Ficha Técnica do LED SMD LTST-S220KEKT - Emissão Lateral - Vermelho (AlInGaP) - 20mA - 50mcd - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTST-S220KEKT é um diodo emissor de luz (LED) de montagem em superfície (SMD) projetado principalmente para aplicações de iluminação com emissão lateral. A sua construção central utiliza um chip semicondutor de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP), desenvolvido para produzir luz vermelha de alta intensidade. A intenção de projeto principal e o mercado-chave para este componente é a integração como fonte de retroiluminação para painéis de display de cristal líquido (LCD), onde é necessária uma iluminação de borda uniforme.

O componente é embalado num formato padrão conforme a EIA, fornecido em fita de 8mm enrolada em carretéis de 7 polegadas de diâmetro. Esta embalagem é totalmente compatível com equipamentos automáticos de montagem pick-and-place de alta velocidade, comuns na fabricação eletrónica moderna. O LED também apresenta compatibilidade com processos padrão de soldagem por refluxo infravermelho (IR), refluxo em fase de vapor e soldagem por onda, tornando-o adequado para produção em volume.

1.1 Vantagens Principais

• Ótica Especializada:O design da lente de emissão lateral é otimizado para direcionar a luz lateralmente, o que é ideal para canalizar a luz para os guias de luz utilizados nas unidades de retroiluminação (BLUs) de LCD.
• Alto Brilho:O uso da tecnologia AlInGaP proporciona alta intensidade luminosa a partir de uma pequena área de chip.
• Prontidão para Fabricação:A embalagem em fita e carretel e a compatibilidade com processos de refluxo permitem uma montagem automática eficiente, reduzindo o tempo e o custo de produção.
• Confiabilidade:O dispositivo é classificado para operação numa ampla gama de temperaturas, de -55°C a +85°C, suportando aplicações em vários ambientes.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Todas as especificações são definidas a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C, salvo indicação em contrário. Compreender estes parâmetros é fundamental para um projeto de circuito confiável e para garantir o desempenho a longo prazo.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida e deve ser evitada para um funcionamento confiável.

• Dissipação de Potência (Pd):75 mW. Esta é a perda de potência máxima permitida dentro do dispositivo.
• Corrente Direta Contínua (IF):30 mA. A corrente DC que pode ser aplicada continuamente.
• Corrente Direta de Pico:80 mA. Permitida apenas em condições pulsadas (ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso de 0,1ms).
• Fator de Derating:0,4 mA/°C. Para cada grau Celsius acima de 25°C, a corrente direta contínua máxima permitida deve ser reduzida por este valor.
• Tensão Reversa (VR):5 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode causar ruptura da junção.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-55°C a +85°C.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos em condições normais de operação.

• Intensidade Luminosa (Iv):30,0 mcd (Mín), 50,0 mcd (Típ) a uma corrente direta (IF) de 20 mA. A intensidade é medida usando um sensor filtrado para corresponder à curva de resposta fotópica do olho CIE.
• Ângulo de Visão (2θ½):130 graus (Típ). Este amplo ângulo de visão é característico do design de emissão lateral, indicando que a luz é emitida num plano lateral amplo.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λPico):632 nm (Típ). O comprimento de onda no qual a saída espectral é mais forte.
• Comprimento de Onda Dominante (λd):624 nm (Típ). Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano, derivado das coordenadas de cromaticidade CIE, definindo o ponto de cor vermelha.
• Largura de Meia Altura Espectral (Δλ):20 nm (Típ). A largura de banda do espectro emitido na metade da intensidade de pico, indicando a pureza da cor.
• Tensão Direta (VF):2,0 V (Mín), 2,4 V (Típ) a IF=20mA. Este parâmetro é crucial para calcular os valores do resistor em série e o projeto da fonte de alimentação.
• Corrente Reversa (IR):100 µA (Máx) a VR=5V.
• Capacitância (C):40 pF (Típ) a VF=0V, f=1MHz. Relevante para aplicações de comutação de alta frequência.

