Ficha Técnica do LED Vermelho Cube Light 2020 - 2.0x2.0x0.8mm - 2.3V - 0.115W - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O Cube Light 2020 é um LED de montagem em superfície (SMD) de alta confiabilidade, projetado principalmente para aplicações exigentes de iluminação automotiva. Este componente faz parte de uma família de produtos desenvolvida para atender aos rigorosos padrões da indústria automotiva, incluindo a qualificação AEC-Q102. O dispositivo possui um formato compacto 2020 (2.0mm x 2.0mm) e é caracterizado pela emissão de luz vermelha, tornando-o adequado para várias funções de sinalização, indicação e iluminação interior em veículos. Suas principais vantagens incluem construção robusta para ambientes severos, conformidade com regulamentações ambientais (RoHS, REACH, Livre de Halogênio) e desempenho consistente em uma ampla faixa de temperatura de operação.

2. Análise dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Elétricas

As principais métricas de desempenho do LED são definidas sob condições típicas de operação de uma corrente direta (IF) de 50mA e uma temperatura de 25°C no ponto de solda. O fluxo luminoso típico (IV) é de 8 lúmens, com um mínimo de 5 lm e um máximo de 13 lm, sujeito a uma tolerância de medição de 8%. O comprimento de onda dominante (λd) é tipicamente 616 nm, posicionando-o no espectro vermelho, com uma faixa de 612 nm a 627 nm (tolerância de ±1nm). O dispositivo oferece um amplo ângulo de visão (φ) de 120°, com uma tolerância de ±5°, garantindo boa visibilidade a partir de posições fora do eixo. Eletricamente, a tensão direta típica (VF) é de 2.3V a 50mA, variando de 1.75V a 2.75V (tolerância de ±0.05V).

2.2 Especificações Absolutas Máximas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais danos permanentes podem ocorrer. A corrente direta absoluta máxima (IF) é de 75 mA. O dispositivo pode suportar uma corrente de surto (IFM) de 400 mA para pulsos ≤10 μs com um ciclo de trabalho muito baixo (D=0.005). A dissipação de potência máxima (Pd) é de 206.25 mW. A temperatura de junção (TJ) não deve exceder 150°C. A faixa de temperatura de operação e armazenamento é especificada de -40°C a +125°C, confirmando sua adequação para ambientes automotivos. O LED não foi projetado para operação com tensão reversa. Possui uma classificação de sensibilidade ESD (HBM) de 2 kV.

2.3 Características Térmicas

O gerenciamento térmico é crítico para o desempenho e longevidade do LED. A ficha técnica especifica dois valores de resistência térmica da junção ao ponto de solda: uma resistência térmica \"real\" (Rth JS real) de 36 K/W (máx. 42 K/W) e uma resistência térmica \"elétrica\" (Rth JS el) de 25 K/W (máx. 29 K/W). A diferença provavelmente decorre do método de medição. A curva de derating da corrente direta mostra claramente que a corrente direta máxima permitida deve ser reduzida à medida que a temperatura do ponto de solda aumenta acima de 25°C para evitar exceder a temperatura máxima de junção.

3. Explicação do Sistema de Binning

O LED é classificado em bins com base em três parâmetros-chave para garantir consistência nas séries de produção e para correspondência de projeto.

3.1 Binning de Fluxo Luminoso

Os bins de fluxo são designados com códigos de E2 a E5. Por exemplo, o bin E3 cobre fluxo luminoso de 6 lm a 8 lm, enquanto o bin E4 cobre de 8 lm a 10 lm. Isso permite que os projetistas selecionem LEDs com uma faixa de brilho específica para sua aplicação.

3.2 Binning de Tensão Direta

Os bins de tensão, codificados como 1720, 2022, 2225 e 2527, categorizam os LEDs com base em sua queda de tensão direta. O bin 2022, por exemplo, inclui LEDs com uma VF entre 2.0V e 2.25V. Isso é crucial para projetar circuitos acionadores eficientes e garantir distribuição uniforme de corrente em matrizes com múltiplos LEDs.

