Ficha Técnica LED SMD 25-21/BHC-AR1S2E/2A Azul - Pacote 2.5x2.1mm - Tensão 2.75-3.65V - Potência 75mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O 25-21/BHC-AR1S2E/2A é um díodo emissor de luz (LED) de montagem em superfície (SMD) que utiliza um chip semicondutor de InGaN (Nitreto de Gálio e Índio) para produzir luz azul. Este componente pertence a uma classe de LEDs projetada para montagem de placas de alta densidade, oferecendo vantagens significativas em miniaturização e processos de produção automatizados.

A vantagem central deste LED é o seu tamanho compacto. Com dimensões de aproximadamente 2,5mm x 2,1mm, ele permite projetos de placas de circuito impresso (PCB) menores, maior densidade de componentes e, em última análise, contribui para o desenvolvimento de equipamentos finais mais compactos. A sua construção leve torna-o ainda ideal para aplicações onde espaço e peso são restrições críticas.

Este é um LED do tipo monocromático (azul). O dispositivo é construído com materiais sem chumbo (Pb-free) e está em conformidade com as principais regulamentações ambientais, incluindo a diretiva RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas) da UE e o REACH (Registo, Avaliação, Autorização e Restrição de Produtos Químicos). Também é classificado como livre de halogéneos, com o conteúdo de bromo (Br) e cloro (Cl) mantido abaixo dos limites especificados (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). O produto é fornecido num formato compatível com a fabricação moderna, embalado em fita de 8mm enrolada num carretel de 7 polegadas de diâmetro, adequado para uso com equipamentos automáticos de pick-and-place.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada dos principais parâmetros elétricos, ópticos e térmicos definidos na ficha técnica. Compreender estes limites e valores típicos é crucial para um projeto de circuito confiável.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Os Valores Máximos Absolutos definem os limites de tensão além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Estas não são condições de operação normal.

• Tensão Reversa (VR): 5VA aplicação de uma tensão de polarização reversa superior a 5V pode causar ruptura da junção.
• Corrente Direta Contínua (IF): 20mAEsta é a corrente DC máxima recomendada para operação contínua, para garantir confiabilidade a longo prazo e manter o desempenho óptico especificado.
• Corrente Direta de Pico (IFP): 100mAEsta classificação permite operação pulsada (ciclo de trabalho 1/10 a 1kHz). É útil para aplicações que requerem breves rajadas de maior brilho, mas não deve ser excedida, mesmo momentaneamente.
• Dissipação de Potência (Pd): 75mWEsta é a quantidade máxima de potência que o pacote pode dissipar como calor (calculada como Tensão Direta x Corrente Direta) a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Exceder este limite arrisca superaquecimento.
• Temperatura de Operação & Armazenamento:O dispositivo pode funcionar em temperaturas ambientes de -40°C a +85°C e pode ser armazenado em temperaturas de -40°C a +90°C.
• Descarga Eletrostática (ESD):A classificação do Modelo do Corpo Humano (HBM) é 150V. Isto indica uma sensibilidade moderada à ESD, necessitando de precauções padrão de ESD durante o manuseio.
• Temperatura de Soldagem:O pacote pode suportar soldagem por refluxo com uma temperatura de pico de 260°C por até 10 segundos, ou soldagem manual a 350°C por até 3 segundos por terminal.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos sob condições de teste padrão (Ta=25°C, IF=20mA) e definem o desempenho do dispositivo.

