Hoja de Datos del LED SMD LTST-C21RKGKT - 3.2x1.6x1.9mm - 2.4V - 75mW - Verde - Documentación Técnica en Inglés

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un diodo emisor de luz (LED) de alto rendimiento y montaje superficial (SMD). El producto es un LED de chip de montaje superior que utiliza un material semiconductor de fosfuro de aluminio, indio y galio (AlInGaP) de ultra alto brillo, emitiendo luz verde. Está diseñado para procesos modernos de ensamblaje electrónico, destacando por su compatibilidad con equipos de colocación automática y soldadura por reflujo infrarrojo (IR). El dispositivo cumple con la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), clasificándolo como un producto ecológico. Se suministra en cinta estándar de la industria de 8 mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro para una fabricación eficiente de alto volumen.

1.1 Ventajas Principales

• Alto Brillo: Utiliza tecnología avanzada AlInGaP para una intensidad luminosa superior.
• Listo para Fabricación Moderna: Totalmente compatible con sistemas automatizados de pick-and-place y perfiles de soldadura por reflujo IR sin plomo.
• Embalaje Estandarizado: Cumple con los estándares EIA (Electronic Industries Alliance) para embalaje en cinta y carrete, garantizando una amplia compatibilidad.
• Cumplimiento Ambiental: Cumple con los requisitos RoHS, lo que lo hace adecuado para mercados globales con estrictas regulaciones ambientales.
• Flexibilidad de Diseño: La lente transparente como el agua ofrece una apariencia neutra que puede integrarse con diversos diseños de productos.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Todos los parámetros se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C, salvo que se indique lo contrario. Comprender estos parámetros es fundamental para un diseño de circuito confiable y para lograr el rendimiento esperado.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estas especificaciones definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estos límites, y debe evitarse para una operación confiable.

• Disipación de Potencia (Pd): 75 mW. La potencia total máxima que el dispositivo puede disipar en forma de calor.
• Corriente Directa de Pico (IFP): 80 mA. Corriente máxima permitida en condiciones de pulso (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms). Se utiliza para destellos breves y de alta intensidad.
• DC Forward Current (IF): 30 mA. La corriente directa máxima continua para operación en estado estable.
• Tensión Inversa (VR): 5 V. La tensión máxima que se puede aplicar en sentido inverso a través del LED.
• Rango de Temperatura de Operación: -30°C a +85°C. Rango de temperatura ambiente para el cual el dispositivo está diseñado para funcionar.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento: -40°C a +85°C. Rango de temperatura para almacenamiento no operativo.
• Condición de Soldadura por Infrarrojos: 260°C durante 10 segundos. Exposición máxima del perfil térmico durante la soldadura por reflujo.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo condiciones de prueba estándar (IF = 20mA).

• Intensidad Luminosa (Iv): 28.0 - 180.0 mcd (millicandela). El brillo percibido de la fuente de luz medido por el ojo humano (curva CIE). El amplio rango se gestiona mediante un sistema de clasificación (binning).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 70 grados (típico). El ángulo total en el que la intensidad luminosa es la mitad de la intensidad a 0 grados (en el eje). Esto define la dispersión del haz.
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 574 nm (típico). La longitud de onda a la cual la distribución espectral de potencia es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d): 567.5 - 576.5 nm. La longitud de onda única que coincide perceptualmente con el color del LED, derivada del diagrama de cromaticidad CIE. Este es el parámetro clave para la especificación del color.
• Ancho de Media Línea Espectral (Δλ): 15 nm (típico). El ancho de banda espectral medido a la mitad de la intensidad máxima (Ancho Total a Mitad del Máximo - FWHM). Un valor más pequeño indica una luz más monocromática.
• Voltaje Directo (V_F): 1.80 - 2.40 V. La caída de voltaje a través del LED cuando opera a la corriente directa especificada (20mA).
• Corriente Inversa (I_R): 10 μA (máx.) a V_R = 5V. La pequeña corriente de fuga que fluye cuando el dispositivo está polarizado en inversa.

3. Explicación del Sistema de Binning

Para garantizar un color y un brillo consistentes en la producción, los LEDs se clasifican en bins según sus características medidas. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con los requisitos específicos de uniformidad de la aplicación.

