Ficha Técnica do LED SMD LTST-C990NRKT-PO - AlInGaP Vermelho - 20mA - 900-2240mcd - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece as especificações técnicas completas de uma lâmpada LED de montagem em superfície (SMD). Este componente é projetado para montagem automatizada em placas de circuito impresso (PCB), apresentando um formato miniatura ideal para aplicações com espaço limitado. Sua função principal é servir como indicador visual ou fonte de luz de fundo em uma ampla gama de equipamentos eletrónicos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

O LED oferece várias vantagens-chave para a fabricação moderna de eletrónicos. Ele utiliza um chip AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) de Ultra Brilho, que proporciona alta eficiência luminosa para a emissão vermelha. O dispositivo é embalado em fita de 8mm enrolada em carretéis de 7 polegadas de diâmetro, em conformidade com os padrões EIA, tornando-o totalmente compatível com equipamentos automáticos de pick-and-place de alta velocidade. Além disso, é projetado para suportar os processos padrão de soldagem por refluxo infravermelho (IR) comumente usados em linhas de montagem sem chumbo (Pb-free), garantindo fixação confiável ao PCB. O produto está em conformidade com a diretiva Restrição de Substâncias Perigosas (RoHS).

As aplicações-alvo são amplas, abrangendo equipamentos de telecomunicações, dispositivos de automação de escritório, eletrodomésticos e sistemas de controle industrial. Usos específicos incluem iluminação de fundo para teclados, luzes indicadoras de estado, integração em microdisplays e iluminação geral de sinais ou símbolos.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Esta seção detalha os limites absolutos e as características operacionais do LED. Todos os parâmetros são definidos a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C, salvo indicação em contrário.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida.

• Dissipação de Potência (Pd):62.5 mW. Esta é a quantidade máxima de potência que o encapsulamento do LED pode dissipar como calor.
• Corrente Direta de Pico (I_F(PEAK)):60 mA. Esta é a corrente direta instantânea máxima permitida, tipicamente especificada em condições pulsadas (ciclo de trabalho 1/10, largura de pulso 0.1ms) para gerenciar o estresse térmico.
• Corrente Direta Contínua DC (I_F):25 mA. Esta é a corrente máxima recomendada para operação contínua.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. A aplicação de uma tensão reversa superior a este valor pode causar ruptura e falha.
• Faixa de Temperatura de Operação:-30°C a +85°C. A faixa de temperatura ambiente na qual o LED é projetado para funcionar.
• Faixa de Temperatura de Armazenamento:-40°C a +85°C. A faixa de temperatura para armazenamento não operacional.
• Condição de Soldagem por Infravermelho:260°C por 10 segundos. O perfil térmico máximo que o encapsulamento pode suportar durante a soldagem por refluxo.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos em condições padrão de teste.

• Intensidade Luminosa (I_V):900.0 - 2240.0 mcd (milicandela). Medida a uma corrente direta (I_F) de 20mA. A intensidade é medida usando uma combinação de sensor e filtro que aproxima a curva fotópica (resposta do olho CIE). A ampla faixa indica que um sistema de classificação (binning) é usado (ver Seção 4).
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):75 graus. Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa é metade do valor medido no eixo central (0°). Um ângulo de 75 graus fornece um cone de visão relativamente amplo.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_P):639 nm (nanómetros). Este é o comprimento de onda no qual a distribuição espectral de potência da luz emitida está no seu máximo.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):624.0 - 632.0 nm. Este é derivado do diagrama de cromaticidade CIE e representa a cor percebida do LED, que está na região vermelha do espectro.
• Largura Espectral à Meia Altura (Δλ):20 nm. Isto indica a largura de banda espectral, medida como a largura total à meia altura (FWHM) do pico de emissão. Um valor de 20nm é típico para um LED vermelho monocromático AlInGaP.
• Tensão Direta (V_F):1.7 - 2.5 V. A queda de tensão através do LED quando alimentado a 20mA. Esta faixa considera a variação normal de fabricação no chip semicondutor.
• Corrente Reversa (I_R):10 μA (máx.). A pequena corrente de fuga que flui quando a tensão reversa máxima (5V) é aplicada.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

Para garantir consistência nas aplicações, os LEDs são classificados (binning) com base em parâmetros ópticos-chave após a fabricação.

