Folha de Dados do Chip Azul SMD LED 17-21 - 1.6x0.8x0.6mm - Máx. 3.1V - 40mW - Documento Técnico em Inglês

1. Visão Geral do Produto

A série 17-21 é um diodo emissor de luz (LED) compacto de montagem em superfície (SMD) que utiliza um chip de InGaN (Nitreto de Índio e Gálio) para produzir luz azul. Este componente é projetado para a fabricação eletrônica moderna e automatizada, oferecendo vantagens significativas na utilização do espaço na placa e na eficiência de montagem em comparação com encapsulamentos tradicionais com terminais.

1.1 Vantagens Principais e Posicionamento do Produto

A principal vantagem do LED SMD 17-21 é a sua pegada miniaturizada. O tamanho significativamente menor em comparação com LEDs do tipo lead-frame proporciona vários benefícios-chave para designers e fabricantes de produtos. Permite designs de placas de circuito impresso (PCB) menores, o que é crucial para dispositivos eletrónicos compactos modernos. Além disso, suporta uma maior densidade de embalagem, o que significa que mais componentes podem ser colocados numa única placa, otimizando a funcionalidade dentro de um espaço limitado. Isto também se traduz em requisitos reduzidos de espaço de armazenamento tanto para componentes como para produtos acabados. Em última análise, estes fatores contribuem para o desenvolvimento de equipamentos finais mais pequenos, leves e portáteis. A natureza leve do encapsulamento SMD torna-o particularmente adequado para aplicações miniaturas e portáteis onde o peso é um fator crítico.

1.2 Conformidade e Especificações Ambientais

Este produto foi concebido tendo em conta os padrões ambientais e regulamentares modernos. É um componente sem Pb (livre de chumbo), alinhando-se com as restrições globais sobre substâncias perigosas. O próprio produto mantém-se em conformidade com a diretiva RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas). Também cumpre o regulamento REACH (Registo, Avaliação, Autorização e Restrição de Produtos Químicos) da UE. Além disso, é classificado como Livre de Halogéneos, com limites rigorosos para o teor de bromo (Br) e cloro (Cl): menos de 900 ppm para cada um individualmente, e um total combinado inferior a 1500 ppm para Br+Cl.

1.3 Fabricação e Compatibilidade

O LED é fornecido embalado em fita de 8 mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro, que é o padrão para linhas de montagem automatizadas pick-and-place de alto volume. Este formato de embalagem garante compatibilidade com equipamentos de colocação automática, agilizando o processo de produção. O componente também é compatível com os processos padrão de soldagem por refluxo por infravermelho e fase de vapor, que são os métodos predominantes para fixar componentes SMD em PCBs. É do tipo monocromático, emitindo luz no espectro azul.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva Aprofundada

Esta seção fornece uma análise objetiva e detalhada dos parâmetros elétricos, ópticos e térmicos definidos na folha de dados, explicando sua importância para o projeto do circuito e a confiabilidade.

2.1 Valores Máximos Absolutos

As Absolute Maximum Ratings definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Estas não são condições de operação normal, mas sim limites que nunca devem ser excedidos.

• Tensão Reversa (VR): 5V - A aplicação de uma tensão de polarização reversa superior a 5V pode causar ruptura da junção. O datasheet observa explicitamente que o dispositivo não foi projetado para operação reversa; a classificação VR é aplicada apenas durante a condição de teste de corrente reversa (IR).
• Corrente Direta (IF): 10mA - Esta é a corrente contínua direta máxima recomendada para operação confiável de longo prazo.
• Corrente Direta de Pico (IFP): 40mA - Esta especificação aplica-se em condições de pulso com um ciclo de trabalho de 1/10 a 1 kHz. Indica que o dispositivo pode suportar pulsos curtos de alta corrente, que podem ser usados para piscar o brilho ou em esquemas de multiplexação.
• Dissipação de Potência (Pd): 40mW - Este é o máximo de potência que o encapsulamento pode dissipar na forma de calor a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Exceder este limite acarreta risco de superaquecimento e degradação acelerada do chip LED.
• Descarga Eletrostática (ESD): 150V (HBM) - Especifica a tensão de suportabilidade ESD no Modelo de Corpo Humano. Indica um nível moderado de sensibilidade ESD; procedimentos de manuseio adequados (ex.: estações de trabalho aterradas, pulseiras antiestáticas) são necessários para evitar danos por eletricidade estática.
• Temperatura de Operação (Topr): -40°C a +85°C - O LED é projetado para funcionar corretamente dentro desta ampla faixa de temperatura ambiente, sendo adequado para aplicações de consumo, industriais e algumas automotivas (excluindo sistemas de segurança crítica).
• Temperatura de Armazenamento (Tstg): -40°C a +90°C O dispositivo pode ser armazenado sem degradação dentro desta faixa de temperatura quando não estiver energizado.
• Temperatura de Soldagem (Tsol):
  • Soldagem por Refluxo: Temperatura de pico de 260°C por no máximo 10 segundos.
  • Soldagem Manual: Temperatura da ponta do ferro até 350°C por no máximo 3 segundos por terminal.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos em uma condição de teste padrão de Ta=25°C e IF=5mA, salvo especificação em contrário. Eles definem a saída de luz principal e o desempenho elétrico.

