Ficha Técnica de LED SMD 0201 Azul - Dimensões 0.6x0.3x0.25mm - Tensão 2.4-3.3V - Potência 99mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um Diodo Emissor de Luz (LED) miniatura de Montagem em Superfície (SMD) no formato de encapsulamento 0201. O dispositivo foi concebido para montagem automatizada em placas de circuito impresso (PCB) e é ideal para aplicações com restrições de espaço. Utiliza um material semicondutor de InGaN (Nitreto de Gálio e Índio) para produzir luz azul com uma lente transparente, oferecendo um amplo ângulo de visão adequado para diversos fins de sinalização e retroiluminação.

1.1 Características

• Conformidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas).
• Acondicionado em fita de 12mm enrolada em carretéis de 7 polegadas de diâmetro para montagem automatizada pick-and-place.
• Dimensões padronizadas de encapsulamento EIA (Electronic Industries Alliance).
• Entrada compatível com níveis lógicos padrão de circuitos integrados (CI).
• Concebido para compatibilidade com equipamentos automatizados de colocação em superfície.
• Adequado para utilização em processos de soldagem por refluxo infravermelho (IR).
• Pré-condicionado para atingir o Nível de Sensibilidade à Humidade 3 da JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council).

1.2 Aplicações

Este LED destina-se a uma vasta gama de equipamentos eletrónicos onde é necessária uma indicação de estado compacta e fiável. As áreas de aplicação típicas incluem:

• Dispositivos de telecomunicações (ex.: telefones sem fios, telemóveis).
• Equipamentos de automação de escritório (ex.: computadores portáteis, sistemas de rede).
• Eletrodomésticos e eletrónica de consumo.
• Equipamentos de controlo e monitorização industrial.
• Indicadores de estado e de alimentação.
• Iluminação de sinalização e simbólica.
• Retroiluminação de painéis frontais e teclados.

2. Interpretação Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Os seguintes parâmetros definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. O funcionamento nestas condições não é garantido.

• Dissipação de Potência (Pd):99 mW. Esta é a quantidade máxima de potência que o encapsulamento do LED pode dissipar como calor sem exceder a sua temperatura de junção máxima.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):100 mA. Esta é a corrente direta instantânea máxima permitida, tipicamente especificada em condições de pulso (ciclo de trabalho 1/10, largura de pulso 0.1ms) para evitar sobreaquecimento.
• Corrente Direta Contínua (I_F):30 mA. Esta é a corrente direta contínua máxima recomendada para um funcionamento fiável a longo prazo.
• Gama de Temperatura de Funcionamento (T_opr):-40°C a +85°C. A gama de temperatura ambiente na qual o dispositivo foi concebido para funcionar corretamente.
• Gama de Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +100°C. A gama de temperatura para armazenar o dispositivo quando não está energizado.

2.2 Características Elétricas / Ópticas

Estes parâmetros são medidos a uma temperatura ambiente padrão (T_a) de 25°C e definem o desempenho típico do dispositivo.

• Intensidade Luminosa (I_V):400 - 1040 mcd (milicandela) a I_F= 20mA. Este valor mede o brilho percebido do LED pelo olho humano, filtrado para corresponder à curva de resposta fotópica CIE. A ampla gama indica que é utilizado um sistema de classificação.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):110 graus (típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa é metade do seu valor axial de pico. Um ângulo de 110° proporciona um padrão de emissão muito amplo.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_P):466 nm (típico). O comprimento de onda no qual a potência óptica de saída é máxima.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):466 - 476 nm a I_F= 20mA. Este é o comprimento de onda único que melhor representa a cor percebida da luz, derivado do diagrama de cromaticidade CIE.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):35 nm (típico). A largura de banda espectral medida a metade da intensidade máxima (Largura Total a Meia Altura - FWHM). Um valor de 35nm é característico dos LEDs azuis de InGaN.
• Tensão Direta (V_F):2.4 - 3.3 V a I_F= 20mA. A queda de tensão no LED quando opera na corrente especificada. A gama indica diferentes classes de tensão.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (máx.) a V_R= 5V. A pequena corrente de fuga quando é aplicada uma polarização inversa. O dispositivo não foi concebido para operação inversa; este parâmetro destina-se principalmente à validação de testes IR.

