Folha de Dados do LED SMD LTST-C28NBEGK-2A - 2.8x3.5x0.25mm - Vermelho/Azul/Verde - 10-20mA - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTST-C28NBEGK-2A é um LED de montagem em superfície (SMD) extrafino e de cor total, projetado para aplicações eletrónicas modernas com restrições de espaço. Este componente integra três chips de LED distintos num único encapsulamento compacto, permitindo a geração de luz vermelha, azul e verde a partir de uma mesma pegada. O seu objetivo principal de design é facilitar os processos de montagem automatizada, fornecendo simultaneamente um brilho elevado adequado para uma variedade de funções de sinalização e retroiluminação.

1.1 Vantagens Principais

O dispositivo oferece várias vantagens-chave para designers e fabricantes. O seu perfil ultrafino de 0,25 mm torna-o ideal para aplicações onde o espaço vertical é crítico, como em dispositivos móveis ou ecrãs ultrafinos. O encapsulamento está em conformidade com os padrões EIA, garantindo compatibilidade com uma ampla gama de equipamentos de soldadura por refluxo infravermelho e de colocação e recolha automatizada, o que agiliza a produção em grande volume. Além disso, a utilização de materiais semicondutores avançados de InGaN (para azul/verde) e AlInGaP (para vermelho) proporciona uma elevada eficiência luminosa e uma excelente pureza de cor.

1.2 Mercado-Alvo e Aplicações

Este LED destina-se aos mercados de eletrónica de consumo, telecomunicações e equipamentos industriais. As suas aplicações típicas incluem, mas não se limitam a: indicadores de estado e retroiluminação para teclados em smartphones, tablets e portáteis; iluminação de sinais e símbolos em equipamentos de rede e eletrodomésticos; e micro-ecrãs ou iluminação decorativa onde são necessárias múltiplas cores a partir de uma única fonte pontual. A sua fiabilidade e compatibilidade tornam-no uma escolha versátil para produtos eletrónicos portáteis e estacionários.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Uma compreensão completa dos parâmetros elétricos e ópticos é crucial para um design de circuito bem-sucedido e para a previsão do desempenho.

2.1 Valores Máximos Absolutos

A operação do dispositivo para além destes limites pode causar danos permanentes. A corrente direta máxima contínua (I_F) é especificada como 10 mA para os chips azul e verde, e 20 mA para o chip vermelho, todos a uma temperatura ambiente (T_a) de 25°C. A dissipação de potência máxima é de 38 mW para azul/verde e 50 mW para vermelho. O dispositivo pode suportar uma corrente direta de pico de 40 mA em condições pulsadas (ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso de 0,1 ms). A faixa de temperatura de operação é de -20°C a +80°C, e as condições de armazenamento variam de -30°C a +85°C. O componente é classificado para soldadura por refluxo infravermelho a uma temperatura de pico de 260°C por um máximo de 10 segundos.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são medidos em condições de teste padrão (T_a=25°C, I_F=2mA). A intensidade luminosa (I_V) varia conforme a cor: O Azul tem uma faixa de 18,0-45,0 mcd, o Vermelho de 28,0-71,0 mcd, e o Verde de 112,0-280,0 mcd. O ângulo de visão típico (2θ_1/2) é de 120 graus, proporcionando um padrão de luz difuso e amplo. A tensão direta (V_F) é outro parâmetro crítico para o design da fonte de alimentação: Os LEDs Azul e Verde têm uma faixa de V_F de 2,2V a 3,0V, enquanto o LED Vermelho opera entre 1,2V e 2,2V a 2mA. A corrente de fuga reversa (I_R) é garantida como inferior a 10 μA a uma tensão reversa (V_R) de 5V para todas as cores.

