Especificação Técnica da Série T12 de LED Flip Chip - 10W Branco - 9 LEDs em Série

1. Visão Geral do Produto

A série T12 representa um módulo LED de montagem em superfície (SMD) de alta potência que utiliza tecnologia flip chip. Este documento detalha as especificações para uma variante de luz branca de 10W configurada com 9 chips LED conectados em série. O design flip chip oferece desempenho térmico e confiabilidade aprimorados ao fixar o semicondutor diretamente ao substrato, melhorando a dissipação de calor e reduzindo a resistência térmica.

Este módulo LED é projetado para aplicações que exigem alta saída luminosa e desempenho robusto, como iluminação industrial, luminárias para pé-direito alto, iluminação de áreas externas e luminárias especializadas. Sua configuração em série simplifica o projeto do driver ao exigir uma tensão direta mais alta a uma corrente controlada.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos (T_s=25°C)

Os seguintes parâmetros definem os limites operacionais além dos quais pode ocorrer dano permanente ao LED. Estas não são condições operacionais recomendadas.

• Corrente Direta (I_F):700 mA (DC)
• Corrente de Pulso Direta (I_FP):700 mA (Largura de Pulso ≤10ms, Ciclo de Trabalho ≤1/10)
• Dissipação de Potência (P_D):20300 mW (20.3W)
• Temperatura de Operação (T_opr):-40°C a +100°C
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +100°C
• Temperatura de Junção (T_j):125°C (Máxima)
• Temperatura de Soldagem (T_sld):Soldagem por refluxo a 230°C ou 260°C por no máximo 10 segundos.

2.2 Características Eletro-Ópticas (T_s=25°C)

Estes são os valores típicos e máximos sob condições de teste especificadas, representando o desempenho esperado.

• Tensão Direta (V_F):Típica 27V, Máxima 29V (em I_F=350mA). A alta tensão se deve à configuração de 9 LEDs em série.
• Tensão Reversa (V_R):5V (Máxima)
• Corrente Reversa (I_R):100 µA (Máxima) em V_R=5V.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):130° (Típico). Isto indica um padrão de feixe amplo adequado para iluminação de área.

3. Explicação do Sistema de Binning

3.1 Binning de Temperatura de Cor Correlata (CCT)

O produto é oferecido em bins de CCT padrão. Cada bin corresponde a uma região de cromaticidade específica no diagrama CIE, garantindo consistência de cor dentro de um lote. As opções de pedido padrão são:

• 2700K:Regiões de cromaticidade 8A, 8B, 8C, 8D (Branco Quente)
• 3000K:Regiões de cromaticidade 7A, 7B, 7C, 7D (Branco Quente)
• 3500K:Regiões de cromaticidade 6A, 6B, 6C, 6D (Branco Neutro)
• 4000K:Regiões de cromaticidade 5A, 5B, 5C, 5D (Branco Neutro)
• 4500K:Regiões de cromaticidade 4A, 4B, 4C, 4D, 4R, 4S, 4T, 4U (Branco Frio)
• 5000K:Regiões de cromaticidade 3A, 3B, 3C, 3D, 3R, 3S, 3T, 3U (Branco Frio)
• 5700K:Regiões de cromaticidade 2A, 2B, 2C, 2D, 2R, 2S, 2T, 2U (Luz do Dia)
• 6500K:Regiões de cromaticidade 1A, 1B, 1C, 1D, 1R, 1S, 1T, 1U (Luz do Dia)

Nota: O binning define a faixa permitida de coordenadas de cor, não um ponto único.

3.2 Binning de Fluxo Luminoso

O fluxo luminoso é classificado com base nos valores mínimos a uma corrente de teste de 350mA. O fluxo real pode exceder o valor mínimo pedido, mas permanecerá dentro do bin de CCT especificado.

