LED SMD Vermelho de Visão Lateral Série 57-21 - Dimensões 2.0x1.25x0.7mm - Tensão Direta 1.75-2.35V - Intensidade Luminosa 45-112mcd - Documentação Técnica

1. Visão Geral do Produto

A série 57-21 representa uma família de Diodos Emissores de Luz (LEDs) de Montagem em Superfície (SMD) de visão lateral. Este documento específico detalha a variante vermelha, que utiliza um chip semicondutor de AlGaInP (Fosfeto de Alumínio, Gálio e Índio) para produzir luz vermelha brilhante. O dispositivo é caracterizado por seu encapsulamento compacto e de baixo perfil, especificamente projetado para aplicações onde o espaço é limitado e é necessária iluminação de emissão lateral.

1.1 Vantagens Principais e Posicionamento do Produto

As principais vantagens de projeto desta série de LED derivam de sua arquitetura de encapsulamento. Ela apresenta um amplo ângulo de visão, tipicamente de 120 graus, alcançado através de um design otimizado de refletor interno. Isso torna o componente excepcionalmente adequado para aplicações de guia de luz ou tubo de luz, onde o acoplamento eficiente e a iluminação lateral uniforme são críticos. Além disso, o dispositivo opera em baixos níveis de corrente, tornando-o ideal para eletrônicos portáteis alimentados por bateria e outras aplicações onde o consumo de energia é uma preocupação fundamental. O produto é fabricado sem chumbo e está em conformidade com a diretiva RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas).

1.2 Aplicações Alvo

A combinação de um fator de forma de visão lateral, amplo ângulo de visão e baixa exigência de potência define seu mercado-alvo. As principais áreas de aplicação incluem retroiluminação para Displays de Cristal Líquido (LCDs) de cor completa, particularmente em eletrônicos de consumo finos como telefones celulares, tablets e laptops. Também é adequado para indicadores de status em equipamentos de automação de escritório (OA) e como uma substituição moderna e eficiente para lâmpadas miniatura convencionais em vários dispositivos eletrônicos.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Esta seção fornece uma interpretação detalhada e objetiva dos principais parâmetros elétricos, ópticos e térmicos especificados para o dispositivo sob condições de teste padrão (Ta=25°C).

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais danos permanentes ao dispositivo podem ocorrer. Elas não são destinadas à operação normal.

• Tensão Reversa (V_R):5V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode causar ruptura da junção.
• Corrente Direta (I_F):25 mA DC. A corrente contínua máxima permitida.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):60 mA. Isto é permitido apenas sob condições pulsadas (ciclo de trabalho de 1/10 a 1 kHz), útil para multiplexação ou sinais de alta luminosidade breves.
• Dissipação de Potência (P_d):60 mW. A potência máxima que o encapsulamento pode dissipar como calor.
• Temperatura de Operação & Armazenamento:-40°C a +85°C e -40°C a +100°C, respectivamente, indicando adequação para faixas ambientais industriais e estendidas.
• Descarga Eletrostática (ESD):2000V (Modelo de Corpo Humano). Um nível padrão que requer precauções básicas de manuseio ESD durante a montagem.
• Temperatura de Soldagem:A soldagem por refluxo a 260°C por 10 segundos ou soldagem manual a 350°C por 3 segundos são especificadas, definindo os limites do perfil térmico para montagem em PCB.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos em uma corrente de teste padrão de I_F= 10mA e definem o desempenho do dispositivo.

• Intensidade Luminosa (I_v):Varia de 45 mcd (mín) a 112 mcd (máx), com uma tolerância típica de ±11%. Esta é a luminosidade percebida da luz vermelha emitida.
• 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 máximo, confirmando o padrão de emissão amplo e difuso.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):Entre 617,5 nm e 633,5 nm. Isto define a cor percebida (matiz) da luz vermelha. Uma tolerância de ±1 nm é especificada para correspondência precisa de cor.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):Tipicamente 632 nm, indicando o pico espectral da luz emitida, que pode diferir ligeiramente do comprimento de onda dominante.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):Tipicamente 20 nm, descrevendo a largura do espectro emitido em torno do comprimento de onda de pico.
• Tensão Direta (V_F):Entre 1,75V e 2,35V a 10mA, com uma tolerância de ±0,1V. Isto é crítico para projetar o circuito limitador de corrente.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo 10 µA a 5V de polarização reversa, indicando boa qualidade da junção.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir consistência na produção em massa, os LEDs são classificados em bins de desempenho. Isto permite que os projetistas selecionem componentes que atendam a requisitos específicos de cor e brilho.

