Ficha Técnica da Série HPND3535CZ0112 (UE) - LED 3.5x3.5x1.6mm - 1.75-2.35V - Fluxo Radiante 1070mW - Vermelho Profundo 660nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A Série HPND3535CZ0112 (UE) representa a mais recente iteração da tecnologia LED de montagem em superfície de alta potência, encapsulada num formato cerâmico compacto 3535. Esta série foi projetada com uma lente avançada otimizada para oferecer um brilho excecionalmente elevado e uma eficiência superior na emissão de fotões. Destinando-se principalmente ao mercado de iluminação hortícola, este LED posiciona-se como uma das soluções mais eficientes e competitivas disponíveis para aplicações que requerem espectros de luz específicos para influenciar o crescimento e desenvolvimento das plantas. As suas principais vantagens incluem um substrato cerâmico robusto para uma excelente gestão térmica, proteção integrada contra descargas eletrostáticas (ESD) que aumenta a fiabilidade, e conformidade com rigorosas normas ambientais e de segurança, incluindo RoHS, REACH e requisitos sem halogéneos.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

O dispositivo está classificado para uma corrente direta contínua máxima (IF) de 700 mA, sob condições em que a temperatura do *thermal pad* é mantida a 25°C. Para operação em pulso, é permitida uma corrente de pico (IPulse) de 1250 mA com um ciclo de trabalho de 1/10 a 1 kHz. A temperatura máxima da junção (TJ) é de 125°C, com uma gama de temperatura de operação (TOpr) de -40°C a +100°C. A resistência térmica (Rth) da junção ao ponto de soldadura é especificada em 8 °C/W, o que é crítico para o projeto térmico. O componente pode suportar uma temperatura máxima de soldadura (TSol) de 260°C por um tempo limitado durante o *reflow*, com um máximo de dois ciclos de *reflow* permitidos para evitar a degradação do encapsulamento.

2.2 Características Fotométricas e Radiométricas

A variante de cor principal é o Vermelho Profundo, com um comprimento de onda de pico (λP) tipicamente em 660 nm, variando entre 655 nm e 665 nm consoante o *bin* específico. O fluxo radiante típico (potência ótica) é de 1070 mW quando alimentado com a corrente nominal de 700 mA, medido a uma temperatura do *thermal pad* de 25°C. Uma métrica de desempenho chave para a horticultura é o Fluxo Fotónico Fotossintético (PPF), especificado em 5,83 μmol/s. A eficiência radiante, que indica a eficiência de conversão da potência elétrica em potência ótica, é de 71%. O ângulo de visão (2θ1/2) é de 120 graus, proporcionando um padrão de radiação largo e lambertiano, adequado para uma iluminação ampla e uniforme.

2.3 Características Elétricas

A tensão direta (Vf) a 700 mA situa-se tipicamente em torno de 2,15V, com uma gama de *binning* desde 1,75V (*bin* U1) até 2,35V (*bin* U2). O dispositivo oferece uma proteção robusta contra Descargas Eletrostáticas (ESD), suportando até 8000 V (Modelo do Corpo Humano), o que é essencial para a manipulação e montagem em ambientes industriais.

3. Explicação do Sistema de *Binning*

3.1 *Binning* de Potência Radiante

Os LEDs são classificados em *bins* de potência radiante para garantir consistência na saída de luz. O agrupamento principal para esta série inclui *bins* onde a potência radiante mínima é de 1000 mW e a máxima é de 1200 mW. Isto permite aos projetistas selecionar componentes que cumpram requisitos específicos de fluxo para a sua aplicação.

3.2 *Binning* de Tensão Direta

A tensão direta é classificada em dois grupos: U1 (1,75V - 2,05V) e U2 (2,05V - 2,35V). Este *binning* é definido à corrente de operação de 700 mA. O conhecimento do *bin* Vf é crucial para projetar o circuito do *driver*, de modo a garantir uma regulação de corrente estável e um consumo de energia previsível em múltiplos LEDs num sistema.

