Ficha Técnica Emissor LED 3030 - Dimensões 3,0x3,0x2,53mm - Tensão 1,8-2,6V - Potência 1,3W - Infravermelho 730nm - Documento Técnico

1. Visão Geral do Produto

Esta secção proporciona uma visão geral abrangente do emissor LED infravermelho, detalhando o seu design, características principais e aplicações primárias em sistemas modernos de iluminação para horticultura.

1.1 Descrição Geral

O produto é um LED de montagem em superfície (SMD) que utiliza um invólucro de Composto de Moldagem Epóxi (EMC). Esta tecnologia de encapsulamento oferece maior fiabilidade, gestão térmica superior e desempenho robusto em ambientes exigentes. As dimensões compactas são 3,00mm de comprimento, 3,00mm de largura e 2,53mm de altura, tornando-o adequado para layouts de PCB de alta densidade. A sua função principal é emitir luz num comprimento de onda de pico de 730 nanómetros (nm), que se situa no espectro do vermelho-longo, uma região crucial para as respostas fotomorfogénicas nas plantas.

1.2 Características Principais

• Tamanho Compacto:Dimensões de 3,00mm x 3,00mm x 2,53mm.
• Comprimento de Onda Específico:Comprimento de onda de emissão de pico (λp) de 730nm, direcionado para o fotoreceptor Fitocromo.
• Conformidade RoHS:Fabricado sem chumbo ou outras substâncias perigosas restritas.
• Soldabilidade:Concebido para processos de soldadura por refluxo sem chumbo.
• Sensibilidade à Humidade:Classificado no Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL) 3, exigindo manuseamento e cozedura apropriados se exposto.
• Embalagem:Fornecido em bobinas com uma quantidade padrão de 3000 peças por bobina.
• Alta Fiabilidade:O invólucro EMC garante um desempenho estável em várias condições operacionais.

1.3 Cenários de Aplicação

Este LED é especificamente concebido para aplicações de iluminação hortícola e agrícola onde a luz vermelha-longa é essencial. Os principais casos de uso incluem:

• Produção Comercial de Flores:Controlo dos ciclos de floração e da morfologia das plantas.
• Laboratórios de Cultura de Tecidos:Promoção de fases de crescimento específicas em ambientes estéreis.
• Quintas Verticais e Fábricas de Plantas:Integração em receitas de iluminação multi-espectro para otimizar a produção agrícola durante todo o ano.
• Iluminação Suplementar em Estufas:Extensão do fotoperíodo ou fornecimento de qualidades espectrais específicas para melhorar o crescimento e desenvolvimento das plantas.
• Preservação Pós-Colheita:Aplicações em refrigeração para potencialmente influenciar a frescura e prazo de validade, embora esta seja uma área emergente de investigação.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Um exame detalhado das características elétricas, óticas e térmicas definidas em condições padrão de teste (Ts=25°C).

2.1 Características Elétricas e Óticas

A tabela abaixo descreve os parâmetros críticos de desempenho. A corrente de teste para a maioria das especificações óticas é de 350mA.

• Tensão Direta (VF):Varia de um mínimo de 1,8V a um máximo de 2,6V a 350mA. O valor típico não é especificado, mas a gama indica a queda de tensão esperada no dispositivo.
• Comprimento de Onda de Pico (λp):Definido entre 730nm e 740nm. Esta afinação apertada garante uma saída espectral consistente para aplicações agrícolas de precisão.
• Fluxo Radiante Total (Φe):Mede a potência ótica total emitida, variando de 180mW a 480mW. Esta ampla gama exige uma afinação cuidadosa para o design da aplicação.
• Ângulo de Visão (2θ1/4):Aproximadamente 60 graus, definindo a distribuição angular da luz emitida.
• Resistência Térmica (R_THJ-S):A resistência térmica junção-ponto de soldadura é de 14°C/W. Este valor é crítico para o design da gestão térmica para evitar sobreaquecimento.
• Corrente Inversa (I_R):Máximo de 10µA a uma tensão inversa de 5V, indicando as características de fuga do díodo.

2.2 Valores Absolutos Máximos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente. Não é aconselhável operar no ou perto destes limites.

