Ficha Técnica da Série 65-21 de LED Mini Top View - Vermelho Brilhante - 20mA - Ângulo de Visão de 120° - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série 65-21 representa uma família de diodos emissores de luz (LEDs) compactos, de montagem em superfície (SMD) e de visualização superior. Estes componentes são projetados para aplicações que requerem um amplo ângulo de visão e acoplamento de luz eficiente. O modelo principal descrito neste documento emite uma cor vermelha brilhante, obtida através de um chip semicondutor de AlGaInP encapsulado em uma resina transparente. O design único do pacote apresenta uma orientação de montagem de cima para baixo, onde a luz é emitida através da placa de circuito impresso (PCB), tornando-o particularmente adequado para uso com tubos de luz e guias de onda.

As principais vantagens desta série incluem sua adequação para processos de montagem automatizados, como soldagem por refluxo infravermelho, disponibilidade em fita e bobina para produção em grande volume e conformidade com os padrões ambientais RoHS e livres de chumbo. O amplo ângulo de visão de 120 graus garante boa visibilidade de vários ângulos, o que é crítico para aplicações de indicação e retroiluminação.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Os limites operacionais do dispositivo são definidos sob uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Exceder estas especificações pode causar danos permanentes.

• Tensão Reversa (V_R):5 V. A aplicação de uma tensão reversa além deste limite arrisca a ruptura da junção.
• Corrente Direta Contínua (I_F):50 mA. Esta é a corrente DC máxima que o LED pode suportar continuamente.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):100 mA. Esta especificação de corrente pulsada (a 1/10 do ciclo de trabalho, 1 kHz) permite breves condições de sobrecorrente, útil para multiplexação ou pulsos de brilho.
• Dissipação de Potência (P_d):110 mW. Esta é a potência máxima que o pacote pode dissipar como calor, calculada a partir da tensão e corrente diretas.
• Descarga Eletrostática (ESD) HBM:2000 V. Esta classificação do Modelo do Corpo Humano indica um nível moderado de sensibilidade à ESD; são necessárias precauções adequadas de manuseio.
• Temperatura de Operação (T_opr):-40°C a +85°C. O dispositivo é classificado para faixas de temperatura industrial.
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura de Soldagem:Para soldagem por refluxo, é especificada uma temperatura de pico de 260°C por 10 segundos. Para soldagem manual, 350°C por 3 segundos é o limite.

2.2 Características Eletro-Ópticas

O desempenho é medido a Ta=25°C e uma corrente de teste padrão (I_F) de 20 mA.

• Intensidade Luminosa (I_v):Varia de um mínimo de 72 mcd a um máximo de 180 mcd, com um valor típico dentro desta faixa. Aplica-se uma tolerância de ±11%.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):120 graus (típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa cai para metade do seu valor de pico.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):632 nm (típico). Este é o comprimento de onda no qual a distribuição espectral de potência é máxima.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):Varia de 616,5 nm a 634,5 nm, com uma tolerância de ±1 nm. Isto define a cor percebida (vermelho brilhante).
• Largura de Banda Espectral (Δλ):20 nm (típico). Esta é a largura do espectro emitido na metade de sua potência máxima.
• Tensão Direta (V_F):Varia de 1,75 V a 2,35 V a 20mA, com uma tolerância de ±0,1 V.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo de 10 μA quando uma tensão reversa de 5V é aplicada.

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 parâmetros-chave.

3.1 Binning de Comprimento de Onda Dominante (Grupo A)

Isto define o ponto de cor. Os bins são rotulados de E4 a E7, cada um cobrindo uma faixa de 6 nm (ex.: E4: 616,5-622,5 nm, E5: 620,5-626,5 nm). Isto permite que os projetistas selecionem LEDs com tons de vermelho muito específicos para sua aplicação.

3.2 Binning de Intensidade Luminosa

Isto define a saída de brilho. Os bins são Q1 (72-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd) e R2 (140-180 mcd). Códigos de bin mais altos indicam maior brilho.

3.3 Binning de Tensão Direta (Grupo B)

Isto agrupa os LEDs por suas características elétricas. Os bins são 0 (1,75-1,95 V), 1 (1,95-2,15 V) e 2 (2,15-2,35 V). Combinar bins de tensão pode simplificar o projeto do resistor limitador de corrente em circuitos paralelos.

4. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características essenciais para o projeto.

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

A curva mostra a relação exponencial típica de um diodo. No ponto de operação recomendado de 20 mA, a tensão direta cai dentro da faixa de binning de 1,75V-2,35V. Os projetistas devem usar um resistor em série ou um driver de corrente constante para limitar a corrente, pois um pequeno aumento na tensão pode causar um grande aumento na corrente, potencialmente destrutivo.

4.2 Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta

Esta curva mostra que a saída de luz aumenta aproximadamente de forma linear com a corrente até a corrente contínua máxima especificada. Operar acima de 20mA produzirá maior brilho, mas também aumenta a dissipação de potência e a temperatura da junção, o que afeta a longevidade.