3.3 *Binning* de Comprimento de Onda (Cor)

A emissão Vermelho Profundo é rigorosamente controlada através do *binning* de comprimento de onda. Os *bins* disponíveis são D5 (655 nm - 660 nm) e D6 (660 nm - 665 nm). Este controlo preciso é vital para aplicações hortícolas, onde comprimentos de onda de fotões específicos desencadeiam diferentes respostas fotomorfogénicas nas plantas, como a floração ou o alongamento do caule.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Distribuição Espectral de Potência

O gráfico da Distribuição Espectral de Potência Relativa (SPD) mostra um pico dominante e estreito centrado em torno de 660 nm, com emissão mínima noutras partes do espetro. Esta característica monocromática é ideal para aplicações que requerem luz vermelho profundo pura, sem desperdiçar energia em comprimentos de onda não utilizados. A largura de banda estreita garante que os fotões emitidos são altamente eficientes para impulsionar a fotossíntese, que tem um pico de absorção na região do vermelho.

4.2 Características Corrente-Tensão (I-V)

A curva I-V típica ilustra a relação entre a corrente direta e a tensão direta. À corrente de acionamento nominal de 700 mA, a tensão é de aproximadamente 2,15V. A curva mostra a relação exponencial esperada, e a inclinação na região de operação informa sobre a resistência dinâmica do díodo, o que é importante para o projeto do *driver*, especialmente em configurações de corrente constante.

5. Informações Mecânicas e do Encapsulamento

5.1 Dimensões Mecânicas

O encapsulamento segue um formato padrão 3535, com dimensões de 3,5 mm x 3,5 mm de comprimento e largura. A altura total é de aproximadamente 1,6 mm. O encapsulamento apresenta um substrato cerâmico que proporciona uma excelente condutividade térmica, ajudando a dissipar eficientemente o calor da junção do LED. A lente é parte integrante do encapsulamento, e a ficha técnica alerta explicitamente contra a aplicação de força sobre a mesma durante a manipulação, pois isso pode levar à falha do dispositivo.

5.2 Configuração dos *Pads* e Polaridade

O componente possui três *pads* elétricos: o *Pad* 1 é designado como Ânodo (+), o *Pad* 2 é o Cátodo (-), e um *pad* central 'P' é um *Thermal Pad*. É de extrema importância notar que o *thermal pad* está eletricamente isolado do ânodo e do cátodo. Este isolamento permite uma ligação térmica direta a um dissipador de calor ou a uma área de cobre na PCB para arrefecimento, sem criar um curto-circuito elétrico. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem para evitar danos.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Perfil de Soldadura por *Reflow*

O componente foi projetado para processos padrão de Tecnologia de Montagem em Superfície (SMT) utilizando solda sem chumbo (*lead-free*). É fornecido um perfil de *reflow* detalhado: Pré-aquecimento de 25°C a 150°C a uma taxa de 2-3°C/seg, manutenção entre 150°C e 200°C durante 60-120 segundos, seguido de um aumento até uma temperatura de pico não superior a 260°C. O tempo acima da temperatura de liquidus (217°C) deve ser de 60-90 segundos, e o tempo dentro de 5°C da temperatura de pico deve ser de 20-40 segundos. A taxa máxima de arrefecimento é de 3-5°C/seg.

6.2 Notas Críticas de Montagem

O dispositivo tem um Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL) de 1, o que significa que tem uma vida útil ilimitada em condições ≤30°C / 85% de Humidade Relativa e não requer pré-cozedura antes da utilização se armazenado corretamente. No entanto, é fortemente recomendado que a soldadura por *reflow* não seja realizada mais do que duas vezes para evitar tensões térmicas no encapsulamento e nas ligações internas. Após a soldadura, a placa de circuito impresso (PCB) não deve ser dobrada, pois o stress mecânico pode fraturar as juntas de solda ou o próprio encapsulamento cerâmico.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

