Folha de Dados do LED ALFS1J-C0 - Pacote Cerâmico SMD - 425lm @1000mA - 3.25V - Ângulo de Visão de 120° - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O ALFS1J-C0 é um LED de alta potência e montagem em superfície (SMD), projetado especificamente para aplicações exigentes de iluminação exterior automotiva. Está alojado num robusto pacote cerâmico, oferecendo excelente gestão térmica e fiabilidade em condições ambientais adversas. O dispositivo é qualificado de acordo com as normas AEC-Q102, garantindo que cumpre os requisitos rigorosos para componentes eletrónicos automotivos. As suas principais aplicações incluem faróis, luzes de circulação diurna (DRL) e luzes de nevoeiro, onde o desempenho consistente, a elevada saída luminosa e a durabilidade a longo prazo são críticos.

As principais vantagens deste LED incluem um fluxo luminoso típico elevado de 425 lúmens a uma corrente de acionamento de 1000mA, um amplo ângulo de visão de 120 graus para uma boa distribuição de luz e uma construção robusta com proteção ESD até 8 kV (HBM). É também compatível com os regulamentos RoHS, REACH e livre de halogéneos, tornando-o adequado para os mercados automotivos globais. A robustez ao enxofre do produto é classificada como A1, indicando uma elevada resistência a atmosferas corrosivas contendo enxofre, comuns em ambientes automotivos.

2. Interpretação Profunda e Objetiva dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Elétricas

Os principais parâmetros operacionais são definidos numa condição de teste de corrente direta (I_F) de 1000mA com a pastilha térmica mantida a 25°C. O fluxo luminoso típico (Φ_v) é de 425 lm, com um mínimo de 400 lm e um máximo de 500 lm, sujeito a uma tolerância de medição de ±8%. A tensão direta (V_F) mede tipicamente 3.25V, variando entre 2.90V e 3.80V (tolerância de ±0.05V). O comprimento de onda dominante ou temperatura de cor correlacionada (CCT) situa-se numa gama de 5391K a 6893K, classificando-o como um LED branco frio. O ângulo de visão é especificado como 120 graus, com uma tolerância de ±5°.

2.2 Especificações Absolutas Máximas e Características Térmicas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente. A corrente direta absoluta máxima é de 1500 mA. O dispositivo não foi projetado para operação com tensão reversa. A temperatura máxima da junção (T_J) é de 150°C, com uma gama de temperatura de operação de -40°C a +125°C. A resistência térmica da junção ao ponto de solda é um parâmetro crítico para a dissipação de calor. A resistência térmica real (R_{th JS real}) é tip. 4.0 K/W (máx. 4.4 K/W), enquanto a equivalente elétrica (R_{th JS el}) é tip. 3.0 K/W (máx. 3.4 K/W). A dissipação de potência máxima é de 5700 mW.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

Para garantir a consistência de cor e brilho na produção, os LEDs são classificados em "bins" com base em parâmetros-chave.

3.1 Classificação do Fluxo Luminoso

O fluxo luminoso é classificado em grupos, com os dados fornecidos a mostrar o Grupo "C". Dentro deste grupo, os bins são definidos: Bin 6 (400-425 lm), Bin 7 (425-450 lm), Bin 8 (450-475 lm) e Bin 9 (475-500 lm). O teste é realizado na corrente direta típica com um pulso de 25ms, e a tolerância de medição é de ±8%.

3.2 Classificação da Tensão Direta

A tensão direta é categorizada em três grupos: Grupo 1A (2.90V - 3.20V), Grupo 1B (3.20V - 3.50V) e Grupo 1C (3.50V - 3.80V). Isto permite aos projetistas selecionar LEDs com V_Fsemelhante para um melhor emparelhamento de corrente em matrizes com múltiplos LEDs. A tolerância de medição é de ±0.05V.

3.3 Classificação da Cor (Cromaticidade)

As coordenadas de cor no diagrama de cromaticidade CIE 1931 são classificadas em regiões específicas. A folha de dados mostra bins para LEDs branco frio, incluindo 63M, 61M, 58M, 56M, 65L, 65H, 61L e 61H. Cada bin é definido por uma área quadrilátera no gráfico de coordenadas x,y. Por exemplo, o Bin 63M cobre coordenadas aproximadamente de (0.3127, 0.3093) a (0.3212, 0.3175). A tolerância de medição das coordenadas é de ±0.005.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva IV)

O gráfico mostra a relação não linear entre a corrente direta e a tensão direta a 25°C. A curva é típica para um LED de potência, com a tensão a aumentar logaritmicamente com a corrente. Estes dados são essenciais para projetar o circuito de acionamento, garantindo que o LED opera dentro da sua gama de tensão especificada na corrente desejada.