3.1 Classificação por Intensidade Luminosa

O principal parâmetro de classificação para este LED é a sua intensidade luminosa. O produto é categorizado em várias classes, cada uma com um valor mínimo e máximo de intensidade definido quando alimentado a 20mA. O código da classe, impresso no carretel ou embalagem, permite aos projetistas selecionar LEDs com brilho consistente para sua aplicação. A tolerância dentro de cada classe é de +/- 15%. A lista de classes é a seguinte:

• Código de Classe V2:900.0 - 1120.0 mcd
• Código de Classe W1:1120.0 - 1400.0 mcd
• Código de Classe W2:1400.0 - 1800.0 mcd
• Código de Classe X1:1800.0 - 2240.0 mcd

Selecionar um código de classe mais alto (ex., X1) garante um brilho mínimo mais alto, o que é crucial para aplicações que requerem alta visibilidade uniforme ou onde a corrente de acionamento pode ser limitada.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Dados gráficos fornecem uma visão mais profunda do comportamento do LED sob condições variáveis. As curvas típicas incluídas na ficha técnica ilustram a relação entre os parâmetros-chave.

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

Esta curva mostra a relação não linear entre a corrente que flui através do LED e a tensão através dele. O 'joelho' da curva, tipicamente em torno de 1.7V a 2.0V para este dispositivo, é onde o LED começa a emitir luz significativamente. Acima deste joelho, um pequeno aumento na tensão causa um grande aumento na corrente. Portanto, os LEDs são sempre acionados com um mecanismo de limitação de corrente, não com uma fonte de tensão fixa.

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

Este gráfico demonstra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. Para a maioria dos LEDs, a relação é aproximadamente linear dentro da faixa de operação recomendada (até 25mA para este dispositivo). Acionar o LED além de sua classificação máxima de corrente contínua não produzirá luz proporcionalmente maior e gerará calor excessivo, reduzindo a vida útil e a confiabilidade.

4.3 Distribuição Espectral

O gráfico espectral mostra a potência radiante relativa emitida em diferentes comprimentos de onda. Ele apresentará um único pico dominante centrado em torno de 639 nm (o comprimento de onda de pico) com uma forma característica definida pela largura à meia altura de 20 nm. Isto confirma a saída de cor vermelha monocromática.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Dispositivo e Polaridade

O encapsulamento do LED tem dimensões físicas específicas críticas para o design da área de montagem no PCB. A ficha técnica fornece um desenho dimensional detalhado. Características-chave incluem o comprimento, largura e altura totais. O encapsulamento também possui um indicador de polaridade, tipicamente um entalhe, um ponto verde ou uma marca de cátodo em uma extremidade, que deve ser alinhado corretamente com a área de montagem no PCB para garantir a conexão elétrica adequada (ânodo vs. cátodo).

5.2 Layout Recomendado dos Terminais de Montagem no PCB

É fornecido um padrão de terminais sugerido (layout das pastas de cobre) para o PCB. Este padrão é projetado para garantir uma junta de solda confiável durante o refluxo, fornecer alívio térmico adequado e prevenir pontes de solda. Seguir esta recomendação é essencial para uma montagem bem-sucedida e estabilidade mecânica de longo prazo.

5.3 Especificações de Embalagem em Fita e Carretel

Para montagem automatizada, os componentes são fornecidos em fita transportadora em carretéis. A ficha técnica especifica as dimensões dos compartimentos da fita que contêm cada LED, a largura da fita e as dimensões do carretel (diâmetro de 7 polegadas). As quantidades padrão por carretel são de 3000 peças. A embalagem está em conformidade com as especificações ANSI/EIA-481. As notas incluem detalhes sobre a fita de cobertura, o número máximo de componentes ausentes consecutivos (2) e as quantidades mínimas de pedido para remanescentes (500 peças).

6. Diretrizes de Soldagem, Montagem e Manuseio

6.1 Perfil de Refluxo IR Recomendado

Para processos de soldagem sem chumbo, um perfil térmico específico é recomendado para prevenir danos. Os parâmetros-chave incluem:

• Temperatura de Pré-aquecimento:150-200°C
• Tempo de Pré-aquecimento:Máximo 120 segundos
• Temperatura Máxima do Corpo:Máximo 260°C
• Tempo Acima de 260°C:Máximo 10 segundos (máximo de dois ciclos de refluxo permitidos)

O perfil deve ser desenvolvido de acordo com os padrões JEDEC e validado com o design específico do PCB, a pasta de solda e o forno usados na produção.

