LED de Visión Superior Serie 67-21 - Paquete P-LCC-2 - Blanco - 1.75-2.35V - 120mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie 67-21 representa una familia de LED de Visión Superior diseñados para aplicaciones de indicación e iluminación de fondo. Estos componentes están encapsulados en un paquete compacto P-LCC-2 (Portador de Chip con Pistas Plásticas) de cuerpo blanco y ventana transparente incolora, lo que contribuye a un amplio ángulo de visión. El objetivo principal de diseño es optimizar el acoplamiento de luz mediante un reflector interno, haciendo que estos LED sean especialmente adecuados para su uso con guías de luz. Su bajo requisito de corriente directa los convierte en una excelente opción para aplicaciones sensibles al consumo de energía, como dispositivos electrónicos portátiles, cuadros de mando automotrices y equipos de telecomunicaciones.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas clave de esta serie de LED incluyen un amplio ángulo de visión típico de 120 grados, compatibilidad con equipos de colocación automatizada y procesos de soldadura por reflujo en fase de vapor, y disponibilidad en cinta de 8mm y carrete para fabricación en volumen. El producto está libre de plomo y cumple con la normativa RoHS. Los mercados objetivo son diversos, abarcando el sector automotriz (iluminación de fondo de cuadros de mando e interruptores), telecomunicaciones (indicadores de teléfonos y faxes), iluminación de fondo plana general para LCD y símbolos, y cualquier aplicación de indicación de propósito general donde se requiera una iluminación confiable y de bajo consumo.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un desglose detallado de los parámetros eléctricos, ópticos y térmicos críticos que definen los límites de rendimiento y las condiciones de operación del LED.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los Valores Máximos Absolutos definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Estas no son condiciones de operación recomendadas. La tensión inversa máxima (VR) es de 5V. La corriente directa continua (IF) no debe exceder los 50mA, mientras que una corriente directa de pico (IFP) de 100mA es permisible en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10 a 1kHz). La disipación de potencia máxima (Pd) es de 120mW. El dispositivo puede soportar una descarga electrostática (ESD) de 2000V utilizando el Modelo de Cuerpo Humano (HBM). El rango de temperatura de operación (Topr) es de -40°C a +85°C, y el rango de temperatura de almacenamiento (Tstg) es de -40°C a +90°C. Las temperaturas de soldadura se especifican tanto para reflujo (260°C durante 10 segundos) como para soldadura manual (350°C durante 3 segundos).

2.2 Características Electro-Ópticas

Las Características Electro-Ópticas se miden en una condición de prueba estándar de Ta=25°C e IF=20mA. La intensidad luminosa (Iv) tiene un rango típico, con un mínimo de 180 mcd y un máximo de 565 mcd, sujeto a una tolerancia de ±11%. La longitud de onda dominante (λd) para los datos proporcionados está en el espectro rojo, oscilando entre 621nm y 631nm, con una tolerancia de ±1nm. La tensión directa (VF) varía de 1.75V a 2.35V, con una tolerancia de ±0.1V. El ángulo de visión (2θ1/2) es típicamente de 120 grados. La corriente inversa (IR) es un máximo de 10µA a VR=5V.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia en brillo, color y características eléctricas, los LED se clasifican en lotes (bins). Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con requisitos específicos de la aplicación.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

La intensidad luminosa se categoriza en cinco lotes: S1 (180-225 mcd), S2 (225-285 mcd), T1 (285-360 mcd), T2 (360-450 mcd) y U1 (450-565 mcd). Todas las mediciones se realizan a IF=20mA.

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

La longitud de onda dominante se agrupa bajo el código 'F', con dos sublotes: FF1 (621-626 nm) y FF2 (626-631 nm).

3.3 Clasificación por Tensión Directa

La tensión directa se agrupa bajo el código 'B', con tres sublotes: 0 (1.75-1.95V), 1 (1.95-2.15V) y 2 (2.15-2.35V).

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan información sobre el comportamiento del LED bajo condiciones variables, lo cual es crucial para un diseño de circuito robusto.

4.1 Curva de Reducción de Corriente Directa

Una curva muestra cómo la corriente directa máxima permitida disminuye a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de los 25°C. Esto es crítico para la gestión térmica y para garantizar la fiabilidad a largo plazo.

4.2 Corriente Directa vs. Tensión Directa

Esta curva característica IV muestra la relación entre la corriente directa y la tensión directa a 25°C. Es no lineal, típica de un diodo, y es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente.

4.3 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Esta curva demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente directa. Ayuda a los diseñadores a equilibrar los requisitos de brillo con el consumo de energía y el estrés del dispositivo.

4.4 Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico muestra la reducción en la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de unión, destacando la importancia de la disipación de calor para mantener un brillo consistente.