4.3 Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

A intensidade luminosa diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. A curva mostra o derating, o que é crucial para aplicações que operam em ambientes de temperatura elevada. A saída do LED é especificada a 25°C; a 85°C, a saída será significativamente menor.

4.4 Curva de Derating de Corrente Direta

Este gráfico define a corrente direta contínua máxima permitida em função da temperatura ambiente. À medida que a temperatura aumenta, a corrente segura máxima diminui para evitar superaquecimento. A 85°C, a corrente máxima é menor do que a especificação máxima absoluta de 50mA a 25°C.

4.5 Distribuição Espectral

O espectro é uma curva estreita semelhante a uma Gaussiana centrada em torno de 632 nm (pico) com uma largura de banda de 20 nm, confirmando a emissão monocromática vermelha brilhante.

4.6 Diagrama de Radiação

O diagrama polar ilustra o ângulo de visão de 120 graus. A distribuição de intensidade é relativamente Lambertiana (semelhante ao cosseno), proporcionando uma aparência uniforme em todo o amplo cone de visão, o que é ideal para indicadores.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Contorno do Pacote

O pacote SMD tem dimensões específicas de comprimento, largura e altura (em milímetros) com tolerâncias típicas de ±0,1mm, salvo indicação em contrário. O desenho detalha a forma da vista superior, o perfil lateral e o padrão de soldagem recomendado para a PCB (footprint).

5.2 Identificação de Polaridade

O cátodo é tipicamente marcado, muitas vezes por um entalhe, uma marcação verde ou um tamanho de pino diferente na parte inferior do pacote. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem.

5.3 Especificações da Fita e da Bobina

O componente é fornecido em fita transportadora para máquinas de pick-and-place automatizadas. As dimensões-chave incluem o tamanho do bolso (para segurar o LED), a largura da fita, o passo (distância entre os bolsos) e o diâmetro da bobina. A bobina padrão contém 2000 peças.

5.4 Embalagem Resistente à Umidade

As bobinas são seladas em sacos à prova de umidade de alumínio com dessecante para evitar a absorção de umidade, o que é crítico para prevenir o "efeito pipoca" (rachadura do pacote) durante a soldagem por refluxo.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

O perfil recomendado inclui um estágio de pré-aquecimento, uma zona de imersão, uma zona de refluxo com uma temperatura de pico não excedendo 260°C por 10 segundos e um estágio de resfriamento controlado. O perfil deve estar em conformidade com a classificação máxima Tsol.

6.2 Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária, a temperatura da ponta do ferro não deve exceder 350°C, e o tempo de contato deve ser limitado a 3 segundos por pino. Use um dissipador de calor, se possível.

6.3 Precauções de Armazenamento e Manuseio

• Proteção contra ESD:Use estações de trabalho e pulseiras aterradas.
• Sensibilidade à Umidade:Não abra o saco à prova de umidade até estar pronto para uso. Se o saco for aberto, use os componentes dentro do prazo de validade especificado ou reasse-os de acordo com os procedimentos apropriados.
• Condições de Armazenamento:Armazene os sacos fechados a 30°C ou menos e 90% de umidade relativa ou menos.

7. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Indicadores Ópticos:Luzes de status em eletrônicos de consumo, equipamentos industriais e painéis de automóveis.
• Acoplamento com Tubo de Luz/Guia:A emissão através da PCB e visualização superior é ideal para injetar luz em guias de luz de acrílico ou policarbonato para retroiluminação de botões ou iluminação de painéis.
• Retroiluminação:Para LCDs, teclados, interruptores e painéis de membrana.
• Iluminação Decorativa Geral:Em sinalização, iluminação de destaque e publicidade iluminada.
• Iluminação Interna Automotiva:Retroiluminação do painel, iluminação de interruptores, etc.

7.2 Considerações Críticas de Projeto

• Limitação de Corrente é Obrigatória:Um resistor em série externo ou driver de corrente constante DEVE ser usado. A tensão direta tem uma tolerância e um coeficiente de temperatura negativo, o que significa que diminui à medida que a junção aquece. Sem limitação de corrente, pode ocorrer fuga térmica, levando a falha rápida.
• Gerenciamento Térmico:Embora o pacote seja pequeno, a dissipação de potência (até 110mW) gera calor. Garanta uma área de cobre adequada na PCB (pinos de alívio térmico) para conduzir o calor, especialmente ao operar em correntes altas ou em ambientes quentes.
• Projeto Óptico:Para aplicações com tubos de luz, a distância entre o LED e o ponto de entrada do guia de luz, bem como a geometria do guia, devem ser otimizadas para maximizar a eficiência de acoplamento.
• Binning para Consistência:Para aplicações que requerem cor e brilho uniformes em vários LEDs, especifique bins apertados (ex.: um único bin de Comprimento de Onda Dominante e um bin de Intensidade Luminosa).