• Intensidade Luminosa (Iv): 11,5 mcd (Mín.) a 28,5 mcd (Máx.) - Esta é a luminosidade percebida do LED, medida em milicandelas. A ampla faixa indica uma variação significativa entre unidades individuais, que é gerenciada através do sistema de binagem descrito posteriormente. O valor típico não é especificado na tabela.
• Ângulo de Visão (2θ1/2): 140° (Típico) - Este ângulo de visão muito amplo indica que o LED emite luz sobre um hemisfério amplo. A intensidade é medida no ângulo em que cai para metade do seu valor de pico (daí 2θ1/2).
• Comprimento de Onda de Pico (λp): 468 nm (Típico) - O comprimento de onda no qual a distribuição espectral de potência da luz emitida está no seu máximo. Esta é uma propriedade física do material semicondutor InGaN.
• Comprimento de Onda Dominante (λd): 465,0 nm a 470,0 nm - Este é o comprimento de onda único que o olho humano percebe como correspondente à cor da luz do LED. É o parâmetro chave para a especificação da cor. A tolerância é de ±1 nm.
• Largura de Banda de Radiação Espectral (Δλ): 25 nm (Típico) - Isso mede a largura do espectro emitido na metade de sua potência máxima (Largura Total à Meia Altura - FWHM). Um valor de 25nm é característico de um LED azul de InGaN, indicando uma cor espectral relativamente pura.
• Tensão Direta (VF): 2.7V (Mín.) a 3.1V (Máx.) - A queda de tensão no LED ao conduzir a corrente direta especificada (5mA). Este parâmetro é crucial para projetar o circuito limitador de corrente (geralmente um resistor). A tolerância é de ±0.1V.
• Corrente Reversa (IR): 50 μA (Máx.) - A pequena corrente de fuga que flui quando a tensão reversa máxima (5V) é aplicada. Este teste é apenas para caracterização.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para gerenciar as variações naturais do processo de fabricação, os LEDs são classificados em bins de desempenho. Isso permite que os projetistas selecionem componentes com características consistentes para sua aplicação.

3.1 Binning de Intensidade Luminosa

Os LEDs são classificados com base na sua intensidade luminosa medida em IF=5mA.

• Bin Code L: Mínimo 11,5 mcd, Máximo 18,0 mcd.
• Bin Code MMínimo 18.0 mcd, Máximo 28.5 mcd.

A tolerância para intensidade luminosa é de ±11%. Projetistas que exigem brilho mais alto e consistente especificariam o Bin M.

3.2 Classificação por Comprimento de Onda Dominante

Os LEDs são classificados com base no seu comprimento de onda dominante para garantir a consistência da cor.

• Bin Code X: Mínimo 465.0 nm, Máximo 470.0 nm.

A tolerância para o comprimento de onda dominante é de ±1nm. Todas as unidades estão dentro de uma faixa estreita de 5nm, garantindo um tom de azul uniforme.

3.3 Forward Voltage Binning

Os LEDs são classificados com base na sua queda de tensão direta em IF=5mA. Isto é importante para o projeto da fonte de alimentação e para garantir uma distribuição uniforme da corrente quando vários LEDs são conectados em paralelo.

• Bin Code 10: Mínimo 2.7V, Máximo 2.9V.
• Bin Code 11: Mínimo 2.9V, Máximo 3.1V.