4.5 Distribución Espectral

El gráfico de salida espectral muestra una longitud de onda de pico alrededor de 632nm, confirmando la emisión de color rojo, con un ancho de banda espectral típico (Δλ) de 20nm.

4.6 Diagrama de Radiación

Un gráfico polar ilustra la distribución espacial de la intensidad de la luz, confirmando el amplio ángulo de visión de 120 grados. La intensidad es relativamente uniforme en una amplia región central.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Paquete

El dibujo técnico especifica las dimensiones físicas del paquete P-LCC-2. Las medidas críticas incluyen la longitud, anchura y altura totales, el espaciado de las patillas y el tamaño de la apertura de la lente. Todas las tolerancias no especificadas son de ±0.1mm.

5.2 Identificación de Polaridad

El cátodo se identifica típicamente por una muesca o una marca verde en el paquete. Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje para evitar fallos en el dispositivo.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

El LED es adecuado para soldadura por reflujo en fase de vapor. La temperatura máxima de pico recomendada es de 260°C, y el dispositivo no debe estar expuesto a temperaturas superiores a esta durante más de 10 segundos. Es aplicable un perfil de reflujo estándar para soldaduras sin plomo.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, la temperatura de la punta del soldador no debe exceder los 350°C, y el tiempo de contacto por pata debe limitarse a 3 segundos o menos.

6.3 Condiciones de Almacenamiento

Los dispositivos se empaquetan en bolsas barrera resistentes a la humedad con desecante para prevenir la absorción de humedad. Una vez abierta la bolsa, los componentes deben usarse dentro de un plazo de tiempo específico (no se indica explícitamente en el PDF proporcionado, pero es una práctica estándar) o secarse (baked) según las pautas del Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) antes del reflujo para evitar daños por el efecto "palomita de maíz" durante la soldadura.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LED se suministran en cinta portadora de 8mm. Las dimensiones del carrete y el paso de los alvéolos de la cinta portadora se detallan en los dibujos. Cada carrete contiene 2000 piezas.

7.2 Explicación de la Etiqueta

La etiqueta del carrete contiene varios códigos: CAT (Rango de Intensidad Luminosa), HUE (Rango de Longitud de Onda Dominante) y REF (Rango de Tensión Directa). Estos corresponden directamente a la información de clasificación (binning), permitiendo la trazabilidad y asegurando que se utilice la variante de producto correcta.

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Automoción:Iluminación de fondo para cuadros de instrumentos, interruptores del salpicadero y paneles de control.
• Telecomunicaciones:Indicadores de estado en teléfonos, máquinas de fax y equipos de red.
• Electrónica de Consumo:Iluminación de fondo para interruptores de membrana, teclados y paneles LCD en electrodomésticos.
• Indicación General:Indicadores de estado de alimentación, selección de modo y alertas en una amplia gama de dispositivos electrónicos.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre utilice una resistencia en serie o un controlador de corriente constante para limitar la corriente directa al valor deseado (por ejemplo, 20mA para un brillo típico). Calcule el valor de la resistencia usando R = (Vsuministro - Vf) / If.
• Gestión Térmica:Para operación continua a altas temperaturas ambiente o cerca de la corriente máxima, considere el diseño del PCB para la disipación de calor. Evite colocar los LED cerca de otras fuentes de calor.
• Acoplamiento con Guía de Luz:El amplio ángulo de visión y el diseño del paquete están optimizados para guías de luz. Asegure una alineación adecuada y un espacio mínimo entre el LED y el punto de entrada de la guía de luz para un acoplamiento de luz eficiente.
• Protección contra ESD:Aunque está clasificado para 2000V HBM, implemente precauciones estándar contra ESD durante el manejo y el montaje.

9. Pruebas de Fiabilidad

La fiabilidad del producto se valida mediante una serie de pruebas realizadas con un nivel de confianza del 90% y un LTPD (Porcentaje de Defectos Tolerado por Lote) del 10%. Las pruebas clave incluyen:

• Soldadura por Reflujo:Soporta 260°C ±5°C durante un máximo de 10 segundos.
• Ciclos de Temperatura:300 ciclos entre -40°C y +100°C.
• Choque Térmico:Transiciones rápidas entre -40°C y +100°C.

Estas pruebas aseguran la robustez del dispositivo en entornos típicos de fabricación y operación.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

10.1 ¿Cuál es el propósito de los códigos de clasificación (CAT, HUE, REF)?

Los códigos de clasificación (binning) se utilizan para categorizar los LED en función de su intensidad luminosa medida (CAT), su longitud de onda/color dominante (HUE) y su tensión directa (REF). Esto permite a fabricantes y diseñadores seleccionar componentes con características estrechamente controladas, asegurando la consistencia en el brillo y el color del producto final, especialmente cuando se utilizan múltiples LED en una matriz.

10.2 ¿Puedo alimentar este LED sin una resistencia limitadora de corriente?

