Ficha Técnica do LED SMD 15-21/GHC-YR2U1/3T - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 95mW - Verde Brilhante - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O 15-21/GHC-YR2U1/3T é um diodo emissor de luz (LED) de montagem em superfície (SMD) projetado para aplicações eletrónicas modernas e compactas. Este componente representa um avanço significativo em relação aos LEDs tradicionais do tipo com terminais, oferecendo benefícios substanciais em termos de utilização do espaço na placa e miniaturização geral do sistema.

A vantagem central deste LED reside na sua pegada miniatura. O seu tamanho significativamente menor em comparação com componentes de orifício passante permite que os projetistas alcancem densidades de empacotamento mais elevadas em placas de circuito impresso (PCBs). Isto traduz-se diretamente num tamanho de placa reduzido, requisitos de armazenamento de componentes minimizados e, em última análise, na criação de equipamentos finais mais pequenos e leves. A natureza inerentemente leve do encapsulamento SMD torna-o uma escolha ideal para aplicações onde o peso e o espaço são restrições críticas.

Este LED é do tipo monocromático, emitindo uma luz verde brilhante, e é construído com materiais amigos do ambiente, sendo livre de chumbo e compatível com as normas RoHS, REACH da UE e livre de halogéneos (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). É fornecido em fita padrão da indústria de 8 mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro, garantindo compatibilidade com equipamentos de montagem automática pick-and-place de alta velocidade. O dispositivo também foi projetado para suportar processos padrão de soldadura por refluxo por infravermelhos e fase de vapor.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Compreender os valores máximos absolutos é crucial para garantir a fiabilidade a longo prazo e prevenir falhas catastróficas. Estes valores especificam os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo.

• Corrente Direta (IF):25 mA. Esta é a corrente contínua CC máxima que pode ser aplicada ao LED em condições normais de funcionamento.
• Corrente Direta de Pico (IFP):50 mA. Este valor aplica-se em condições pulsadas com um ciclo de trabalho de 1/10 a 1 kHz. Exceder a classificação de corrente contínua só é permitido nestas condições pulsadas específicas.
• Dissipação de Potência (Pd):95 mW. Esta é a quantidade máxima de potência que o dispositivo pode dissipar como calor a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Este valor é reduzido a temperaturas ambientes mais elevadas.
• Descarga Eletrostática (ESD):150 V (Modelo do Corpo Humano). Devem ser seguidas as devidas precauções de manuseamento ESD durante a montagem e o manuseamento para prevenir danos causados por eletricidade estática.
• Temperatura de Funcionamento (Topr):-40°C a +85°C. O funcionamento do dispositivo é garantido dentro desta gama de temperatura ambiente.
• Temperatura de Armazenamento (Tstg):-40°C a +90°C. O dispositivo pode ser armazenado dentro desta gama de temperatura quando não está energizado.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):O dispositivo pode suportar soldadura por refluxo com uma temperatura de pico de 260°C por até 10 segundos. Para soldadura manual, a temperatura da ponta do ferro não deve exceder 350°C, e o tempo de contacto deve ser limitado a 3 segundos por terminal.

2.2 Características Eletro-Ópticas

As características eletro-ópticas definem a saída de luz e o comportamento elétrico do LED sob condições de teste especificadas (Ta=25°C, IF=20mA, salvo indicação em contrário). Estes são os parâmetros-chave para o projeto e verificação de desempenho.

• Intensidade Luminosa (Iv):Varia de um mínimo de 140,0 mcd a um máximo de 565,0 mcd, com um valor típico dependente do bin específico. A tolerância para a intensidade luminosa é de ±11%.
• Ângulo de Visão (2θ1/2):130 graus (típico). Este amplo ângulo de visão indica um padrão de emissão Lambertiano ou quase Lambertiano, adequado para aplicações que requerem iluminação de área ampla.
• Comprimento de Onda de Pico (λp):518 nm (típico). Este é o comprimento de onda no qual a distribuição espectral de potência atinge o seu máximo.
• Comprimento de Onda Dominante (λd):Varia de 520 nm a 535 nm. Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano que corresponde à cor da luz emitida. A tolerância é de ±1 nm.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):35 nm (típico). Esta é a largura do espectro emitido, medida a metade da intensidade máxima (Largura Total a Meia Altura - FWHM).
• Tensão Direta (VF):Varia de 2,7V (mín.) a 3,7V (máx.), com um valor típico de 3,3V a 20mA. Este parâmetro é crucial para projetar o circuito limitador de corrente.
• Corrente Reversa (IR):Máximo de 50 μA quando uma tensão reversa (VR) de 5V é aplicada. É fundamental notar que este dispositivo não foi projetado para operar em polarização reversa; esta condição de teste é apenas para caracterização.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir a consistência de cor e brilho na produção, os LEDs são classificados em bins com base em parâmetros-chave. O 15-21/GHC-YR2U1/3T utiliza um sistema de binning bidimensional.