A tolerância para a tensão direta é de ±0.1V. Selecionar LEDs do mesmo bin de tensão minimiza variações de brilho em arranjos paralelos.

4. Performance Curve Analysis

A folha de dados faz referência a "Curvas Típicas de Características Eletro-Ópticas". Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, podemos inferir seu conteúdo e significado padrão.

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

Uma curva I-V típica mostraria a relação entre a corrente direta (IF) e a tensão direta (VF). Ela demonstra a natureza exponencial do diodo. A curva permite que os projetistas determinem o VF para qualquer corrente de operação dada dentro da faixa nominal, o que é essencial para calcular o valor correto do resistor limitador de corrente em série: R = (Vsupply - VF) / IF.

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (Iv-IF)

Esta curva mostra como a saída de luz aumenta com a corrente direta. É tipicamente linear em uma faixa, mas saturará em correntes mais altas devido a efeitos térmicos e de eficiência. Este gráfico ajuda os projetistas a escolher um ponto de operação que equilibre o brilho com o consumo de energia e a vida útil do dispositivo.

4.3 Distribuição Espectral

Um gráfico de distribuição espectral mostraria a potência óptica relativa emitida em função do comprimento de onda. Ele se centraria em torno do comprimento de onda de pico típico de 468nm com uma FWHM de aproximadamente 25nm, confirmando a saída monocromática azul.

4.4 Dependência da Temperatura

As curvas que mostram a variação da tensão direta e da intensidade luminosa com a temperatura da junção são críticas para entender o desempenho em ambientes reais. Normalmente, VF diminui com o aumento da temperatura (coeficiente de temperatura negativo), enquanto a intensidade luminosa também diminui com o aumento da temperatura.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O LED SMD 17-21 possui uma pegada muito compacta. As dimensões principais (em mm) incluem comprimento do corpo de 1,6, largura de 0,8 e altura de 0,6. A embalagem possui dois terminais soldáveis (ânodo e cátodo) na parte inferior. Uma marca de cátodo é indicada na parte superior do corpo da embalagem para permitir a orientação correta da polaridade durante a montagem e inspeção. Todas as tolerâncias não especificadas são de ±0,1 mm.

5.2 Identificação de Polaridade

A polaridade correta é essencial para o funcionamento do LED. O encapsulamento inclui um marcador visual para identificar o cátodo (terminal negativo). Normalmente, trata-se de um ponto verde, um entalhe ou um canto chanfrado na parte superior do corpo do LED. O design da pegada na PCB deve estar alinhado com esta marcação para garantir a conexão elétrica adequada.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O manuseio e a soldagem adequados são críticos para manter a confiabilidade e o desempenho dos LEDs SMD.

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

O perfil de refluxo sem chumbo recomendado é fornecido:

• Pré-aquecimento: Aumento da temperatura ambiente para 150-200°C ao longo de 60-120 segundos.
• Estabilização/Refluxo: O tempo acima de 217°C (temperatura de liquidus para solda sem chumbo) deve ser de 60 a 150 segundos. A temperatura de pico não deve exceder 260°C, e o tempo a 255°C ou acima não deve exceder 30 segundos.
• Resfriamento: A taxa máxima de resfriamento deve ser de 6°C por segundo.
• Importante: A soldagem por refluxo não deve ser realizada mais de duas vezes no mesmo dispositivo.

6.2 Precauções para Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária, deve-se tomar extremo cuidado:

• Use um ferro de solda com temperatura da ponta inferior a 350°C.
• Aplique calor a cada terminal por no máximo 3 segundos.
• Utilize um ferro de solda com capacidade de 25W ou menos.
• Permita um intervalo de pelo menos 2 segundos entre a soldagem de cada terminal para evitar o acúmulo de calor.
• O datasheet alerta que danos frequentemente ocorrem durante a soldagem manual.

6.3 Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

Os LEDs são embalados em sacos de barreira resistentes à umidade com dessecante para evitar a absorção de umidade atmosférica, o que pode causar "popcorning" (rachadura do encapsulamento) durante o reflow.

• Não abrir o saco à prova de umidade até que os produtos estejam prontos para uso.
• Após a abertura: Armazenar a ≤30°C e ≤60% de Umidade Relativa.
• Vida de Piso: Usar dentro de 168 horas (7 dias) após a abertura. LEDs não utilizados devem ser resealados em uma embalagem à prova de umidade.
• BakingSe o indicador de dessecante mudou de cor ou a vida útil no piso foi excedida, asse os LEDs a 60 ±5°C por 24 horas para remover a umidade antes da soldagem.