3.1 Binning de Intensidad Luminosa

Clasificado a una corriente de prueba de 20mA. La tolerancia dentro de cada clasificación es de +/-15%.

• Clasificación N: 28.0 - 45.0 mcd
• Bin P: 45.0 - 71.0 mcd
• Bin Q: 71.0 - 112.0 mcd
• Bin R: 112.0 - 180.0 mcd

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Clasificado a una corriente de prueba de 20mA. La tolerancia para cada clasificación es de +/- 1nm.

• Bin C: 567.5 - 570.5 nm
• Bin D: 570.5 - 573.5 nm
• Bin E: 573.5 - 576.5 nm

La combinación de bins de intensidad y longitud de onda (por ejemplo, RC, QD) proporciona una especificación precisa para la consistencia del color y el brillo en un ensamblaje.

4. Análisis de la Curva de Rendimiento

Aunque en la hoja de datos se hacen referencias a curvas gráficas específicas, el siguiente análisis se basa en el comportamiento estándar del LED y los parámetros proporcionados.

4.1 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

El LED exhibe una característica I-V típica de diodo. El voltaje directo (V_F) tiene un rango especificado de 1.80V a 2.40V a 20mA. V_F tiene un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que disminuye ligeramente a medida que aumenta la temperatura de la unión. Para una operación estable, se recomienda encarecidamente alimentar el LED con una fuente de corriente constante en lugar de una fuente de voltaje constante para evitar la fuga térmica.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

La intensidad luminosa es aproximadamente proporcional a la corriente directa dentro del rango de operación. Sin embargo, la eficiencia (lúmenes por vatio) puede disminuir a corrientes muy altas debido al aumento de calor. Operar en o por debajo de los 20mA recomendados para pruebas garantiza una eficiencia y longevidad óptimas.

4.3 Dependencia de la Temperatura

El rendimiento del LED es sensible a la temperatura. A medida que aumenta la temperatura de la unión:

• Disminución del Flujo Luminoso: El flujo luminoso disminuirá. El factor exacto de reducción de potencia es específico de cada producto.
• Disminución del Voltaje Directo: Como se observa en la característica I-V.
• Desplazamientos de Longitud de Onda: La longitud de onda dominante puede desplazarse ligeramente, típicamente hacia longitudes de onda más largas (corrimiento al rojo) con el aumento de la temperatura.

Una gestión térmica adecuada en el PCB (área de cobre suficiente, posibles vías térmicas) es esencial para mantener el rendimiento y la fiabilidad, especialmente cuando se opera a altas temperaturas ambientales o cerca de las clasificaciones de corriente máxima.

5. Mechanical & Packaging Information

5.1 Dimensiones del Dispositivo

El encapsulado es de formato SMD estándar. Las dimensiones clave incluyen un tamaño del cuerpo y una configuración de terminales adecuados para el montaje automatizado. Todas las tolerancias dimensionales son típicamente de ±0,10 mm a menos que se especifique lo contrario. Los diseñadores deben consultar el plano mecánico detallado para el diseño preciso del patrón de soldadura.

5.2 Identificación de Polaridad

El cátodo suele estar indicado por un marcador visual en el encapsulado del LED, como una muesca, un punto verde o una esquina recortada en la lente. Debe observarse la polaridad correcta durante la colocación para garantizar el funcionamiento del dispositivo.

5.3 Diseño Sugerido de la Almohadilla de Soldadura

Se proporciona una huella recomendada (patrón de pistas) para garantizar una junta de soldadura fiable, una alineación adecuada y suficiente resistencia mecánica. Adherirse a este diseño ayuda a prevenir el efecto "tombstoning" (el componente se levanta por un extremo) durante el reflujo y asegura una buena conexión térmica con el PCB.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo IR

El dispositivo es compatible con procesos de soldadura sin plomo (Pb-free). Se proporciona un perfil de reflujo sugerido, conforme a los estándares JEDEC. Los parámetros clave incluyen:

• Precalentamiento: 150-200°C
• Tiempo de Precalentamiento: Máximo 120 segundos.
• Temperatura Máxima: Máximo 260°C.
• Tiempo por Encima del Líquidus: El dispositivo debe estar expuesto a la temperatura máxima durante un máximo de 10 segundos. El reflow debe realizarse un máximo de dos veces.

