LED para dispositivos de montaje en superficie | Guía completa de tecnología de pantallas

Un LED SMD tiene contactos de soldadura externos que se fijan a la superficie de la placa de circuito impreso (PCB). El chip semiconductor está alojado dentro del encapsulado; normalmente no se trata de un chip desnudo colocado directamente sobre la placa de visualización.

SMD y de orificio pasante describen diferentes métodos de montaje. Los LED de orificio pasante utilizan terminales insertados a través de orificios en la placa de circuito impreso (PCB). Los encapsulados SMD utilizan almohadillas superficiales y admiten colocación automatizada y soldadura por reflujo. Ninguno de los dos métodos de montaje garantiza por sí solo una mayor eficiencia, una vida útil más larga o una mejor disipación del calor.

Un encapsulado integra el chip emisor de luz, las conexiones eléctricas, la estructura de soporte y la protección óptica. Las siguientes secciones describen las configuraciones más comunes; los diseños cerámicos, de escala de chip y de tipo flip-chip pueden utilizar materiales diferentes u omitir ciertas características.

El chip semiconductor emite luz cuando pasa corriente a través de su unión. Los sistemas de materiales comunes incluyen:

• Nitruro de indio y galio (InGaN): Se utiliza para muchos emisores azules y verdes. La luz blanca generalmente requiere conversión de longitud de onda o mezcla de colores.
• Fosfuro de aluminio, galio e indio (AlInGaP): Se utiliza para muchos emisores rojos, ámbar y amarillos.

En el caso de un ejemplo específico de color azul, la hoja de datos APG1608QBC/G de Kingbright identifica una fuente de InGaN.

Muchos encapsulados utilizan un marco de plomo metálico; otros utilizan un sustrato diferente. Sus funciones incluyen:

• Proporcionar conexiones eléctricas entre el chip y los contactos externos.
• Proporcionar una vía de transferencia de calor hacia las uniones de soldadura y la placa de circuito impreso, a veces a través de una almohadilla térmica específica.

La trayectoria térmica real depende de la construcción del encapsulado.

Los encapsulados con conexión por hilo utilizan hilos finos para conectar los contactos del chip a los terminales del encapsulado. El oro es un material posible, pero no un requisito universal. Algunos diseños flip-chip omiten la conexión por hilo: la nota de aplicación OSLON PURE 1010 de ams OSRAM documenta un ejemplo sin conexión por hilo.

El encapsulado de silicona protege el chip y ayuda a controlar la distribución de la luz. Los encapsulados pueden utilizar una cúpula, una superficie plana, resina epoxi u otra estructura óptica. La silicona no es inmune a los daños ni al envejecimiento: siga las instrucciones del fabricante sobre manipulación, limpieza, temperatura y compatibilidad de materiales.

Muchos LED blancos combinan un emisor azul con fósforos que convierten parte de la luz en longitudes de onda más largas. El espectro combinado se percibe como blanco; la selección del fósforo afecta la temperatura de color y la reproducción cromática. Los LED RGB también pueden mezclar colores para producir blanco, como se explica en los fundamentos de los LED del Departamento de Energía de EE . UU.

El gráfico que se muestra a continuación compara emisores SMD empaquetados individualmente y soldados mediante soldadura por reflujo a una placa de circuito impreso (PCB) para pantallas, con chips COB ensamblados directamente sobre un sustrato común. Se trata de una ilustración simplificada; no todos los diseños utilizan cables de conexión.

El encapsulado SMD permite ensamblajes compactos y una fabricación repetible. Las ventajas dependen del componente, la placa de circuito impreso, el controlador, la óptica y las condiciones de funcionamiento seleccionados.

El montaje superficial admite el ensamblaje mediante colocación automática y la soldadura por reflujo. Si bien puede reducir el trabajo de ensamblaje manual, no reduce automáticamente la cantidad de componentes del circuito. Los controladores, la limitación de corriente, la protección y el diseño térmico aún deben adaptarse a la aplicación.

Los encapsulados pequeños permiten colocar emisores muy juntos. En las pantallas de visión directa, la resolución depende del paso de píxel y de las dimensiones de la pantalla, no solo de la etiqueta del encapsulado. El paso de píxel es la distancia entre los centros de píxeles adyacentes; es diferente del ancho físico del encapsulado LED.