4.2 Fluxo Luminoso Relativo vs. Corrente Direta

Este gráfico ilustra a saída de luz relativa ao valor a 1000mA em função da corrente de acionamento. O fluxo luminoso aumenta com a corrente, mas pode exibir um crescimento sublinear a correntes mais elevadas devido à queda de eficiência e ao aumento da temperatura da junção.

4.3 Gráficos de Desempenho Térmico

Vários gráficos representam o desempenho em função da temperatura da junção (T_J) a I_F=1000mA. Acurva de Fluxo Luminoso Relativo vs. Temperatura da Junçãomostra a saída de luz a diminuir à medida que a temperatura aumenta, uma característica conhecida como extinção térmica. Acurva de Tensão Direta Relativa vs. Temperatura da Junçãomostra V_Fa diminuir linearmente com o aumento da temperatura, o que pode ser usado para estimar a temperatura da junção. Ográfico de Deslocamento das Coordenadas de Cromaticidade vs. Temperatura da Junçãomostra como o ponto de cor (CIE x, y) muda com a temperatura, o que é crucial para aplicações críticas em termos de cor.

4.4 Curva de Derating da Corrente Direta

Este é um gráfico de projeto crítico. Traça a corrente direta máxima permitida em função da temperatura da pastilha de solda (T_S). À medida que T_Saumenta, a corrente máxima permitida deve ser reduzida para evitar que a temperatura da junção exceda 150°C. A curva fornece pontos de derating específicos: por exemplo, a T_S=110°C, I_Fpode ser 1500mA; a T_S=125°C, I_Fdeve ser reduzida para 1200mA. A operação abaixo de 50mA não é recomendada.

4.5 Distribuição Espectral

O gráfico de distribuição espectral de potência relativa mostra a intensidade da luz emitida através dos comprimentos de onda, aproximadamente de 400nm a 800nm, a 25°C e 1000mA. Caracteriza a luz branca fria do LED, tipicamente produzida por um chip LED azul combinado com uma camada de fósforo.

5. Informações Mecânicas e do Pacote

O LED utiliza um pacote cerâmico de dispositivo de montagem em superfície (SMD). A cerâmica oferece uma condutividade térmica superior em comparação com os pacotes de plástico, facilitando uma melhor transferência de calor da junção do LED para a placa de circuito impresso (PCB). Isto é vital para manter o desempenho e a longevidade em aplicações de alta potência, como a iluminação automotiva. As dimensões mecânicas específicas, incluindo comprimento, largura, altura e localização das pastilhas, são detalhadas na secção do desenho mecânico da folha de dados. O pacote inclui uma pastilha térmica para uma soldagem eficiente a uma área térmica na PCB.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Layout Recomendado para as Ilhas de Solda

É fornecido um padrão de ilha (footprint) recomendado para o projeto da PCB. Este padrão garante a formação adequada da junta de solda, a conexão elétrica e, mais importante, a transferência térmica ótima da pastilha térmica do LED para o plano de cobre da PCB. Aderir a este layout é crucial para a fiabilidade.

6.2 Perfil de Soldagem por Refluxo

A folha de dados especifica um perfil de soldagem por refluxo com uma temperatura de pico de 260°C. Este perfil define a curva tempo-temperatura que a montagem deve seguir durante o processo de refluxo. Os parâmetros-chave incluem as taxas e durações de pré-aquecimento, estabilização, refluxo e arrefecimento. Seguir este perfil evita choque térmico no pacote cerâmico e garante juntas de solda fiáveis sem danificar a estrutura interna do LED.

6.3 Precauções de Utilização

São delineadas precauções gerais de manuseamento e utilização. Estas incluem avisos contra a aplicação de tensão reversa, exceder as especificações absolutas máximas e técnicas de soldagem inadequadas. Também enfatiza a importância da proteção contra descargas eletrostáticas (ESD) durante o manuseamento, mesmo que o dispositivo tenha proteção ESD integrada até 8kV.

