Ficha Técnica LED ELCH08 - LED Branco de Alta Eficiência - 290lm @ 1A - 2.85-3.9V - Ângulo de Visão de 120° - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um componente de diodo emissor de luz (LED) branco de alta eficiência. O dispositivo caracteriza-se pelo seu design de encapsulamento compacto, que proporciona uma elevada saída luminosa, tornando-o adequado para aplicações com restrições de espaço que necessitam de iluminação intensa. As suas principais vantagens incluem um fluxo luminoso típico de 290 lúmens a uma corrente de acionamento de 1 Ampere, correspondendo a uma eficiência óptica de aproximadamente 87 lúmens por watt. O LED incorpora uma robusta proteção ESD, aumentando a sua fiabilidade durante a manipulação e montagem. É totalmente compatível com as diretivas RoHS e é fabricado utilizando processos sem chumbo.

1.1 Aplicações Alvo

O LED foi concebido para uma vasta gama de finalidades de iluminação. As aplicações primárias incluem servir como fonte de luz para flash de câmera ou estroboscópio em dispositivos móveis e equipamentos de vídeo digital. É igualmente muito adequado para iluminação geral interior, retroiluminação de ecrãs TFT e vários sistemas de iluminação decorativa ou de entretenimento. Além disso, encontra aplicação na iluminação automóvel, tanto para funções interiores como exteriores, bem como em iluminação de segurança e orientação, como sinais de saída e marcadores de degraus.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva e Aprofundada

As secções seguintes fornecem uma análise detalhada dos principais parâmetros técnicos do dispositivo, derivados dos valores máximos absolutos e das condições típicas de funcionamento.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não se destinam ao funcionamento normal.

• Corrente Contínua Direta (Modo Tocha): 350 mA. Esta é a corrente direta contínua máxima que o LED pode suportar.
• Corrente de Pico Pulsada: 1500 mA. Esta corrente elevada só pode ser aplicada em condições de pulso específicas (duração máxima de 400 ms, ciclo de trabalho de 10%), típicas para operações de flash de câmera.
• Resistência ESD (HBM): 8 kV. O dispositivo oferece uma elevada proteção contra descargas eletrostáticas de acordo com a norma JEDEC JS-001-2017 (anteriormente JEDEC 3b), o que é crítico para a fiabilidade da montagem e manipulação.
• Temperatura de Junção (Tj): 150 °C. A temperatura máxima permitida na junção semicondutora.
• Temperatura de Funcionamento & Armazenamento: -40 °C a +85 °C (funcionamento), -40 °C a +100 °C (armazenamento).
• Resistência Térmica (Rth): 3,4 °C/W. Este parâmetro indica a eficácia com que o calor é transferido da junção para o ambiente. Um valor mais baixo significa um melhor desempenho térmico.
• Dissipação de Potência (Modo Pulsado): 6,42 W. A potência máxima que o dispositivo pode dissipar em condições pulsadas.
• Ângulo de Visão (2θ1/2): 120 graus ± 5°. Este define o ângulo angular onde a intensidade luminosa é pelo menos metade da intensidade de pico, resultando num padrão de emissão amplo, semelhante a Lambertiano.

Notas Críticas: O dispositivo não foi concebido para operação em polarização inversa. A operação contínua nos valores máximos absolutos é proibida, pois levará à degradação e potencial falha. Todas as especificações de fiabilidade são validadas sob gestão térmica controlada numa Placa de Circuito Impresso com Núcleo Metálico (MCPCB) de 1,0 cm².

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

Estes parâmetros são medidos em condições típicas de teste (pulso de 50ms, almofada de solda a 25°C) e representam o desempenho esperado.

• Fluxo Luminoso (Iv): 260 lm (Mín), 300 lm (Típ) a IF=1000mA.
• Tensão Direta (VF): 2,85V (Mín), 3,90V (Máx) a IF=1000mA. O valor típico situa-se dentro desta gama.
• Temperatura de Cor Correlacionada (CCT): 5500K a 6500K, colocando-o na gama de temperatura de cor "branco frio" ou "branco luz do dia".

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir consistência na produção em massa, os LEDs são classificados em bins com base em parâmetros-chave de desempenho. Isto permite aos projetistas selecionar componentes que atendam a requisitos específicos da aplicação em termos de brilho, queda de tensão e cor.

3.1 Binning de Tensão Direta

Os LEDs são categorizados em três bins de tensão a IF=1000mA:
- Bin 2832: VF = 2,85V a 3,25V.
- Bin 3235: VF = 3,25V a 3,55V.
- Bin 3539: VF = 3,55V a 3,90V.
Este binning auxilia no projeto de circuitos de acionamento estáveis, ao considerar a variação da tensão direta.