6.4 Estresse no Projeto e Montagem

• Current LimitingÉ obrigatório um resistor externo de limitação de corrente. A característica exponencial I-V do LED significa que um pequeno aumento na tensão causa um grande aumento na corrente, levando à queima imediata sem um resistor.
• Tensão MecânicaNão aplique tensão mecânica ao LED durante o aquecimento (soldagem) ou entortando a placa de circuito após a montagem.
• Reparo: Não é recomendado reparar após a soldagem. Se inevitável, utilize um ferro de solda de duas pontas para aquecer simultaneamente os dois terminais e remover o componente sem forçar um dos lados. Verifique as características do dispositivo após qualquer tentativa de reparo.

7. Informações de Embalagem e Pedido

7.1 Especificações de Fita e Carretel

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora com relevo para manuseio automatizado.

• Largura da Fita Transportadora: 8mm.
• Diâmetro do Carretel: 7 polegadas.
• Quantidade por Carretel3000 unidades.
• As dimensões detalhadas para os bolsos da fita transportadora e para o carretel são fornecidas nos desenhos da folha de dados.

7.2 Explicação do Rótulo

As etiquetas da bobina e da embalagem contêm informações críticas para rastreabilidade e aplicação correta:

• CPN: Número do Produto do Cliente (conforme atribuído pelo comprador).
• P/N: Número de Produto do Fabricante.
• QTY: Quantidade de Embalagem (ex.: 3000).
• CAT: Classificação de Intensidade Luminosa (ex.: L ou M).
• HUE: Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank (e.g., X).
• REFClassificação da Tensão Direta (ex.: 10 ou 11).
• LOT No: Número do Lote de Fabricação para rastreabilidade.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

A folha de dados lista várias aplicações-chave adequadas às características do LED azul 17-21:

• Retroiluminação: Para painéis de instrumentos, interruptores de membrana e painéis de controle onde é necessário um indicador pequeno e brilhante.
• Equipamento de Telecomunicações: Como indicadores de status ou luzes de fundo para botões em telefones, máquinas de fax e equipamentos de rede.
• Retroiluminação PlanaPara pequenos displays LCD, legendas de interruptores e símbolos, frequentemente em conjunto com um guia de luz.
• Uso Geral de IndicadorPara qualquer aplicação que requeira uma luz de estado ou indicadora azul, compacta e confiável.

8.2 Considerações e Observações de Projeto

• Circuito de Acionamento de Corrente: Utilize sempre um resistor em série. Calcule com base na VF máxima do lote (ex.: 3,1V) para garantir uma limitação de corrente suficiente nas piores condições.
• Gerenciamento Térmico:
• Ângulo de Visão: O ângulo de visão de 140° oferece uma visibilidade muito ampla, o que é excelente para indicadores de painel, mas pode exigir guias de luz ou difusores se um feixe mais focado for desejado.
• Proteção ESD: Implementar proteção ESD nas linhas de entrada se o LED estiver conectado a portas acessíveis ao usuário, ou garantir controles rigorosos de ESD durante o manuseio e montagem.

8.3 Restrições de Aplicação

A folha de dados inclui um aviso crítico sobre aplicações de alta confiabilidade. Este produto pode não ser adequado para uso em:

• Sistemas Militares/Aeroespaciais.
• Sistemas de Segurança/Segurança Automotiva (por exemplo, controles de airbag, luzes de freio).
• Equipamentos Médicos de Suporte à Vida ou Cuidados Críticos.

Para estas aplicações, são necessários componentes com qualificações diferentes, tolerâncias mais apertadas e classificações de confiabilidade superiores. Os projetistas devem contactar o fabricante para discutir a adequação para qualquer aplicação além do uso padrão de consumo/industrial.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora uma comparação direta com outros produtos não esteja na folha de dados, podemos destacar objetivamente os principais diferenciadores da série 17-21 com base nas suas especificações.

