Folha de Dados do LED SMD de Montagem Reversa Azul - Pacote EIA - 5mA - 45mcd - Documento Técnico em Inglês

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um diodo emissor de luz (LED) de montagem superficial (SMD) e montagem reversa, que utiliza um material semicondutor de Nitreto de Gálio e Índio (InGaN) para produzir luz azul. O dispositivo possui uma lente transparente como água e é encapsulado em um formato padrão compatível com a EIA. Foi projetado para processos de montagem automatizados, incluindo equipamentos pick-and-place e soldagem por refluxo por infravermelho (IR), tornando-o adequado para fabricação em grande volume. O LED é classificado como um produto verde, em conformidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas).

1.1 Vantagens Principais

• Design de Montagem Reversa: O chip é montado em uma orientação específica otimizada para determinados layouts de PCB e extração de luz.
• Compatibilidade com Automação: Fornecido em fita de 8mm em carretéis de 7 polegadas, totalmente compatível com equipamentos padrão de colocação e soldagem automatizadas.
• Alta Tolerância a ESD: Apresenta um limite de Descarga Eletrostática (ESD) de 8000V testado pelo Human Body Model (HBM), oferecendo uma boa robustez de manuseio.
• Compatível com IC: As características elétricas permitem o acionamento direto a partir de saídas de circuitos integrados de nível lógico padrão.
• Compatível com Processo Livre de Chumbo: Suporta perfis de soldagem por refluxo infravermelho exigidos para montagem livre de chumbo.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

A seção a seguir fornece uma análise detalhada dos limites absolutos e características operacionais do dispositivo. Todos os parâmetros são especificados a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C, salvo indicação em contrário.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Essas classificações definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nesses limites não é garantida.

• Dissipação de Potência (Pd): 76 mW. A potência total máxima que o dispositivo pode dissipar na forma de calor.
• Corrente Direta de Pico (I_FP): 100 mA. Permitida sob condições pulsadas (ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso de 0,1 ms).
• Corrente Contínua Direta (I_F): 20 mA. A corrente direta contínua máxima para operação confiável.
• Faixa de Temperatura de Operação (T_opr): -20°C a +80°C.
• Faixa de Temperatura de Armazenamento (T_stg): -30°C a +100°C.
• Condições de Soldagem por Infravermelho: Suporta uma temperatura de pico de 260°C por 10 segundos, típico para processos de refusão sem chumbo.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Estes são os parâmetros de desempenho típicos sob condições de teste padrão (I_F = 5 mA, Ta=25°C).

• Intensidade Luminosa (I_V): Varia de um mínimo de 11,2 mcd a um máximo de 45,0 mcd. O valor típico depende do bin específico (ver Seção 3). Medido com um sensor filtrado para a curva de resposta fotópica do olho CIE.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2): 130 graus. Este amplo ângulo de visão indica um padrão de emissão de luz difuso e não focado, adequado para aplicações de sinalização e retroiluminação que requerem visibilidade angular ampla.
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 468 nm. O comprimento de onda específico no qual a potência espectral de saída é mais alta.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d): 465.0 nm a 475.0 nm. Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano para definir a cor. É derivado do diagrama de cromaticidade CIE.
• Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ): 25 nm. Este parâmetro indica a pureza espectral ou a largura de banda da luz emitida. Um valor de 25nm é típico para um LED azul padrão de InGaN.
• Tensão Direta (V_F): 2,65 V a 3,15 V. A queda de tensão no LED quando alimentado com 5 mA. Esta faixa deve ser considerada para o cálculo do resistor limitador de corrente no projeto do circuito.
• Corrente Reversa (I_R): 10 μA máximo quando uma tensão reversa (V_R) de 0,55V é aplicada. Nota Importante: O dispositivo não foi projetado para operação sob polarização reversa; esta condição de teste é apenas para caracterização de corrente de fuga.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir a consistência na produção, os LEDs são classificados em compartimentos com base em parâmetros-chave. Isso permite que os designers selecionem componentes que atendam aos requisitos específicos da aplicação para uniformidade de cor e brilho.

3.1 Binning de Tensão Direta

Os compartimentos garantem que os LEDs tenham quedas de tensão semelhantes, o que pode simplificar o projeto da fonte de alimentação em arranjos paralelos. A tolerância por compartimento é de ±0,1V.

