Ficha Técnica de LED SMD de Montagem Reversa Azul InGaN - Pacote EIA - Tensão 2.8-3.8V - Intensidade Luminosa 28-180mcd

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um Diodo Emissor de Luz (LED) de Montagem em Superfície (SMD) de alto brilho e montagem reversa. O dispositivo utiliza um chip semicondutor de InGaN (Nitreto de Gálio e Índio) para produzir luz azul e é encapsulado em um pacote com lente transparente, em conformidade com os padrões EIA (Electronic Industries Alliance). Projetado para processos de montagem automatizados, é compatível com soldagem por refluxo infravermelho. As principais características do produto incluem conformidade com as diretivas RoHS, classificação como produto ecológico e um alto limiar de descarga eletrostática (ESD).

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

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

• Dissipação de Potência (Pd):76 mW. Esta é a potência máxima contínua que o encapsulamento pode dissipar na forma de calor.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):100 mA. Isto é permitido apenas em condições pulsadas com um ciclo de trabalho de 1/10 e uma largura de pulso de 0,1ms para evitar superaquecimento.
• Corrente Direta Contínua (I_F):20 mA. Esta é a corrente operacional DC máxima recomendada para um desempenho confiável a longo prazo.
• Limiar de Descarga Eletrostática (ESD):8000 V (Modelo do Corpo Humano). Esta classificação elevada indica uma proteção robusta contra a eletricidade estática encontrada durante o manuseio.
• Faixa de Temperatura de Operação (T_opr):-20°C a +80°C. O dispositivo é funcional dentro desta faixa de temperatura ambiente.
• Faixa de Temperatura de Armazenamento (T_stg):-30°C a +100°C.
• Condição de Soldagem por Refluxo Infravermelho:Suporta temperatura de pico de 260°C por 10 segundos, adequada para processos de montagem sem chumbo (Pb-free).

2.2 Características Elétricas e Ópticas

O desempenho típico é medido a Ta=25°C e I_F=20 mA, salvo indicação em contrário.

• Intensidade Luminosa (I_V):28,0 - 180,0 mcd (milicandelas). Medida usando um sensor filtrado para a curva de resposta fotópica do olho CIE. A ampla faixa é gerenciada através do binning.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):130 graus. Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa cai para metade do seu valor axial (no eixo), indicando um padrão de visão amplo.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_P):468 nm. O comprimento de onda específico no qual a saída espectral é mais forte.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):465,0 - 475,0 nm. Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano para definir a cor, derivado do diagrama de cromaticidade CIE.
• Largura de Meia Altura Espectral (Δλ):25 nm. A largura de banda do espectro de luz emitida na metade de sua intensidade máxima (Largura Total à Meia Altura - FWHM).
• Tensão Direta (V_F):2,80 - 3,80 V a I_F=20 mA. A queda de tensão através do LED quando conduz corrente.
• Tensão Reversa (V_R):0,6 - 1,2 V a I_R=20 mA. Esta é apenas uma condição de teste; o dispositivo não foi projetado para operação sob polarização reversa.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir a consistência de cor e brilho na produção, os dispositivos são classificados em bins com base em parâmetros-chave. O número da peça normalmente inclui códigos que especificam seu bin.

3.1 Binning de Tensão Direta

As unidades estão em Volts (V) medidos a 20 mA. A tolerância por bin é de ±0,1V.
Bin D7: 2,80 - 3,00V
Bin D8: 3,00 - 3,20V
Bin D9: 3,20 - 3,40V
Bin D10: 3,40 - 3,60V
Bin D11: 3,60 - 3,80V

3.2 Binning de Intensidade Luminosa

As unidades estão em milicandelas (mcd) medidos a 20 mA. A tolerância por bin é de ±15%.
Bin N: 28,0 - 45,0 mcd
Bin P: 45,0 - 71,0 mcd
Bin Q: 71,0 - 112,0 mcd
Bin R: 112,0 - 180,0 mcd