2.3 Características Espectrais

A cor da luz emitida é definida pelo seu comprimento de onda. O comprimento de onda de emissão de pico típico (λ_P) é de 465 nm para o azul, 632 nm para o vermelho e 518 nm para o verde. O comprimento de onda dominante (λ_d), que está mais correlacionado com a cor percebida, tem bins especificados: O Azul varia de 465-475 nm, e o Verde de 525-535 nm. A meia-largura espectral (Δλ), um indicador de pureza de cor, é tipicamente de 25 nm para o azul, 20 nm para o vermelho e 35 nm para o verde. Estes valores são derivados do diagrama de cromaticidade CIE 1931.

3. Explicação do Sistema de Binning

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

3.1 Binning de Intensidade Luminosa

Os LEDs são classificados pela sua saída de luz a uma corrente de teste padrão de 2mA. Cada cor tem códigos de bin específicos com valores mínimos e máximos de intensidade luminosa. Por exemplo, os LEDs Azuis são classificados no Bin M (18,0-28,0 mcd) e Bin N (28,0-45,0 mcd). Os LEDs Vermelhos usam o Bin N (28,0-45,0 mcd) e o Bin P (45,0-71,0 mcd). Os LEDs Verdes, que são tipicamente mais brilhantes, são classificados no Bin R (112,0-180,0 mcd) e Bin S (180,0-280,0 mcd). Uma tolerância de ±15% é aplicada dentro de cada bin de intensidade.

3.2 Binning de Matiz (Comprimento de Onda Dominante)

Para aplicações que requerem correspondência de cor precisa, como ecrãs de cor total, os LEDs também são classificados pelo seu comprimento de onda dominante. Os LEDs Azuis estão disponíveis no Bin B (465,0-470,0 nm) e Bin C (470,0-475,0 nm). Os LEDs Verdes estão disponíveis no Bin C (525,0-530,0 nm) e Bin D (530,0-535,0 nm). A tolerância para cada bin de comprimento de onda dominante é de um apertado ±1 nm. O código de bin específico para intensidade e comprimento de onda está marcado na embalagem do produto, permitindo aos designers selecionar componentes que atendam aos seus requisitos exatos de cor e brilho.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Os dados gráficos fornecem uma visão mais profunda do comportamento do dispositivo em condições variáveis, o que é essencial para um design robusto.

4.1 Corrente vs. Tensão (I-V) e Intensidade Luminosa

A tensão direta (V_F) de um LED não é constante; ela aumenta com a corrente direta (I_F). As curvas típicas mostram a relação para cada chip de cor. O LED vermelho tipicamente tem uma tensão direta mais baixa para uma dada corrente em comparação com os LEDs azul e verde, o que é consistente com o seu material semicondutor diferente (AlInGaP vs. InGaN). Da mesma forma, a intensidade luminosa aumenta de forma supralinear com a corrente antes de potencialmente saturar a correntes mais elevadas. Os designers devem usar estas curvas para selecionar resistências limitadoras de corrente ou drivers de corrente constante apropriados para alcançar o brilho desejado, mantendo-se dentro dos limites térmicos e elétricos do dispositivo.

4.2 Dependência da Temperatura

O desempenho do LED é significativamente afetado pela temperatura da junção. À medida que a temperatura aumenta, a tensão direta tipicamente diminui ligeiramente para uma dada corrente, enquanto a saída luminosa diminui. A folha de dados fornece curvas típicas de derating que mostram a intensidade luminosa relativa em função da temperatura ambiente. Compreender esta relação é crítico para aplicações que operam numa ampla faixa de temperaturas ou em ambientes com gestão térmica deficiente, pois afeta a estabilidade do brilho a longo prazo e o ponto de cor.