• Bin 1: 2,65V - 2,75V
• Bin 2: 2,75V - 2,85V
• Bin 3: 2.85V - 2.95V
• Bin 4: 2.95V - 3.05V
• Bin 5: 3.05V - 3.15V

3.2 Classificação por Intensidade Luminosa

Este agrupamento classifica os LEDs conforme sua saída de brilho a 5 mA. A tolerância por bin é de ±15%.

• L1: 11,2 mcd - 14,0 mcd
• L2: 14,0 mcd - 18,0 mcd
• M1: 18,0 mcd - 22,4 mcd
• M2: 22.4 mcd - 28.0 mcd
• N1: 28.0 mcd - 35.5 mcd
• N2: 35,5 mcd - 45,0 mcd

3.3 Classificação por Comprimento de Onda Dominante

Isto controla a cor percebida (matiz) da luz azul. A tolerância por bin é de ±1 nm.

• Bin AC: 465.0 nm - 470.0 nm (azul ligeiramente mais esverdeado)
• Bin AD: 470.0 nm - 475.0 nm (azul ligeiramente mais puro)

4. Análise da Curva de Desempenho

Embora curvas gráficas específicas sejam referenciadas na folha de dados (por exemplo, Fig.1, Fig.6), as suas implicações são críticas para o projeto.

4.1 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

A saída de luz (I_V) é aproximadamente proporcional à corrente direta (I_F) dentro da faixa de operação. Acionar o LED acima de 5 mA aumentará o brilho, mas também aumentará a dissipação de potência e a temperatura de junção, o que pode afetar a longevidade e o comprimento de onda. O máximo de 20 mA DC fornece uma margem significativa de brilho em relação ao ponto de teste de 5 mA.

4.2 Tensão Direta vs. Forward Current & Temperature

A V_F de um diodo possui um coeficiente de temperatura negativo; ela diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta característica é importante para projetos de acionamento por corrente constante, pois uma fonte de tensão fixa pode levar à fuga térmica se não for devidamente limitada em corrente. A faixa de V_F especificada a 25°C deve ser usada como diretriz, entendendo que ela se deslocará com a temperatura de operação.

4.3 Distribuição Espectral

O gráfico espectral referenciado (Fig.1) mostraria uma distribuição de tipo Gaussiano centrada no comprimento de onda de pico de 468 nm, com uma largura a meia altura (FWHM) de 25 nm. Esta largura espectral é relevante para aplicações sensíveis a comprimentos de onda específicos, como sensores ou sistemas de iluminação de cor mista.

5. Mechanical & Package Information

5.1 Package Dimensions and Polarity

O dispositivo está em conformidade com o contorno padrão de pacote EIA. A designação "montagem reversa" é crucial para o design da pegada na PCB. O cátodo e o ânodo estão localizados em lados específicos do pacote. O desenho mecânico fornece as dimensões exatas (em mm) para o design do padrão de solda, incluindo o tamanho e o espaçamento dos terminais para garantir a soldagem e o alinhamento adequados. A tolerância para a maioria das dimensões é de ±0,10 mm.

5.2 Layout Sugerido para as Almofadas de Solda

É fornecido um padrão de land pattern (geometria da almofada de solda) de PCB recomendado para garantir a formação confiável da junta de solda durante o refusão. Aderir a este padrão ajuda a prevenir o tombamento (componente ficando em pé) e garante a conexão térmica e elétrica adequada.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo IR

Um perfil de refluxo sugerido para processos sem chumbo (Pb-free) está incluído. Os parâmetros-chave incluem:

• Pré-aquecimento: Faixa de 150–200°C.
• Tempo de Pré-aquecimento: Máximo de 120 segundos para permitir a estabilização da temperatura e ativação do flux.
• Temperatura de Pico: Máximo 260°C.
• Tempo Acima do Líquidus: O dispositivo pode suportar a temperatura de pico por no máximo 10 segundos. O processo de reflow deve ser realizado no máximo duas vezes.

Nota: O perfil térmico deve ser caracterizado para a montagem específica da PCB, pois a espessura da placa, a densidade dos componentes e a pasta de solda afetam a transferência de calor.

