Folha de Dados Técnicos do LED Vermelho 2020 Cube Light - Pacote SMD - 2.2V Típico - 140mA - 26 lm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações do 2020 Cube Light, um LED vermelho de montagem em superfície (SMD) de alto brilho, projetado principalmente para ambientes exigentes de iluminação automotiva. O componente é caracterizado por sua pequena dimensão 2020, construção robusta e parâmetros de desempenho adaptados para confiabilidade em condições operacionais severas. Suas principais vantagens incluem conformidade com rigorosos padrões de qualificação automotiva, amplo ângulo de visão para iluminação uniforme e certificações de conformidade ambiental.

O mercado-alvo principal é a indústria automotiva, onde é adequado para várias funções de iluminação de sinalização interna e externa. O projeto prioriza estabilidade de longo prazo, desempenho térmico e resistência a fatores de estresse ambiental comumente encontrados em aplicações veiculares.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho fotométrico principal do LED é definido em uma corrente de teste padrão de 140mA. A saída típica de fluxo luminoso é de 26 lúmens (lm), com um mínimo especificado de 23 lm e um máximo de 39 lm, considerando o binning de produção. O comprimento de onda dominante é tipicamente 614 nm, posicionando-o firmemente no espectro vermelho, com uma faixa de 612 nm a 627 nm. Um amplo ângulo de visão de 120 graus (com tolerância de ±5°) garante um padrão de radiação amplo, o que é benéfico para aplicações que requerem iluminação de área ampla ou visibilidade de múltiplos ângulos.

2.2 Parâmetros Elétricos

A tensão direta (Vf) na condição de teste de 140mA tem um valor típico de 2.2V, variando de um mínimo de 1.75V a um máximo de 2.75V. A corrente direta contínua máxima absoluta é classificada em 250 mA. Para condições de surto (largura de pulso ≤10 μs, ciclo de trabalho 0.005), o dispositivo pode suportar uma corrente de surto (IFM) de até 1000 mA. É crucial observar que este LED não foi projetado para operação em polarização reversa.

2.3 Especificações Térmicas e de Confiabilidade

O gerenciamento térmico é crítico para a longevidade do LED. A resistência térmica junção-ponto de solda é especificada com dois valores: um resultado pelo método elétrico de 16-18 K/W e um resultado pelo método real de 23-26 K/W. A temperatura máxima permitida da junção (Tj) é de 150°C. O dispositivo é classificado para uma faixa de temperatura de operação de -40°C a +125°C, correspondendo aos extremos exigidos para uso automotivo. Possui proteção contra Descarga Eletrostática (ESD) classificada em 2 kV (Modelo do Corpo Humano). O componente também é qualificado para soldagem por refluxo sem chumbo com uma temperatura de pico de 260°C por 30 segundos.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir consistência na produção, os LEDs são classificados em bins de desempenho. Compreender esses bins é essencial para a consistência do projeto.

3.1 Binning de Fluxo Luminoso

Os LEDs são agrupados com base em sua saída de luz a 140mA. Os bins principais são E9 (23-27 lm), F1 (27-33 lm) e F2 (33-39 lm). O valor típico de 26 lm está dentro do bin E9.

3.2 Binning de Tensão Direta

Os componentes também são classificados de acordo com sua queda de tensão direta. Os bins principais incluem 1720 (1.75-2.0V), 2022 (2.0-2.25V), 2225 (2.25-2.5V) e 2527 (2.5-2.75V). O valor típico de 2.2V corresponde ao bin 2022.

3.3 Binning de Comprimento de Onda Dominante

A cor (comprimento de onda) é rigidamente controlada através de bins como 1215 (612-615 nm), 1518 (615-618 nm), até 2427 (624-627 nm). O valor típico de 614 nm está no bin 1215.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Curva IV e Fluxo Luminoso Relativo

O gráfico de Corrente Direta vs. Tensão Direta mostra uma relação exponencial característica. A curva de Fluxo Luminoso Relativo vs. Corrente Direta indica que a saída de luz aumenta com a corrente, mas eventualmente satura e pode degradar a eficiência e a vida útil em correntes mais altas além da recomendação.

