Ficha Técnica do LED SMD LTSA-G6SPVAKTU - Âmbar AlInGaP - 140mA - 2.65V - 530mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece as especificações técnicas completas de um LED de montagem em superfície (SMD) projetado para aplicações de alta confiabilidade. O componente utiliza um material semicondutor de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) para produzir emissão de luz âmbar, encapsulado em uma lente transparente. Foi projetado para atender aos rigorosos requisitos dos processos modernos de montagem eletrônica e ambientes operacionais exigentes.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens de projeto deste LED incluem sua compatibilidade com equipamentos automáticos de pick-and-place e processos padrão de soldagem por refluxo infravermelho (IR), que são críticos para fabricação em grande volume. O encapsulamento está em conformidade com as dimensões padrão EIA, garantindo intercambialidade e facilidade de integração em layouts de PCB existentes. Sua qualificação chave contra o padrão AEC-Q101, Revisão D, destaca sua adequação para eletrônica automotiva, visando especificamente aplicações acessórias não críticas dentro dos veículos. O componente também está em conformidade com a diretiva Restrição de Substâncias Perigosas (RoHS).

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

O desempenho do LED é definido sob condições específicas elétricas, ópticas e térmicas, tipicamente medido a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

2.1 Especificações Absolutas Máximas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob estas condições não é garantida. Os limites principais incluem uma dissipação de potência máxima de 530mW, uma corrente direta de pico de 400mA (sob condições pulsadas com ciclo de trabalho de 1/10 e largura de pulso de 0.1ms) e uma faixa de corrente direta contínua DC de 5mA a 200mA. O dispositivo é classificado para uma faixa de temperatura de operação e armazenamento de -40°C a +110°C. Pode suportar Descarga Eletrostática (ESD) de até 2kV conforme o Modelo de Corpo Humano (HBM, Classe 2 por ANSI/ESDA/JEDEC JS-001). O encapsulamento pode suportar soldagem por refluxo infravermelho a uma temperatura de pico de 260°C por até 10 segundos, o que é padrão para processos de montagem sem chumbo (Pb-free).

2.2 Características Térmicas

O gerenciamento térmico é crucial para o desempenho e longevidade do LED. A resistência térmica da junção semicondutora para o ar ambiente (RθJA) é tipicamente 50°C/W quando montado em uma PCB FR4 padrão com 1.6mm de espessura e uma almofada de cobre de 16mm². A resistência térmica da junção para o ponto de solda (RθJS) é tipicamente 30°C/W, fornecendo um caminho mais direto para dissipação de calor na placa de circuito. A temperatura máxima permitida da junção (Tj) é 125°C. Exceder esta temperatura acelerará a degradação da saída de luz e pode levar a falha catastrófica.

2.3 Características Elétricas e Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos sob condições de teste padrão (IF = 140mA, Ta=25°C). A intensidade luminosa (Iv) varia de um mínimo de 7.1 candela (cd) a um máximo de 11.2 cd. A distribuição espacial da luz é caracterizada por um amplo ângulo de visão (2θ½) de 120 graus, significando que a intensidade luminosa é metade do seu valor de pico a ±60 graus do eixo central. A emissão de luz atinge o pico em um comprimento de onda (λP) de aproximadamente 625 nanômetros (nm). O comprimento de onda dominante (λd), que define a cor percebida, é especificado entre 612 nm e 624 nm. A largura de banda espectral (Δλ), indicando a pureza da cor, é tipicamente 18 nm. A tensão direta (VF) necessária para acionar o LED a 140mA varia de 1.90V a 2.65V. A corrente de fuga reversa (IR) é tipicamente 10 μA quando uma polarização reversa de 12V é aplicada, embora o dispositivo não seja projetado para operação em polarização reversa.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

Para garantir consistência na aplicação, os LEDs são classificados em bins de desempenho com base em parâmetros-chave pós-fabricação. O código do bin, impresso no rótulo do produto, segue o formato: Classificação Vf / Classificação Iv / Classificação Wd (ex.: F/EA/3).

3.1 Classificação da Tensão Direta (Vf)

Os LEDs são categorizados em cinco bins de tensão (C a G) com base em sua queda de tensão direta a 140mA. Bin C cobre 1.90V a 2.05V, Bin D: 2.05V a 2.20V, Bin E: 2.20V a 2.35V, Bin F: 2.35V a 2.50V e Bin G: 2.50V a 2.65V. Cada bin tem uma tolerância de ±0.1V. Isso permite que os projetistas selecionem LEDs com requisitos de tensão consistentes para circuitos de regulação de corrente.