3.3 Binning de Comprimento de Onda Dominante

As unidades estão em nanômetros (nm) medidos a 20 mA. A tolerância por bin é de ±1nm.
Bin AC: 465,0 - 470,0 nm
Bin AD: 470,0 - 475,0 nm

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a curvas de desempenho típicas que são essenciais para o projeto. Embora gráficos específicos não sejam reproduzidos em texto, eles normalmente incluem:

• Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta (Curva I_V/ I_F):Mostra como a saída de luz aumenta com a corrente, geralmente em uma relação não linear que satura em correntes mais altas.
• Tensão Direta vs. Corrente Direta (Curva V_F/ I_F):Ilustra a característica I-V do diodo, crucial para projetar circuitos limitadores de corrente.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Demonstra a diminuição da saída de luz à medida que a temperatura da junção aumenta, um fator-chave para o gerenciamento térmico.
• Distribuição Espectral:Um gráfico que mostra a potência relativa emitida em diferentes comprimentos de onda, centrado no comprimento de onda de pico de 468 nm com um FWHM de 25 nm.

5. Informações Mecânicas e de Pacote

5.1 Dimensões do Dispositivo

O LED está em conformidade com um contorno de pacote padrão EIA. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,10 mm, salvo especificação em contrário. O pacote apresenta um design de montagem reversa, o que significa que a emissão de luz primária é através do lado do substrato, o que influencia o layout das almofadas da PCB e o design óptico.

5.2 Layout Recomendado das Almofadas de Solda

Um padrão de terra sugerido (footprint) para a PCB é fornecido para garantir soldagem adequada, estabilidade mecânica e alívio térmico. Aderir a este padrão é crítico para obter juntas de solda confiáveis durante o refluxo.

5.3 Identificação de Polaridade

Como todos os diodos, o LED tem um ânodo (+) e um cátodo (-). A polaridade correta deve ser observada durante a montagem. O desenho do pacote na ficha técnica indica a marcação de polaridade no dispositivo, que deve estar alinhada com a marcação correspondente no footprint da PCB.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

É fornecido um perfil de refluxo infravermelho (IR) sugerido para processos sem chumbo. Os parâmetros-chave incluem:
- Pré-aquecimento:150-200°C.
- Tempo de Pré-aquecimento:Máximo de 120 segundos para aquecer gradualmente a placa e os componentes, ativando o fluxo e minimizando o choque térmico.
- Temperatura de Pico:Máximo de 260°C.
- Tempo Acima do Líquidus:O perfil deve garantir que a pasta de solda derreta adequadamente. O componente pode suportar a temperatura de pico por um máximo de 10 segundos, e o refluxo deve ser realizado no máximo duas vezes.

Nota:O perfil ideal depende do projeto específico da PCB, da pasta de solda e do forno. Recomenda-se caracterização para a aplicação específica.

6.2 Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária (por exemplo, para retrabalho), use um ferro de soldar com temperatura não superior a 300°C. O tempo de soldagem deve ser limitado a um máximo de 3 segundos por junta, e isso deve ser feito apenas uma vez para evitar danos ao pacote.

6.3 Condições de Armazenamento

O armazenamento adequado é vital para evitar a absorção de umidade, que pode causar "popcorning" (rachadura do pacote) durante o refluxo.
- Pacote Selado:Armazene a ≤30°C e ≤90% de Umidade Relativa (UR). Use dentro de um ano.
- Pacote Aberto:Para componentes removidos de sua bolsa à prova de umidade, o ambiente de armazenamento não deve exceder 30°C ou 60% UR. Recomenda-se completar o refluxo IR dentro de 672 horas (28 dias, MSL 2a).
- Armazenamento Prolongado (Aberto):Armazene em um recipiente selado com dessecante ou em um dessecador de nitrogênio.
- Reaquecimento:Se os componentes foram expostos além de 672 horas, asse a aproximadamente 60°C por pelo menos 20 horas antes da soldagem.