El perfil debe caracterizarse para el diseño específico de PCB, los componentes, la pasta de soldar y el horno utilizados.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual:

• Temperatura del Soldador: Máximo 300°C.
• Tiempo de Soldadura: Máximo 3 segundos por terminal.
• Intentos: La soldadura debe realizarse una sola vez. Evite el calentamiento repetido.

Se recomienda utilizar un soldador con control de temperatura y punta fina.

6.3 Limpieza

Si se requiere limpieza después de la soldadura:

• Utilice únicamente los agentes de limpieza especificados. Los productos químicos no especificados pueden dañar la lente de epoxi o el encapsulado.
• Los disolventes recomendados son alcohol etílico o alcohol isopropílico a temperatura ambiente normal.
• El tiempo de inmersión debe ser inferior a un minuto.

6.4 Storage & Handling

• Precauciones contra ESD: Los LED son sensibles a las descargas electrostáticas (ESD). Utilice pulseras antiestáticas, alfombrillas antiestáticas y equipos correctamente conectados a tierra durante su manipulación.
• Sensibilidad a la Humedad: Según los estándares de la industria, es probable que el dispositivo sea sensible a la humedad. Si se abre el paquete sellado original con barrera de humedad:
  • Almacenar a ≤30°C y ≤60% de humedad relativa.
  • Se recomienda completar el reflow IR dentro de una semana tras la apertura.
  • Para un almacenamiento más prolongado fuera de la bolsa original, guardar en un recipiente sellado con desecante o en un desecador de nitrógeno.
  • Devices stored out of bag for >1 week should be baked at approximately 60°C for at least 20 hours before soldering to remove absorbed moisture and prevent "popcorning" during reflow.

7. Packaging & Ordering Information

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

• Tamaño del Carrete: Diámetro de 7 pulgadas.
• Ancho de la Cinta: 8mm.
• Cantidad por Carrete: 3000 piezas (carrete completo estándar).
• Cantidad Mínima por Embalaje: 500 piezas para cantidades restantes.
• Estándar de Embalaje: Cumple con las especificaciones ANSI/EIA-481.
• Cinta de Cubierta: Los bolsillos de componentes vacíos se sellan con una cinta de cubierta superior.
• Componentes Faltantes: Según la especificación, se permite un máximo de dos lámparas faltantes consecutivas (bolsillos vacíos).

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este LED es adecuado para una amplia gama de aplicaciones que requieren un indicador verde compacto y brillante, incluyendo, entre otros:

• Indicadores de estado y de alimentación en electrónica de consumo (routers, cargadores, electrodomésticos).
• Retroiluminación para teclas en teclados o paneles de control.
• Luces indicadoras del estado del panel de visualización.
• Iluminación interior automotriz (funciones no críticas, sujeta a calificación adicional).
• Dispositivos electrónicos portátiles.

Está destinado a equipos electrónicos ordinarios. Para aplicaciones que requieren una fiabilidad excepcional donde un fallo podría poner en peligro la seguridad (aviación, médica, sistemas de seguridad en el transporte), son obligatorias consultas y calificaciones específicas.

8.2 Consideraciones de Diseño del Circuito

• Limitación de Corriente: SIEMPRE utilice una resistencia limitadora de corriente en serie o un circuito controlador de LED de corriente constante dedicado. El valor se calcula utilizando la Ley de Ohm: R = (V_supply - V_F) / I_F. Utilice el V_F máximo de la hoja de datos (2.40V) para garantizar que la corriente no exceda los límites incluso con un componente de bajo V_F .
• Conexiones en Paralelo: Evite conectar LEDs directamente en paralelo. Ligeras variaciones en V_F pueden causar un desequilibrio de corriente, donde un LED absorbe la mayor parte de la corriente y falla prematuramente. Utilice resistencias limitadoras de corriente separadas para cada LED o un controlador de corriente constante con múltiples canales.
• Conexiones en Serie: Conectar LEDs en serie garantiza una corriente idéntica a través de cada dispositivo, lo cual es preferible para lograr un brillo uniforme. Asegúrese de que el voltaje de alimentación sea suficiente para la suma de todas las caídas de V_F más el margen de operación para el regulador de corriente.
• Gestión Térmica: Para operación continua a corrientes altas o en temperaturas ambientales elevadas, considere el diseño del PCB. Proporcionar una pequeña almohadilla de cobre bajo la almohadilla térmica del LED (si está presente) o conectar las almohadillas del cátodo a un plano de cobre más grande puede ayudar a disipar el calor.
• Protección contra Voltaje Inverso: Aunque el LED puede soportar hasta 5V en inversa, es una buena práctica en circuitos donde es posible una polaridad inversa (por ejemplo, módulos instalables por el usuario) incluir protección, como un diodo en serie o un diodo en derivación a través del LED.