4.2 Dependência da Temperatura

O gráfico de Fluxo Luminoso Relativo vs. Temperatura da Junção é crítico para o projeto térmico. Ele mostra que a saída de luz diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. O gráfico de Deslocamento do Comprimento de Onda Dominante vs. Temperatura da Junção indica que a cor mudará (tipicamente para comprimentos de onda mais longos) com o aumento da temperatura, o que deve ser considerado em aplicações críticas de cor.

4.3 Distribuição Espectral e Derating

O gráfico de Distribuição Espectral Relativa confirma um pico de emissão vermelha de banda estreita. A Curva de Derating de Corrente Direta obriga a redução da corrente contínua máxima permitida à medida que a temperatura do ponto de solda aumenta, para evitar exceder a temperatura máxima da junção. Por exemplo, a uma temperatura do ponto de solda de 125°C, a corrente deve ser reduzida para 250 mA.

5. Informações Mecânicas e do Pacote

O componente utiliza um pacote SMD 2020 padrão (dimensões de 2.0mm x 2.0mm). O desenho mecânico especifica as dimensões exatas, incluindo altura total, detalhes do *lead frame* e geometria da lente. As tolerâncias são tipicamente ±0.1mm, salvo indicação em contrário. Um layout recomendado para os pontos de solda é fornecido para garantir a formação adequada da junta de solda, transferência de calor e estabilidade mecânica durante o refluxo e a operação. A polaridade é indicada por uma marcação específica ou configuração de pinos no corpo do componente, que deve ser observada durante a colocação.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O LED é compatível com processos padrão de soldagem por refluxo sem chumbo. Um perfil detalhado de soldagem por refluxo é fornecido, especificando os parâmetros críticos: inclinação de pré-aquecimento, tempo e temperatura de *soak*, tempo acima do líquido (TAL), temperatura de pico (260°C máx. por 30 segundos) e taxa de resfriamento. A adesão a este perfil é essencial para evitar choque térmico, defeitos na junta de solda ou danos ao pacote do LED. Precauções gerais incluem usar proteção ESD apropriada durante o manuseio, evitar estresse mecânico na lente e garantir que o ambiente de soldagem esteja livre de contaminantes como enxofre.

7. Informações de Embalagem e Pedido

As peças são fornecidas em embalagem padrão de fita e carretel, adequada para máquinas de montagem *pick-and-place* automatizadas. A informação de embalagem detalha as dimensões do carretel, espaçamento dos compartimentos e orientação. O número da peça segue uma estrutura específica:2020 - UR - 140 - D - M - AM.
- 2020: Família do produto.
- UR: Cor (Vermelho).
- 140: Corrente de Teste em mA.
- D: Tipo de *Lead Frame* (Au + cola branca).
- M: Nível de Brilho (Médio).
- AM: Designação para aplicação automotiva.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

A aplicação principal é iluminação automotiva. Isso inclui, mas não se limita a, luzes de freio centrais altas (CHMSL), lanternas traseiras combinadas (luzes de posição/freio), luzes de marcador lateral e iluminação ambiente interna. Sua qualificação AEC-Q102 e ampla faixa de temperatura o tornam adequado para esses ambientes severos.