3.2 Binning de Fluxo Luminoso

Os LEDs são classificados pela sua saída de luz a IF=1000mA:
- Bin J7: Iv = 260 lm a 300 lm.
- Bin J8: Iv = 300 lm a 330 lm.
- Bin J9: Iv = 330 lm a 360 lm.
Isto garante níveis de brilho previsíveis na aplicação final.

3.3 Binning de Cromaticidade (Cor)

A cromaticidade da luz branca é definida pelas coordenadas de cor CIE 1931 (x, y). O bin principal para este dispositivo é5565, que tem como alvo uma gama de CCT de 5500K a 6500K. O ponto de referência específico para este bin está nas coordenadas (0,3166, 0,3003), com uma caixa de tolerância quadrilátera definida no gráfico CIE. A tolerância de medição para as coordenadas de cor é de ±0,01.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Os dados gráficos fornecem uma visão sobre o comportamento do dispositivo sob diferentes condições de funcionamento.

4.1 Distribuição Espectral Relativa

A curva de distribuição espectral de potência mostra a intensidade da luz emitida em cada comprimento de onda. Para um LED branco baseado num chip de InGaN azul com revestimento de fósforo, o espetro apresenta tipicamente um pico azul dominante do chip e uma banda de emissão amarela/vermelha mais ampla do fósforo. A saída combinada produz luz branca. O comprimento de onda de pico (λp) e a forma espectral completa influenciam o Índice de Reprodução de Cor (CRI) e a qualidade de cor percebida.

4.2 Padrão de Radiação Típico

O padrão de radiação polar ilustra a distribuição espacial da intensidade luminosa. A curva fornecida indica um padrão quase Lambertiano, onde a intensidade é aproximadamente proporcional ao cosseno do ângulo de visão. Isto resulta numa iluminação ampla e uniforme, adequada para iluminação geral e aplicações de flash. Os padrões dos eixos X e Y são mostrados como semelhantes, indicando emissão simétrica.

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

Esta curva demonstra a relação exponencial típica de um díodo. A tensão direta aumenta com a corrente, mas não linearmente. Compreender esta curva é essencial para a gestão térmica e o projeto do acionador, uma vez que a potência dissipada (Vf * If) gera calor.

4.4 Fluxo Luminoso Relativo vs. Corrente Direta

Este gráfico mostra como a saída de luz escala com a corrente de acionamento. Inicialmente, o fluxo aumenta quase linearmente com a corrente. No entanto, a correntes mais elevadas, ocorre uma queda de eficiência devido ao aumento da temperatura de junção e outros efeitos da física dos semicondutores, fazendo com que o aumento relativo do fluxo diminua. Operar além da corrente recomendada reduz a eficácia e acelera o envelhecimento.

4.5 CCT vs. Corrente Direta

Esta curva revela como a temperatura de cor correlacionada se desloca com a corrente de acionamento. Tipicamente, para LEDs brancos convertidos por fósforo, a CCT pode aumentar (a luz torna-se mais fria/azulada) a correntes muito elevadas devido a alterações diferenciais de eficiência entre o LED bomba azul e o fósforo. O gráfico mostra a CCT a permanecer relativamente estável ao longo da gama de corrente operacional, o que é desejável para um desempenho de cor consistente.

5. Informação Mecânica e de Encapsulamento

As dimensões físicas e a construção do encapsulamento do LED são críticas para o layout da PCB, gestão térmica e projeto óptico.

5.1 Desenho Dimensional do Encapsulamento

A ficha técnica inclui um desenho dimensional detalhado do encapsulamento SMD (Dispositivo de Montagem em Superfície). As dimensões-chave incluem o comprimento, largura e altura totais, bem como o tamanho e espaçamento das almofadas (terminais). As tolerâncias são tipicamente de ±0,1mm salvo indicação em contrário. Este desenho é essencial para criar a impressão (land pattern) da PCB em software CAD.

5.2 Identificação de Polaridade

O encapsulamento apresenta um marcador de polaridade. A orientação correta durante a montagem é obrigatória para evitar polarização inversa, que não é suportada e pode danificar o dispositivo. A polaridade também é indicada na fita transportadora para máquinas de pick-and-place automatizadas.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Parâmetros de Soldadura por Reflow

O dispositivo pode suportar uma temperatura de soldadura de pico de 260°C, o que é compatível com perfis de reflow sem chumbo padrão (ex.: IPC/JEDEC J-STD-020). O número máximo permitido de ciclos de reflow é 3. É crucial seguir o perfil de temperatura recomendado (rampa de aquecimento, soak, pico de reflow e taxas de arrefecimento) para evitar choque térmico e garantir juntas de solda fiáveis sem danificar o componente LED.