O produto é identificado por um número de peça abrangente que codifica as suas características-chave. É fornecido um exemplo de código de encomenda: HPND3535CZ0112-NDR55651K0X24700-4H(UE). Este código especifica a série, a cor vermelho profundo (NDR), o *bin* de potência radiante, o *bin* de comprimento de onda (D5/D6), o *bin* de tensão direta (U1/U2), a corrente de acionamento (700mA) e a marcação de conformidade (UE). Os projetistas devem utilizar o código de encomenda completo para garantir que recebem a combinação exata de *bins* de desempenho necessária para a sua aplicação.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Principais

Iluminação Hortícola:Esta é a aplicação principal. A luz vermelho profundo de 660nm é crucial para o processo de fotossíntese, particularmente para impulsionar a reação do fotossistema II. É utilizada em iluminação suplementar de estufas, quintas verticais e câmaras de crescimento de plantas para acelerar o crescimento, controlar a floração e aumentar o rendimento.

Iluminação Decorativa e de Entretenimento:A cor vermelha pura e saturada é adequada para iluminação de destaque arquitetónico, iluminação de palco e locais de entretenimento temáticos onde são necessários pontos de cor específicos.

Iluminação de Sinalização e Símbolos:Pode ser utilizada em indicadores de estado, sinais de saída ou outras aplicações onde seja necessária uma fonte de luz vermelha fiável e de alto brilho.

8.2 Considerações de Projeto

Gestão Térmica:Com uma resistência térmica de 8 °C/W e uma temperatura máxima de junção de 125°C, um dissipador de calor eficaz é fundamental. O *pad* termicamente isolado deve ser ligado a uma área de cobre suficientemente grande na PCB ou a um dissipador de calor dedicado, utilizando materiais termicamente condutores mas eletricamente isolantes, se necessário. Um arrefecimento inadequado levará a uma redução na saída de luz, a uma depreciação acelerada do lúmen e a uma potencial falha prematura.

Corrente de Acionamento:Embora classificado para 700 mA, operar a correntes mais baixas pode melhorar significativamente a eficácia (lúmens por watt ou μmol/J) e a longevidade. O *driver* deve ser do tipo de corrente constante, adequado ao *bin* de tensão direta dos LEDs utilizados, para garantir um desempenho estável e uniforme.

Projeto Ótico:O ângulo de visão de 120 graus proporciona uma cobertura ampla. Para aplicações que requerem feixes mais focados, podem ser empregues óticas secundárias, como refletores ou lentes.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

A Série HPND3535CZ0112 (UE) diferencia-se no mercado de LEDs de alta potência através de várias características-chave. A utilização de um encapsulamento cerâmico, em oposição ao plástico, oferece um desempenho térmico superior e uma fiabilidade a longo prazo, especialmente sob condições de alta corrente comuns na horticultura. A elevada eficiência radiante de 71% traduz-se em menos energia desperdiçada sob a forma de calor, permitindo projetos de luminárias mais compactos. A combinação de um PPF elevado (5,83 μmol/s) a uma corrente de acionamento padrão de 700mA e de um direcionamento preciso do comprimento de onda em torno de 660nm torna-a particularmente otimizada para a eficiência fotossintética, superando frequentemente LEDs vermelhos de espetro mais amplo ou menos eficientes em aplicações dedicadas de luzes de cultivo.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a diferença entre fluxo radiante (mW) e Fluxo Fotónico Fotossintético (PPF)?

R: O fluxo radiante mede a potência ótica total emitida em watts. O PPF mede o número de fotões fotossinteticamente ativos (na gama de 400-700 nm) emitidos por segundo, em micromoles por segundo (μmol/s). O PPF é a métrica relevante para o crescimento das plantas, enquanto o fluxo radiante descreve a potência total da luz.

P: Posso acionar este LED com uma fonte de tensão constante?

R: Não. 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 no *binning*). Uma fonte de tensão constante pode levar a uma fuga térmica e à destruição do LED. Utilize sempre um *driver* de corrente constante.

P: Por que razão o *thermal pad* está eletricamente isolado?