• Dissipação de Potência (P_D):Máximo de 1,3 Watts. Esta é a potência total que o invólucro pode dissipar.
• Corrente Direta (I_F):Corrente contínua DC máxima de 500mA. Uma classificação de corrente pulsada pode ser maior mas não é especificada aqui.
• Tensão Inversa (V_R):Máximo 5V. Exceder este valor pode causar rutura.
• Descarga Eletrostática (ESD):Suporta 2000V (Modelo Corpo Humano), indicando uma robustez moderada de manuseamento.
• Intervalos de Temperatura:Temperatura de operação de -40°C a +85°C; temperatura de armazenamento de -40°C a +100°C.
• Temperatura Máxima da Junção (T_J):Máximo absoluto de 115°C. O sistema deve ser concebido para manter a temperatura da junção bem abaixo deste limite durante a operação.

3. Explicação do Sistema de Afinação

Embora um código formal de afinação não seja explicitamente fornecido no documento, as gamas de parâmetros especificadas constituem efetivamente uma estrutura de afinação. Os designers devem ter em conta estas variações ao conceber circuitos e motores de luz.

• Afinação de Comprimento de Onda:A gama de 730-740nm é relativamente estreita para um LED vermelho-longo, garantindo a consistência espectral crucial para a ativação do fitocromo nas plantas.
• Afinação de Fluxo Radiante:A ampla gama de saída (180-480mW) sugere que, para aplicações que requerem intensidade de luz uniforme, os LEDs podem precisar de ser selecionados ou afinados em subgrupos pelo fabricante ou montador.
• Afinação de Tensão Direta:A gama de 1,8-2,6V requer consideração no design do *driver*, especialmente para matrizes ligadas em série, para garantir uniformidade da corrente.

4. Análise das Curvas de Desempenho

As curvas características típicas proporcionam uma perceção do comportamento do dispositivo em condições variáveis.

4.1 Tensão Direta vs. Corrente Direta (Curva IV)

A curva mostra uma relação não linear típica dos díodos. Na corrente operacional recomendada de 350mA, espera-se que a tensão direta esteja perto do centro da gama de 1,8-2,6V. A curva ajuda na seleção da conformidade de tensão apropriada do *driver*.

4.2 Intensidade Relativa vs. Corrente Direta

Esta curva demonstra a característica de saturação da saída ótica. A intensidade aumenta com a corrente, mas pode não ser linear, especialmente à medida que os efeitos térmicos se tornam significativos a correntes mais altas. Operar perto de 350mA parece estar numa região eficiente.

4.3 Intensidade Relativa vs. Temperatura do Invólucro

A saída diminui à medida que a temperatura do invólucro (T_s) aumenta. Este efeito de '*thermal droop*' é crítico para aplicações hortícolas onde é necessária uma saída de luz consistente durante longos períodos. Uma dissipação de calor adequada é essencial para mitigar a perda de saída.

4.4 Distribuição Espectral

O gráfico do espetro confirma o pico dominante a 730nm com uma largura total a meia altura (FWHM) típica comum aos LEDs baseados em AlGaAs. Há emissão mínima no espetro visível, tornando-o uma fonte puramente de vermelho-longo.

4.5 Padrão de Radiação

O diagrama polar ilustra um padrão de emissão tipo *lambertiano* com um ângulo de visão de 60 graus, útil para calcular a distribuição de irradiação espacial nas copas das plantas.

4.6 Corrente Direta vs. Temperatura do Invólucro

Esta curva de derrate indica que a corrente direta máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente ou do invólucro aumenta. Este é um gráfico crucial para determinar condições operacionais seguras em luminárias fechadas.

5. Informação Mecânica e de Embalagem

5.1 Dimensões e Layout do Invólucro

Desenhos mecânicos detalhados especificam a pegada exata.

• Vista Superior/Inferior:Mostra o contorno de 3,00mm x 3,00mm. O identificador do cátodo está marcado.
• Vista Lateral:Confirma a altura de 2,53mm, incluindo a cúpula e os terminais.
• Identificação de Polaridade:O cátodo está tipicamente marcado por um entalhe, chanfro ou outro indicador visual no invólucro. A orientação correta é vital para a montagem do PCB.
• Padrão das Pistas de Soldadura:São fornecidas as dimensões recomendadas do padrão de pistas no PCB para garantir a formação fiável de juntas de solda e o alinhamento mecânico adequado durante o refluxo.
• Tolerâncias:Todas as tolerâncias dimensionais não especificadas são de ±0,2mm.