La lente o encapsulante protege las partes internas y moldea la luz emitida, pero no puede evitar todos los daños físicos. El diagrama a continuación muestra un LED blanco con un chip, fósforo, hilo de conexión, cubierta óptica, estructura térmica y PCB. Representa una configuración, no todos los LED SMD.

El ángulo de visión varía según el componente y la definición de medición del fabricante. Por ejemplo, Kingbright especifica un ángulo de visión completo de 130 grados a media intensidad para el modelo APG1608QBC/G . La curva de intensidad angular de un componente no garantiza un color uniforme en toda la pantalla, por lo que podrían ser necesarios difusores u ópticas secundarias.

Los paquetes multichip pueden contener emisores RGB, varios emisores blancos u otras combinaciones. El LED CLY6D-FKC de Cree es un ejemplo SMD de tres colores diseñado para señalización a todo color. La siguiente ilustración compara una fuente de iluminación COB con una placa que contiene varios emisores SMD independientes; no muestra varios chips dentro de un mismo paquete SMD.

Los LED generan luz sin partes móviles, pero las soldaduras, los encapsulantes y las conexiones internas pueden dañarse por impactos, flexión de la placa o ciclos térmicos. Para garantizar su fiabilidad, se requieren condiciones de montaje y funcionamiento adecuadas.

Contexto del gráfico que se muestra a continuación: compara formatos de publicidad móvil, no componentes SMD: paneles impresos para camiones, camiones o remolques con pantallas LED digitales, vallas publicitarias remolcadas, pantallas para bicicletas o mochilas y vehículos rotulados. El contenido digital se puede modificar electrónicamente; los gráficos impresos requieren reemplazo físico. Su visibilidad, clasificación de costos y declaración de impuestos son afirmaciones generales, no especificaciones verificadas ni precios para una pantalla SMD.

Seleccione el emisor adecuado para la tarea. Un indicador, una retroiluminación blanca, un píxel de pantalla RGB y una fuente de infrarrojos son productos diferentes, incluso cuando todos utilizan montaje en superficie.

Teléfonos inteligentes:

• Indicadores de estado en los modelos que los incluyen.
• Flash de la cámara o linterna.
• Retroiluminación en los modelos equipados con LCD; las pantallas OLED no necesitan retroiluminación LED.

Televisores y monitores: Los productos LCD con retroiluminación LED, incluidos muchos modelos QLED, utilizan LED como fuente de luz detrás de la pantalla LCD. Esto difiere de una videopantalla LED de visión directa.

Usables:

• Indicadores.
• Retroiluminación donde el diseño de la pantalla LCD lo requiera.
• Emisores para funciones de detección óptica seleccionadas en dispositivos de seguimiento de actividad física.

Juegos: La iluminación RGB puede aparecer en:

• Teclados.
• Ratones.
• Consolas.
• Componentes de PC.

Horticultura: Los fabricantes ofrecen opciones espectrales para aplicaciones de cultivo; la gama de productos para horticultura de Lumileds incluye paquetes diseñados específicamente para este fin.

Equipos médicos: Los emisores especializados pueden utilizarse en:

• Iluminación quirúrgica.
• Luces de examen.
• Equipos de fototerapia diseñados específicamente para este fin.

Curado UV: Las fuentes ultravioleta adecuadas pueden curar los componentes compatibles:

• Tintas.
• Resinas.
• Adhesivos.

Aplicaciones de infrarrojos:

• Iluminación de la cámara.
• Señalización por control remoto.

Los requisitos de longitud de onda, potencia de salida y dispositivo dependen de la aplicación; los LED RGB convencionales no son un sustituto. La descripción general especializada de Lumileds distingue entre productos para flash de cámara, pantallas, infrarrojos y ultravioleta.

Los códigos de tamaño de los LED SMD son pistas útiles, pero no constituyen una especificación completa.

Muchos nombres de encapsulados de iluminación indican las dimensiones nominales en décimas de milímetro. Otras familias utilizan códigos basados ​​en pulgadas. Siempre revise el dibujo del encapsulado y el patrón de almohadillas de soldadura recomendado; la coincidencia de las dimensiones externas no garantiza la compatibilidad de la huella ni de la polaridad.