6.2 Soldagem Manual

Se for necessária soldagem manual:

• Temperatura do Ferro: Máximo 300°C.
• Tempo de Soldagem: Máximo 3 segundos por terminal.
• Frequência: Deve ser realizado apenas uma vez para evitar estresse térmico.

6.3 Limpeza

Se a limpeza pós-soldagem for necessária:

• Utilize apenas os solventes especificados: álcool etílico ou álcool isopropílico à temperatura ambiente normal.
• O tempo de imersão deve ser inferior a um minuto.
• Produtos químicos não especificados podem danificar o material da embalagem do LED (lente de epóxi).

7. Storage & Handling

7.1 Precauções contra ESD

Apesar da classificação de 8000V HBM, são recomendadas as precauções padrão contra ESD: use pulseiras aterradas, tapetes antiestáticos e equipamentos devidamente aterrados durante a manipulação.

7.2 Sensibilidade à Umidade

O dispositivo possui uma classificação de Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL) de 2a.

• Saco Selado: Armazenar a ≤30°C e ≤90% UR. A vida útil é de um ano quando armazenado na embalagem original à prova de umidade com dessecante.
• Após a Abertura: Armazenar a ≤30°C e ≤60% UR. Os dispositivos devem ser submetidos ao reflow por IR dentro de 672 horas (28 dias) após exposição às condições ambientais da fábrica.
• Armazenamento Prolongado (Aberto): Armazenar em recipiente hermético com dessecante ou em dessecador de nitrogênio.
• Reaquecimento: Se exposto por mais de 672 horas, aquecer a aproximadamente 60°C por pelo menos 20 horas antes da soldagem para remover a umidade absorvida e evitar o "efeito pipoca" durante o reflow.

8. Packaging & Ordering

8.1 Especificações de Fita e Carretel

• Largura da Fita Portadora: 8 mm.
• Diâmetro do Carretel: 7 polegadas.
• Quantidade por Carretel: 3000 peças.
• Quantidade Mínima de Pedido (MOQ): 500 peças para quantidades remanescentes.
• Cobertura de Bolso: Bolsos vazios são selados com fita de cobertura.
• Componentes Ausentes: Um máximo de dois LEDs ausentes consecutivos é permitido por especificação (ANSI/EIA 481).

9. Application Notes & Considerações de Projeto

9.1 Typical Application Scenarios

• Indicadores de Status: Em eletrônicos de consumo, eletrodomésticos e painéis de controle industrial, beneficiando-se do amplo ângulo de visão.
• Iluminação de Fundo: Para pequenos displays LCD, teclados ou interruptores de membrana.
• Iluminação Decorativa: Em iluminação de destaque de baixa potência ou sinalização.
• Ativação de Sensor: Como fonte de luz para sensores ópticos (proximidade, detecção de objetos).

Aviso Legal Importante: Este LED destina-se a equipamentos eletrónicos comuns. Não é classificado nem recomendado para aplicações críticas de segurança (por exemplo, aviação, suporte de vida médico, controlo de transportes) onde uma falha possa colocar em risco a vida ou a saúde.

9.2 Considerações de Projeto de Circuito

1. Current Limiting: Always use a series resistor or constant-current driver. Calculate the resistor value using the maximum V_F a partir da bin (por exemplo, 3,15V) e da tensão de alimentação mínima para garantir que a corrente nunca exceda o valor máximo absoluto, mesmo nas piores condições.
2. Gerenciamento Térmico: Embora a dissipação de potência seja baixa, garanta cobre adequado na PCB ou alívio térmico se operar próximo da corrente máxima ou em altas temperaturas ambientes para manter a temperatura da junção dentro dos limites.
3. Proteção contra Tensão Reversa: Como o dispositivo não foi projetado para polarização reversa, considere adicionar um diodo de proteção em paralelo (cátodo para ânodo) se o LED puder ser exposto a transientes de tensão reversa no circuito.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

10.1 O que significa "reverse mount"?

Montagem reversa refere-se à orientação física do chip semicondutor do LED dentro do encapsulamento. Em um LED padrão, a luz é emitida principalmente pela parte superior. Em um projeto de montagem reversa, o chip é orientado para otimizar a emissão de luz pelas laterais ou através da PCB, frequentemente usado quando o LED é montado em uma cavidade ou requer um caminho óptico específico. A pegada na PCB será diferente da de um LED padrão de visão superior.

