Ficha Técnica do LED EL 2020 Cube Light - Pacote SMD - Branco Frio - 50lm @ 140mA - 3.0V - Ângulo de Visão de 120° - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O EL 2020 Cube Light é um LED de montagem em superfície (SMD) de alto desempenho, projetado para aplicações exigentes de iluminação automotiva. Este componente representa uma solução de iluminação de estado sólido compacta e confiável, oferecendo um equilíbrio entre saída luminosa, eficiência e robustez necessários para os sistemas veiculares modernos. A sua filosofia de projeto central é fornecer desempenho consistente sob as amplas faixas de temperatura e condições ambientais severas típicas dos ambientes automotivos.

O LED é oferecido na temperatura de cor Branco Frio, visando aplicações onde se deseja uma luz branca brilhante, neutra a levemente azulada. O pacote é projetado para processos de montagem automatizados, facilitando a fabricação em grande volume. Uma vantagem chave deste dispositivo é a sua conformidade com a qualificação de teste de estresse AEC-Q102 para semicondutores optoeletrônicos discretos, que é o padrão do setor para componentes automotivos. Isto garante um nível de confiabilidade e longevidade que atende ou excede os requisitos dos fabricantes de equipamentos originais (OEMs) automotivos.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Elétricas

A principal característica fotométrica é o fluxo luminoso típico de 50 lúmens (lm) quando acionado por uma corrente direta (I_F) de 140 mA. É crucial observar a tolerância de medição especificada de ±8% para o fluxo luminoso, que considera as variações normais de produção. Os valores mínimo e máximo sob a mesma condição são 45 lm e 70 lm, respectivamente, definindo a janela de desempenho.

Eletricamente, o dispositivo exibe uma tensão direta típica (V_F) de 3,0 volts a 140 mA, com uma faixa de 2,75 V a 3,5 V. A tolerância de medição da tensão direta é especificada como ±0,05V. O dispositivo possui uma ampla faixa de operação de corrente direta, de um mínimo de 10 mA até uma especificação máxima absoluta de 250 mA. O desempenho óptico é caracterizado por um amplo ângulo de visão de 120 graus (com uma tolerância de ±5°), fornecendo um padrão de radiação amplo e uniforme adequado para várias ópticas de iluminação.

2.2 Especificações Térmicas e Máximas Absolutas

O gerenciamento térmico é crítico para o desempenho e a vida útil do LED. A ficha técnica especifica dois valores de resistência térmica: a resistência térmica real (R_{th JS real}) da junção ao ponto de solda é tipicamente 24 K/W (máx. 32 K/W), enquanto o valor derivado eletricamente (R_{th JS el}) é tipicamente 17 K/W (máx. 23 K/W). O valor elétrico mais baixo geralmente serve como uma diretriz de projeto conservadora.

As especificações máximas absolutas definem os limites operacionais que não devem ser excedidos para evitar danos permanentes. As especificações principais incluem:

• Dissipação de Potência (P_d): 875 mW
• Corrente Direta (I_F): 250 mA (contínua)
• Corrente de Surto (I_FM): 750 mA para pulsos ≤10 μs em um ciclo de trabalho baixo (D=0,005)
• Junction Temperature (T_JTemperatura da Junção (T
• ): 150 °C
• Temperatura de Operação e Armazenamento: -40 °C a +125 °C
• Sensibilidade ESD (HBM): 8 kV

A adesão a estes limites é essencial para uma operação confiável.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para gerenciar as variações de produção e permitir um projeto de sistema preciso, os LEDs são classificados em bins com base em parâmetros-chave.

3.1 Binning de Fluxo Luminoso

• O fluxo luminoso é categorizado em três bins:F4:
• 45 lm (Mín.) a 52 lm (Máx.)F5:
• 52 lm (Mín.) a 60 lm (Máx.)F6:

O valor típico de 50 lm está dentro do bin F4. Os projetistas devem selecionar o bin apropriado com base na saída de luz necessária para sua aplicação.