9.1 Principais Vantagens Diferenciadoras

• Miniaturização Extrema: A área de ocupação de 1.6x0.8mm está entre as menores embalagens de LED SMD, permitindo designs ultracompactos.
• Ângulo de Visão Ampla: O ângulo de visão de 140° é excepcionalmente amplo, proporcionando excelente visibilidade fora do eixo em comparação com muitos LEDs com feixes mais estreitos.
• Conformidade Livre de HalogênioAtende a rigorosos requisitos de isenção de halogênio, o que é cada vez mais importante para projetos ecologicamente conscientes e certas regulamentações de mercado.
• Binning AbrangenteOferece binning para intensidade, comprimento de onda e tensão, permitindo alta consistência em aplicações de produção em massa.

9.2 Considerações vs. Pacotes Maiores

Em comparação com LEDs SMD maiores (por exemplo, 3528, 5050):

• Potência Máxima Inferior: A classificação Pd de 40mW é inferior à dos pacotes maiores, limitando o brilho máximo.
• Desempenho Térmico: O tamanho menor pode apresentar maior resistência térmica, tornando a dissipação de calor mais crítica em correntes de acionamento mais altas.
• Dificuldade de ManuseioO tamanho reduzido torna a prototipagem e o retrabalho manuais mais desafiadores.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

Q1: What resistor value should I use with a 5V supply? A: Usando a VF máxima de 3,1V (Bin 11) e uma corrente alvo de 5mA: R = (5V - 3,1V) / 0,005A = 380 Ohms. O valor padrão mais próximo é 390 Ohms. Recalcule com a VF mínima (2,7V) para verificar a corrente: I = (5-2,7)/390 ≈ 5,9mA, o que é seguro. Um resistor de 390Ω é um bom ponto de partida.

Q2: Posso acionar este LED a 20mA para obter maior brilho? A: Não. A Classificação Absoluta Máxima para corrente direta contínua (IF) é de 10mA. Operar a 20mA excederia essa classificação, reduzindo significativamente a vida útil e provavelmente causando falha imediata. Para maior brilho, selecione um LED classificado para maior corrente ou use operação pulsada dentro da classificação IFP (40mA com ciclo de trabalho de 1/10).

Q3: O LED funciona após soldagem manual, mas está fraco. Por quê? R: Este é um sinal clássico de dano térmico devido ao calor ou tempo excessivo de soldagem. A alta temperatura pode degradar o chip semicondutor ou as ligações internas do encapsulamento. Sempre siga estritamente as diretrizes de soldagem manual (máx. 350°C, máx. 3 segundos por terminal).

Q4: Minha remessa de LEDs tem tons de azul ligeiramente diferentes. Isso é normal? R: Sim, há uma variação inerente. É por isso que existe a faixa de Comprimento de Onda Dominante (HUE=X, 465-470nm). Para aplicações que exigem correspondência de cor perfeita (ex.: displays com múltiplos LEDs), você deve especificar e usar LEDs do mesmo lote de fabricação e garantir que seu fornecedor forneça uma faixa de classificação estreita.

11. Caso Prático de Design e Utilização

11.1 Estudo de Caso: Painel Indicador de Status de Baixo Consumo

Cenário: Projetar um painel de controle compacto com 12 indicadores de status azuis. O espaço é extremamente limitado, e o brilho/cor uniforme é importante para a experiência do usuário. Decisões de Projeto: Seleção de Componentes: Escolha o LED 17-21 pela sua pegada mínima. Especificação de BinningEncomendar todos os LEDs do Bin M (maior intensidade) e do Bin X para comprimento de onda. Especificar todos do mesmo bin de tensão (ex.: 10) para garantir consumo de corrente consistente em paralelo. Circuit DesignUtilizar um barramento de 5V. Com VF~2.8V (Bin 10 typ), escolher um resistor de 430Ω para ~5mA: (5-2.8)/0.005=440Ω, 430Ω é o valor padrão. Isso resulta em ~11-18 mcd por LED. PCB Layout: Posicione os LEDs com orientação consistente em relação à marca do cátodo. Certifique-se de que o design das almofadas de solda corresponda à pegada recomendada na folha de dados para evitar o efeito "tombstoning" durante o refusão. Montagem: Utilize o perfil de refusão fornecido. Mantenha o saco selado até que a linha de produção esteja pronta. Use todos os LEDs dentro de 7 dias após abrir o rolo. Resultado: Um painel denso e de aparência profissional com indicadores uniformes e de azul brilhante, alcançado de forma confiável através da adesão aos parâmetros da folha de dados.

Terminologia de Especificação de LED

Explicação completa dos termos técnicos de LED