• Intensidade Luminosa (Iv):Varia de um mínimo de 112 milicandelas (mcd) a um máximo de 285 mcd. A ampla gama é gerida através de um sistema de binning (detalhado mais tarde). O valor típico não é especificado, situando-se algures dentro desta faixa de bin.
• Ângulo de Visão (2θ1/2):O ângulo total no qual a intensidade luminosa cai para metade do seu valor de pico é tipicamente de 60 graus. Isto define a dispersão do feixe do LED.
• Comprimento de Onda de Pico (λp):O comprimento de onda no qual a potência óptica de saída é máxima é tipicamente de 468 nanómetros (nm), colocando-o na região azul do espectro visível.
• Comprimento de Onda Dominante (λd):Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano, variando de 464,5 nm a 476,5 nm. Também está sujeito a binning.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):Tipicamente 25 nm, isto indica a dispersão dos comprimentos de onda emitidos em torno do comprimento de onda de pico.
• Tensão Direta (VF):Varia de 2,75V a 3,65V quando acionado a 20mA. Esta variação é gerida por um sistema de binning de tensão. Um resistor limitador de corrente deve ser usado em série com o LED para controlar a corrente com base na VF real da unidade específica e na tensão de alimentação.
• Corrente Reversa (IR):Máximo de 50 microamperes (μA) quando uma polarização reversa de 5V é aplicada.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir consistência na produção em massa, os LEDs são classificados (binning) com base em parâmetros-chave de desempenho. Isto permite aos projetistas selecionar componentes que atendam a requisitos específicos de brilho, cor e tensão.

3.1 Binning de Intensidade Luminosa

Os LEDs são categorizados em quatro bins (R1, R2, S1, S2) com base na sua intensidade luminosa medida a 20mA.

• Bin R1:112 mcd a 140 mcd
• Bin R2:140 mcd a 180 mcd
• Bin S1:180 mcd a 225 mcd
• Bin S2:225 mcd a 285 mcd

Uma tolerância de ±11% aplica-se à intensidade luminosa dentro de cada código de bin.

3.2 Binning de Comprimento de Onda Dominante

Os LEDs são classificados em quatro bins (A9, A10, A11, A12) para controlar o tom de azul.

• Bin A9:464,5 nm a 467,5 nm
• Bin A10:467,5 nm a 470,5 nm
• Bin A11:470,5 nm a 473,5 nm
• Bin A12:473,5 nm a 476,5 nm

Uma tolerância de ±1nm aplica-se ao comprimento de onda dominante dentro de cada código de bin.

3.3 Binning de Tensão Direta

Os LEDs são agrupados em três bins de tensão (5, 6, 7) para auxiliar no projeto do circuito de regulação de corrente.

• Bin 5:2,75V a 3,05V
• Bin 6:3,05V a 3,35V
• Bin 7:3,35V a 3,65V

Uma tolerância de ±0,1V aplica-se à tensão direta dentro de cada código de bin.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora a ficha técnica faça referência a curvas eletro-ópticas características típicas, o texto fornecido não inclui os gráficos específicos. Com base no comportamento padrão do LED, estas curvas ilustrariam tipicamente as seguintes relações, que são críticas para o projeto:

• Curva I-V (Corrente-Tensão):Mostra a relação exponencial entre a tensão direta e a corrente. A tensão de joelho da curva correlaciona-se com a especificação VF. Este gráfico é essencial para selecionar o valor apropriado do resistor limitador de corrente.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta:Demonstra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento, tipicamente numa relação quase linear até um certo ponto, após o qual a eficiência diminui.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra a diminuição da saída de luz à medida que a temperatura da junção aumenta. Isto é crucial para aplicações que operam em ambientes de alta temperatura.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando o pico em ~468nm e a largura de banda de 25nm, confirmando a pureza da cor azul.

5. Informações Mecânicas e do Pacote

O LED está alojado num pacote plástico de montagem em superfície. A ficha técnica inclui um desenho dimensionado detalhado. As características mecânicas principais incluem:

• Contorno do Pacote:As dimensões principais do corpo são aproximadamente 2,5mm de comprimento e 2,1mm de largura. O desenho especifica todas as dimensões críticas, incluindo o tamanho, espaçamento dos terminais e altura do pacote com uma tolerância padrão de ±0,1mm, salvo indicação em contrário.
• Identificação de Polaridade:O terminal do cátodo é tipicamente marcado, muitas vezes por um entalhe, um ponto ou uma marca verde no próprio pacote, conforme indicado no desenho. A polaridade correta é essencial para o funcionamento.
• Projeto do Pad (Footprint):O padrão de terra recomendado para o PCB (tamanho e forma do pad) é derivado das dimensões do pacote para garantir soldagem confiável e estabilidade mecânica.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A adesão a estas diretrizes é crítica para evitar danos durante o processo de montagem.