3.2 Binning de Tensão Direta

• A tensão direta também é classificada em bins para auxiliar no projeto do circuito acionador e no gerenciamento de energia:2730:
• 2,75 V (Mín.) a 3,0 V (Máx.)3032:
• 3,0 V (Mín.) a 3,25 V (Máx.)3235:

3,25 V (Mín.) a 3,5 V (Máx.)

3.3 Binning de Cor (Cromaticidade)

• A emissão Branco Frio é definida dentro do espaço de cores CIE 1931. A ficha técnica fornece as coordenadas dos cantos para quatro bins distintos (63M, 61M, 58M, 56M) que correspondem às faixas de temperatura de cor correlacionada (CCT):63M:
• ~6100K a 6600K61M:
• ~5800K a 6300K58M:
• ~5600K a 6100K56M:

Uma representação gráfica no diagrama de cromaticidade CIE mostra estes bins como quadriláteros. A tolerância de medição especificada para as coordenadas de cor é ±0,005. Este binning garante a consistência de cor entre múltiplos LEDs em uma montagem.

4. Análise de Curvas de Desempenho

4.1 Curva IV e Fluxo Luminoso Relativo_FO gráfico Corrente Direta vs. Tensão Direta mostra a relação exponencial característica. No ponto de operação típico de 140 mA, V

é aproximadamente 3,0V. A curva é essencial para projetar o circuito limitador de corrente.

O gráfico Fluxo Luminoso Relativo vs. Corrente Direta demonstra que a saída de luz é sublinear com a corrente. Embora a saída aumente com a corrente, a eficácia (lúmens por watt) tipicamente diminui em correntes mais altas devido ao aumento da temperatura da junção e outros fatores. A curva é normalizada para o fluxo a 140 mA.

4.2 Dependência da Temperatura_jDois gráficos críticos ilustram a variação de desempenho com a temperatura da junção (T

• ).Fluxo Luminoso Relativo vs. Temperatura da Junção:_jMostra que a saída de luz diminui à medida que T
• aumenta. Um dissipador de calor eficaz é primordial para manter o brilho desejado.Tensão Direta Relativa vs. Temperatura da Junção:_FDemonstra que V_jtem um coeficiente de temperatura negativo, diminuindo linearmente à medida que T
• sobe. Esta propriedade pode às vezes ser usada para sensoriamento de temperatura.Deslocamento de Cromaticidade vs. Temperatura da Junção:

Traça a mudança nas coordenadas CIE x e y, mostrando um deslocamento mínimo ao longo da faixa de temperatura, o que é importante para a estabilidade da cor.

4.3 Distribuição Espectral e Padrão de Radiação

O gráfico de Distribuição Espectral Relativa traça a intensidade contra o comprimento de onda de 400nm a 800nm. Ele mostra um pico na região azul (em torno de 450-455nm) da emissão primária do chip do LED, com um pico secundário mais amplo na região amarela (em torno de 550-600nm) gerado pelo revestimento de fósforo, que se combina para produzir a luz Branco Frio.

O Diagrama Típico das Características de Radiação representa visualmente o ângulo de visão de 120°, mostrando a distribuição angular da intensidade luminosa em relação à linha central (0°).

4.4 Derating e Capacidade de Pulsos_SA Curva de Derating de Corrente Direta é uma ferramenta de projeto vital. Ela traça a corrente direta contínua máxima permitida em função da temperatura da trilha de solda (T_S). À medida que T_Jaumenta, a corrente máxima permitida deve ser reduzida para evitar exceder a T_S(máx.) de 150°C. Por exemplo, a uma T_Fde 125°C, a I

máxima é 250 mA._FPO gráfico de Capacidade de Manipulação de Pulsos Permissível define a corrente de pico de pulso (I_p) permitida para uma determinada largura de pulso (t

) e ciclo de trabalho (D), com o ponto de solda a 25°C. Isto é crucial para aplicações que utilizam esquemas de acionamento por pulsos.