3.3 Binning de Comprimento de Onda Dominante

Os bins de comprimento de onda, codificados de 1215 a 2427, agrupam os LEDs por seu tom específico de vermelho. O bin 1518, por exemplo, inclui LEDs com comprimento de onda dominante entre 615 nm e 618 nm. Isso garante consistência de cor em aplicações onde a correspondência precisa do tom é importante.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece vários gráficos detalhando o desempenho sob condições variáveis.

4.1 Curva IV e Fluxo Luminoso Relativo

O gráfico Corrente Direta vs. Tensão Direta mostra uma relação não linear, típica para LEDs. A tensão aumenta com a corrente. O gráfico Fluxo Luminoso Relativo vs. Corrente Direta indica que a saída de luz aumenta sublinearmente com a corrente, enfatizando a importância de operar na ou perto da corrente de teste recomendada (50mA) para eficiência ideal.

4.2 Dependência da Temperatura

O gráfico Tensão Direta Relativa vs. Temperatura de Junção mostra que a VF diminui linearmente à medida que a temperatura aumenta (coeficiente de temperatura negativo), o que pode ser usado para estimativa da temperatura de junção. O gráfico Fluxo Luminoso Relativo vs. Temperatura de Junção demonstra que a saída de luz diminui com o aumento da temperatura, um fator crítico para o projeto térmico. O gráfico Deslocamento do Comprimento de Onda Dominante vs. Temperatura de Junção mostra um deslocamento positivo (em direção a comprimentos de onda mais longos) com o aumento da temperatura.

4.3 Distribuição Espectral e Capacidade de Pulso

O gráfico Características de Comprimento de Onda mostra um único pico estreito na região vermelha (~616 nm), confirmando uma fonte monocromática. O gráfico Capacidade de Manipulação de Pulso Permissível define a corrente de surto máxima permitida para várias larguras de pulso e ciclos de trabalho, o que é vital para projetar circuitos que podem experimentar condições transitórias.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões Físicas

O desenho mecânico especifica as dimensões do encapsulamento do LED. O tamanho do corpo é 2.0mm x 2.0mm com uma altura típica de 0.8mm. As tolerâncias são geralmente ±0.1mm, salvo indicação em contrário. O desenho inclui detalhes sobre o formato da lente e a localização do ponto de solda térmico e dos terminais elétricos.

5.2 Layout Recomendado do Ponto de Solda

Um desenho separado fornece a pegada ideal para o projeto da PCB. Ele detalha as dimensões dos pontos de solda para o ânodo, cátodo e o ponto de solda térmico central. Seguir este layout é essencial para uma soldagem confiável, boa condução térmica para a PCB e para evitar o efeito \"tombstoning\" durante o reflow.

5.3 Identificação de Polaridade

Embora não detalhado explicitamente no texto fornecido, os LEDs SMD normalmente usam uma marcação (como um ponto, entalhe ou tamanho/formato diferente do ponto de solda) no encapsulamento ou no desenho da pegada para indicar o cátodo. O projetista deve consultar o desenho mecânico completo para esta informação crítica.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Reflow

O dispositivo é classificado para uma temperatura de soldagem por reflow de 260°C por 30 segundos. Isso se refere à temperatura de pico nas juntas de solda. Um perfil de reflow adequado com estágios de pré-aquecimento, estabilização, reflow e resfriamento deve ser seguido para evitar choque térmico e garantir juntas de solda confiáveis sem danificar o chip ou o encapsulamento do LED.

6.2 Precauções de Uso

Precauções gerais incluem evitar estresse mecânico na lente, prevenir contaminação e usar procedimentos de manuseio apropriados para dispositivos sensíveis a ESD. As condições de armazenamento estão alinhadas com a faixa de temperatura de operação (-40°C a +125°C) em um ambiente de baixa umidade. O Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL) é classificado como Nível 2, o que significa que o encapsulamento pode ser exposto às condições do chão de fábrica por até um ano antes de exigir secagem prévia ao reflow.