No. Un LED es un dispositivo controlado por corriente. Conectarlo directamente a una fuente de tensión superior a su tensión directa provocará un flujo de corriente excesivo, pudiendo destruir el LED instantáneamente debido a una fuga térmica (thermal runaway). Es obligatorio el uso de una resistencia en serie o un circuito activo de corriente constante.

10.3 ¿Cómo afecta la temperatura ambiente al rendimiento?

A medida que aumenta la temperatura ambiente, la temperatura de unión del LED se eleva. Esto conduce a una disminución de la eficiencia luminosa (menor salida de luz para la misma corriente) y a una ligera disminución de la tensión directa. La curva de reducción especifica cómo se debe reducir la corriente máxima permitida a temperaturas más altas para evitar sobrecalentamiento y fallos prematuros.

10.4 ¿Es este LED adecuado para aplicaciones exteriores?

El rango de temperatura de operación de -40°C a +85°C lo hace adecuado para muchos entornos exteriores y automotrices. Sin embargo, para exposición directa al exterior, son necesarias consideraciones de diseño adicionales, como protección contra la radiación UV (que puede amarillear la resina epoxi con el tiempo), sellado contra la humedad de todo el conjunto y una gestión térmica robusta bajo la luz solar directa.

11. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Diseño de un panel de interruptores de membrana con iluminación de fondo para una unidad de control industrial que requiere 10 LED indicadores rojos. El panel funciona con una alimentación de 5V en un entorno de hasta 60°C.

Pasos de Diseño:

1. Selección de Corriente:Elija una corriente directa de 20mA para un buen equilibrio entre brillo y longevidad.
2. Cálculo de la Resistencia:Usando la tensión directa máxima del lote B2 (2.35V) para un diseño del peor caso: R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5Ω. Se puede usar una resistencia estándar de 130Ω o 150Ω. La potencia nominal de la resistencia debe ser al menos (5V-2.35V)*0.02A = 0.053W, por lo que una resistencia estándar de 1/8W (0.125W) es suficiente.
3. Verificación Térmica:A 60°C ambiente, consulte la curva de reducción. La corriente máxima permitida se reduce. Asegúrese de que 20mA aún esté dentro del área de operación segura a 60°C. Si no, reduzca la corriente de excitación o mejore la disipación de calor.
4. Selección de Clasificación (Binning):Para una apariencia uniforme, especifique lotes estrechos para HUE (longitud de onda) y CAT (intensidad), por ejemplo, HUE: FF1 y CAT: T1 o T2, dependiendo del nivel de brillo requerido.
5. Diseño del PCB (Layout):Coloque los LED de manera uniforme. Si utiliza una guía de luz, siga los dibujos mecánicos para una alineación precisa. Asegúrese de que las almohadillas del PCB coincidan con la huella recomendada.

12. Introducción al Principio Técnico

El LED opera según el principio de electroluminiscencia en un material semiconductor. Para la variante roja descrita, el material del chip es AlGaInP (Fosfuro de Aluminio, Galio e Indio). Cuando se aplica una tensión directa a través de la unión p-n, se inyectan electrones y huecos en la región activa donde se recombinan. Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación AlGaInP determina la energía del bandgap, que a su vez define la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, en el espectro rojo (~632nm de pico). El paquete P-LCC-2 encapsula el dado semiconductor, proporciona protección mecánica, aloja el reflector interno para dar forma a la salida de luz y forma las patillas eléctricas para la conexión.

13. Tendencias y Evolución de la Industria

El mercado de LED indicadores como la serie 67-21 continúa evolucionando. Las tendencias clave incluyen:

• Mayor Eficiencia:Las continuas mejoras en ciencia de materiales y diseño de chips conducen a una mayor eficacia luminosa (más salida de luz por vatio de entrada eléctrica), permitiendo un menor consumo de energía o indicadores más brillantes.
• Miniaturización:Si bien el P-LCC-2 es un paquete estándar, existe una constante búsqueda de huellas más pequeñas (por ejemplo, paquetes a escala de chip) para ahorrar espacio en PCBs cada vez más densos, especialmente en dispositivos portátiles.
• Fiabilidad Mejorada:Las demandas de una mayor vida útil y operación en entornos más severos (mayor temperatura, humedad) impulsan mejoras en materiales de encapsulado, métodos de unión del dado y tecnología de fósforos (para LED blancos).
• Integración Inteligente:Una tendencia creciente es la integración de circuitos de control (como controladores de corriente constante o controladores PWM) dentro del propio paquete del LED, simplificando el diseño del circuito externo.
• Gama de Colores Ampliada y Consistencia:Los avances en tecnología de clasificación (binning) y materiales de fósforo permiten un control de color más estricto y una gama más amplia de colores saturados, satisfaciendo las demandas del diseño estético y los indicadores codificados por color.