5. Informações Mecânicas, de Pacote e Montagem

5.1 Dimensões Mecânicas

A ficha técnica inclui um desenho mecânico detalhado do pacote do LED. Dimensões-chave (em milímetros) definem a área de ocupação, altura e posições dos terminais. As tolerâncias são tipicamente ±0,1mm, salvo indicação em contrário. O desenho é essencial para o projeto da área de ocupação no PCB e para garantir o encaixe adequado na montagem final.

5.2 Layout Recomendado de Trilhas de Solda

Um desenho separado fornece o padrão recomendado de trilhas de cobre no PCB para uma soldagem ideal. Isto inclui os tamanhos e espaçamentos das trilhas para os terminais elétricos e para a trilha térmica. Seguir esta recomendação garante uma boa formação da junta de solda, transferência térmica adequada para o PCB e estabilidade mecânica.

6. Diretrizes de Soldagem, Montagem e Manuseio

6.1 Perfil de Soldagem por Reflow

O componente é classificado para uma temperatura de pico máxima de reflow de 260°C por 30 segundos. Um perfil de reflow típico deve ser usado, com fases controladas de pré-aquecimento, estabilização, reflow e resfriamento para minimizar o choque térmico e garantir juntas de solda confiáveis sem danificar o pacote do LED ou os materiais internos.

6.2 Precauções de Uso

As precauções gerais de manuseio incluem evitar estresse mecânico no pacote, prevenir a contaminação da lente e usar controles ESD adequados durante o manuseio e montagem, uma vez que o dispositivo é classificado para 8kV HBM ESD.

6.3 Sensibilidade à Umidade e Armazenamento

O LED possui um Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL) de 2. Isto significa que o pacote pode ser exposto às condições do chão de fábrica (≤30°C/60% UR) por até um ano antes de exigir secagem (baking) prévia à soldagem por reflow. Para armazenamento mais longo ou após a abertura da embalagem, procedimentos específicos de secagem conforme os padrões IPC/JEDEC devem ser seguidos para evitar o "efeito pipoca" durante o reflow.

7. Conformidade Ambiental e Confiabilidade

O dispositivo está em conformidade com as regulamentações RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas) e REACH. Também é especificado como Livre de Halogênios, com limites no conteúdo de Bromo (Br) e Cloro (Cl) (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

Uma característica de confiabilidade significativa é o seu desempenho em ambientes ricos em enxofre. O dispositivo atende aos critérios da Classe A1 do Teste de Enxofre, indicando alta resistência à corrosão causada pelo enxofre atmosférico, que é uma preocupação comum em ambientes automotivos e industriais.

8. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Aplicação Principal: Iluminação Automotiva

A aplicação principal pretendida é a iluminação automotiva. Casos de uso potenciais incluem iluminação interna (luzes de teto, luzes de leitura, iluminação de piso, iluminação ambiente), sinalização externa (luzes de freio altas centrais - CHMSL) e possivelmente iluminação auxiliar. A qualificação AEC-Q102, a ampla faixa de temperatura e a resistência ao enxofre o tornam adequado para estes ambientes severos.

8.2 Projeto do Circuito Acionador

Os projetistas devem implementar um circuito acionador de corrente constante, e não uma fonte de tensão constante, para garantir uma saída de luz estável e prevenir a fuga térmica (thermal runaway). O acionador deve ser projetado para acomodar a faixa de bins de tensão direta. O gerenciamento térmico é inegociável; o PCB deve fornecer um caminho térmico adequado da trilha térmica do LED para um dissipador de calor ou para as camadas de cobre da placa, para manter a temperatura da junção dentro dos limites seguros, especialmente ao operar em correntes altas ou em temperaturas ambientes elevadas.