7. Embalagem e Informações de Pedido

7.1 Informações de Embalagem

Os LEDs são fornecidos em fita e carretel para montagem automatizada. Os detalhes da embalagem (largura da fita, dimensões dos compartimentos, tamanho do carretel, quantidade por carretel) seriam especificados na seção completa de informações de embalagem, garantindo compatibilidade com equipamentos padrão de pick-and-place.

7.2 Sistema de Numeração de Peças

O número de peça 2020-UR050DL-AM é decodificado da seguinte forma:2020: Família de produtos/Tamanho do encapsulamento.UR: Cor (Vermelho).050: Corrente de Teste (50 mA).D: Tipo de Estrutura de Chumbo (Au + cola branca).L: Nível de Brilho (Baixo).AM: Aplicação automotiva. Este sistema permite a identificação precisa dos atributos específicos do componente.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

A aplicação principal é iluminação automotiva. Isso inclui aplicações internas como indicadores de painel, retroiluminação de interruptores e iluminação ambiente. Também pode ser adequado para funções de sinalização externa, como luzes de freio montadas no alto do centro (CHMSL) ou outras aplicações não faróis onde um sinal vermelho é necessário, desde que o projeto óptico atenda aos requisitos fotométricos regulatórios.

8.2 Considerações de Projeto

Circuito Acionador:Um acionador de corrente constante é obrigatório para garantir saída de luz estável e prevenir fuga térmica. O acionador deve ser projetado para operar dentro das Especificações Absolutas Máximas, considerando o derating em altas temperaturas.
Gerenciamento Térmico:A PCB deve ser projetada para conduzir efetivamente o calor para longe do ponto de solda térmico do LED. Isso pode envolver o uso de vias térmicas, um preenchimento de cobre ou conexão a um núcleo metálico maior ou dissipador de calor.
Projeto Óptico:Ópticas secundárias (lentes, guias de luz) podem ser necessárias para moldar o feixe de 120° para a aplicação específica.
Proteção ESD:Embora classificado em 2kV HBM, incorporar proteção ESD básica na PCB é uma boa prática para robustez.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado aos LEDs comerciais padrão, a variante AM do Cube Light 2020 se distingue por suaqualificação automotiva (AEC-Q102), que envolve testes rigorosos para ciclagem de temperatura, umidade, operação em alta temperatura e outros estresses. Também apresentaresistência ao enxofre (Classe A1), o que é crítico em ambientes automotivos onde gases contendo enxofre podem corroer componentes à base de prata. A ampla faixa de temperatura de operação (-40°C a +125°C) e a estrutura detalhada de binning o diferenciam ainda mais como um componente projetado para aplicações de alta confiabilidade e longa vida onde a consistência de desempenho é primordial.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Qual é a diferença entre a resistência térmica \"real\" e \"elétrica\"?
R: A resistência térmica \"real\" (Rth JS real) provavelmente é medida usando um método de sensoriamento direto de temperatura na junção. A resistência térmica \"elétrica\" (Rth JS el) é tipicamente calculada usando a mudança na tensão direta com a temperatura (método do fator K). O método elétrico é frequentemente menor, pois pode não capturar todos os caminhos térmicos. Para um projeto térmico conservador, o valor \"real\" mais alto deve ser usado.

P: Posso acionar este LED com uma fonte de tensão constante?
R: É fortemente desencorajado. LEDs são dispositivos acionados por corrente. Uma pequena mudança na tensão direta (devido à temperatura ou variação do bin) pode causar uma grande mudança na corrente com uma fonte de tensão constante, potencialmente levando a sobrecorrente, superaquecimento e falha. Sempre use um acionador de corrente constante ou um resistor limitador de corrente com uma fonte de alimentação rigidamente regulada.