• Branco Quente (2700K-3700K), CRI ≥70:
  • Código 3H: 800 lm (Mín), 900 lm (Típ)
  • Código 3J: 900 lm (Mín), 1000 lm (Típ)
• Branco Neutro (3700K-5000K), CRI ≥70:
  • Código 3H: 800 lm (Mín), 900 lm (Típ)
  • Código 3J: 900 lm (Mín), 1000 lm (Típ)
• Branco Frio (5000K-10000K), CRI ≥70:
  • Código 3J: 900 lm (Mín), 1000 lm (Típ)
  • Código 3K: 1000 lm (Mín), 1100 lm (Típ)

Tolerâncias:Fluxo luminoso: ±7%; CRI (Índice de Reprodução de Cor): ±2; Coordenadas de cromaticidade: ±0.005.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

A curva I-V é não linear, típica de um diodo. Na corrente operacional recomendada de 350mA, a tensão direta típica é de 27V. A curva mostra que um pequeno aumento na tensão além do ponto de joelho leva a um rápido aumento na corrente, destacando a importância do acionamento por corrente constante para operação estável e longevidade.

4.2 Corrente Direta vs. Fluxo Luminoso Relativo

Esta curva demonstra a relação entre a corrente de acionamento e a saída de luz. O fluxo luminoso aumenta aproximadamente de forma linear com a corrente na faixa operacional normal. No entanto, acionar o LED em correntes superiores às recomendadas (ex.: 700mA) pode resultar em retornos decrescentes em eficiência (eficácia em lm/W) e aumentar significativamente a temperatura de junção, acelerando a depreciação do lúmen e reduzindo a vida útil.

4.3 Temperatura de Junção vs. Potência Espectral Relativa

À medida que a temperatura de junção (T_j) aumenta, a distribuição de potência espectral de um LED branco (tipicamente um chip azul com fósforo) pode mudar. Isto muitas vezes se manifesta como uma diminuição na potência radiante em certos comprimentos de onda e uma mudança potencial na temperatura de cor correlata (CCT). A gestão térmica eficaz é crucial para manter a cor e a saída de luz estáveis ao longo do tempo.

4.4 Distribuição de Potência Espectral Relativa

A curva espectral para um LED branco mostra um pico dominante na região azul (do chip InGaN) e uma banda de emissão mais ampla na região amarela/verde/vermelha (do revestimento de fósforo). A forma exata determina a CCT e o CRI. Uma emissão de fósforo mais ampla e suave contribui para um CRI mais alto.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Desenho do Contorno do Pacote

As dimensões físicas do módulo LED são fornecidas no diagrama da folha de dados. As características mecânicas principais incluem o comprimento, largura e altura totais, bem como a localização e o tamanho dos terminais de solda. O pacote é projetado para montagem por tecnologia de montagem em superfície (SMT).

5.2 Padrão de Terminal Recomendado e Design de Estêncil

São fornecidos desenhos detalhados para o padrão de pista da PCB (footprint) e o estêncil de pasta de solda. A adesão a estas recomendações é crítica para alcançar a formação correta da junta de solda, o alinhamento e a fixação mecânica confiável. O design do terminal garante a conexão elétrica correta e auxilia na transferência de calor do LED para a PCB. A tolerância para estas dimensões é tipicamente ±0.10mm.

Identificação de Polaridade:Os terminais ânodo (+) e cátodo (-) estão claramente marcados no pacote ou indicados no diagrama do footprint. A polaridade correta é essencial para a operação.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Parâmetros de Soldagem por Refluxo

O LED é compatível com processos padrão de soldagem por refluxo por infravermelho ou convecção. A temperatura máxima permitida do corpo durante a soldagem é de 230°C ou 260°C, com o tempo de exposição na temperatura de pico não excedendo 10 segundos. É crucial seguir um perfil de temperatura que pré-aqueça adequadamente o conjunto para minimizar o choque térmico.

6.2 Precauções de Manuseio e Armazenamento

• Sensibilidade ESD:LEDs são dispositivos sensíveis à eletricidade estática. Use precauções ESD apropriadas durante o manuseio e montagem.
• Sensibilidade à Umidade:O pacote pode ter um nível de sensibilidade à umidade (MSL). Se especificado, siga os requisitos de secagem e tempo de bancada antes do refluxo.
• Condições de Armazenamento:Armazene em um ambiente seco e escuro dentro da faixa de temperatura especificada (-40°C a +100°C). Evite exposição a gases corrosivos.
• Limpeza:Se a limpeza for necessária após a soldagem, use solventes e métodos compatíveis que não danifiquem a lente do LED ou o material de silicone.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Iluminação Industrial e para Pé-Direito Alto:Aproveita a alta saída de lúmens e a construção robusta.
• Iluminação de Áreas Externas:Luminárias de rua, iluminação de estacionamentos, iluminação de estádios.
• Luminárias Especializadas de Alto Fluxo:Lâmpadas para cultivo, projetores, iluminação cênica.
• Iluminação Arquitetônica e Comercial:Onde alta eficiência e longa vida são priorizadas.