3. Explicação do Sistema de Classificação

Para garantir consistência na produção, os LEDs são classificados em grupos com base em parâmetros-chave. Isto permite aos projetistas selecionar componentes que satisfaçam requisitos específicos de cor, brilho e tensão direta.

3.1 Classificação da Tensão Direta (V_F)

Classificado a uma corrente de teste de 20mA. A tolerância para cada grupo é de ±0.1V.

• Grupo F4:2.4V (Mín.) a 2.7V (Máx.)
• Grupo F5:2.7V (Mín.) a 3.0V (Máx.)
• Grupo F6:3.0V (Mín.) a 3.3V (Máx.)

3.2 Classificação da Intensidade Luminosa (I_V)

Classificado a uma corrente de teste de 20mA. A tolerância em cada grupo de intensidade é de ±11%.

• Grupo T2:400.0 mcd (Mín.) a 540.0 mcd (Máx.)
• Grupo U1:540.0 mcd (Mín.) a 750.0 mcd (Máx.)
• Grupo U2:750.0 mcd (Mín.) a 1040.0 mcd (Máx.)

3.3 Classificação da Matiz (Comprimento de Onda Dominante)

Classificado a uma corrente de teste de 20mA. A tolerância para cada grupo é de ±1nm.

• Grupo AC:466.0 nm (Mín.) a 471.0 nm (Máx.)
• Grupo AD:471.0 nm (Mín.) a 476.0 nm (Máx.)

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia curvas de desempenho típicas que são essenciais para compreender o comportamento do dispositivo em condições variáveis. Embora gráficos específicos não sejam reproduzidos em texto, as suas implicações são analisadas abaixo.

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

A característica I-V é não linear, típica de um díodo. A tensão direta (V_F) tem um coeficiente de temperatura positivo, o que significa que diminui ligeiramente à medida que a temperatura da junção aumenta para uma dada corrente. Os projetistas devem ter isto em conta ao projetar circuitos limitadores de corrente para garantir um funcionamento estável em toda a gama de temperaturas.

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

A intensidade luminosa é geralmente proporcional à corrente direta dentro da área de operação segura. No entanto, a eficiência pode diminuir a correntes muito elevadas devido ao aumento da geração de calor (efeito de queda). Operar no ou abaixo do ponto recomendado de 20mA garante eficiência e longevidade ótimas.

4.3 Distribuição Espectral

A curva de saída espectral centra-se no comprimento de onda de pico de 466nm com uma FWHM de aproximadamente 35nm. Isto define a pureza da cor azul. O comprimento de onda dominante, utilizado para classificação, é calculado a partir deste espectro ponderado pela sensibilidade do olho humano.

4.4 Características de Temperatura

O desempenho do LED depende da temperatura. A intensidade luminosa tipicamente diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. As gamas de temperatura de funcionamento e armazenamento (-40°C a +85°C e -100°C, respetivamente) garantem que a integridade do material semicondutor e do encapsulamento é mantida.

5. Informação Mecânica e de Embalagem

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O dispositivo está em conformidade com o padrão de encapsulamento 0201. As dimensões-chave (em milímetros) incluem um comprimento do corpo de aproximadamente 0.6mm, uma largura de 0.3mm e uma altura de 0.25mm. Todas as tolerâncias dimensionais são de ±0.2mm, salvo indicação em contrário. Os terminais do ânodo e do cátodo estão claramente designados para a orientação correta na PCB.

5.2 Ponto de Soldagem Recomendado na PCB

É fornecida uma geometria de pista (footprint) para soldagem por refluxo infravermelho ou de fase vapor. Aderir a este layout de ponto recomendado é crucial para obter juntas de solda fiáveis, um correto auto-alinhamento durante o refluxo e uma dissipação de calor eficaz do chip do LED.

5.3 Embalagem em Fita e Carretel

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora relevada com uma largura de 12mm. A fita é enrolada em carretéis com um diâmetro de 7 polegadas (178mm). As quantidades padrão por carretel são de 4000 peças, com uma quantidade mínima de embalagem de 500 peças para lotes remanescentes. A embalagem segue as especificações ANSI/EIA-481 para garantir compatibilidade com equipamentos de montagem automatizada.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo IR

É fornecido um perfil de refluxo sugerido em conformidade com a J-STD-020B para processos sem chumbo. Os parâmetros-chave incluem:

• Pré-aquecimento:150-200°C máximo.
• Tempo de Pré-aquecimento:120 segundos máximo.
• Temperatura de Pico:260°C máximo.
• Tempo Acima do Líquidus:10 segundos máximo (recomendado para um máximo de dois ciclos de refluxo).