P: Por que há uma nota \"Não use corrente abaixo de 5mA\" na curva de derating?
R: Em correntes muito baixas, a saída de luz do LED torna-se extremamente não linear e instável. Os parâmetros fotométricos e colorimétricos especificados (fluxo luminoso, comprimento de onda dominante) são garantidos apenas na ou perto da corrente de teste de 50mA. A operação abaixo de 5mA pode resultar em desempenho imprevisível e inconsistente.

P: Como interpreto os códigos de bin ao fazer um pedido?
R: A combinação específica de Bin de Fluxo (ex.: E4), Bin de Tensão (ex.: 2022) e Bin de Comprimento de Onda (ex.: 1518) que você recebe em um carretel é determinada pela distribuição de produção do fabricante. Para aplicações críticas de correspondência de cor ou brilho, você pode precisar especificar requisitos de \"bin apertado\" ou \"bin combinado\", o que pode afetar a disponibilidade e o custo.

11. Estudo de Caso de Projeto

Cenário:Projetando uma matriz multi-LED para uma luz ambiente de puxador de porta automotivo.
Requisitos:Brilho vermelho uniforme, brilho estável na faixa de -40°C a 85°C da cabine, vida útil de 10 anos.
Processo de Projeto:
1. Seleção do LED:O 2020-UR050DL-AM é escolhido por sua conformidade AEC-Q102, resistência ao enxofre e ampla faixa de temperatura.
2. Binning:Para garantir uniformidade de cor e brilho, LEDs do mesmo ou de bins adjacentes de Fluxo e Comprimento de Onda são solicitados (ex.: todos do Bin de Fluxo E3/E4 e Bin de Comprimento de Onda 1518).
3. Projeto do Circuito:Um único CI acionador de corrente constante alimenta todos os LEDs em série. A configuração em série garante corrente idêntica através de cada LED, promovendo brilho uniforme. A corrente do acionador é definida para 50mA (típica) ou ligeiramente menor (ex.: 45mA) para aumentar a longevidade e fornecer margem térmica.
4. Projeto Térmico:A PCB é uma placa de 2 camadas com um grande preenchimento de cobre na camada superior conectado ao ponto de solda térmico de cada LED através de múltiplas vias térmicas para a camada inferior, que atua como dissipador de calor.
5. Validação:O conjunto é testado para uniformidade de saída de luz a 25°C, 85°C e -30°C. Testes de ciclagem de temperatura são realizados para validar a confiabilidade das juntas de solda e dos componentes.

12. Princípio de Operação

Este LED é um dispositivo semicondutor baseado em uma junção p-n. Quando uma tensão direta que excede o potencial interno da junção (aproximadamente 1.75-2.75V para este LED vermelho) é aplicada, elétrons da região tipo n e lacunas da região tipo p são injetados através da junção. Quando esses portadores de carga se recombinam na região ativa do material semicondutor (tipicamente baseado em Fosfeto de Alumínio Gálio Índio - AlGaInP para LEDs vermelhos), a energia é liberada na forma de fótons (luz). A composição específica das camadas semicondutoras determina o comprimento de onda (cor) da luz emitida. A lente de epóxi encapsula o chip, fornece proteção mecânica e molda o feixe de saída de luz.

13. Tendências Tecnológicas

A tendência em LEDs SMD automotivos como o Cube Light 2020 é em direção amaior eficiência(mais lúmens por watt), permitindo menor consumo de energia e carga térmica reduzida.Melhor consistência de cor e binning mais apertadosão prioridades contínuas para aplicações estéticas. Há também um impulso paramaior confiabilidade e vida útil mais longasob condições de operação cada vez mais severas, incluindo classificações de temperatura de junção mais altas. Além disso, a integração comcontrole inteligente(modulação por largura de pulso para dimerização, LEDs endereçáveis) está se tornando mais comum. Os materiais semicondutores subjacentes e as tecnologias de encapsulamento continuam a evoluir para atender a essas demandas, com avanços no projeto de chips, tecnologia de fósforo (para branco e outras cores) e compostos de moldagem avançados para melhor desempenho térmico e ambiental.