6.4 Limpeza

Não use produtos químicos não especificados. Se a limpeza for necessária após a soldagem, mergulhe o LED em álcool etílico ou álcool isopropílico à temperatura ambiente por menos de um minuto. Solventes agressivos podem danificar o material do pacote ou a lente.

7. Embalagem e Informações de Pedido

7.1 Especificações da Fita e Carretel

O dispositivo é fornecido embalado em fita transportadora relevada de 8mm de largura enrolada em carretéis de 7 polegadas (178mm) de diâmetro. Este é o formato padrão para máquinas de pick-and-place automatizadas.
- Peças por Carretel: 3000.
- Quantidade Mínima de Embalagem:500 peças para quantidades remanescentes.
- Fita de Cobertura:Os bolsos vazios na fita transportadora são selados com uma fita de cobertura superior.
- Componentes Ausentes:Um máximo de dois LEDs ausentes consecutivos (bolsos vazios) é permitido por especificação do carretel.
- Padrão:A embalagem está em conformidade com as especificações ANSI/EIA-481.

8. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Uso Pretendido

Este LED é projetado para aplicações em equipamentos eletrônicos comuns, incluindo equipamentos de escritório, dispositivos de comunicação e eletrodomésticos. Não é classificado para aplicações críticas de segurança onde a falha possa colocar em risco a vida ou a saúde (por exemplo, aviação, suporte à vida médico, sistemas de segurança de transporte) sem consulta e qualificação prévias.

8.2 Projeto do Circuito

Um resistor limitador de corrente externo ou um circuito driver de corrente constante é obrigatório. A tensão direta tem uma faixa (2,8-3,8V), portanto, os projetos não devem assumir um V_F fixo. O circuito deve ser projetado para limitar I_F a 20 mA DC ou menos em todas as condições operacionais, considerando variações na fonte de alimentação e efeitos de temperatura.

8.3 Gerenciamento Térmico

Embora o pacote possa dissipar 76 mW, um dissipador de calor eficaz através das almofadas da PCB é essencial para manter uma baixa temperatura de junção. A alta temperatura de junção reduz a saída de luz (depreciação de lúmen) e encurta a vida útil operacional. Certifique-se de que o layout da PCB forneça vias térmicas e área de cobre adequadas, especialmente ao operar em altas temperaturas ambientes ou próximo da corrente máxima.

8.4 Precauções contra ESD

Apesar da alta classificação de 8000V HBM, as precauções padrão de manuseio de ESD devem ser sempre seguidas. Use pulseiras aterradas, tapetes antiestáticos e equipamentos devidamente aterrados ao manusear esses dispositivos.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Este dispositivo oferece várias vantagens distintas em sua categoria:
1. Design de Montagem Reversa:Permite uma integração óptica única onde a luz é emitida do lado montado contra a PCB, possibilitando designs de produto mais finos ou acoplamento específico de guia de luz.
2. Alto Brilho (Até 180 mcd):Fornece alta intensidade luminosa a partir de um pacote pequeno, adequado para aplicações de indicador que requerem alta visibilidade.
3. Ângulo de Visão Ampla (130°):Oferece iluminação ampla e uniforme, ideal para painéis de retroiluminação ou indicadores de status vistos de múltiplos ângulos.
4. Proteção Robusta contra ESD:A classificação de 8000V HBM excede os níveis típicos da indústria, oferecendo maior robustez de manuseio e aplicação.
5. Compatibilidade com Refluxo sem Chumbo:Certificado para processos de montagem padrão sem chumbo com uma classificação de temperatura de pico de 260°C.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a diferença entre comprimento de onda de pico e comprimento de onda dominante?
R: O comprimento de onda de pico (λ_P=468 nm) é o ponto físico de maior emissão espectral. O comprimento de onda dominante (λ_d=465-475 nm) é um valor calculado baseado na percepção de cor humana (gráfico CIE) e é o que define a cor "azul" que você vê.