6.1 Armazenamento e Manuseio

• Os LEDs são embalados num saco resistente à humidade com dessecante.
• Não abrao saco à prova de humidade até que os componentes estejam prontos para uso.
• Após a abertura, os LEDs não utilizados devem ser armazenados a ≤30°C e ≤60% de humidade relativa.
• Avida útil no chão de fábricaapós abrir o saco é de 168 horas (7 dias). Se não forem utilizados dentro deste prazo, devem ser reaquecidos e reembalados.
• Condição de Reaquecimento:Se necessário, reaqueça a 60 ±5°C durante 24 horas.
• Sempre observe as precauções de ESD (Descarga Eletrostática) durante o manuseio.

6.2 Processo de Soldagem por Refluxo

É fornecida um perfil de temperatura detalhado para soldagem por refluxo sem chumbo (Pb-free):

• Pré-aquecimento:Rampa de 150°C a 200°C ao longo de 60-120 segundos.
• Mergulho/Refluxo:O tempo acima de 217°C (temperatura de liquidus) deve ser de 60-150 segundos. A temperatura de pico não deve exceder 260°C, e o tempo a ou acima de 255°C deve ser limitado a um máximo de 30 segundos.
• Taxa de Arrefecimento:A taxa máxima de arrefecimento é de 6°C por segundo.
• Importante:A soldagem por refluxo não deve ser realizada mais deduas vezes. Evite tensão mecânica no LED durante o aquecimento e não deforme o PCB após a soldagem.

6.3 Soldagem Manual e Retrabalho

• Se a soldagem manual for necessária, use um ferro de soldar com temperatura da ponta ≤350°C por ≤3 segundos por terminal.
• A potência do ferro deve ser ≤25W. Permita um intervalo de arrefecimento de pelo menos 2 segundos entre soldar cada terminal.
• Reparo/Retrabalho é fortemente desencorajadoapós o LED ser soldado. Se inevitável, deve ser usado um ferro de soldar de dupla cabeça especializado para aquecer simultaneamente ambos os terminais e levantar o componente sem tensionar as juntas de solda. O impacto nas características do LED deve ser verificado antecipadamente.

7. Embalagem e Informações de Pedido

O produto é fornecido para montagem automatizada.

• Fita Transportadora:Os componentes são carregados numa fita transportadora relevada com uma largura de 8mm.
• Carretel:A fita é enrolada num carretel padrão de 7 polegadas (178mm) de diâmetro.
• Quantidade:Cada carretel contém 2000 unidades do LED.
• Saco de Barreira de Humidade:O carretel é selado dentro de um saco de alumínio à prova de humidade com um dessecante e um cartão indicador de humidade.
• Informações da Etiqueta:A etiqueta do carretel contém códigos para o número do produto (P/N), quantidade (QTY) e os códigos de bin específicos para Intensidade Luminosa (CAT), Comprimento de Onda Dominante (HUE) e Tensão Direta (REF), juntamente com um número de lote (LOT No).

8. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Aplicações Típicas

Com base nas suas especificações, este LED SMD azul é adequado para uma variedade de funções de indicação e retroiluminação de baixa potência, incluindo:

• Equipamentos de Telecomunicações:Indicadores de estado, retroiluminação para teclas ou displays em telefones e máquinas de fax.
• Eletrónica de Consumo:Iluminação de interruptores e símbolos, retroiluminação plana para pequenos displays de cristais líquidos (LCD).
• Indicação de Uso Geral:Qualquer aplicação que requeira uma luz de estado azul, compacta e confiável.