3.2 Classificação da Intensidade Luminosa (Iv)

A saída de luz é classificada em dois bins de intensidade. O Bin EA tem uma faixa de intensidade de 7.1 cd a 9.0 cd (equivalente a 20.0 a 25.2 lúmens), enquanto o Bin EB varia de 9.0 cd a 11.2 cd (25.2 a 31.3 lúmens). A tolerância para cada bin de intensidade é de ±11%. Essa classificação garante brilho uniforme em aplicações que requerem múltiplos LEDs.

3.3 Classificação do Comprimento de Onda Dominante (Wd)

A cor (comprimento de onda dominante) é classificada em três bins para manter a consistência de cor. Bin 2: 612 nm a 616 nm, Bin 3: 616 nm a 620 nm e Bin 4: 620 nm a 624 nm. A tolerância para cada bin de comprimento de onda é de ±1 nm. Isso é crítico para aplicações onde o casamento preciso de cores é necessário, como em conjuntos de indicadores ou retroiluminação.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Dados gráficos fornecem uma visão mais profunda do comportamento do dispositivo sob condições variáveis.

4.1 Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta

Uma curva característica mostra a relação entre a corrente direta (IF) e a intensidade luminosa relativa. A saída de luz aumenta com a corrente, mas de forma não linear. Operar significativamente acima da corrente recomendada (ex.: 200mA) pode resultar em ganhos decrescentes na saída de luz, enquanto aumenta drasticamente a geração de calor e acelera a degradação. A curva ressalta a importância de um acionamento de corrente adequado, tipicamente via uma fonte de corrente constante ou um resistor limitador de corrente.

4.2 Tensão Direta vs. Corrente Direta

Esta curva IV ilustra a relação exponencial do diodo entre tensão e corrente. A tensão de "joelho", onde a corrente começa a aumentar rapidamente, é característica do sistema de material AlInGaP. A curva é essencial para projetar o circuito de acionamento, garantindo margem de tensão suficiente da fonte de alimentação para atingir a corrente operacional desejada ao longo da faixa VF especificada e sobre variações de temperatura.

4.3 Distribuição Espacial (Padrão de Radiação)

Um diagrama polar descreve o padrão de radiação espacial, confirmando o ângulo de visão de 120 graus. O padrão é tipicamente Lambertiano ou próximo disso, significando que a intensidade é proporcional ao cosseno do ângulo de visão. Esta distribuição ampla e uniforme é ideal para aplicações que requerem iluminação de área ampla ou visibilidade de grande ângulo, como indicadores de status.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Encapsulamento e Polaridade

O LED está em conformidade com um footprint SMD padrão. Desenhos mecânicos detalhados especificam o comprimento, largura, altura, espaçamento dos terminais e tolerâncias gerais (tipicamente ±0.2mm). É crucial observar que o terminal do ânodo também serve como o dissipador de calor primário do dispositivo. O projeto da almofada da PCB deve conectar-se a esta almofada do ânodo para facilitar a dissipação de calor eficaz. O cátodo é tipicamente identificado por um marcador visual, como um entalhe ou uma marcação verde no encapsulamento.

5.2 Layout Recomendado da Almofada de Fixação na PCB

Um diagrama mostra o projeto ideal da almofada de cobre na placa de circuito impresso para soldagem por refluxo infravermelho. Este layout garante a formação confiável da junta de solda, a transferência térmica adequada do dissipador de calor do LED (ânodo) para a PCB e minimiza o risco de tombamento (uma extremidade se levantando durante o refluxo). O tamanho e formato da almofada são projetados para corresponder aos terminais para máxima soldabilidade e resistência mecânica.

6. Guia de Soldagem, Montagem e Manuseio

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo IR

Um gráfico detalhado de temperatura-tempo especifica o perfil de refluxo recomendado para pastas de solda sem chumbo, conforme J-STD-020. Parâmetros-chave incluem a taxa de rampa de temperatura de pré-aquecimento, tempo e temperatura de imersão, tempo acima do líquido (TAL), temperatura de pico (não excedendo 260°C) e taxa de resfriamento. Aderir a este perfil é essencial para prevenir choque térmico, delaminação ou defeitos na junta de solda, garantindo que o dispositivo sensível à umidade (Nível MSL 2) seja processado corretamente.