6.2 Condições de Armazenamento

O armazenamento adequado é vital devido à sensibilidade à umidade do encapsulamento plástico (MSL 3).

• Embalagem Selada:Armazenar a ≤30°C e ≤90% UR. Usar dentro de um ano da data de embalagem.
• Embalagem Aberta:Para componentes removidos de sua bolsa à prova de umidade, o ambiente não deve exceder 30°C e 60% UR. Recomenda-se completar o refluxo IR dentro de uma semana. Para armazenamento além de uma semana, secar os LEDs a 60°C por pelo menos 20 horas antes da soldagem para remover a umidade absorvida e prevenir o 'efeito pipoca' durante o refluxo.

6.3 Limpeza

Se a limpeza após a soldagem for necessária, usar apenas solventes aprovados. É especificado imergir o LED em álcool etílico ou isopropílico à temperatura ambiente por menos de um minuto. Produtos químicos agressivos ou não especificados podem danificar a lente plástica e o encapsulamento.

6.4 Cuidado com Descarga Eletrostática (ESD)

O chip semicondutor dentro do LED é sensível a descargas eletrostáticas e surtos de tensão. São necessárias precauções de manuseio: usar uma pulseira aterrada ou luvas antiestáticas e garantir que todos os equipamentos e superfícies de trabalho estejam devidamente aterrados.

7. Considerações de Design para Aplicação

7.1 Design do Circuito de Acionamento

LEDs são dispositivos acionados por corrente. O aspecto mais crítico do circuito de acionamento é a regulação de corrente. Para garantir brilho uniforme, especialmente quando múltiplos LEDs são conectados em paralelo, um resistor limitador de corrente deve ser colocado em série comcada LED individual. Um circuito de acionamento simples consiste em uma fonte de tensão (V_CC), o LED e um resistor em série (R_S). O valor do resistor é calculado usando a Lei de Ohm: R_S= (V_CC- V_F) / I_F, onde V_Fé a tensão direta do LED na corrente desejada I_F(ex., 20mA). Usar um resistor para cada LED compensa pequenas variações em V_Fde dispositivo para dispositivo.

7.2 Gerenciamento Térmico

Embora a dissipação de potência seja baixa (62.5 mW máx.), um gerenciamento térmico eficaz prolonga a vida do LED e mantém a saída de luz estável. O próprio PCB atua como um dissipador de calor. Garantir uma boa conexão térmica das pastas de solda do LED para os planos de cobre no PCB ajuda a dissipar o calor. Evite operar o LED em seus limites absolutos máximos de corrente e temperatura por períodos prolongados.

7.3 Escopo e Limitações da Aplicação

Este LED é destinado a equipamentos eletrónicos de uso geral. Para aplicações que requerem confiabilidade excepcional onde uma falha pode comprometer a segurança (ex., aviação, suporte de vida médico, sistemas de segurança de transporte), qualificação adicional e consulta com o fabricante do componente são necessárias antes da incorporação no projeto.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com tecnologias mais antigas como LEDs vermelhos de GaAsP (Fosfeto de Gálio e Arsênio), o chip AlInGaP usado aqui oferece eficiência luminosa significativamente maior, resultando em maior brilho para a mesma corrente de acionamento. O design da lente em forma de cúpula ajuda a alcançar o ângulo de visão especificado de 75 graus, proporcionando um bom equilíbrio entre brilho axial e visibilidade fora do eixo. A compatibilidade com colocação automatizada e refluxo IR o torna uma escolha econômica para fabricação em grande volume, diferenciando-o de LEDs que requerem soldagem manual.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Por que meu LED está fraco ou tem brilho inconsistente comparado a outros na placa?

R: A causa mais comum é não usar resistores limitadores de corrente individuais para cada LED quando eles estão conectados em paralelo. Pequenas variações na tensão direta (V_F) fazem com que o compartilhamento de corrente seja desigual. Sempre use um resistor em série para cada LED. Além disso, verifique se você está usando LEDs da mesma classe de intensidade luminosa.