6.2 Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL)

O componente tem classificação MSL Nível 1. Este é o nível mais elevado de resistência à humidade, significando que o dispositivo tem uma vida útil ilimitada em condições ≤ 30°C / 85% de Humidade Relativa e não requer prévia secagem (baking) antes da utilização se armazenado nestas condições. Isto simplifica a gestão de inventário em comparação com níveis MSL mais elevados.

6.3 Condições de Armazenamento

A gama de temperatura de armazenamento recomendada é de -40°C a +100°C. Os componentes devem ser mantidos nas suas embalagens originais de barreira à humidade com dessecante até estarem prontos para uso, de modo a manter a classificação MSL 1.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

7.1 Especificações de Embalagem

Os LEDs são fornecidos em fitas transportadoras relevadas enroladas em bobinas, que é o padrão para montagem SMD automatizada. A ficha técnica fornece as dimensões tanto da fita transportadora (passo dos bolsos, largura, etc.) como da bobina (diâmetro, tamanho do núcleo). Uma bobina padrão contém 2000 peças. A fita indica a polaridade e a direção de alimentação para a máquina de colocação.

7.2 Rotulagem do Produto

A bobina e a embalagem são rotuladas com informação-chave para rastreabilidade e utilização correta:
- P/N: O número de peça do fabricante (ex.: ELCH08-NF5565J7J9283910-FDH).
- LOT NO: Número de lote de fabrico para controlo de qualidade.
- QTY: Quantidade de peças na embalagem.
- CAT: Código do Bin de Fluxo Luminoso (ex.: J7).
- HUE: Código do Bin de Cor (ex.: 5565).
- REF: Código do Bin de Tensão Direta (ex.: 2832, 3235, 3539).
- MSL-X: Nível de Sensibilidade à Humidade.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Considerações de Projeto

Gestão Térmica: Este é o fator mais crítico para o desempenho e vida útil do LED. A baixa resistência térmica (3,4°C/W) só é eficaz com um dissipador de calor adequado. Utilize uma PCB com área de cobre suficiente ou uma PCB com Núcleo Metálico (MCPCB) dedicada para conduzir o calor para longe das almofadas de solda. A temperatura máxima do substrato é especificada como 70°C a IF=1000mA.
Acionamento de Corrente: Utilize um acionador de LED de corrente constante, não uma fonte de tensão constante, para garantir uma saída de luz estável e prevenir fuga térmica (thermal runaway). Respeite os valores máximos absolutos de corrente tanto para os modos contínuo (tocha) como pulsado (flash).
Projeto Óptico: O amplo ângulo de visão de 120 graus é adequado para aplicações que requerem cobertura ampla. Para feixes focados, serão necessárias óticas secundárias (lentes, refletores). O padrão de emissão Lambertiano simplifica a modelação óptica.

8.2 Precauções ESD

Embora o dispositivo tenha alta proteção ESD (8kV HBM), as práticas padrão de controlo ESD devem ainda ser seguidas durante a manipulação e montagem (uso de estações de trabalho aterradas, pulseiras antiestáticas, etc.) para prevenir danos cumulativos ou defeitos latentes.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora uma comparação direta lado a lado com outros modelos específicos não seja fornecida na ficha técnica, as principais características diferenciadoras deste LED podem ser inferidas:
- Alta Eficácia Luminosa: 87 lm/W a 1A é uma eficiência competitiva para um LED SMD de alta potência da sua classe, levando a um menor consumo de energia e carga térmica reduzida para uma determinada saída de luz.
- Capacidade de Pulsos de Alta Corrente: A classificação de corrente de pico pulsada de 1500mA para aplicações de flash é uma característica significativa, permitindo rajadas de luz muito brilhantes e de curta duração adequadas para flashes de câmera.
- Classificação ESD Robusta: 8kV HBM oferece uma robustez de manipulação superior comparada com muitos LEDs com classificações ESD mais baixas ou não especificadas.
- Binning Abrangente: O binning de três parâmetros (fluxo, tensão, cor) permite um controlo mais apertado do desempenho do sistema, o que é vantajoso para aplicações que exigem consistência de cor e brilho.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

Q1: Posso acionar este LED com uma fonte de alimentação de 3,3V?
R: Não diretamente. A tensão direta (Vf) varia de 2,85V a 3,90V a 1A. Uma fonte de 3,3V pode mal ligar uma unidade com Vf baixo, mas não pode fornecer uma regulação de corrente adequada. É necessário um circuito acionador de corrente constante.