P: Posso alimentar este LED com uma fonte de 3,3V sem um resistor?
R: Não. A tensão direta varia entre 2,8V e 3,8V. Conectar diretamente a 3,3V pode resultar em corrente excessiva se o V_F for inferior a 3,3V, potencialmente destruindo o LED. Sempre use um mecanismo limitador de corrente.

P: O que significa "MSL 2a" na seção de armazenamento?
R: Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL) 2a indica que o componente pode ser exposto às condições do chão de fábrica (≤30°C/60% UR) por 4 semanas (672 horas) antes de exigir reaquecimento antes da soldagem por refluxo.

P: Este LED é adequado para operação contínua a 20 mA?
R: Sim, 20 mA é a corrente direta DC contínua nominal. No entanto, o gerenciamento térmico via PCB é crucial para manter a temperatura da junção dentro dos limites seguros para confiabilidade a longo prazo.

11. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Cenário: Retroiluminação para um Painel de Interruptor de Membrana
Um projetista precisa retroiluminar um grande painel de interruptor de membrana curvo com iluminação azul uniforme. O design de montagem reversa deste LED é ideal. Os LEDs são colocados na PCB flexível (circuito flex) com a superfície emissora voltada para baixo em direção a uma camada de guia de luz. O ângulo de visão de 130 graus garante que a luz se espalhe uniformemente pelo guia. O projetista seleciona bins da faixa superior de intensidade luminosa (por exemplo, Bin Q ou R) para alcançar o brilho necessário e especifica um bin de comprimento de onda dominante apertado (por exemplo, AC ou AD) para consistência de cor em todo o painel. A embalagem automatizada em fita e carretel permite a colocação rápida e confiável pela máquina de montagem. A alta classificação ESD fornece proteção durante o manuseio do circuito flexível.

12. Introdução ao Princípio Tecnológico

Este LED é baseado na tecnologia semicondutora de InGaN. Em um Diodo Emissor de Luz, a luz é produzida através de um processo chamado eletroluminescência. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n do semicondutor (InGaN), elétrons da região tipo n e lacunas da região tipo p são injetados na região ativa. Quando esses elétrons e lacunas se recombinam, eles liberam energia na forma de fótons (luz). O comprimento de onda específico (cor) da luz é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor. O InGaN tem uma banda proibida adequada para produzir luz nas regiões azul e verde do espectro. A lente "transparente" é tipicamente feita de epóxi ou silicone e é projetada para extrair eficientemente a luz gerada dentro do chip semicondutor.

13. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria

O mercado de LED SMD continua a evoluir em direção a maior eficiência, pacotes menores e maior integração. Tendências relevantes para este tipo de dispositivo incluem:
1. Aumento da Eficiência (lm/W):Melhorias contínuas no crescimento epitaxial e no design do chip produzem mais saída de luz por unidade de potência elétrica, reduzindo o consumo de energia e a carga térmica.
2. Miniaturização:A busca por produtos finais menores impulsiona LEDs em footprints de pacote cada vez menores, mantendo ou aumentando a saída de luz.
3. Melhoria da Consistência de Cor:Avanços no controle de fabricação e estratégias de binning mais granulares permitem tolerâncias de cor mais apertadas em lotes de produção, importantes para matrizes de múltiplos LEDs.
4. Confiabilidade Aprimorada:Melhorias nos materiais de embalagem (por exemplo, silicones de alta temperatura) e tecnologias de fixação do chip levam a vidas operacionais mais longas e melhor desempenho em condições ambientais adversas.
5. Integração Inteligente:Embora este seja um componente discreto, a tendência mais ampla é em direção a módulos integrados que combinam LEDs com drivers, controladores e sensores em um único pacote.