5.2 Embalagem para Montagem Automatizada

O dispositivo é fornecido em embalagem de fita e bobina compatível com equipamento padrão *pick-and-place* SMT.

• Fita Transportadora:São especificadas as dimensões para o tamanho do bolso, passo e largura da fita para garantir compatibilidade com os sistemas alimentadores.
• Dimensões da Bobina:São fornecidos detalhes do diâmetro padrão da bobina, largura e tamanho do *hub* para logística e configuração da máquina.
• Quantidade por Embalagem:3000 peças por bobina é a unidade de embalagem padrão.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Instruções de Soldadura por Refluxo SMT

Este LED está classificado para processos de soldadura por refluxo sem chumbo. Deve ser seguido um perfil típico de refluxo:

• Fase de Pré-aquecimento:Aquecimento gradual para ativar o fluxo e minimizar o choque térmico.
• Zona de Estabilização (*Soak*):Permite a estabilização da temperatura em todo o PCB.
• Zona de Refluxo:A temperatura de pico não deve exceder a tolerância máxima do invólucro (tipicamente 260°C durante alguns segundos, embora o valor exato deva ser confirmado a partir dos dados completos do perfil). O nível de sensibilidade à humidade (MSL 3) determina que, se a embalagem for aberta, os componentes devem ser usados dentro de 168 horas ou cozidos antes do refluxo.
• Arrefecimento:Arrefecimento controlado para formar juntas de solda fiáveis.

É crítico evitar stress mecânico excessivo durante a colocação e garantir que o perfil de soldadura não exceda os limites térmicos do LED para evitar fissuras na lente ou delaminação interna.

7. Informação de Embalagem e Encomenda

Embora os números de parte específicos sejam omitidos conforme as diretrizes, a especificação de embalagem é clara.

• Embalagem Padrão:Fita e Bobina.
• Quantidade por Bobina:3000 unidades.
• Etiquetagem:As etiquetas da bobina incluem tipicamente número de parte, quantidade, número do lote e código de data para rastreabilidade.
• Embalagem da Caixa:Várias bobinas são embaladas em caixas de cartão para envio e armazenamento, com detalhes sobre as dimensões da caixa e quantidade de embalagem.

8. Recomendações de Aplicação e Considerações de Design

Design do Circuito:Utilize um *driver* de corrente constante adequado para a gama de tensão direta. Para ligações em série, assegure-se de que a conformidade de tensão do *driver* cobre a soma da V_F máxima de todos os LEDs mais uma margem (*headroom*). A ligação em paralelo não é recomendada sem equilíbrio adicional de corrente.

Gestão Térmica:A resistência térmica de 14°C/W exige um caminho térmico eficaz. Utilize um PCB com *vias* térmicas suficientes e, se necessário, um dissipador de calor externo. Monitore a temperatura do ponto de soldadura para garantir que T_J se mantenha abaixo de 115°C, de preferência mais baixa para longevidade.

Integração Ótica:O ângulo de visão de 60 graus proporciona um bom equilíbrio entre propagação do feixe e intensidade. Para aplicações focadas, poderão ser necessárias óticas secundárias. Considere as necessidades espectrais das plantas alvo; o 730nm é frequentemente usado em combinação com LEDs vermelhos (660nm) e azuis para receitas de espetro completo.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs padrão de luz visível ou tipos de invólucro mais antigos, este dispositivo oferece vantagens específicas:

• vs. LEDs de Invólucro Plástico:O invólucro EMC proporciona resistência superior à humidade e ao stress térmico, levando a uma maior vida útil e manutenção da saída em ambientes de estufa.
• vs. LEDs de Espetro Mais Largo:O pico estreito de 730nm oferece ação fotobiológica direcionada sem desperdiçar energia em comprimentos de onda não utilizados, melhorando a eficácia do sistema (µmol/J).
• vs. Invólucros Maiores:A pegada 3030 permite matrizes de maior densidade, possibilitando uma distribuição de luz mais uniforme sobre uma copa.

10. Perguntas Frequentes (Baseado nos Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a corrente operacional típica?

R: Embora o máximo absoluto seja 500mA, as características elétricas/óticas são testadas a 350mA, que é provavelmente o ponto operacional recomendado para desempenho e longevidade ótimos.