É fundamental notar que o perfil ótimo depende do projeto específico da PCB, da pasta de solda e do forno. O perfil fornecido serve como um alvo genérico baseado nas normas JEDEC.

6.2 Soldagem Manual

Se for necessária soldagem manual, deve ter-se extremo cuidado devido ao tamanho miniatura. As recomendações incluem:

• Temperatura do Ferro:300°C máximo.
• Tempo de Soldagem:3 segundos máximo por junta.
• Aplicar calor ao ponto da PCB, não diretamente ao corpo do LED.

6.3 Limpeza

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

6.4 Armazenamento e Sensibilidade à Humidade

Os LEDs são sensíveis à humidade (MSL 3).

• Embalagem Selada:Armazenar a ≤30°C e ≤70% de Humidade Relativa (HR). Utilizar dentro de um ano a partir da data de embalagem.
• Embalagem Aberta:Armazenar a ≤30°C e ≤60% HR. Recomenda-se completar o refluxo IR dentro de 168 horas (7 dias) após a abertura.
• Armazenamento Prolongado (Aberto):Armazenar num recipiente selado com dessecante ou num dessecador de azoto.
• Exposição >168hrs:Os LEDs devem ser aquecidos a aproximadamente 60°C durante pelo menos 48 horas antes da soldagem para remover a humidade absorvida e prevenir o efeito \"popcorn\" durante o refluxo.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Este LED requer um mecanismo limitador de corrente quando alimentado por uma fonte de tensão superior à sua tensão direta. O método mais simples é uma resistência em série. O valor da resistência (R_s) pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R_s= (V_fonte- V_F) / I_F. Por exemplo, com uma fonte de 5V, uma V_Fde 3.0V (típico), e uma I_Fdesejada de 20mA, R_s= (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 Ω. A potência nominal da resistência deve ser pelo menos I_F²* R_s.

7.2 Considerações de Projeto

• Acionamento de Corrente:Acione sempre o LED com uma corrente constante ou uma fonte de tensão com uma resistência em série. A ligação direta a uma fonte de tensão que exceda V_Fcausará corrente excessiva e falha rápida.
• Gestão Térmica:Embora a dissipação de potência seja baixa, garantir uma área de cobre adequada na PCB em torno dos pontos ajuda a dissipar calor, especialmente em ambientes de alta temperatura ambiente ou quando acionado a correntes mais elevadas.
• Proteção ESD:Embora não seja explicitamente declarado como sensível, é uma boa prática manusear todos os dispositivos semicondutores com as devidas precauções contra Descarga Eletrostática (ESD).
• Projeto Óptico:O amplo ângulo de visão de 110° torna-o adequado para aplicações que requerem ampla visibilidade. Para luz focada, podem ser necessárias lentes externas ou guias de luz.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais fatores diferenciadores para este LED são a sua pegada extremamente compacta 0201 e o seu ponto de cor azul específico (comprimento de onda dominante 466-476nm). Comparado com encapsulamentos maiores (ex.: 0603, 0805), o 0201 oferece uma poupança de espaço significativa na PCB, permitindo projetos de maior densidade. A tecnologia InGaN proporciona emissão azul eficiente. A combinação de um amplo ângulo de visão e uma lente transparente resulta numa fonte de luz brilhante e difusa, ideal para indicadores de estado onde o ângulo de visão não é restrito. O sistema de classificação detalhado permite uma seleção precisa em aplicações que requerem correspondência rigorosa de cor ou brilho entre múltiplos LEDs.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

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

O Comprimento de Onda de Pico (λ_P) é o comprimento de onda físico onde o LED emite a maior potência óptica. O Comprimento de Onda Dominante (λ_d) é um valor calculado que representa o comprimento de onda único da luz monocromática que pareceria ter a mesma cor que a saída do LED para o olho humano. λ_dé, portanto, mais relevante para a especificação de cor e classificação.