6.2 Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

O LED é classificado como Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL) 2 conforme JEDEC J-STD-020. Em sua bolsa selada de barreira à umidade com dessecante, tem uma vida útil de prateleira de um ano quando armazenado a ≤30°C e ≤70% UR. Uma vez que a bolsa é aberta, os componentes devem ser usados dentro de um tempo de vida útil especificado (tipicamente 168 horas para MSL2 a ≤30°C/60% UR) ou ser reaquecidos (ex.: 60°C por 48 horas) antes do refluxo para prevenir danos de "pipocagem" devido à umidade absorvida vaporizando durante a soldagem.

6.3 Limpeza

Se a limpeza pós-soldagem for necessária, apenas solventes especificados devem ser usados. Imersão do LED em álcool etílico ou isopropílico à temperatura ambiente por menos de um minuto é aceitável. Produtos químicos agressivos ou não especificados podem danificar a lente de epóxi ou as marcações do encapsulamento.

7. Especificações de Embalagem e Pedido

7.1 Embalagem em Fita e Carretel

Para montagem automatizada, os LEDs são fornecidos em fita transportadora embutida, selada com uma fita de cobertura. As dimensões da fita, tamanho do bolso e direção de alimentação são especificadas conforme padrões EIA-481. Os componentes são enrolados em carretéis padrão de 7 polegadas (178mm) de diâmetro. Um carretel completo contém 1000 peças. Carretéis parciais (restos) têm uma quantidade mínima de pedido de 500 peças. A especificação de embalagem também define o número máximo permitido de bolsos vazios consecutivos (dois).

7.2 Dimensões do Carretel

Desenhos mecânicos detalham o diâmetro do cubo do carretel, diâmetro do flange, largura total e características de chaveta para garantir compatibilidade com equipamentos alimentadores SMT padrão.

8. Diretrizes de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Cenários de Aplicação Alvo

O domínio de aplicação principal é a eletrônica automotiva, especificamente para funções acessórias. Isso inclui iluminação interior, retroiluminação do painel para indicadores não críticos, iluminação do console central e outras aplicações de sinalização não críticas para segurança dentro do veículo. Sua qualificação AEC-Q101 fornece garantia para a temperatura, umidade e estresse operacional típicos em ambientes automotivos.

8.2 Considerações de Projeto

• Acionamento de Corrente:Sempre use um driver de corrente constante ou um resistor limitador de corrente em série. Calcule o valor do resistor com base na tensão da fonte de alimentação (Vcc), na tensão direta máxima do LED (VF máx. do bin) e na corrente operacional desejada (IF). Use a fórmula: R = (Vcc - VF) / IF. Certifique-se de que a potência nominal do resistor seja suficiente (P = (Vcc - VF) * IF).
• Gerenciamento Térmico:O ânodo é a almofada térmica. Projete a PCB com uma área de cobre adequada conectada a esta almofada para atuar como dissipador de calor. Para operação de alta corrente ou alta temperatura ambiente, vias térmicas para camadas internas ou inferiores podem melhorar significativamente a dissipação de calor e manter uma temperatura de junção mais baixa.
• Proteção ESD:Embora classificado para 2kV HBM, é recomendado implementar diodos de proteção ESD em linhas de entrada sensíveis ou usar práticas de manuseio condutivo na área de montagem para maior confiabilidade.
• Projeto Óptico:O ângulo de visão de 120 graus fornece ampla cobertura. Para luz focada, ópticas secundárias externas (lentes) podem ser necessárias. A lente transparente é adequada para aplicações onde a verdadeira cor âmbar do chip é desejada.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado aos LEDs padrão de orifício passante, este componente SMD oferece vantagens significativas: footprint muito menor, perfil mais baixo para designs finos, superior adequação para montagem automatizada e melhor desempenho térmico via PCB. Dentro do segmento de LED SMD âmbar, seus principais diferenciais são sua qualificação explícita AEC-Q101 para uso automotivo, o amplo ângulo de visão de 120 graus e o sistema detalhado de classificação para consistência de cor e intensidade. O uso da tecnologia AlInGaP tipicamente oferece maior eficiência e melhor estabilidade térmica comparada a tecnologias mais antigas como GaAsP para cores âmbar.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

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

O comprimento de onda de pico (λP) é o comprimento de onda único no qual a distribuição de potência espectral é máxima. O comprimento de onda dominante (λd) é derivado do diagrama de cromaticidade CIE e representa o comprimento de onda único de uma luz monocromática pura que corresponderia à cor percebida do LED. λd é mais relevante para especificação de cor em aplicações.