P: Como interpreto a ampla gama de fluxo radiante (180-480mW)?

R: Isto indica a variação natural da fabricação. Para uma saída de luz consistente numa luminária, consulte o fornecedor para opções de afinação de fluxo ou implemente controlo ótico com *feedback* no seu sistema.

P: Este LED pode ser usado em operação pulsada?

R: A ficha técnica não especifica classificações pulsadas. Para condução pulsada (ex., para investigação de fotossíntese), a corrente instantânea pode ser maior, mas a potência média e a temperatura da junção não devem exceder os valores máximos. É recomendado teste específico.

P: Quão crítico é o comprimento de onda de 730nm para as plantas?

R: É muito específico. O fitocromo, um fotoreceptor chave das plantas, existe em duas formas interconversíveis (Pr e Pfr). A luz de 730nm converte principalmente Pfr em Pr, influenciando processos como evitação de sombra, iniciação da floração e germinação de sementes.

11. Casos de Uso Prático e Exemplos de Implementação

Caso de Estudo 1: Produção de Alface em Quinta Vertical

Numa quinta vertical de múltiplas camadas, matrizes destes LEDs de 730nm são combinadas com LEDs vermelhos de 660nm e azuis de 450nm. A luz vermelha-longa é usada durante a fase final de crescimento para promover a expansão das folhas e reduzir o alongamento, resultando numa cabeça de alface mais compacta e comercializável. O tamanho do invólucro 3030 permite colocação densa em módulos lineares, garantindo cobertura de luz uniforme.

Caso de Estudo 2: Controlo da Floração do Morango em Estufa

Numa estufa tradicional, estes LEDs são instalados como iluminação suplementar. Ao fornecer uma baixa intensidade de luz de 730nm no final do dia (iluminação de fim de dia), os agricultores podem manipular o equilíbrio do fitocromo para induzir e sincronizar a floração em plantas de morango, levando a colheitas mais previsíveis e de maior rendimento.

12. Introdução ao Princípio de Operação

Este é um díodo emissor de luz semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada através do ânodo e cátodo, os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa do *chip* semicondutor (tipicamente baseado em Arsenieto de Gálio e Alumínio - AlGaAs para este comprimento de onda). Este processo de recombinação liberta energia na forma de fotões. A energia específica do *bandgap* do material semicondutor determina o comprimento de onda da luz emitida. Para 730nm, a energia do *bandgap* é de aproximadamente 1,7 eletrões-volt (eV). O invólucro EMC serve para proteger o frágil *die* semicondutor, fornecer uma lente ótica primária para moldar o feixe e facilitar a dissipação de calor para longe do *chip*.

13. Tendências de Desenvolvimento em LEDs para Iluminação Hortícola

O mercado de LEDs para horticultura está a evoluir rapidamente. As tendências principais relevantes para este produto incluem:

• Aumento da Eficiência:A I&D contínua visa melhorar a eficiência *wall-plug* (fluxo radiante por watt elétrico) dos LEDs vermelho-longo, reduzindo o custo operacional das lâmpadas de cultivo.
• Fiabilidade Aprimorada:Melhorias adicionais em EMC e outros materiais de invólucro para suportar temperaturas e humidade mais altas para uma vida útil ainda mais longa (muitas vezes com objetivo de 50.000+ horas).
• Afinamento Espectral:Embora este seja um emissor monocromático, há um interesse crescente em invólucros multi-*chip* ou novos fósforos que combinam múltiplos comprimentos de onda (ex., vermelho profundo e vermelho-longo) num único invólucro para um design de sistema simplificado.
• Iluminação Inteligente e Dinâmica:Integração com sensores e sistemas de controlo para fornecer espetros de luz e intensidades variáveis com base nas necessidades das plantas em tempo real, fase da cultura ou condições ambientais. O desempenho consistente de dispositivos como este LED de 730nm é fundamental para tais sistemas de agricultura de precisão.
• Normalização:Desenvolvimento de normas da indústria para medir e reportar métricas relevantes para a horticultura, como o fluxo de fotões na gama de densidade de fluxo de fotões fotossintéticos (PPFD) e fluxo de fotões específico para radiação vermelha-longo.