9. Technical Comparison & Differentiation

En comparación con tecnologías LED más antiguas, como los LED verdes estándar de GaP (fosfuro de galio), este dispositivo basado en AlInGaP ofrece ventajas significativas:

• Mayor Brillo: El material AlInGaP proporciona una eficiencia luminosa sustancialmente mayor, lo que resulta en una mayor salida de luz para la misma corriente de entrada.
• Mejor Pureza de Color: El ancho espectral a media altura es relativamente estrecho (típicamente 15nm), lo que produce un color verde más saturado y puro en comparación con alternativas de espectro más amplio.
• Compatibilidad con Procesos Modernos: El paquete y los materiales están específicamente diseñados para ser compatibles con procesos de reflujo IR de alta temperatura sin plomo, lo cual es esencial para la fabricación contemporánea conforme a RoHS.
• Estandarización: El formato de paquete EIA y carrete de cinta aseguran una integración perfecta en líneas de montaje automatizadas, reduciendo el tiempo de preparación y los errores de colocación en comparación con componentes no estándar o empaquetados a granel.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

10.1 ¿Cuál es la diferencia entre Longitud de Onda Pico y Longitud de Onda Dominante?

La Longitud de Onda Pico (λ_P) es la longitud de onda física en la que el LED emite la mayor potencia óptica. Longitud de Onda Dominante (λ_d) es la coincidencia de color perceptual: la longitud de onda única que el ojo humano percibiría como el mismo color que la salida mixta del LED. Para LEDs monocromáticos como este verde, a menudo son cercanos, pero λ_d es el parámetro clave para la especificación del color en el diseño.

10.2 ¿Puedo alimentar este LED sin una resistencia limitadora de corriente si mi fuente de alimentación es exactamente de 2.0V?

No, esto no es recomendable y es riesgoso. El voltaje directo (V_F) varía de 1.80V a 2.40V. Si tienes una fuente de 2.0V y un LED con un V_F de 1.85V, una pequeña diferencia de 0.15V causará que fluya una corriente grande y no controlada (limitada solo por la resistencia dinámica del LED y la resistencia parasitaria del circuito), probablemente excediendo la corriente máxima y dañando el LED. Siempre utiliza un mecanismo de limitación de corriente.

10.3 ¿Por qué existe un sistema de binning y qué bin debo elegir?

Las variaciones en la fabricación causan ligeras diferencias en color y brillo. El binning clasifica los LEDs en grupos para garantizar uniformidad. Elija una clasificación según su aplicación:

• Para indicadores individuales, normalmente cualquier clasificación es adecuada.
• Para múltiples LEDs que deben parecer idénticos (por ejemplo, una fila de luces de estado), especifique la misma clasificación de intensidad y longitud de onda (por ejemplo, todos "QD") para garantizar uniformidad visual.
• Para la salida más brillante, especifique el bin de intensidad más alto (R). Para un tono verde específico, especifique el bin de longitud de onda correspondiente (C, D o E).

10.4 La hoja de datos menciona una disipación de potencia de 75mW. ¿Cómo calculo esto?

La disipación de potencia (P_d) en un LED se calcula principalmente como: P_d ≈ V_F * I_F. Por ejemplo, a la corriente continua máxima (I_F = 30mA) y un V_F de 2.1V, P_d = 0.030A * 2.1V = 63mW, que está por debajo del máximo de 75mW. Utilice siempre el V_F máximo para el cálculo del peor caso: 0.030A * 2.40V = 72mW. Esto deja un pequeño margen de seguridad. Asegúrese de que sus condiciones de operación, incluida la temperatura ambiente, permitan esta disipación sin sobrecalentamiento.