8.3 Projeto Óptico

O ângulo de visão de 120° oferece flexibilidade. Para aplicações que requerem um feixe focalizado, ópticas secundárias (refletores, lentes) serão necessárias. O ângulo amplo é benéfico para aplicações que requerem iluminação uniforme e difusa sobre uma área.

9. Comparação e Posicionamento Técnico

Comparado aos LEDs comerciais padrão, os principais diferenciais deste componente são a sua qualificação automotiva (AEC-Q102), a faixa de temperatura de operação estendida (-40°C a +125°C) e a resistência específica à corrosão por enxofre. Estas características vêm à custa de um custo mais elevado, mas são obrigatórias para os padrões de segurança e confiabilidade automotivos. Dentro do mercado de LEDs automotivos, a sua saída de 50lm a 140mA o posiciona como um dispositivo de média potência adequado para uma ampla gama de aplicações além das simples funções de indicador.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Qual é a eficácia típica (lúmens por watt) deste LED?

R: No ponto de operação típico (140mA, 3,0V, 50lm), a potência de entrada é de 0,42W (140mA * 3,0V). A eficácia é de aproximadamente 119 lm/W (50lm / 0,42W).

P: Posso acionar este LED diretamente com uma bateria automotiva de 12V?

R: Não. O LED requer um acionador de corrente constante. Conectá-lo diretamente a uma fonte de 12V causaria um fluxo de corrente excessivo, destruindo imediatamente o dispositivo. É necessário um circuito acionador que regule a corrente para o nível desejado (por exemplo, 140mA).

P: Como interpreto os dois valores diferentes de resistência térmica?_{R: Use o valor mais alto, de resistência térmica "real" (R}th JS real

tip. 24 K/W) para cálculos de projeto térmico conservadores. O valor elétrico é derivado de uma técnica de medição e geralmente é menor.

P: O que significa MSL 2 para o meu processo de produção?

R: MSL 2 significa que os componentes podem ser armazenados em sua embalagem selada à prova de umidade por até 12 meses sob condições controladas (≤30°C/60%UR). Uma vez que a embalagem é aberta, você geralmente tem 1 semana para completar a soldagem por reflow antes que as peças possam precisar de secagem (baking).

11. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Cenário: Projetando uma luz de teto automotiva.

Um projetista precisa de uma luz branca brilhante para uma montagem de luz de teto. Ele seleciona este LED no bin de fluxo luminoso F5 (52-60 lm) e no bin de cor 61M (~5800-6300K) para uma aparência branca neutra. Ele projeta um PCB com o layout exato recomendado de trilhas de solda. Um CI acionador buck de corrente constante é selecionado para fornecer 140mA a partir do sistema de 12V do veículo. A análise térmica é realizada usando a curva de derating e a resistência térmica: se o gerenciamento térmico do PCB mantiver a trilha de solda abaixo de 85°C, o LED pode operar na sua especificação total de 140mA. O amplo ângulo de visão de 120° é perfeito para iluminar a cabine de forma uniforme sem exigir ópticas secundárias complexas. A qualificação AEC-Q102 dá confiança na confiabilidade de longo prazo do componente para esta aplicação automotiva.

12. Princípio de Funcionamento

Este é um LED branco convertido por fósforo. O núcleo é um chip semicondutor, tipicamente feito de nitreto de gálio e índio (InGaN), que emite luz no espectro azul quando a corrente elétrica passa por ele (eletroluminescência). Esta luz azul é parcialmente absorvida por uma camada de revestimento de fósforo de granato de ítrio e alumínio dopado com cério (YAG:Ce) depositada sobre ou perto do chip. O fósforo absorve alguns fótons azuis e reemite luz em um espectro mais amplo, predominantemente na região amarela. A mistura da luz azul remanescente e da luz amarela convertida é percebida pelo olho humano como luz branca. A proporção exata de emissão azul para amarela, controlada pela composição e espessura do fósforo, determina a temperatura de cor correlacionada (CCT), resultando na saída "Branco Frio" especificada.

13. Tendências Tecnológicas