7.2 Considerações de Projeto

• Gestão Térmica:Este é o fator mais crítico para desempenho e vida útil. Projete a PCB e o dissipador de calor para manter a temperatura de junção do LED (T_j) bem abaixo da classificação máxima de 125°C, idealmente abaixo de 85°C para uma vida útil ideal. Use vias térmicas, PCBs com núcleo metálico (MCPCBs) ou resfriamento ativo conforme necessário.
• Corrente de Acionamento:Use um driver LED de corrente constante classificado para a faixa de tensão necessária (baseada em V_F). Operar na ou abaixo da corrente típica de 350mA é recomendado para um equilíbrio entre saída, eficiência e vida útil. Reduzir a corrente aumenta significativamente a vida útil.
• Design Óptico:O amplo ângulo de visão de 130° pode exigir ópticas secundárias (lentes, refletores) para alcançar o padrão de feixe desejado para a aplicação.
• Proteção Elétrica:Considere proteção contra polaridade reversa, transientes de sobretensão e descarga eletrostática (ESD) nas linhas de entrada.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

LED Flip Chip vs. LED Tradicional com Fio de Ligação:

• Desempenho Térmico:A fixação flip chip fornece um caminho térmico mais curto e direto da junção ativa para o substrato/dissipador de calor, resultando em menor resistência térmica (R_th). Isto permite correntes de acionamento mais altas ou vida útil melhorada na mesma corrente.
• Confiabilidade:Elimina os fios de ligação, que podem ser pontos de falha devido a ciclagem térmica, vibração ou eletromigração.
• Espalhamento de Corrente:Frequentemente incorpora uma camada de espalhamento de corrente melhor sob o chip, levando a uma emissão de luz mais uniforme e potencialmente maior eficiência.
• Design Óptico:Pode permitir um pacote mais compacto ou diferentes características de extração de luz.

Configuração em Série (9 em Série):Simplifica o projeto do driver para aplicações de alta tensão e baixa corrente, muitas vezes melhorando a eficiência do driver em comparação com o acionamento de múltiplos strings em paralelo.

9. Perguntas Frequentes (FAQs)

9.1 Qual é a corrente operacional recomendada?

A folha de dados especifica características a 350mA, que é o ponto operacional típico recomendado. Pode ser acionado até o máximo absoluto de 700mA, mas isto aumentará significativamente a temperatura de junção e reduzirá a vida útil. Para vida útil e eficiência ideais, recomenda-se operar na ou abaixo de 350mA.

9.2 Por que a tensão direta é tão alta (~27V)?

O módulo contém 9 chips LED individuais conectados em série. As tensões diretas de cada chip se somam. Um chip LED branco típico tem uma V_Fde cerca de 3V; 9 * 3V = 27V.

9.3 Como seleciono o bin de CCT correto?

Escolha a CCT nominal (ex.: 4000K) com base no ambiente e na reprodução de cor exigidos pela sua aplicação. As regiões de cromaticidade associadas (ex.: 5A-5D) garantem consistência de cor. Para aplicações críticas de correspondência de cores, solicite um binning mais restrito ou selecione de um único lote de produção.

9.4 Qual dissipador de calor é necessário?

O dissipador de calor necessário depende da sua corrente operacional, temperatura ambiente, T_jdesejada e da resistência térmica da sua PCB e materiais de interface. Você deve realizar um cálculo térmico baseado na dissipação total de potência (V_F* I_F) e na resistência térmica alvo da junção para o ambiente (R_θJA).

9.5 Posso usar PWM para dimerização?

Sim, a modulação por largura de pulso (PWM) é um método eficaz de dimerização para LEDs. Certifique-se de que a frequência PWM seja suficientemente alta (tipicamente >100Hz) para evitar cintilação visível. O driver deve ser projetado para entrada PWM ou ter uma interface de dimerização dedicada.