11. Practical Design & Usage Examples

11.1 Ejemplo 1: Circuito Indicador Simple de 5V

Objetivo: Alimentar un solo LED desde una fuente de CC de 5V a I_F = 20mA. Cálculo: Suponga el peor caso de V_F = 2.40V._R = 5V - 2.40V = 2.60V._R / I_F = 2.60V / 0.020A = 130 Ω. Selección de Componentes: Elija el valor de resistencia estándar más cercano, por ejemplo, 130Ω o 150Ω. Una resistencia de 150Ω produciría I_F ≈ (5V - 2.40V)/150Ω = 17.3mA, lo cual es seguro y aún brillante. Potencia Nominal de la Resistencia: P_resistor = I² * R = (0.020)² * 150 = 0.06W. Una resistencia estándar de 1/8W (0.125W) o 1/4W es más que suficiente.

11.2 Ejemplo 2: Conducción de Múltiples LEDs desde una Fuente de 12V

Objetivo: Alimentar tres LED en serie desde una fuente de 12V a I_F = 20mA. Cálculo: V total de LED_F (máximo en el peor de los casos): 3 * 2.40V = 7.20V._R = 12V - 7.20V = 4.80V. Ventaja: La conexión en serie garantiza una corriente idéntica a través de los tres LEDs, asegurando un brillo uniforme incluso si sus valores de V_F difieren. Solo se necesita una resistencia limitadora de corriente, mejorando la eficiencia en comparación con tres resistencias separadas.

12. Introducción a la Tecnología

12.1 Principio del Semiconductor AlInGaP

AlInGaP (Aluminum Indium Gallium Phosphide) es un material semiconductor compuesto III-V utilizado principalmente para LEDs de alto brillo en rojo, naranja, amarillo y verde. Al ajustar con precisión las proporciones de aluminio, indio, galio y fósforo en la red cristalina durante el crecimiento epitaxial, los ingenieros pueden "sintonizar" el bandgap del material. La energía del bandgap determina la longitud de onda (color) de la luz emitida cuando los electrones se recombinan con los huecos a través de la unión. AlInGaP ofrece una mayor eficiencia cuántica y estabilidad térmica para colores en el espectro del amarillo al rojo en comparación con materiales más antiguos, lo que resulta en dispositivos más brillantes y fiables. La emisión verde de esta parte específica se logra llevando la composición hacia una energía de bandgap más alta.

13. Tendencias de la Industria

13.1 Evolución de los LEDs Indicadores

La tendencia en los LEDs indicadores SMD continúa hacia:

• Mayor Eficiencia: Desarrollo de nuevos materiales semiconductores y estructuras de chips (como diseños flip-chip) para ofrecer más lúmenes por vatio, reduciendo el consumo de energía para un brillo determinado.
• Miniaturización: Los paquetes se están haciendo más pequeños (por ejemplo, tamaños métricos 0402, 0201) para ahorrar espacio valioso en el PCB en dispositivos cada vez más compactos como wearables y smartphones ultradelgados.
• Enhanced Reliability & Robustness: Materiales y procesos de encapsulado mejorados para soportar temperaturas de reflujo más altas, condiciones ambientales más severas y ofrecer una mejor resistencia a la humedad.
• Soluciones Integradas: Desarrollo de LEDs con resistencias limitadoras de corriente o controladores IC integrados ("LED drivers in package") para simplificar el diseño de circuitos y reducir el número de componentes.
• Ampliación de la Gama de Colores: Investigación continua en materiales como el nitruro de galio (GaN) sobre diferentes sustratos y la tecnología de puntos cuánticos para lograr colores verde y cian más puros y saturados, lo cual es valioso para pantallas a todo color e iluminación.

Dispositivos como el documentado aquí, con su conformidad RoHS, compatibilidad con reflujo y alto brillo, representan el estándar principal actual para aplicaciones de indicadores de propósito general.