4.3 Distribuição Espectral

As curvas de distribuição espectral de potência ilustram a intensidade relativa da luz emitida em diferentes comprimentos de onda para cada cor. Os chips de InGaN azul e verde tipicamente mostram uma distribuição mais estreita, semelhante a uma Gaussiana, centrada no seu comprimento de onda de pico. O chip vermelho de AlInGaP pode ter uma forma espectral ligeiramente diferente. Estas curvas são importantes para aplicações envolvendo sensores de cor, filtros, ou onde é necessário conteúdo espectral específico, pois mostram não apenas a cor dominante, mas também a quantidade de luz emitida em comprimentos de onda vizinhos.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

5.1 Dimensões do Encapsulamento e Atribuição de Pinos

O LTST-C28NBEGK-2A está em conformidade com uma pegada SMD padrão. As dimensões do encapsulamento são fornecidas num desenho detalhado com todas as medidas críticas em milímetros. A tolerância para a maioria das dimensões é de ±0,1 mm. O dispositivo tem quatro pinos. O Pino 1 é o ânodo comum para os três chips de LED. O Pino 2 é o cátodo para o chip Vermelho, o Pino 3 é o cátodo para o chip Azul, e o Pino 4 é o cátodo para o chip Verde. A lente é transparente, permitindo que a cor nativa do chip seja visível.

5.2 Design Recomendado para as Pastilhas da PCB

Para uma soldadura fiável e um desempenho térmico ótimo, é recomendado um padrão de land específico para a PCB. Este padrão inclui as dimensões e espaçamento das pastilhas de solda, que são projetados para facilitar a formação de um bom filete de solda durante o refluxo sem causar pontes ou tombamento. Aderir a este layout recomendado ajuda a garantir uma fixação mecânica forte e uma dissipação de calor eficiente para longe da junção do LED.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Perfil de Soldadura por Refluxo Infravermelho

O dispositivo é compatível com processos de soldadura por refluxo infravermelho sem chumbo (Pb-free). É fornecido um perfil de temperatura sugerido, que tipicamente inclui uma fase de pré-aquecimento (ex.: 150-200°C), uma rampa de aquecimento controlada, um tempo acima do líquido (TAL), uma temperatura de pico não superior a 260°C, e uma fase de arrefecimento controlada. O parâmetro crítico é que o corpo do componente não deve ser exposto a temperaturas superiores a 260°C por mais de 10 segundos. É enfatizado que o perfil ótimo pode variar dependendo da montagem específica da PCB, da pasta de solda e do forno utilizado, sendo recomendada uma caracterização ao nível da placa.

6.2 Precauções de Armazenamento e Manuseamento

O manuseamento adequado é essencial para prevenir danos por descarga eletrostática (ESD). Recomenda-se o uso de pulseiras ou luvas antiestáticas e garantir que todo o equipamento está aterrado. Para armazenamento, dispositivos sensíveis à humidade não abertos (MSL 3) devem ser mantidos a ≤30°C e ≤90% de humidade relativa (HR) e usados dentro de um ano. Uma vez que a embalagem selada original é aberta, os LEDs devem ser armazenados a ≤30°C e ≤60% HR. Componentes removidos da sua embalagem seca por mais de uma semana devem ser cozidos a aproximadamente 60°C durante pelo menos 20 horas antes da soldadura para remover a humidade absorvida e prevenir o efeito "popcorn" durante o refluxo.

6.3 Limpeza

Se for necessária limpeza após a soldadura, apenas devem ser usados solventes especificados. A imersão do LED em álcool etílico ou isopropílico à temperatura ambiente por menos de um minuto é aceitável. O uso de produtos de limpeza químicos não especificados ou agressivos pode danificar o encapsulamento plástico ou a lente, levando a uma redução na saída de luz ou a problemas de fiabilidade.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

7.1 Especificações da Fita e da Bobina

Os LEDs são fornecidos embalados em fita transportadora relevada com 8 mm de largura em bobinas de 7 polegadas (178 mm) de diâmetro, de acordo com as especificações ANSI/EIA-481. Cada bobina contém 3000 peças. A fita tem um passo e dimensões de bolso projetados para compatibilidade com alimentadores automatizados padrão. Uma fita de cobertura superior sela os bolsos dos componentes. As especificações de embalagem também indicam que um mínimo de dois componentes consecutivos em falta (bolsos vazios) é o máximo permitido, e a quantidade mínima de encomenda para lotes remanescentes é de 500 peças.