3. Análise das Curvas de Desempenho

Embora dados gráficos específicos não sejam fornecidos no extrato de texto, as curvas típicas para tal dispositivo seriam essenciais para análise de projeto. Os engenheiros esperariam rever as seguintes relações, que são padrão para a caracterização de LEDs:

3.1 Curva Corrente vs. Tensão (I-V)

Esta curva mostra a relação exponencial entre a tensão direta e a corrente. A tensão de joelho (onde a corrente começa a subir abruptamente) para LEDs AlInGaP é tipicamente em torno de 1,8-2,0V. A curva é essencial para determinar a resistência dinâmica do LED e para projetar circuitos de limitação de corrente apropriados.

3.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

Este gráfico normalmente mostra uma relação quase linear entre a corrente direta e a saída de luz dentro da faixa de operação recomendada. Ajuda os projetistas a escolher a corrente de acionamento para atingir um nível de brilho desejado, mantendo-se dentro dos limites térmicos.

3.3 Dependência da Temperatura

Parâmetros-chave como tensão direta e intensidade luminosa variam com a temperatura da junção. VF tipicamente diminui com o aumento da temperatura (coeficiente de temperatura negativo), enquanto a intensidade luminosa geralmente diminui. Compreender estas variações é vital para projetos que operam numa ampla gama de temperaturas ou em altos níveis de potência.

3.4 Distribuição Espectral

Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda mostraria um pico em torno de 632nm com uma meia-largura típica de 20nm, confirmando a saída monocromática vermelha do chip AlInGaP.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Dispositivo

O LED está em conformidade com um contorno de embalagem padrão EIA. As dimensões críticas incluem o comprimento, largura e altura do corpo, e a colocação do identificador do cátodo (tipicamente um entalhe ou uma marca verde na fita). As dimensões exatas em milímetros e tolerâncias (±0,1mm) são fornecidas no desenho da embalagem dentro da ficha técnica.

4.2 Identificação de Polaridade

A orientação correta é obrigatória. O cátodo é geralmente marcado no corpo do dispositivo ou indicado por uma característica específica no bolso da fita. A orientação incorreta impedirá o LED de acender e a aplicação de polarização reversa pode danificá-lo.

4.3 Layout Sugerido para as Ilhas de Solda

É fornecida uma pegada recomendada para as ilhas da PCB, a fim de garantir a formação adequada da junta de solda, estabilidade mecânica e alívio térmico durante o refluxo. Seguir este layout minimiza o efeito "tombstone" e outros defeitos de montagem.

4.4 Especificações da Fita e Carretel

O componente é fornecido em fita transportadora relevada com uma fita de cobertura protetora. As especificações-chave incluem: largura da fita de 8mm, diâmetro do carretel de 7 polegadas e 4000 peças por carretel. A embalagem segue os padrões ANSI/EIA 481-1-A-1994. É permitido um máximo de dois componentes ausentes consecutivos (bolsos vazios) por carretel.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Condições de Soldagem por Refluxo

O LED é classificado para processos de soldagem comuns. A ficha técnica especifica as condições máximas de exposição para evitar danos térmicos ao encapsulamento plástico e às ligações dos fios:

• Soldagem por Infravermelho (IR) / Onda:Temperatura de pico de 260°C por no máximo 5 segundos.
• Soldagem em Fase de Vapor:215°C por no máximo 3 minutos.

Um perfil de refluxo detalhado (pré-aquecimento, imersão, refluxo, arrefecimento) com restrições de tempo e temperatura é tipicamente sugerido para garantir juntas de solda confiáveis sem degradar o LED.

5.2 Limpeza

A limpeza pós-soldagem requer cuidado. Apenas produtos químicos especificados devem ser usados. A ficha técnica recomenda explicitamente:

• Imersão em álcool etílico ou álcool isopropílico à temperatura ambiente normal.
• O tempo de imersão deve ser inferior a um minuto.
• Líquidos químicos não especificados devem ser evitados, pois podem danificar a lente de epóxi ou o encapsulamento do LED.