8. Comparação e Diferenciação Técnica

A série 65-21 se diferencia através de sua combinação específica de atributos:

• vs. LEDs Side-View Padrão:A emissão através da PCB e visualização superior é uma vantagem distinta para aplicações com tubos de luz, pois permite que o LED seja montado plano na placa diretamente sob o guia, simplificando o projeto mecânico.
• vs. LEDs de Ângulo Estreito:O ângulo de visão de 120 graus oferece uma visibilidade muito mais ampla, tornando-o superior para indicadores de painel frontal onde a posição de visualização não é fixa.
• vs. Pacotes Não Automatizáveis:O pacote SMT e a disponibilidade em fita e bobina o tornam altamente adequado para linhas de montagem automatizadas modernas e de alta velocidade, reduzindo o custo de fabricação em comparação com LEDs de orifício passante.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este LED diretamente de uma fonte de alimentação lógica de 3,3V ou 5V?

R: Não. Você deve SEMPRE usar um resistor limitador de corrente em série. O valor do resistor é calculado como R = (V_fonte- V_F) / I_F. Use o V_Fmáximo da ficha técnica (2,35V) para um projeto conservador, garantindo que a corrente não exceda 20mA.

P: O que acontece se eu operar o LED a 30mA em vez de 20mA?

R: A intensidade luminosa será maior, mas a dissipação de potência e a temperatura da junção aumentarão. Você deve verificar a curva de derating para garantir que 30mA seja seguro na sua temperatura ambiente máxima. A confiabilidade de longo prazo pode ser reduzida.

P: Como interpreto o número/código da peça para pedido?

R: O código (ex.: da explicação do rótulo: CAT/HUE/REF) especifica as seleções de Binning. Você faria o pedido com base nos bins de Intensidade Luminosa (CAT), Comprimento de Onda Dominante (HUE) e Tensão Direta (REF) exigidos.

P: É necessário um dissipador de calor?

R: Normalmente não para um único LED a 20mA. No entanto, se vários LEDs forem colocados próximos uns dos outros ou operados em altas correntes/temperaturas ambientes, o calor coletivo pode exigir gerenciamento térmico na PCB.

10. Exemplo Prático de Projeto

Cenário:Projetando um indicador de status para um dispositivo alimentado por um barramento de 5V. O LED deve ser acionado na corrente padrão de 20mA.

1. Calcular o Resistor em Série:Usando um V_Ftípico de 2,0V para estimativa: R = (5V - 2,0V) / 0,020A = 150 Ω. Para robustez contra a variação de V_F, use o V_Fmínimo (1,75V) para calcular a corrente máxima: I_max= (5V - 1,75V) / 150Ω ≈ 21,7mA, o que é seguro. Um resistor padrão de 150Ω, 1/10W é adequado.
2. Layout da PCB:Posicione o LED de acordo com o padrão de soldagem recomendado. Inclua alguma área de cobre ao redor dos pinos para dissipação de calor. Certifique-se de que a marcação de polaridade na serigrafia corresponda ao indicador do cátodo do LED.
3. Interface Óptica:Se usar um tubo de luz, modele a distância e o alinhamento. Um pequeno espaço de ar ou o uso de um gel de silicone transparente pode melhorar a eficiência de acoplamento de luz.

11. Princípio de Funcionamento

Este LED é baseado em um chip semicondutor de AlGaInP (Fosfeto de Alumínio Gálio Índio). Quando uma tensão direta que excede o potencial da junção do diodo é aplicada, elétrons e lacunas são injetados na região ativa onde se recombinam. Nos materiais de AlGaInP, essa recombinação libera energia principalmente na forma de fótons na porção vermelha a âmbar do espectro visível (aproximadamente 590-650 nm). A composição específica das camadas de AlGaInP determina o comprimento de onda dominante, que é de 632 nm para esta variante vermelha brilhante. A resina epóxi transparente encapsulante protege o chip, fornece estabilidade mecânica e molda o feixe de saída de luz para alcançar o amplo ângulo de visão de 120 graus.

12. Tendências Tecnológicas

LEDs SMD Mini Top View como a série 65-21 fazem parte de uma tendência mais ampla na optoeletrônica em direção à miniaturização, maior eficiência e maior integração com a manufatura automatizada. Os principais desenvolvimentos em andamento na indústria que influenciam tais componentes incluem:

• Aumento da Eficiência:Melhorias contínuas na ciência dos materiais visam produzir mais lúmens por watt (maior eficácia) a partir do mesmo tamanho de chip, permitindo maior saída de luz ou menor consumo de energia.
• Melhoria da Consistência de Cor:Avanços no crescimento epitaxial e nos processos de binning continuam a apertar as tolerâncias no comprimento de onda dominante e na intensidade luminosa, fornecendo aos projetistas fontes de luz mais uniformes.
• Confiabilidade Aprimorada:Pesquisas em melhores materiais encapsulantes e técnicas de embalagem levam a tempos de vida operacional mais longos e maior resistência a ciclos térmicos, umidade e outros estresses ambientais.
• Integração com Drivers:Uma tendência de mercado é a integração de circuitos de controle (drivers de corrente constante, controladores PWM) diretamente nos pacotes de LED, simplificando o projeto do circuito do usuário final.