9.2 Posso acionar este LED com 30mA continuamente?

Embora o Valor Máximo Absoluto para a Corrente Direta Contínua seja 30mA, a condição de teste típica e o ponto de operação recomendado para as especificações ópticas publicadas é 20mA. Operar a 30mA pode produzir uma saída de luz mais elevada, mas gerará mais calor, potencialmente reduzindo a vida útil e alterando a cor. Para uma operação fiável a longo prazo, é aconselhável projetar o circuito para 20mA ou menos.

9.3 Por que existe uma especificação de corrente inversa se o dispositivo não é para operação inversa?

A especificação da Corrente Inversa (I_R) é um parâmetro de controlo de qualidade medido durante os testes de produção (teste IR). Garante a integridade da junção semicondutora. Na aplicação, uma tensão inversa nunca deve ser intencionalmente aplicada, pois não foi concebido para bloquear tensão inversa significativa e poderia ser danificado.

9.4 Como interpreto os códigos de classificação ao encomendar?

Para garantir que recebe LEDs com desempenho consistente, deve especificar os códigos de classificação para Tensão Direta (F4/F5/F6), Intensidade Luminosa (T2/U1/U2) e Comprimento de Onda Dominante (AC/AD) com base nos seus requisitos de projeto. Por exemplo, uma encomenda pode especificar peças do grupo F5, U1, AC para tensão média, brilho médio-alto e uma tonalidade mais azulada.

10. Caso de Uso Prático

Cenário: Projetar um indicador de estado compacto para um dispositivo vestível.O dispositivo tem uma PCB pequena com espaço limitado. É necessário um indicador azul de ligado. O LED 0201 é selecionado pela sua pegada mínima. O projeto utiliza um pino GPIO de um microcontrolador de 3.3V para controlar o LED. Uma resistência em série é calculada usando a V_Fmáxima do grupo de tensão escolhido (ex.: máximo do grupo F6 de 3.3V) para garantir corrente suficiente mesmo com a pior V_F: R_s= (3.3V - 3.3V) / 0.020A = 0 Ω. Isto não é viável. Portanto, deve ser selecionado um grupo de V_Fmais baixa (F4 ou F5), ou a tensão de alimentação deve ser aumentada. Escolhendo o grupo F5 (V_Fmáx.=3.0V) e adicionando um pequeno conversor boost para fornecer 3.6V permite R_s= (3.6V - 3.0V) / 0.020A = 30 Ω. O layout da PCB fornece áreas de cobre modestas nos pontos do LED para dissipação de calor. O LED é colocado na placa utilizando montagem automatizada pick-and-place a partir do carretel de fita de 12mm.

11. Introdução ao Princípio

Este LED é um dispositivo fotónico semicondutor. Baseia-se numa estrutura de heterojunção de Nitreto de Gálio e Índio (InGaN). Quando uma tensão de polarização direta é aplicada, os eletrões e as lacunas são injetados na região ativa a partir das camadas semicondutoras do tipo n e p, respetivamente. Estes portadores de carga recombinam-se de forma radiante, libertando energia sob a forma de fotões. A composição específica da liga de InGaN determina a energia da banda proibida, que por sua vez dita o comprimento de onda (cor) da luz emitida—neste caso, azul. A lente de epóxi transparente encapsula o chip semicondutor, fornece proteção mecânica e molda o padrão de saída de luz para alcançar o ângulo de visão especificado de 110 graus.

12. Tendências de Desenvolvimento

A tendência nos LEDs SMD para aplicações de sinalização continua na direção da miniaturização, aumento da eficiência e maior fiabilidade. Os tamanhos de encapsulamento evoluíram de 0603 para 0402, e agora para 0201 e até equivalentes métricos mais pequenos como o 01005. As melhorias de eficiência (mais lúmens por watt) permitem brilho adequado a correntes de acionamento mais baixas, reduzindo o consumo de energia e a carga térmica. Os avanços em materiais de encapsulamento e tecnologias de fixação do chip melhoram a fiabilidade a longo prazo e a resistência a ciclos térmicos. Além disso, há uma ênfase crescente em tolerâncias de classificação mais apertadas e capacidades de mistura de cores mais sofisticadas para aplicações que requerem reprodução de cor precisa ou luz branca ajustável, embora este dispositivo específico seja um emissor azul de cor única.