a altas corrientes. Se debe aplicar el factor de derivación de 0.4 mA/°C por encima de 50°C.

11. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Escenario:Diseñar un panel indicador de estado con diez LED rojos idénticos que muestren \"Sistema Activo.\"

Pasos de Diseño:

1. Fuente de Alimentación:Se dispone de un riel regulado de 5V CC.
2. Selección de Corriente:Elija I_F= 20mA para un buen brillo dentro del máximo de 30mA.
3. Topología del Circuito:Conecte los diez LED en paralelo al riel de 5V.
4. Limitación de Corriente:Coloque una resistencia de 130Ω en serie con el ánodo de cada LED individual.
5. Cálculo de Potencia:Potencia por LED: P = V_F× I_F≈ 2.4V × 0.02A = 48mW, muy por debajo del máximo de 75mW. Corriente total de la fuente: 10 × 20mA = 200mA.
6. Diseño de Placa:Asegure un radio de curvatura de terminales de 3mm y una distancia de soldadura de 2mm durante el diseño de la PCB. Proporcione un plano de tierra común y robusto.
7. Montaje:Siga el perfil de soldadura por ola especificado para prevenir daños térmicos.

Este enfoque garantiza un brillo uniforme en todos los indicadores y una operación confiable a largo plazo.

12. Principio de Funcionamiento

Un LED es un diodo semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo que excede su potencial de unión (aproximadamente 2.4V para este dispositivo de AlInGaP), los electrones y los huecos se recombinan dentro de la región activa del chip semiconductor. Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición material específica del semiconductor (AlInGaP) determina la longitud de onda (color) de la luz emitida, que en este caso está en el espectro rojo (~624 nm de longitud de onda dominante). La lente epoxi transparente sirve para proteger el dado semiconductor, dar forma al haz de salida de luz (ángulo de visión de 45°) y mejorar la extracción de luz del chip.

13. Tendencias Tecnológicas

El uso del material AlInGaP representa un avance sobre las tecnologías LED más antiguas, ofreciendo mayor eficiencia y mejor estabilidad térmica. La tendencia de la industria continúa hacia materiales y encapsulados aún más eficientes. Si bien componentes de montaje pasante como este LED de 3.1mm siguen siendo vitales para prototipos, reparaciones y ciertas aplicaciones que requieren un montaje mecánico robusto, el mercado en general ha cambiado significativamente hacia encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) (por ejemplo, 0603, 0805, 3528). Los LED SMD ofrecen ventajas en montaje automatizado, ahorro de espacio en la placa y gestión térmica. Sin embargo, los LED de montaje pasante mantienen su relevancia en entornos educativos, proyectos de aficionados y aplicaciones donde se prefiere la soldadura manual o una alta resistencia de unión mecánica.