R: O isolamento elétrico permite que o *pad* seja soldado diretamente a uma grande área de cobre na PCB para máxima dissipação de calor, sem criar um curto-circuito elétrico entre o ânodo e o cátodo. Isto simplifica o projeto térmico e melhora a eficiência de arrefecimento.

P: Como é que o comprimento de onda de 660nm beneficia as plantas em comparação com outros vermelhos?

R: A absorção da clorofila atinge picos nas regiões vermelha e azul do espetro. O comprimento de onda de 660nm alinha-se de perto com um pico principal da clorofila a e b, tornando-o altamente eficiente para impulsionar as reações luminosas da fotossíntese, influenciando processos mediados pelo fitocromo, como a floração.

11. Estudo de Caso de Aplicação Prática

Cenário: Projetar um Módulo de Iluminação Suplementar para Hortícolas de Folha numa Quinta Vertical.

Um engenheiro de iluminação está a projetar uma barra de LED de perfil estreito para ser montada entre os níveis de uma quinta vertical que cultiva alface. O objetivo é fornecer luz intensa e energeticamente eficiente para maximizar a taxa de crescimento num espaço confinado.

Escolhas de Projeto:O engenheiro seleciona a Série HPND3535CZ0112 (UE) pela sua elevada saída de PPF e comprimento de onda de 660nm, ideal para promover o crescimento foliar. Escolhe componentes do *bin* de potência radiante mais elevado (S3, 1100-1200mW) para maximizar a intensidade da luz. Uma matriz densa destes LEDs é colocada numa PCB com núcleo de alumínio (MCPCB) para gerir eficazmente a carga térmica da corrente de acionamento de 700mA. O amplo ângulo de feixe de 120 graus garante uma distribuição uniforme da luz sobre a copa das plantas sem necessidade de óticas adicionais, mantendo o módulo fino. O *driver* é selecionado como sendo do tipo de corrente constante, capaz de fornecer a corrente necessária enquanto aceita a gama de tensão de entrada do sistema de energia da quinta. O resultado é uma barra de luz compacta e de alta potência que fornece fotões de forma eficiente onde são mais necessários para a fotossíntese.

12. Introdução ao Princípio Técnico

Os Diodos Emissores de Luz (LEDs) são dispositivos semicondutores que emitem luz quando uma corrente elétrica os atravessa. Este fenómeno, chamado eletroluminescência, ocorre quando os eletrões se recombinam com lacunas de eletrões dentro do dispositivo, libertando energia sob a forma de fotões. A cor da luz (o seu comprimento de onda) é determinada pela banda proibida de energia do material semicondutor utilizado. Para LEDs vermelho profundo como o HPND3535CZ0112, são tipicamente utilizados materiais como o Fosfeto de Alumínio Gálio Índio (AlGaInP) para alcançar a emissão de 660nm. O encapsulamento cerâmico serve tanto como invólucro protetor como via térmica crítica, conduzindo o calor para longe do minúsculo *chip* semicondutor (a junção) para o ambiente externo, mantendo assim o desempenho e a fiabilidade.

13. Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

O setor da iluminação hortícola está a impulsionar avanços significativos na tecnologia LED. A tendência está a mover-se para eficácias fotónicas ainda mais elevadas (μmol/J), reduzindo o custo da eletricidade por unidade de crescimento vegetal. Há também um foco no desenvolvimento de LEDs com saídas espectrais específicas para além do simples vermelho profundo e azul, incluindo vermelho longínquo (730nm) para influenciar a morfologia e floração das plantas, e comprimentos de onda ultravioleta para controlo de pragas/doenças. Os projetos de encapsulamento melhorados continuam a reduzir a resistência térmica, permitindo correntes de acionamento mais elevadas e maior saída de luz a partir de um único emissor. Além disso, a integração de múltiplos *chips* monocromáticos (ex., vermelho, azul, vermelho longínquo) num único encapsulamento para criar um espetro personalizado é uma área de desenvolvimento ativo, oferecendo aos projetistas de iluminação um controlo sem precedentes sobre a "receita de luz" para diferentes culturas e fases de crescimento.