10.2 Posso acionar este LED continuamente a 20 mA?

Sim, 20 mA é a classificação absoluta máxima de corrente contínua direta. Para uma longevidade ideal e desempenho estável, é prática comum operar LEDs abaixo de seu máximo absoluto, frequentemente entre 10-15 mA. Consulte sempre as curvas de derating (se disponíveis) para operação em altas temperaturas ambientes.

10.3 Como interpreto o valor de intensidade luminosa?

A intensidade luminosa (mcd) é uma medida do brilho percebido em uma direção específica (ao longo do eixo). O ângulo de visão de 130 graus significa que esse brilho é mantido em um cone muito amplo. Para aplicações que requerem um feixe focalizado, seriam necessárias ópticas secundárias (lentes). O sistema de binning (de L1 a N2) permite selecionar um brilho mínimo para o seu projeto.

10.4 Por que a condição de armazenamento é tão importante?

Os componentes SMD absorvem umidade do ar. Durante o processo de soldagem por refluxo em alta temperatura, essa umidade retida pode vaporizar rapidamente, causando delaminação interna, rachaduras ou "popcorning", o que destrói o componente. A classificação MSL e as instruções de baking são críticas para o rendimento e a confiabilidade da montagem.

11. Exemplo Prático de Design

Cenário: Projetando um indicador simples de ligação para um circuito de 5V.

1. Selecionar Bin: Escolha um bin de intensidade (por exemplo, M1 para 18-22.4 mcd) e um bin de tensão (por exemplo, Bin 3 para ~2.9V) para o cálculo.
2. Calcular Resistor em Série: Alvo I_F = 10 mA para um equilíbrio entre brilho e longevidade.
   R = (V_supply - V_F) / I_F = (5V - 2.9V) / 0.01A = 210 Ω.
   Use um resistor padrão de 220 Ω. Verifique a potência nominal: P_R = I²R = (0.01)² * 220 = 0.022W, portanto, um resistor de 1/10W ou 1/8W é suficiente.
3. Layout da PCB: Utilize as dimensões sugeridas para as pastilhas de solda do datasheet. Certifique-se de que a polaridade está correta de acordo com o diagrama de marcação do pacote.
4. Montagem: Siga o perfil de reflow IR recomendado. Se as placas forem montadas em um ambiente úmido e não forem usadas imediatamente, considere assar os LEDs antes da montagem se eles estiverem fora da embalagem selada por mais de 28 dias.

12. Introdução à Tecnologia

Este LED é baseado na tecnologia de semicondutor InGaN (Nitreto de Gálio e Índio) cultivado em um substrato, tipicamente safira ou carbeto de silício. Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons e lacunas se recombinam na região ativa do poço quântico, liberando energia na forma de fótons. A proporção específica de índio e gálio na liga determina a energia da banda proibida e, consequentemente, o comprimento de onda de pico da luz emitida, que neste caso está no espectro azul (~468 nm). A lente de epóxi transparente encapsula o chip, fornecendo proteção mecânica, moldando a saída de luz (ângulo de visão de 130 graus) e aumentando a eficiência de extração de luz.

13. Tendências da Indústria

O desenvolvimento dos LEDs azuis, pelo qual o Prêmio Nobel de Física de 2014 foi concedido, foi um avanço fundamental que permitiu os LEDs brancos (via conversão de fósforo) e telas de cores completas. As tendências atuais em LEDs SMD como este focam em:

• Maior Eficiência: Maior eficácia luminosa (mais saída de luz por watt elétrico de entrada).
• Miniaturização: Tamanhos de embalagem menores (por exemplo, 0201, 01005) para eletrônica mais densa.
• Consistência de Cor Aprimorada: Tolerâncias de agrupamento mais estreitas para comprimento de onda dominante e intensidade, cruciais para aplicações como retroiluminação de displays.
• Confiabilidade Aprimorada: Maiores temperaturas máximas de operação e melhor resistência à umidade para aplicações automotivas e industriais.
• Embalagem Avançada: Integração de múltiplos chips LED (RGB, branco) em um único encapsulamento, ou encapsulamentos com resistores limitadores de corrente ou circuitos integrados de controle ("LEDs inteligentes") integrados.