P: Posso acionar este LED com 3.3V sem um resistor?

R: Não. Conectar um LED diretamente a uma fonte de tensão como 3.3V faria com que uma corrente excessiva fluísse, provavelmente excedendo a corrente direta contínua máxima (25mA) e destruindo o dispositivo. Um resistor em série é obrigatório para limitar a corrente a um valor seguro (ex., 20mA).

P: A ficha técnica mostra uma faixa de tensão direta de 1.7V a 2.5V. Qual valor devo usar para o cálculo do meu resistor?

R: Para um design conservador que garante que a corrente não exceda seu alvo (ex., 20mA) mesmo com um LED de baixa V_F, use o valor mínimo de V_F(1.7V) em seu cálculo. Isto resulta em um valor de resistor ligeiramente maior e uma corrente ligeiramente menor para LEDs com V_Fmais alta, mas garante segurança para todos os dispositivos.

P: O que significa 'MSL 3' para armazenamento?

R: Nível de Sensibilidade à Umidade 3 indica que o encapsulamento pode ser exposto às condições do chão de fábrica (≤30°C/60% UR) por até 168 horas (uma semana) antes de exigir secagem prévia à soldagem por refluxo. Exceder este tempo arrisca danos internos ao encapsulamento durante o processo de refluxo em alta temperatura.

10. Estudo de Caso de Design e Uso

Cenário: Projetando um painel indicador de status com 10 LEDs vermelhos uniformemente brilhantes.

1. Design do Circuito:Use uma linha de alimentação de 5V. Alvo I_F= 20mA. Assumindo uma V_Ftípica de 2.1V, calcule R_S= (5V - 2.1V) / 0.020A = 145 Ohms. O valor padrão mais próximo é 150 Ohms. Coloque um resistor de 150 ohms em série com o ânodo de cada um dos 10 LEDs. Conecte todos os lados do cátodo ao terra.

2. Layout do PCB:Use o padrão de terminais recomendado da ficha técnica. Certifique-se de que as marcações de polaridade na serigrafia do PCB correspondam ao indicador de polaridade do LED. Forneça um plano de terra sólido para dissipação térmica e retorno elétrico.

3. Aquisição:Especifique o código da classe de intensidade luminosa necessária (ex., W2 para 1400-1800 mcd) ao distribuidor para garantir que todos os 10 LEDs tenham brilho similar.

4. Montagem:Siga o perfil de refluxo IR recomendado. Após a montagem, se a limpeza for necessária, use álcool isopropílico.

Esta abordagem garante operação confiável, aparência visual consistente e estabilidade de longo prazo para o painel indicador.

11. Introdução ao Princípio de Operação

Um LED é um diodo semicondutor. Seu núcleo é uma junção p-n feita de materiais de banda proibida direta como AlInGaP. Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons da região tipo-n e lacunas da região tipo-p são injetados na região da junção. Quando um elétron se recombina com uma lacuna, energia é liberada. Em um LED, esta energia é liberada na forma de um fóton (partícula de luz). O comprimento de onda (cor) do fóton emitido é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor. O AlInGaP tem uma banda proibida correspondente à luz vermelha. A lente epóxi em forma de cúpula serve para proteger o chip semicondutor e moldar o feixe de saída de luz, extraindo mais luz do chip e definindo o ângulo de visão.

12. Tendências Tecnológicas

A tendência geral em LEDs indicadores SMD continua em direção a maior eficiência, tamanhos de encapsulamento menores e maior confiabilidade. Enquanto o AlInGaP permanece a tecnologia dominante para LEDs vermelhos e âmbar de alta eficiência, outros materiais como InGaN (Nitreto de Índio e Gálio) cobrem o espectro azul, verde e branco. Há desenvolvimento contínuo em encapsulamento em escala de chip (CSP) onde o chip LED é montado diretamente sem um encapsulamento plástico tradicional, permitindo fatores de forma ainda menores. Além disso, a integração de eletrónicos de controle, como drivers de corrente constante, dentro do próprio encapsulamento do LED é uma tendência crescente para simplificar o design do circuito e melhorar a consistência de desempenho.