Q2: Qual é a diferença entre "Modo Tocha" (350mA) e a condição de teste (1000mA)?
A: "Modo Tocha" refere-se à correntecontínuamáxima (350mA). A especificação de 1000mA é para operaçãopulsada(ex.: pulsos de 50ms), tipicamente usada para benchmarking de desempenho e aplicações de flash. A operação contínua a 1000mA excederia os valores máximos absolutos e causaria falha.

Q3: Como interpreto os bins de fluxo luminoso J7, J8, J9?
R: Estes são bins de brilho. Se o seu projeto requer um mínimo de 300 lúmens, deve selecionar os bins J8 ou J9. Usar o bin J7 pode resultar em unidades abaixo do brilho requerido. Especifique o bin necessário ao encomendar.

Q4: É necessário um dissipador de calor?
R: Absolutamente. A dissipação de potência a 1A de pulso pode chegar a quase 4W (3,9V * 1A). Sem um dissipador de calor adequado, a temperatura de junção excederá rapidamente o seu limite, levando a uma rápida depreciação de lúmens, desvio de cor e falha catastrófica.

11. Exemplo Prático de Caso de Uso

Cenário: Projetar um Flash de Câmera para Telemóvel
1. Seleção do Acionador: Escolha um CI acionador de corrente constante comutado, compacto e de alta eficiência, capaz de fornecer um pulso de 1500mA com controlo apertado da largura do pulso (ex.: ~400ms) e ciclo de trabalho (<10%).
2. Layout da PCB: Coloque o LED numa almofada térmica dedicada conectada a grandes áreas de cobre ou a um plano de terra interno. Use múltiplos vias sob a almofada para conduzir calor para outras camadas. Mantenha o CI acionador próximo para minimizar a indutância dos trilhos.
3. Integração Óptica: Uma lente de plástico simples ou guia de luz será colocada sobre o LED para difundir a luz e eliminar pontos quentes (hotspots), garantindo uma iluminação uniforme para a cena da câmera. O amplo ângulo de visão do LED ajuda nesta difusão.
4. Seleção de Componentes: Para uma cor e brilho de flash consistentes em milhões de telemóveis, especifique bins apertados: ex.: Bin de Cor 5565, Bin de Fluxo J8 ou J9, e um Bin de Tensão específico para simplificar o projeto do acionador.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Este é um LED branco convertido por fósforo. O núcleo é um chip semicondutor feito de Nitreto de Gálio e Índio (InGaN), que emite luz azul quando uma tensão direta é aplicada e os eletrões se recombinam com as lacunas através da banda proibida do chip. Esta luz azul é parcialmente absorvida por uma camada de fósforo de granada de alumínio e ítrio dopado com cério (YAG:Ce) que reveste o chip. O fósforo converte alguns dos fotões azuis para comprimentos de onda mais longos no espetro amarelo. A mistura da luz azul remanescente e da luz amarela convertida é percebida pelo olho humano como luz branca. A proporção entre a emissão azul e amarela determina a Temperatura de Cor Correlacionada (CCT).

13. Tendências Tecnológicas

O desenvolvimento dos LEDs brancos segue várias trajetórias-chave:
- Aumento da Eficiência (lm/W): Melhorias contínuas na eficiência quântica interna do chip azul, extração de luz do encapsulamento e eficiência de conversão do fósforo impulsionam a eficácia para valores mais altos, reduzindo o consumo de energia.
- Melhoria da Qualidade da Cor: Evolução para além dos sistemas simples azul+YAG para sistemas multi-fósforo ou com bomba violeta para alcançar um Índice de Reprodução de Cor (CRI) mais elevado e uma cor mais consistente entre ângulos (Uniformidade Angular da Cor).
- Maior Densidade de Potência & Miniaturização: Como visto neste dispositivo, a tendência é empacotar mais lúmens em encapsulamentos mais pequenos, exigindo soluções de gestão térmica cada vez melhores, como substratos avançados e materiais de encapsulamento.
- Fiabilidade Aprimorada: Melhorias nos materiais (fósforos, encapsulantes) e técnicas de encapsulamento continuam a estender a vida útil operacional e a manutenção de lúmens (classificações L70, L90).
- Soluções Inteligentes e Integradas: O mercado está a ver um crescimento em LEDs com acionadores integrados, sensores ou capacidades de comunicação (Li-Fi), embora esta ficha técnica descreva um componente discreto e tradicional.