5.3 Armazenamento e Manuseio

Os dispositivos devem ser armazenados nas suas embalagens originais seladas à prova de humidade com dessecante, num ambiente controlado (dentro da faixa de -55°C a +85°C). A exposição a humidade excessiva antes da soldagem pode levar ao efeito "popcorn" durante o refluxo. Precauções padrão contra descarga eletrostática (ESD) devem ser observadas durante o manuseio.

6. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

6.1 Aplicação Principal: Retroiluminação de LCD

O design de emissão lateral é ideal para unidades de retroiluminação com iluminação de borda. Múltiplos LEDs são colocados ao longo de uma ou mais bordas de uma placa guia de luz (LGP). A luz dos LEDs é injetada na borda da LGP, onde se propaga por reflexão interna total e é extraída para cima em direção ao painel LCD por características de superfície impressas ou moldadas, criando uma fonte de luz de área uniforme.

6.2 Projeto do Circuito de Acionamento

LEDs são dispositivos acionados por corrente. Um resistor limitador de corrente em série é o método de acionamento mais simples. O valor do resistor (R) é calculado usando a Lei de Ohm: R = (Vcc - VF) / IF, onde Vcc é a tensão de alimentação, VF é a tensão direta do LED (use o valor típico ou máximo para confiabilidade), e IF é a corrente direta desejada (ex.: 20mA). Para brilho constante em múltiplos LEDs ou com temperaturas variáveis, recomenda-se um circuito de acionamento de corrente constante.

6.3 Gestão Térmica

Embora a dissipação de potência seja baixa (75mW máx.), uma gestão térmica eficaz é crucial para a longevidade e estabilidade da saída de luz. A PCB atua como um dissipador de calor. Garanta uma área de cobre adequada conectada às ilhas térmicas do LED (se houver) ou às ilhas de solda para conduzir o calor para longe da junção. Cumpra a curva de derating de corrente acima de 25°C ambiente.

6.4 Integração Óptica

Para aplicações de retroiluminação, o alinhamento mecânico preciso e a distância entre a superfície emissora do LED e a borda da placa guia de luz são críticos para maximizar a eficiência de acoplamento e minimizar as perdas ópticas. O amplo ângulo de visão de 130 graus auxilia neste acoplamento.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com outras tecnologias de LED para emissão vermelha:

• vs. GaAsP Tradicional:O AlInGaP oferece eficiência luminosa significativamente maior e melhor estabilidade térmica, resultando em luz vermelha mais brilhante e consistente.
• vs. LEDs AlInGaP de Visão Superior:O diferencial chave é o padrão do feixe. Esta variante de emissão lateral emite luz paralela ao plano da PCB, enquanto os LEDs padrão emitem perpendicularmente. Isto torna-o inadequado para indicação direta, mas ideal para iluminação de borda.
• vs. LEDs Brancos para Retroiluminação:LEDs monocromáticos vermelhos como este são frequentemente usados em sistemas de retroiluminação multicolor (RGB) para criar uma ampla gama de cores, ou em displays monocromáticos que requerem iluminação vermelha específica.

8. Perguntas Frequentes (FAQ)

8.1 Posso acionar este LED diretamente a partir de uma saída lógica de 5V ou 3,3V?

Não. Deve usar um resistor em série ou um driver de corrente constante para limitar a corrente ao máximo especificado (30mA contínua). Conectá-lo diretamente a uma fonte de tensão causará fluxo de corrente excessivo, potencialmente destruindo o LED.