8. Notas de Aplicação e Considerações de Design

8.1 Design do Circuito

Cada canal de cor (Vermelho, Verde, Azul) deve ser acionado independentemente através do seu próprio circuito limitador de corrente, ligado ao ânodo comum (Pino 1) e ao respetivo pino cátodo. Devido às diferentes características de tensão direta, são necessários cálculos de definição de corrente separados para cada cor, a fim de alcançar um brilho percebido uniforme ou misturas de cores específicas. Um driver de corrente constante é frequentemente preferido em relação a uma simples resistência em série para uma melhor estabilidade face a variações de temperatura e tensão de alimentação, especialmente em dispositivos alimentados por bateria.

8.2 Gestão Térmica

Embora a dissipação de potência seja relativamente baixa (38-50 mW por chip), uma gestão térmica eficaz continua a ser importante para manter o desempenho e a longevidade, especialmente quando se acionam os LEDs na sua corrente nominal máxima ou perto dela. A PCB atua como o dissipador de calor principal. Garantir uma boa ligação térmica através do design de pastilha recomendado e, se necessário, usar vias térmicas ou uma área de cobre sob o encapsulamento, ajuda a conduzir o calor para longe da junção do LED.

8.3 Integração Óptica

O amplo ângulo de visão de 120 graus torna este LED adequado para aplicações que requerem iluminação ampla e uniforme, em vez de um feixe focalizado. Para painéis de retroiluminação ou guias de luz, os materiais de acoplamento óptico e difusão devem ser selecionados para funcionar eficazmente com o padrão de emissão e os pontos de cor do LED. Os designers também devem considerar o potencial de mistura de cores quando vários LEDs são colocados próximos uns dos outros, o que pode ser usado para criar cores secundárias como ciano, magenta, amarelo ou branco.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O LTST-C28NBEGK-2A diferencia-se no mercado através da sua combinação de características. A sua principal vantagem é a integração de três chips de alta luminosidade e cores distintas num encapsulamento extrafino (0,25 mm) padrão da indústria. Isto contrasta com alternativas como o uso de três LEDs monocromáticos separados (que consomem mais espaço na placa), ou um único LED branco com filtros de cor (que é menos eficiente e oferece cores menos saturadas). O uso de AlInGaP para o vermelho proporciona maior eficiência e melhor estabilidade térmica em comparação com tecnologias mais antigas como o GaAsP, resultando numa saída vermelha mais brilhante e consistente. A sua conformidade com os padrões de montagem e refluxo automatizados torna-o uma escolha rentável para produção em massa em comparação com LEDs que requerem soldadura manual.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

10.1 Posso acionar todas as três cores simultaneamente na sua corrente máxima?

Não, não sem exceder os limites de dissipação de potência total do encapsulamento. Se todos os três chips fossem acionados na sua corrente contínua máxima (Vermelho: 20mA, Azul: 10mA, Verde: 10mA) e tensões diretas típicas, a potência total poderia aproximar-se ou exceder a capacidade térmica combinada do pequeno encapsulamento, levando a sobreaquecimento e redução da vida útil. O design deve considerar o ciclo de trabalho e o ambiente térmico. Para luz branca total (todas as três ligadas), é comum acionar cada canal a uma corrente mais baixa para gerir o calor total.

10.2 Por que a tensão direta é diferente para cada cor?

A tensão direta é uma propriedade fundamental da energia da banda proibida do material semicondutor. Os LEDs azuis e verdes usam Nitreto de Gálio e Índio (InGaN), que tem uma banda proibida maior, exigindo uma tensão mais elevada (tipicamente ~2,8V) para "empurrar" os eletrões através dela e causar a emissão de luz. Os LEDs vermelhos usam Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP), que tem uma banda proibida menor, resultando numa tensão direta mais baixa (tipicamente ~1,8V).