10. Estudo de Caso de Projeto Prático

Cenário:Projetando uma luminária industrial de 100W usando múltiplos módulos T12.

Passos do Projeto:

1. Quantidade de Módulos:Meta total de 100W. Cada módulo a 350mA consome ~9.45W (27V * 0.35A). Use 10 módulos para ~94.5W.
2. Seleção do Driver:Precisa de um driver de corrente constante para 10 módulos conectados em série. Faixa de tensão de saída necessária: 10 * (27V a 29V) = 270V a 290V. Corrente necessária: 350mA. Selecione um driver classificado para >290V, 350mA.
3. Design Térmico:Dissipação total ~94.5W. Use uma PCB com núcleo metálico (MCPCB) montada em um grande dissipador de calor de alumínio. Calcule o R_θSA(dissipador-ambiente) necessário com base na temperatura ambiente máxima (ex.: 50°C) e na T_jalvo (ex.: 90°C), considerando o R_θJCe o R_θCSdo LED e da interface.
4. Óptica:Para uma luminária industrial, um ângulo de feixe médio (ex.: 60°-90°) é frequentemente desejado. Selecione lentes ou refletores secundários compatíveis com o footprint do módulo para estreitar o feixe do nativo de 130°.
5. Layout da PCB:Siga o layout de terminal recomendado. Certifique-se de trilhas de cobre espessas para condução de corrente. Implemente padrões de alívio térmico para soldagem, mas maximize o preenchimento de cobre para espalhamento de calor.

11. Introdução ao Princípio Tecnológico

Tecnologia LED Flip Chip:Em um LED convencional, as camadas semicondutoras são cultivadas em um substrato, e as conexões elétricas são feitas via fios de ligação para o topo do chip. Em um design flip chip, após o crescimento, o chip é "invertido" e fixado diretamente em um substrato portador (como um submontagem de cerâmica ou silício) usando soldas de esfera. Isto coloca a região ativa emissora de luz mais próxima do caminho térmico. A luz é emitida através do substrato (que deve ser transparente, como safira) ou pela lateral se o substrato for removido. Esta estrutura melhora a dissipação de calor, permite maior densidade de corrente e aumenta a confiabilidade ao remover os frágeis fios de ligação.

Geração de Luz Branca:A maioria dos LEDs brancos usa um chip de nitreto de gálio e índio (InGaN) emissor de azul. Parte da luz azul é absorvida por uma camada de material de fósforo (tipicamente granada de ítrio e alumínio dopada com cério, YAG:Ce) revestida no ou ao redor do chip. O fósforo converte parte da luz azul em luz amarela. A mistura da luz azul remanescente e da luz amarela gerada é percebida pelo olho humano como branca. Ajustar a composição e espessura do fósforo controla a CCT e o CRI.

12. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria

Crescimento da Eficiência (lm/W):A tendência principal continua sendo o aumento da eficácia luminosa, reduzindo a energia necessária por unidade de luz. Isto é alcançado através de melhorias na eficiência quântica interna (IQE), eficiência de extração de luz e eficiência de conversão de fósforo.

Alta Densidade de Potência e Miniaturização:Há um esforço para compactar mais lúmens em pacotes menores, impulsionado por aplicações como faróis automotivos, microprojetores e luminárias ultracompactas. As tecnologias flip chip e de pacote em escala de chip (CSP) são facilitadoras-chave.

Melhoria da Qualidade e Consistência da Cor:A demanda por alto CRI (Ra >90, R9 >50) e ponto de cor consistente entre lotes e ao longo da vida útil está aumentando, especialmente em iluminação de varejo, museus e saúde.

Confiabilidade e Vida Útil:Foco em entender e mitigar mecanismos de falha sob condições de estresse de alta temperatura, alta umidade e alta corrente para garantir tempos de vida L70/B50 mais longos (tempo para 70% de manutenção do lúmen para 50% da população).

Iluminação Inteligente e Conectada:A integração de eletrônica de controle, sensores e interfaces de comunicação diretamente com módulos LED está se tornando mais comum, permitindo sistemas de iluminação baseados em IoT.

Espectros Especializados:Desenvolvimento de LEDs com saídas espectrais personalizadas para iluminação centrada no ser humano (HCL), horticultura (lâmpadas de cultivo) e aplicações médicas.