8.2 Considerações de Projeto

Circuito Acionador:Um acionador de corrente constante é fortemente recomendado para garantir saída de luz estável e prevenir *thermal runaway*, pois a tensão direta do LED tem um coeficiente de temperatura negativo.
Gerenciamento Térmico:O layout da PCB deve facilitar a dissipação de calor. Use o projeto recomendado para os pontos de solda, garanta área de cobre adequada conectada ao ponto térmico e considere o caminho térmico geral do sistema para manter a temperatura do ponto de solda dentro dos limites seguros para a corrente de operação desejada.
Projeto Óptico:O ângulo de visão de 120° pode exigir ópticas secundárias (lentes, guias de luz) para moldar o feixe para aplicações específicas. O potencial de mudança de comprimento de onda com a temperatura deve ser avaliado para usos sensíveis à cor.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs comerciais genéricos, os principais diferenciais deste componente são suas qualificações de grau automotivo (AEC-Q102), faixa de temperatura de operação estendida (-40°C a +125°C) e testes de confiabilidade específicos (ex.: Teste de Enxofre Classe A1). Ele também atende aos requisitos Livre de Halogênio, o que é cada vez mais importante por razões ambientais e de confiabilidade na eletrônica automotiva. A combinação de um nível de brilho médio (26 lm típico) com construção robusta oferece uma solução equilibrada para aplicações onde a confiabilidade é priorizada em relação ao brilho máximo.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este LED em sua corrente máxima absoluta de 250mA continuamente?
R: Não necessariamente. A classificação de 250mA é o máximo absoluto sob condições específicas. A corrente contínua segura de operação depende do projeto térmico. Você deve usar a curva de derating de corrente direta com base na temperatura do ponto de solda (Ts) medida ou estimada. Por exemplo, se Ts for 100°C, a corrente contínua máxima permitida é significativamente menor que 250mA.

P: Qual é a diferença entre a resistência térmica real e a elétrica (Rth JS)?
R: O método elétrico usa os parâmetros elétricos sensíveis à temperatura do LED para estimar a temperatura da junção, enquanto o método real pode usar um sensor físico. O valor do método real (23-26 K/W) é geralmente considerado mais conservador e confiável para cálculos de projeto térmico.

P: A folha de dados menciona um Teste de Enxofre. Por que isso é importante?
R: Atmosferas contendo enxofre (ex.: de certas borrachas, vedações ou ambientes industriais) podem corroer *lead frames* à base de prata, levando à falha. Uma classificação de Teste de Enxofre Classe A1 indica que o dispositivo passou em testes específicos de resistência à corrosão por enxofre, o que é crucial para a confiabilidade de longo prazo em conjuntos automotivos fechados.

11. Estudo de Caso Prático de Projeto

Considere projetar um módulo de luz de freio traseira usando este LED. Um conjunto de 10 LEDs em série exigiria um acionador capaz de fornecer 140mA a aproximadamente 22V (10 * 2.2V típico), mais uma margem de segurança. A PCB deve ser projetada com *vias* térmicas sob o ponto térmico de cada LED, conectadas a um grande plano de terra interno para espalhar o calor. A curva de derating deve ser consultada: se a temperatura da PCB perto dos LEDs atingir 80°C no pior caso de ambiente, a corrente máxima permitida por LED deve ser verificada e potencialmente reduzida de 140mA para garantir que a temperatura da junção permaneça abaixo de 150°C. A simulação óptica seria usada para dispor os LEDs e projetar um difusor para atender aos padrões de distribuição de intensidade luminosa e uniformidade exigidos para luzes de freio automotivas.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Este é um diodo emissor de luz baseado em semicondutor. Quando uma tensão direta que excede sua tensão direta característica (Vf) é aplicada, elétrons e lacunas se recombinam dentro da região ativa do *chip* semicondutor, liberando energia na forma de fótons (luz). A composição específica do material semicondutor (provavelmente baseada em AlInGaP para emissão vermelha) determina o comprimento de onda dominante da luz emitida. O pacote SMD incorpora um *lead frame* para conexão elétrica e condução térmica, uma lente de silicone para proteger o *chip* e moldar a saída de luz, e uma cavidade refletora branca para aumentar a eficiência de extração de luz.

13. Tendências Tecnológicas

A tendência na iluminação automotiva com LED continua em direção a maior eficiência (mais lúmens por watt), maior densidade de potência e confiabilidade aprimorada. Isso permite módulos de iluminação menores e mais eficientes em energia. Há também um foco em funcionalidades avançadas como feixes de direção adaptativos (ADB) e comunicação por luz (Li-Fi), embora estas tipicamente exijam componentes mais complexos. Para funções de sinalização padrão, a ênfase permanece em componentes otimizados em custo, altamente confiáveis e qualificados como o descrito, com melhorias contínuas no desempenho térmico e na vida útil sob operação em alta temperatura.