3.1 Binning por Comprimento de Onda Dominante

Os bins de comprimento de onda são agrupados sob o código 'A' e divididos em quatro sub-bins (E4, E5, E6, E7), cada um cobrindo uma faixa de 4 nm de 617,5 nm a 633,5 nm. Isto permite a seleção de LEDs com tons de vermelho muito específicos, crucial para aplicações que requerem aparência de cor consistente em várias unidades.

3.2 Binning por Intensidade Luminosa

O brilho é classificado em quatro grupos: P1 (45-57 mcd), P2 (57-72 mcd), Q1 (72-90 mcd) e Q2 (90-112 mcd). Isto permite a seleção com base nos níveis de brilho necessários, potencialmente otimizando o consumo de energia ou atendendo a requisitos fotométricos específicos.

3.3 Binning por Tensão Direta

A tensão direta é agrupada sob o código 'B' com três bins: 0 (1,75-1,95V), 1 (1,95-2,15V) e 2 (2,15-2,35V). O conhecimento do bin V_Fpode ser importante para projetar circuitos de acionamento eficientes, especialmente em dispositivos operados por bateria, para minimizar a queda de tensão e a perda de potência.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui várias curvas características que fornecem uma visão mais profunda do comportamento do dispositivo sob condições variáveis.

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

Esta curva mostra a relação exponencial entre corrente e tensão para um diodo semicondutor. Para este LED, a 25°C, a tensão sobe de aproximadamente 1,6V em correntes muito baixas para cerca de 2,8V a 40mA. A curva é essencial para determinar o ponto de operação e projetar um resistor limitador de corrente ou um driver de corrente constante apropriado.

4.2 Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta

Este gráfico demonstra que a saída de luz aumenta com a corrente, mas não linearmente. Ela tende a saturar em correntes mais altas. Além disso, mostra o efeito da operação pulsada (ciclo de trabalho de 1/10), onde correntes de pico mais altas podem ser usadas para alcançar brilho momentaneamente maior sem exceder os limites de dissipação de potência média.

4.3 Curva de Derating de Corrente Direta

Este é um gráfico crítico de gerenciamento térmico. Ele mostra a corrente direta contínua máxima permitida em função da temperatura ambiente (T_a). À medida que a temperatura aumenta, a corrente máxima deve ser reduzida para evitar superaquecimento. Por exemplo, a 85°C, a corrente contínua máxima é significativamente menor do que a especificação de 25mA a 25°C.

4.4 Distribuição Espectral

O gráfico espectral confirma a natureza monocromática do LED, mostrando um único pico em torno de 632 nm com uma largura de banda típica de 20 nm. Há emissão mínima em outras partes do espectro visível, o que é característico de um LED vermelho AlGaInP de alta pureza.

4.5 Padrão de Radiação (Diagrama Polar)

Este diagrama representa visualmente o ângulo de visão de 120 graus. A intensidade é plotada em um gráfico polar, mostrando um padrão de emissão amplo, semelhante a Lambertiano, onde a intensidade é máxima a 0 graus (perpendicular ao chip) e diminui suavemente para 50% a ±60 graus do centro.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Encapsulamento e Pegada

O dispositivo possui um encapsulamento SMD de visão lateral compacto. As dimensões principais incluem um comprimento do corpo de aproximadamente 2,0 mm, uma largura de 1,25 mm e uma altura de 0,7 mm. Desenhos mecânicos detalhados especificam todas as dimensões críticas, incluindo localizações e tolerâncias dos terminais (tipicamente ±0,1mm), que são essenciais para o layout da PCB e para garantir soldagem e alinhamento adequados.

5.2 Identificação de Polaridade

O cátodo é tipicamente identificado por um canto marcado ou um entalhe no encapsulamento. A polaridade correta deve ser observada durante a colocação para garantir a operação adequada.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Parâmetros de Soldagem por Refluxo

O componente é classificado para processos de soldagem por refluxo sem chumbo com uma temperatura de pico de 260°C por até 10 segundos. Isto está alinhado com os perfis padrão IPC/JEDEC J-STD-020. A soldagem manual com ferro também é permitida a 350°C por no máximo 3 segundos por terminal, exigindo técnica cuidadosa para evitar danos térmicos.