8.2 Considerações Críticas de Projeto

• Limitação de Corrente é Obrigatória:Um LED é um dispositivo acionado por corrente.Deve usar um resistor em série(ou um driver de corrente constante) para limitar a corrente direta a 20mA ou menos. O valor do resistor é calculado como R = (V_alimentação - VF_LED) / I_desejada. Usar a VF máxima (3,65V) para este cálculo garante que a corrente nunca excede o limite, mesmo com uma unidade de baixa tensão de alimentação.
• Gestão Térmica:Embora a potência seja baixa (75mW máx.), garantir uma área de cobre de PCB adequada ou vias térmicas em torno dos pads do LED pode ajudar a dissipar calor, especialmente em condições de alta temperatura ambiente, mantendo a saída de luz e a longevidade.
• Projeto Óptico:O ângulo de visão de 60 graus fornece um feixe bastante amplo. Para luz mais focada, podem ser necessárias lentes ou refletores externos.

8.3 Restrições de Aplicação

A ficha técnica afirma explicitamente que este produto não foi projetado ou qualificado para aplicações de alta confiabilidade onde uma falha poderia levar a consequências graves. Isto inclui:

• Sistemas militares e aeroespaciais
• Sistemas de segurança automotiva (ex.: airbags, travagem)
• Equipamentos médicos de suporte à vida ou diagnóstico crítico

Para tais aplicações, são necessários componentes com especificações, qualificações e garantias de confiabilidade diferentes.

9. Comparação e Posicionamento Técnico

O pacote 25-21 situa-se entre chips menores como 0402/0603 e LEDs de potência maiores. Os seus principais diferenciadores são:

• vs. Pacotes Menores (ex.: 0402):Oferece maior saída de luz e é geralmente mais fácil de manusear e soldar manualmente, se necessário, mantendo-se muito compacto.
• vs. LEDs com Terminais (Leaded):Permite montagem totalmente automatizada, reduz o espaço na placa e elimina a necessidade de dobrar terminais e perfurar furos.
• vs. LEDs de Alta Potência:Projetado para correntes de nível indicador (20mA) e potência (75mW), não para iluminação. Requer um circuito de acionamento simples (um resistor) em comparação com os complexos drivers de corrente constante necessários para LEDs de alta potência.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

10.1 Como seleciono o resistor limitador de corrente correto?

Use a fórmula: R = (V_alimentação - VF) / I_desejada. Para uma alimentação de 5V e uma corrente desejada de 20mA, e assumindo o pior caso (maior) VF de 3,65V: R = (5V - 3,65V) / 0,020A = 67,5 Ohms. Use o próximo valor padrão superior (ex.: 68 Ohms ou 75 Ohms). Isto garante que a corrente permanece abaixo de 20mA para todas as unidades. Calcule sempre a dissipação de potência no resistor: P_resistor = I^2 * R.

10.2 Posso acionar este LED sem um resistor usando uma fonte de tensão constante?

No.A tensão direta de um LED tem um coeficiente de temperatura negativo e varia de unidade para unidade. Conectá-lo diretamente a uma fonte de tensão, mesmo ligeiramente acima da sua VF, fará com que a corrente suba incontrolavelmente, potencialmente excedendo o Valor Máximo Absoluto e destruindo o LED quase instantaneamente.

10.3 Por que há um limite de 7 dias após abrir o saco à prova de umidade?

Os pacotes plásticos SMD podem absorver humidade do ar. Durante o processo de soldagem por refluxo de alta temperatura, esta humidade retida pode expandir-se rapidamente, causando delaminação interna ou "popcorning" que racha o pacote ou danifica o chip. A vida útil no chão de fábrica de 7 dias e os procedimentos de reaquecimento são projetados para remover esta humidade absorvida antes da soldagem.

10.4 O que significam os códigos de bin (ex.: S2/A11/6) para o meu projeto?

Eles especificam o grupo de desempenho dos seus LEDs específicos. Se o seu projeto requer brilho mínimo, deve especificar um bin como S1 ou S2. Se a consistência de cor entre vários LEDs for crítica, deve especificar um bin de comprimento de onda apertado (ex.: apenas A10). Especificar um bin de tensão (ex.: 5) pode ajudar a tornar a corrente (e, portanto, o brilho) mais consistente entre as unidades ao usar um acionamento simples por resistor.