8.2 Qual é a diferença entre comprimento de onda de pico e comprimento de onda dominante?

O comprimento de onda de pico (λPico) é o comprimento de onda físico onde a potência espectral é mais alta. O comprimento de onda dominante (λd) é uma métrica perceptiva derivada da ciência da cor (diagrama CIE) que representa o comprimento de onda único que o olho humano perceberia como correspondente à cor do LED. Para LEDs monocromáticos, eles são frequentemente próximos, mas não idênticos.

8.3 Quantos LEDs posso conectar em série?

O número depende da sua tensão de alimentação (Vcc) e da tensão direta (VF) de cada LED. A soma da VF de todos os LEDs na série deve ser menor que Vcc, com margem suficiente para o elemento limitador de corrente (resistor ou regulador). Por exemplo, com uma alimentação de 12V e VF=2,4V, teoricamente poderia conectar 4 LEDs em série (4 * 2,4V = 9,6V), deixando 2,4V para o resistor limitador de corrente.

8.4 Este LED é adequado para aplicações automotivas?

A faixa de temperatura de operação (-55°C a +85°C) cobre muitos requisitos automotivos. No entanto, componentes verdadeiramente de grau automotivo normalmente requerem qualificação adicional para vibração, humidade e vida útil prolongada em condições adversas. Esta ficha técnica não especifica qualificações automotivas como AEC-Q101, portanto, pode não ser adequado para iluminação automotiva crítica para segurança ou exterior sem verificação adicional.

9. Estudo de Caso Prático de Projeto

Cenário:Projetar um indicador de estado simples para um dispositivo portátil que requer iluminação lateral de um pequeno tubo de luz de acrílico.

Implementação:O LTST-S220KEKT é uma excelente escolha. É colocado na PCB principal com a sua superfície emissora alinhada à borda do tubo de luz de acrílico. Um resistor em série é calculado para um sistema de 3,3V: R = (3,3V - 2,4V) / 0,020A = 45 Ohms. Um resistor padrão de 47 Ohm é selecionado, resultando numa corrente direta de aproximadamente 19,1mA, bem dentro dos limites. O amplo ângulo de visão garante um acoplamento eficiente no tubo de luz, proporcionando um brilho vermelho intenso e uniforme no ponto de saída do indicador na carcaça do dispositivo.

10. Introdução ao Princípio Tecnológico

O LTST-S220KEKT é baseado na tecnologia semicondutora de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP). Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, elétrons e lacunas são injetados na região ativa onde se recombinam. No AlInGaP, este evento de recombinação liberta principalmente energia na forma de fótons (luz) no espectro do vermelho ao amarelo-alaranjado, dependendo da composição exata da liga. A embalagem de emissão lateral incorpora uma lente de epóxi moldada que é moldada para refratar e direcionar a luz emitida lateralmente, paralela ao plano de montagem, em vez de para cima. Isto é conseguido através de uma curvatura específica da lente e do posicionamento do chip semicondutor dentro da embalagem.

11. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria

O mercado para LEDs de emissão lateral continua a evoluir. As principais tendências incluem:

• Aumento da Eficiência:Melhorias contínuas na ciência dos materiais visam aumentar os lúmens por watt (eficácia) para AlInGaP e outros LEDs coloridos, reduzindo o consumo de energia nas unidades de retroiluminação.
• Miniaturização:Existe uma constante busca por tamanhos de embalagem menores (ex.: 0603, 0402 métricos) para permitir displays mais finos e dispositivos mais compactos.
• Soluções Integradas:As tendências caminham para módulos multi-LED ou "barras de luz" que combinam múltiplas cores (RGB) ou LEDs brancos com drivers e óptica numa única unidade pré-montada, simplificando o projeto e a montagem para retroiluminação.
• Tecnologias Alternativas:Para retroiluminação branca, LEDs azuis com conversão de fósforo permanecem dominantes. No entanto, para displays coloridos, LEDs de emissão direta vermelhos, verdes e azuis (RGB) ou matrizes de mini/micro-LED estão a ganhar tração pela sua gama de cores superior e capacidades de escurecimento local em displays de alta gama.