6.2 Sensibilidade à Umidade e Armazenamento

Os LEDs são embalados em sacos de barreira resistentes à umidade com dessecante para evitar a absorção de umidade, que pode causar "popcorning" (rachadura do encapsulamento) durante o refluxo. Uma vez que o saco selado é aberto, os componentes devem ser usados dentro de um prazo especificado (não explicitamente declarado, mas implícito pela embalagem) ou pré-aquecidos de acordo com os procedimentos padrão MSL (Nível de Sensibilidade à Umidade) antes da soldagem.

7. Informações de Embalagem e Pedido

7.1 Especificações da Fita e Carretel

Para montagem automatizada, os componentes são fornecidos em fita transportadora relevada enrolada em carretéis. A largura da fita, o espaçamento dos compartimentos e as dimensões do carretel são especificadas para serem compatíveis com equipamentos padrão de pick-and-place SMD. Cada carretel contém 500 peças.

7.2 Explicação do Rótulo e Numeração de Peça

O rótulo do carretel contém informações críticas para rastreabilidade e aplicação correta: Número da Peça (PN), Número da Peça do Cliente (CPN), quantidade (QTY), número do lote (LOT NO) e os bins de desempenho específicos para Intensidade Luminosa (CAT), Comprimento de Onda Dominante (HUE) e Tensão Direta (REF). O número da peça 57-21/R6C-AP1Q2B/BF provavelmente codifica a série, a cor e os códigos de bin específicos.

8. Testes de Confiabilidade e Qualificação

O produto passa por uma série de testes de confiabilidade conduzidos com um nível de confiança de 90% e uma Porcentagem de Defeitos Tolerável no Lote (LTPD) de 10%. Os principais testes incluem:

• Soldagem por Refluxo:Verifica a sobrevivência através do perfil térmico de montagem.
• Ciclagem de Temperatura & Choque Térmico:Testa a robustez contra tensões de expansão térmica de -40°C a +100°C.
• Armazenamento em Alta/Baixa Temperatura:Avalia a estabilidade de longo prazo sob condições extremas de não operação.
• Vida Útil em Operação DC:Um teste de vida de 1000 horas a 20mA para avaliar a degradação do desempenho ao longo do tempo.
• Alta Temperatura/Umidade (85°C/85% UR):Testa a resistência ao calor úmido, que pode causar corrosão ou outras falhas.

9. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

9.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O método de acionamento mais comum é um simples resistor em série. O valor do resistor (R) é calculado usando a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F) / I_F. Usar o V_Fmáximo (2,35V) para o cálculo garante que a corrente não exceda o nível desejado mesmo com variação entre peças. Por exemplo, com uma fonte de 5V e um I_Falvo de 10mA: R = (5V - 2,35V) / 0,01A = 265 Ω. Um resistor padrão de 270 Ω seria adequado. Para aplicações que requerem brilho estável ou operação a partir de uma fonte de tensão variável (como uma bateria), um driver de corrente constante é recomendado.

9.2 Projeto para Acoplamento com Guia de Luz

O amplo ângulo de visão e o design do encapsulamento são otimizados para guias de luz. Para obter os melhores resultados, o LED deve ser posicionado o mais próximo possível da entrada do guia de luz. O material e o acabamento do guia de luz (ex.: acrílico, policarbonato) e quaisquer curvas ou características afetarão a uniformidade e eficiência final da luz de saída. Simulação óptica ou prototipagem é frequentemente necessária para projetos complexos.

9.3 Considerações de Gerenciamento Térmico

Embora a dissipação de potência seja baixa, a operação contínua em altas temperaturas ambientes ou altas correntes requer atenção. A curva de derating deve ser seguida. Garantir uma área de cobre adequada ao redor dos terminais da PCB ajuda a dissipar o calor e manter o desempenho e a longevidade do LED.

10. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais diferenciadores desta série de LED de visão lateral são sua combinação específica de atributos: o fator de forma de emissão lateral, o ângulo de visão muito amplo de 120 graus facilitado pelo refletor integrado e o uso da tecnologia AlGaInP para luz vermelha de alta eficiência. Comparado aos LEDs de visão superior, ele fornece iluminação paralela ao plano da PCB, o que é essencial para iluminação lateral de displays. Comparado a outros LEDs de visão lateral, seu refletor interno otimizado visa maior eficiência de acoplamento em guias de luz. A baixa tensão direta do chip AlGaInP também contribui para uma maior eficiência elétrica geral em comparação com algumas tecnologias mais antigas.

11. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este LED a 20mA continuamente?

R: Sim, a Especificação Máxima Absoluta para corrente direta contínua é 25mA, então 20mA está dentro da área de operação segura, desde que a temperatura ambiente esteja dentro dos limites (consulte a curva de derating).

P: Por que há uma faixa tão ampla na Intensidade Luminosa (45-112 mcd)?

R: Esta é a dispersão total da produção. Através do sistema de binning (P1, P2, Q1, Q2), fabricantes e clientes podem selecionar peças dentro de uma faixa de brilho muito mais estreita para garantir consistência em seu produto final.

P: Qual é a diferença entre Comprimento de Onda Dominante e de Pico?

R: O Comprimento de Onda de Pico (λ_p) é o ponto único de maior potência espectral. O Comprimento de Onda Dominante (λ_d) é um valor calculado que melhor representa a cor percebida pelo olho humano, levando em conta todo o espectro de emissão e a sensibilidade do olho. λ_dé mais relevante para especificação de cor.

P: Um resistor limitador de corrente é sempre necessário?

R: Sim. Um LED é um dispositivo acionado por corrente. Sua tensão direta é relativamente constante, mas a corrente pode aumentar rapidamente com pequenos aumentos de tensão. Um resistor ou circuito ativo de corrente constante é essencial para prevenir fuga térmica e destruição do LED.

12. Exemplo de Caso de Uso Prático

Cenário: Projetando um indicador de status para um dispositivo médico portátil.

O dispositivo requer um indicador vermelho "standby/carregando" visível lateralmente. Um LED da série 57-21 no bin de brilho Q1 (72-90 mcd) é selecionado para visibilidade adequada. O dispositivo é alimentado por uma fonte regulada de 3,3V. Visando um I_Fconservador de 8mA para longa vida útil da bateria e usando o V_Fmáximo de 2,35V para um cálculo de pior caso: R = (3,3V - 2,35V) / 0,008A = 118,75 Ω. Um resistor de 120 Ω é escolhido. O LED é colocado na borda da PCB, alinhado com um guia de luz de acrílico moldado que direciona a luz para uma pequena janela no invólucro do dispositivo. O amplo ângulo de visão garante que o indicador seja visível mesmo quando o dispositivo é visto de um ângulo oblíquo.

13. Introdução ao Princípio Operacional

A emissão de luz neste LED é baseada na eletroluminescência em uma junção p-n semicondutora feita de AlGaInP. Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons da região tipo-n e lacunas da região tipo-p são injetados na região ativa onde se recombinam. A energia liberada durante esta recombinação é emitida como fótons (luz). A composição específica da liga AlGaInP determina a energia da banda proibida, que por sua vez dita o comprimento de onda (cor) da luz emitida, neste caso, no espectro vermelho (~632 nm). O refletor interno e a lente de epóxi transparente moldam a saída de luz no padrão de amplo ângulo desejado.

14. Tendências e Contexto Tecnológico

LEDs SMD de visão lateral como a série 57-21 representam uma solução madura e otimizada para retroiluminação e indicação com restrição de espaço. A tendência neste segmento continua em direção a tamanhos de encapsulamento ainda menores (ex.: 1,0mm de altura ou menos), maior eficiência (mais lúmens por watt) e melhor consistência de cor através de binning mais rigoroso. Além disso, há integração com outros componentes, como LEDs com resistores limitadores de corrente ou drivers CI embutidos. Embora tecnologias mais novas, como Micro-LEDs e OLEDs avançados, estejam surgindo para aplicações de display direto, a simplicidade, confiabilidade e custo-benefício dos LEDs discretos de visão lateral garantem sua relevância contínua em funções de iluminação secundária e indicação de status para o futuro previsível.