11. Exemplo Prático de Projeto

Cenário:Projete um simples indicador de energia azul para um dispositivo que funciona numa linha de 3,3V. Queremos aproximadamente 15mA de corrente para brilho adequado, sendo conservadores.

1. Determinar o Pior Caso de VF:Da ficha técnica, a VF máxima (Bin 7) é 3,65V.
2. Calcular o Valor Mínimo do Resistor:R_min = (V_alimentação - VF_max) / I_desejada = (3,3V - 3,65V) / 0,015A = -23,3 Ohms. Isto é negativo, o que significa que com uma alimentação de 3,3V e uma unidade com VF=3,65V, nenhuma corrente fluiria. Isto é aceitável; o LED simplesmente não acenderá para essa unidade específica de alta VF nesta baixa tensão de alimentação.
3. Calcular para VF Típica/Baixa:Vamos usar uma VF típica de 3,2V. R = (3,3V - 3,2V) / 0,015A ≈ 6,7 Ohms. Usando um resistor padrão de 10 Ohm: I_real = (3,3V - 3,2V) / 10 = 10mA (seguro). Para uma unidade de baixa VF de 2,8V: I = (3,3V - 2,8V) / 10 = 50mA. Isto excede a classificação contínua de 20mA!
4. Conclusão:Uma alimentação de 3,3V está demasiado próxima da faixa de tensão direta do LED para uma operação segura e confiável apenas com um resistor em série. A corrente variará drasticamente (de 0mA a mais de 50mA) dependendo da VF do LED individual. Uma solução melhor é usar uma tensão de alimentação mais alta (ex.: 5V) ou um driver de corrente constante dedicado de baixa queda de tensão, projetado para operação de baixa tensão.

12. Princípio de Funcionamento

Este LED opera no princípio da eletroluminescência numa junção p-n semicondutora. A região ativa utiliza um semicondutor composto de InGaN (Nitretro de Gálio e Índio). Quando uma tensão de polarização direta que excede o potencial interno da junção é aplicada, os eletrões da região tipo-n e as lacunas da região tipo-p são injetados na região ativa. Lá, eles recombinam-se, libertando energia na forma de fotões (luz). A composição específica da liga de InGaN determina a energia da banda proibida, que corresponde diretamente ao comprimento de onda (cor) da luz emitida—neste caso, azul (~468 nm). O encapsulante de resina epóxi protege o chip semicondutor, atua como uma lente para moldar a saída de luz e é formulado para ser transparente como água para maximizar a transmissão de luz.

13. Tendências Tecnológicas

Os LEDs SMD em pacotes como o 25-21 representam uma tecnologia madura e amplamente adotada. As tendências atuais neste segmento focam-se em várias áreas-chave:

• Aumento da Eficiência:Melhorias contínuas em ciência dos materiais e crescimento epitaxial visam produzir mais luz (maior eficácia luminosa) por unidade de potência elétrica de entrada (mA), permitindo menor consumo de energia ou maior brilho na mesma corrente.
• Melhoria da Consistência de Cor:Avanços no controlo de fabrico e algoritmos de binning levam a distribuições mais apertadas no comprimento de onda dominante e intensidade luminosa, reduzindo a necessidade de binning extensivo e proporcionando uma aparência mais uniforme em aplicações multi-LED.
• Confiabilidade Aprimorada:A investigação em materiais de pacote mais robustos, melhores métodos de fixação do chip e fósforos melhorados (para LEDs brancos) continua a estender a vida útil operacional e a estabilidade sob vários tipos de stress ambiental.
• Continuação da Miniaturização:Embora o 25-21 seja pequeno, a busca por fatores de forma ainda menores (ex.: pacotes de escala de chip) persiste para dispositivos ultracompactos, embora frequentemente com compromissos na facilidade de manuseio e desempenho térmico.
• Integração:Uma tendência mais ampla envolve integrar eletrónica de controlo (como drivers de corrente constante ou circuitos de modulação por largura de pulso) diretamente com o chip do LED num único pacote, simplificando o projeto do circuito do utilizador final.