10.3 Como interpreto os códigos de bin ao encomendar?

Ao fazer um pedido, pode especificar os códigos de bin desejados para intensidade luminosa e comprimento de onda dominante para cada cor. Por exemplo, encomendar "Azul: Bin N, Bin B" solicita LEDs Azuis com intensidade luminosa entre 28,0-45,0 mcd e um comprimento de onda dominante entre 465,0-470,0 nm. Especificar bins permite um controlo mais apertado sobre a consistência de cor e a correspondência de brilho entre múltiplas unidades no seu produto, o que é crítico para aplicações de ecrãs e indicadores.

11. Estudo de Caso Prático de Design e Utilização

Considere um dispositivo de jogos portátil que usa o LTST-C28NBEGK-2A para indicação de estado multicolor em torno dos seus botões de controlo. O desafio de design envolve fornecer cores vibrantes e selecionáveis pelo utilizador (Vermelho, Verde, Azul, Ciano, Magenta, Amarelo, Branco) enquanto minimiza o consumo de energia da bateria do dispositivo. O engenheiro seleciona um CI driver de LED de corrente constante tripla com baixa corrente de repouso. Usando as curvas de V_F e I_V da folha de dados, eles programam o driver para fornecer 5mA ao canal Vermelho e 3mA aos canais Azul e Verde para criar uma luz branca equilibrada com a corrente total mais baixa. Eles escolhem LEDs do Bin P para vermelho e Bin S para verde para garantir alto brilho, e especificam bins de comprimento de onda apertados (B para azul, C para verde) para garantir cor consistente em todas as unidades. O layout da PCB segue o design de pastilha recomendado e inclui uma pequena ligação de alívio térmico a um plano de terra para dissipação de calor. A montagem final usa o perfil de refluxo IR especificado, resultando em luzes indicadoras fiáveis, brilhantes e consistentes que melhoram a experiência do utilizador.

12. Introdução ao Princípio Operacional

Os Diodos Emissores de Luz (LEDs) são dispositivos semicondutores que emitem luz através de um processo chamado eletroluminescência. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n do material semicondutor, os eletrões da região do tipo n ganham energia suficiente para atravessar a junção e recombinar-se com as lacunas na região do tipo p. Este evento de recombinação liberta energia. Num LED, o material semicondutor é escolhido de modo que esta energia seja libertada principalmente na forma de fotões (partículas de luz). O comprimento de onda específico (cor) da luz emitida é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor: uma banda proibida maior produz luz de comprimento de onda mais curto (mais azul), e uma banda proibida menor produz luz de comprimento de onda mais longo (mais vermelha). O sistema de material InGaN é usado para LEDs azuis e verdes, enquanto o AlInGaP é usado para LEDs vermelhos e âmbar de alta eficiência. O encapsulamento SMD encapsula o minúsculo chip semicondutor, fornece ligações elétricas através de terminais metálicos e inclui uma lente de plástico moldada que molda a saída de luz.

13. Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

O campo dos LEDs SMD continua a evoluir, impulsionado pelas exigências de maior eficiência, tamanho menor, melhor reprodução de cor e menor custo. Tendências observáveis em componentes como o LTST-C28NBEGK-2A incluem a contínua miniaturização dos encapsulamentos, mantendo ou aumentando a saída de luz (maior eficácia em lúmens por watt). Há uma melhoria contínua na ciência dos materiais por trás dos chips de InGaN e AlInGaP, levando a uma redução da queda de eficiência a correntes mais elevadas e a um melhor desempenho a temperaturas elevadas. Outra tendência significativa é a integração de mais funcionalidades, como combinar LEDs RGB com um CI driver dedicado ou lógica de controlo num único encapsulamento ("LED inteligente"). Além disso, os avanços na tecnologia de fósforo para LEDs brancos e a busca por micro-LEDs para ecrãs de próxima geração representam caminhos de desenvolvimento paralelos que influenciam o ecossistema mais amplo da optoeletrónica no qual os LEDs SMD multicolor operam.