10.2 Posso acionar este LED com uma fonte de 3.3V sem um resistor?

Não. A tensão direta varia até 2.65V. Conectá-lo diretamente a uma fonte de 3.3V forçaria uma corrente limitada apenas pela resistência dinâmica do diodo e pela resistência interna da fonte, provavelmente excedendo a classificação de corrente absoluta máxima e destruindo o LED instantaneamente. Um resistor limitador de corrente ou regulador é sempre necessário.

10.3 Este LED é adequado para aplicações críticas de segurança como luzes de freio ou piscas?

A ficha técnica afirma explicitamente que é destinado a "aplicações acessórias" e aconselha consultar o fabricante para aplicações onde a falha poderia comprometer a segurança. Para funções críticas de segurança como sinalização externa, componentes com qualificação mais rigorosa (ex.: AEC-Q102 para LEDs discretos) e potencialmente diferentes graus de confiabilidade devem ser selecionados.

10.4 Como interpreto o código de bin F/EA/3 no rótulo?

Isso indica um subconjunto de desempenho específico: F = Tensão Direta entre 2.35V e 2.50V. EA = Intensidade Luminosa entre 7.1 cd e 9.0 cd. 3 = Comprimento de Onda Dominante entre 616 nm e 620 nm. Isso permite o casamento preciso de LEDs dentro de um único lote de produção ou projeto.

11. Exemplo Prático de Projeto e Uso

Cenário:Projetando um indicador de status para um botão de controle de infotenimento automotivo. O indicador deve ser visível de um grande ângulo, operar a partir do sistema de 12V do veículo (regulado para 5V localmente) e manter cor e brilho consistentes.

Implementação:

1. Seleção:Escolha um LED do Bin F/EB/3 para maior brilho (EB) e cor laranja-âmbar consistente (Bin 3). O bin de tensão (F) é observado para o projeto do driver.
2. Esquemático:Use uma linha de 5V. Calcule o resistor em série: R = (5V - 2.5V_máx) / 0.14A ≈ 17.9Ω. Selecione um resistor padrão de 18Ω com uma potência nominal de pelo menos (5V-2.5V)*0.14A = 0.35W; um resistor de 0.5W é recomendado.
3. Layout da PCB:Projete o footprint conforme o layout de almofada recomendado. Conecte a almofada do ânodo a uma grande área de cobre na camada superior, costurada com múltiplas vias térmicas para um plano de terra interno para dissipação de calor. Coloque o resistor limitador de corrente próximo ao LED.
4. Montagem:Siga o perfil de refluxo IR especificado. Certifique-se de que o carretel seja usado dentro de seu tempo de vida útil após abrir a bolsa de barreira à umidade.
5. Resultado:Um indicador âmbar confiável, consistentemente brilhante e de grande ângulo, adequado para o ambiente da cabine automotiva.

12. Introdução ao Princípio Tecnológico

Este LED é baseado no material semicondutor de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) cultivado em um substrato. Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons e lacunas são injetados na região ativa onde se recombinam, liberando energia na forma de fótons. A proporção específica de alumínio, índio e gálio na rede cristalina determina a energia da banda proibida, que corresponde diretamente ao comprimento de onda (cor) da luz emitida—neste caso, âmbar (~615nm). O encapsulamento de epóxi transparente protege o chip semicondutor, atua como uma lente para moldar a saída de luz e pode conter fósforos ou corantes (embora para um LED âmbar AlInGaP puro, é tipicamente transparente). Os terminais do ânodo e cátodo fornecem conexão elétrica e fixação mecânica, com o terminal do ânodo projetado para conduzir calor eficientemente para longe da junção ativa.

13. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria

A tendência geral em LEDs SMD para aplicações automotivas e industriais é em direção a maior eficiência (mais lúmens por watt), maior densidade de potência, confiabilidade aprimorada sob condições mais severas de temperatura e umidade e consistência de cor aprimorada através de classificação mais restrita. Há também uma tendência para miniaturização enquanto mantém ou melhora o desempenho térmico. A adoção de materiais avançados e técnicas de encapsulamento, como designs flip-chip e substratos cerâmicos, continua a expandir esses limites. Além disso, a integração com drivers e circuitos de controle em módulos de "LED inteligente" é uma tendência emergente para sistemas de iluminação complexos. O componente aqui descrito representa uma solução madura e confiável dentro do ecossistema mais amplo de optoeletrônica de montagem em superfície, equilibrando desempenho, custo e fabricabilidade para suas aplicações-alvo.