Algunos ejemplos comunes de métricas son:

• 3528: Aproximadamente 3.5 × 2.8 mm.
• 5050: Aproximadamente 5.0 × 5.0 mm.
• 2016: Aproximadamente 2.0 × 1.6 mm.

En cambio, un encapsulado 0603 en pulgadas mide aproximadamente 1.6 × 0.8 mm, como se muestra en la gama 0603 de Kingbright . No lo interprete como 0.6 × 0.3 mm sin consultar el sistema de nomenclatura.

Las categorías se superponen: un encapsulado de emisión superior también puede ser de alta potencia o contener varios chips. La dirección de emisión, el material del encapsulado, las dimensiones y la clasificación eléctrica describen diferentes propiedades. A continuación, se incluye la tecnología COB para compararla con los dispositivos SMD encapsulados.

Los LED estándar de emisión superior dirigen la luz lejos de la placa. Algunos utilizan un encapsulado PLCC (Plastic Linear Communications), mientras que otros emplean encapsulados cerámicos o de tipo chip. Es posible una superficie óptica plana, por lo que no se requiere una cúpula visible para que un componente sea un LED SMD.

La indicación "vista superior" describe la dirección principal de emisión con respecto a la placa de circuito impreso (PCB). Utilice el diagrama de radiación de la hoja de datos para evaluar la salida angular, en lugar de asumir que todos los encapsulados con vista superior producen el mismo haz.

Tamaños y usos comunes:

• 0201 / 0402 / 0603: Familias de indicadores pequeños; confirme si el proveedor utiliza códigos basados ​​en pulgadas.
• 0805 / 1206: Indicadores de mayor tamaño, tipo chip, que pueden ser más fáciles de manipular durante la creación de prototipos.
• 3528: Se utiliza en productos indicadores y de iluminación; las clasificaciones varían.
• 5050: Puede ser RGB o blanco. LUXEON 5050 de Lumileds es una familia de productos de luz blanca, por lo que el código no significa "tres chips RGB".
• 5630: Un análisis de la huella de iluminación; compare la potencia real y las clasificaciones de corriente.
• 5730: Otro dato más, no prueba de una mayor eficacia que el 5630.

La ilustración que se muestra corresponde a los paquetes 2835, 5730, 3030, 3535 y 5050; no se trata de un dibujo a escala ni de una clasificación de rendimiento.

Los LED de emisión lateral dirigen su luz principal aproximadamente en paralelo a la placa de circuito impreso, en lugar de perpendicularmente. Su geometría óptica es ideal para la iluminación de bordes y ensamblajes con espacio limitado. El encapsulado externo no determina la orientación exacta del chip interno.

Dirección de la luz:

• A lo largo del plano de la tabla, aproximadamente a 90 grados de su normal.
• Útil para acoplar la luz a una guía de luz con iluminación lateral.

Tamaños y tipos:

• Las dimensiones y los códigos de las piezas varían. Serie QBLP615 de QT Brightek es un ejemplo documentado de vista lateral.

Las aplicaciones incluyen:

• Diseños de retroiluminación LCD compatibles.
• Iluminación de la calculadora.
• Indicadores del tablero o guías luminosas.
• Otros dispositivos electrónicos compactos.

La emisión lateral no implica alta potencia ni requiere una placa de circuito impreso con núcleo metálico. Seleccione la placa y el disipador de calor según la disipación, la resistencia térmica, la temperatura ambiente y la corriente del encapsulado. Los diseños de mayor potencia requieren una evaluación térmica independientemente de la dirección de emisión.

Dirección de la luz: Muchos dispositivos de alta potencia emiten luz hacia arriba; la óptica secundaria es opcional y depende de la aplicación.

LEDs SMD encapsulados

• Puede contener uno o varios chips y una almohadilla térmica dedicada.
• Los códigos de encapsulado no determinan la clase de potencia: las familias 2835 y 3030 también incluyen dispositivos de potencia media.
• Los modelos adecuados se utilizan en luminarias e iluminación automotriz.