7. Informações de Embalagem e Encomenda

O produto é fornecido em embalagem de fita e carretel, adequada para máquinas de montagem pick-and-place automatizadas. A informação de embalagem detalha as dimensões do carretel, a largura da fita, o espaçamento dos compartimentos e a orientação dos componentes na fita. A estrutura do número de peça (por exemplo, ALFS1J-C010001H-AM) codifica atributos específicos, como a série, códigos de bin para fluxo e cor, e outras informações de variante. A informação de encomenda orienta o utilizador sobre como especificar as combinações de bin desejadas ao fazer um pedido.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

As aplicações primárias projetadas sãosistemas de Iluminação Exterior Automotiva. Isto inclui:
- Faróis (Médios/Altos): Onde são necessárias elevada intensidade luminosa e controlo preciso do feixe.
- Luzes de Circulação Diurna (DRL): Exigindo alta eficiência e visibilidade.
- Luzes de Nevoeiro: Necessitando de boa penetração em condições meteorológicas adversas.
O amplo ângulo de visão e o alto fluxo tornam-no adequado tanto para fontes de luz primárias como para funções de iluminação suplementares.

8.2 Considerações de Projeto

1. Gestão Térmica: Este é o aspeto mais crítico. A PCB deve ter um projeto térmico adequado — utilizando camadas de cobre espessas, vias térmicas e possivelmente um dissipador de calor externo — para manter a temperatura da pastilha de solda (T_S) o mais baixa possível. Consulte a curva de derating para os limites de corrente.
2. Corrente de Acionamento: Embora o LED possa ser acionado até 1500mA, operar na ou abaixo da típica 1000mA proporciona um melhor equilíbrio entre saída de luz, eficiência e carga térmica, melhorando a fiabilidade a longo prazo.
3. Projeto Ótico: O ângulo de visão de 120° requer ótica secundária apropriada (lentes, refletores) para moldar o feixe para a aplicação específica (por exemplo, um feixe focado para faróis).
4. Projeto Elétrico: Utilize um driver de LED de corrente constante compatível com o bin de tensão direta. Para matrizes, considere a seleção de bin e o possível uso de técnicas de equilíbrio de corrente.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs comerciais ou industriais padrão, o ALFS1J-C0 oferece vários diferenciadores-chave essenciais para uso automotivo:
- Qualificação AEC-Q102: Este é um padrão de fiabilidade obrigatório para LEDs automotivos, envolvendo testes rigorosos para ciclagem de temperatura, humidade, resistência ao calor da solda, entre outros.
- Pacote Cerâmico: Proporciona melhor desempenho térmico e estabilidade a longo prazo sob alta temperatura e humidade do que os pacotes de plástico (por exemplo, PPA, PCT).
- Robustez ao Enxofre (Classe A1): Especificamente testado e garantido para resistir à corrosão por gases contendo enxofre, um modo de falha comum em ambientes automotivos.
- Elevada Classificação ESD (8kV HBM): Oferece maior proteção contra descargas eletrostáticas durante o manuseamento e montagem.
- Gama de Temperatura Estendida (-40°C a +125°C): Garante operação nas temperaturas extremas encontradas pelos veículos.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a saída de luz real que posso esperar do Bin C7?
R: O Bin C7 especifica uma gama de fluxo luminoso de 425-450 lm quando medido a I_F=1000mA e T_s=25°C. Considerando a tolerância de medição de ±8%, o valor medido real para um LED específico poderia estar entre aproximadamente 391 lm e 486 lm nessas condições de teste ideais. Numa aplicação real com temperatura mais elevada, a saída será menor.

P: Como determino o dissipador de calor necessário com base nos dados térmicos?
R: Precisa de realizar um cálculo térmico. O parâmetro-chave é a resistência térmica real, R_{th JS real}(tip. 4.0 K/W). Esta é a resistência da junção ao ponto de solda. Deve adicionar a resistência térmica do ponto de solda ao ambiente (através da PCB, material de interface térmica e dissipador de calor) para calcular o total R_{th JA}. Usando a fórmula T_J= T_A+ (R_{th JA}× Dissipação de Potência), pode garantir que T_Jpermanece abaixo de 150°C, de preferência com uma margem de segurança. A curva de derating fornece um guia simplificado baseado na temperatura da pastilha de solda.

P: Posso acionar este LED com uma fonte de tensão constante?
R: É fortemente desencorajado. Os LEDs são dispositivos acionados por corrente. A sua tensão direta tem um coeficiente de temperatura negativo e varia de unidade para unidade (como visto nos bins de tensão). Uma fonte de tensão constante poderia levar à fuga térmica: à medida que o LED aquece, V_Fdiminui, fazendo com que a corrente aumente, o que gera mais calor, diminuindo ainda mais V_Fe aumentando a corrente até à falha. Utilize sempre um driver de corrente constante ou um circuito que regule ativamente a corrente.

11. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar um Módulo de Luz de Circulação Diurna (DRL)
Um projetista está a criar um módulo DRL para um automóvel de passageiros. O projeto exige 6 LEDs para alcançar o brilho e o fator de forma desejados.
1. Seleção de Bin: Para garantir uma aparência uniforme, o projetista especifica bins de cor apertados (por exemplo, 61M ± 1 passo) e um único bin de fluxo luminoso (por exemplo, C7). Pode também especificar um bin de tensão direta apertado (por exemplo, 1A) para melhorar a partilha de corrente numa configuração simples em série.
2. Projeto Térmico: O módulo será montado num espaço confinado. O projetista utiliza uma PCB com núcleo metálico (MCPCB) com uma camada de cobre de 2oz. É executada uma simulação térmica para garantir que a temperatura da pastilha de solda não excede 110°C na pior temperatura ambiente (por exemplo, 85°C dentro do conjunto do farol). De acordo com a curva de derating, a T_S=110°C, os 1500mA completos são permitidos, mas o projetista opta por acionar a 1000mA para melhor eficácia e longevidade.
3. Projeto Elétrico: Os 6 LEDs são colocados numa série. A tensão direta total a 1000mA será aproximadamente 6 × 3.25V = 19.5V (tip.), mas pode variar de ~17.4V a 22.8V com base na classificação. É selecionado um driver de LED de corrente constante buck-boost para acomodar esta gama de tensão a partir de um sistema de bateria automotiva de 12V (nominal 12V, mas operando de 9V a 16V).
4. Projeto Ótico: Uma ótica secundária (uma lente TIR) é projetada sobre cada LED para colimar a emissão de 120° num feixe em leque horizontal controlado, adequado para uma assinatura DRL.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

O ALFS1J-C0 é um LED branco convertido por fósforo. O princípio fundamental envolve um chip semicondutor (tipicamente feito de nitreto de gálio e índio - InGaN) que emite luz azul quando polarizado diretamente (eletroluminescência). Esta luz azul é parcialmente absorvida por uma camada de fósforo de granada de alumínio e ítrio dopada com cério (YAG:Ce) depositada sobre o chip. O fósforo converte para baixo uma parte dos fotões azuis para comprimentos de onda mais longos, principalmente na região amarela. A mistura da luz azul restante e da luz amarela convertida é percebida pelo olho humano como luz branca. A proporção exata de azul para amarelo, e a inclusão de outros fósforos, determina a temperatura de cor correlacionada (CCT) e o índice de reprodução de cor (CRI). O pacote cerâmico serve como um substrato robusto para montar o chip e o fósforo, e como um espalhador de calor eficiente.

13. Tendências de Desenvolvimento

A evolução dos LEDs automotivos como o ALFS1J-C0 segue várias tendências claras da indústria:
1. Aumento da Eficácia Luminosa (lm/W): Melhorias contínuas no projeto do chip, eficiência do fósforo e gestão térmica do pacote visam fornecer mais saída de luz para a mesma potência de entrada elétrica, reduzindo o consumo de energia e a carga térmica.
2. Maior Densidade de Potência e Miniaturização: Existe um esforço para alcançar fluxo mais elevado a partir de pegadas de pacote menores, permitindo projetos de iluminação mais compactos e estilizados.
3. Melhoria da Consistência e Estabilidade da Cor: Avanços na tecnologia de fósforo e processos de classificação levam a tolerâncias de cor mais apertadas e redução do desvio de cor com a temperatura e ao longo da vida útil.
4. Fiabilidade e Robustez Aprimoradas: Normas como a AEC-Q102 estão em constante evolução, e novos testes são adicionados para abordar modos de falha do mundo real, como a resistência ao enxofre, que se tornou um requisito-chave.
5. Integração e Iluminação Inteligente: O futuro aponta para módulos integrados que combinam LEDs, drivers, sensores e interfaces de comunicação para sistemas de iluminação frontal adaptativa (AFS) e comunicação via luz (sinalização Li-Fi ou V2X).
6. Espectros Especializados: O desenvolvimento de espectros otimizados para fins específicos, como visibilidade melhorada no nevoeiro ou redução do encandeamento para o tráfego em sentido contrário, é uma área ativa de investigação.