COB (chip integrado)

• En un sustrato común se ensamblan varios chips.
• Los chips COB de iluminación blanca suelen tener una zona emisora ​​cubierta de fósforo compartida; los chips COB para pantallas son productos diferentes.
• El diseño óptico y térmico determina el haz útil y la potencia de salida.

MCOB

• Los proveedores utilizan este término para referirse a configuraciones multichip o multi-COB.
• No se trata de una garantía estandarizada de menor temperatura o menor deslumbramiento.
• Compare la construcción real, los datos térmicos y la fotometría.

Tabla resumen para una comparación rápida

La tabla adjunta aclara la ilustración que se muestra a continuación. Sus categorías se superponen; el tamaño del paquete por sí solo no especifica la potencia ni la calidad.

Seleccione un dispositivo LED de montaje superficial según su hoja de datos y condiciones de funcionamiento. Para una visualización completa, evalúe también el módulo, el controlador, la carcasa y el rendimiento de la imagen.

• Salida de luz: Compare la intensidad en candelas o el flujo en lúmenes con la misma corriente y temperatura. La luminancia de la pantalla en cd/m² es una medida diferente a nivel de sistema.
• Ángulo de visión: Compruebe las curvas de intensidad y la consistencia del color de la pantalla en las posiciones requeridas.
• Color: Especifique las longitudes de onda RGB o, para iluminación blanca, la temperatura de color correlacionada (CCT) y los requisitos de reproducción cromática.
• Huella: Verifique las dimensiones, la polaridad, la disposición de los contactos y el paso de píxeles de las pantallas.
• Límites eléctricos y térmicos: Compruebe la tensión directa, la corriente de accionamiento, el ciclo de trabajo del pulso y la refrigeración. Guía de gestión térmica de los LED de Cree Explica la trayectoria del calor desde la unión hasta el ambiente.

EagerLED Suministramos productos de pantallas LED; elegir una pantalla terminada difiere de comprar paquetes LED individuales. Para una propuesta de instalación, proporcione las dimensiones de la pantalla, si se utilizará en interiores o exteriores, la distancia de visualización, el acceso para el servicio y los requisitos de contenido. Compare una muestra del módulo y sus especificaciones antes de realizar el pedido. Guía de pantallas SMD vs COB Explica las opciones de embalaje para videowalls.

El encapsulado SMD se utiliza ampliamente en pantallas debido a que admite píxeles RGB compactos y ensamblaje automatizado. Sin embargo, esto no garantiza una cuota de mercado dominante. La tecnología COB y otras alternativas también se emplean en aplicaciones de pantallas; la elección adecuada depende del tamaño del píxel, el entorno, la manipulación y las necesidades de mantenimiento.

Un paquete RGB agrupa tres colores, pero la calibración, la selección de píxeles, la configuración del controlador y el diseño óptico determinan la uniformidad. Evalúe la pantalla desde los ángulos de visión previstos. El ángulo máximo indicado no garantiza que el brillo y el color se mantengan constantes en todo el rango.

La colocación automatizada facilita la producción repetible, pero la calidad del ensamblaje sigue siendo fundamental. El término «sin plomo» se refiere a la composición del material, no a la ausencia de terminales eléctricos ni a la inmunidad a las vibraciones. Las notas de aplicación SMD de Kingbright abordan las precauciones relativas a la humedad, la soldadura, las tensiones mecánicas y las descargas electrostáticas.

El tamaño del paquete influye en el diseño, pero la profundidad del gabinete, la refrigeración, las fuentes de alimentación y el acceso para el mantenimiento determinan el grosor y el peso final de la pantalla. Un televisor LCD con retroiluminación LED y un letrero LED RGB de visión directa no deben considerarse como la misma arquitectura de pantalla.

SMD identifica cómo se monta un encapsulado LED; la hoja de datos indica qué funciones puede cumplir.

Adapte las dimensiones, la salida óptica, las condiciones de funcionamiento y los requisitos térmicos a la aplicación. Para pantallas LED publicitarias , evalúe el módulo y la carcasa completos, así como el encapsulado LED. Confirme las especificaciones con el proveedor y pruebe una muestra representativa en lugar de seleccionar únicamente por el código del encapsulado.