3.1 Binning de Intensidade Luminosa

A intensidade luminosa é classificada em seis bins distintos (R2, S1, S2, T1, T2, U1), cada um definindo uma faixa específica de intensidade mínima e máxima medida em milicandelas (mcd) a IF=20mA. Por exemplo, o bin U1 representa a faixa de intensidade mais alta, de 450,0 a 565,0 mcd, enquanto o bin R2 representa a faixa mais baixa, de 140,0 a 180,0 mcd. O código do produto \"YR2U1\" indica bins específicos para comprimento de onda dominante (Y) e intensidade luminosa (U1).

3.2 Binning de Comprimento de Onda Dominante

O comprimento de onda dominante, que define a cor percebida, é classificado em três bins (X, Y, Z). O bin X cobre 520,0-525,0 nm, o bin Y cobre 525,0-530,0 nm e o bin Z cobre 530,0-535,0 nm. Isto garante que os LEDs do mesmo bin de comprimento de onda terão uma aparência visualmente consistente em cor.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que ilustram o comportamento do dispositivo sob condições variáveis. Estas são essenciais para o projeto térmico e óptico avançado.

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Esta curva mostra a relação exponencial entre corrente e tensão. É utilizada para determinar o ponto de operação e para projetar resistências limitadoras de corrente ou drivers apropriados.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta:Este gráfico demonstra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. Normalmente mostra uma relação sublinear, onde a eficiência pode diminuir a correntes muito altas.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva crítica mostra a redução da saída de luz à medida que a temperatura da junção aumenta. A intensidade luminosa normalmente diminui com o aumento da temperatura, o que deve ser considerado em projetos que operam a altas temperaturas ambientes.
• Curva de Redução da Corrente Direta:Este gráfico define a corrente direta contínua máxima permitida em função da temperatura ambiente. À medida que a temperatura aumenta, a corrente máxima deve ser reduzida para permanecer dentro dos limites de dissipação de potência do dispositivo.
• Distribuição Espectral:Este gráfico mostra a potência óptica relativa em função do comprimento de onda, centrada no comprimento de onda de pico de 518 nm com uma largura de banda típica de 35 nm.
• Diagrama de Radiação:Este gráfico polar ilustra a distribuição espacial da intensidade da luz, confirmando o ângulo de visão de 130 graus.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O LED tem uma pegada SMD compacta. As dimensões-chave incluem um tamanho do corpo de aproximadamente 2,0 mm de comprimento e 1,25 mm de largura, com uma altura de 0,8 mm. A ficha técnica fornece um desenho dimensional detalhado incluindo o layout dos terminais, o tamanho geral e a localização da marcação do cátodo. As tolerâncias são tipicamente de ±0,1 mm, salvo indicação em contrário. O cátodo está claramente marcado para a orientação correta na PCB.

5.2 Especificações de Embalagem

O dispositivo é fornecido em embalagem resistente à humidade para prevenir danos causados pela humidade ambiente durante o armazenamento. Os componentes são carregados em fita de transporte com bolsas dimensionadas para o encapsulamento 15-21. Esta fita de transporte é enrolada numa bobina padrão de 7 polegadas de diâmetro. Cada bobina contém 3000 peças. A embalagem inclui um dessecante e é selada dentro de um saco de alumínio à prova de humidade. A etiqueta do saco contém informações críticas como o número do produto (P/N), quantidade (QTY), classificação de intensidade luminosa (CAT), classificação de cromaticidade/comprimento de onda (HUE), classificação de tensão direta (REF) e número do lote (LOT No).

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

O manuseamento e soldadura adequados são vitais para a fiabilidade. As precauções-chave incluem:

• Limitação de Corrente:Uma resistência limitadora de corrente externa é obrigatória. A característica exponencial I-V do LED significa que uma pequena variação de tensão pode causar uma grande sobrecorrente, levando a uma falha imediata.
• Sensibilidade à Humidade:O dispositivo é embalado num saco de barreira à humidade. Uma vez aberto, os LEDs devem ser utilizados dentro de 168 horas (7 dias) se armazenados em condições ≤30°C e ≤60% de HR. As peças não utilizadas devem ser reembaladas com dessecante. Se o tempo de exposição for excedido ou se o indicador de dessecante tiver mudado de cor, é necessário um tratamento térmico (bake-out) a 60±5°C durante 24 horas antes da soldadura por refluxo.
• Perfil de Soldadura por Refluxo:É especificado um perfil de refluxo sem chumbo (Pb-free). Os parâmetros-chave incluem uma fase de pré-aquecimento entre 150-200°C durante 60-120 segundos, um tempo acima do líquido (217°C) de 60-150 segundos e uma temperatura de pico não superior a 260°C por um máximo de 10 segundos. A taxa máxima de aquecimento é de 6°C/seg, e a taxa máxima de arrefecimento é de 3°C/seg. O refluxo não deve ser realizado mais de duas vezes.
• Soldadura Manual:Se for necessária reparação manual, utilize um ferro de soldar com a temperatura da ponta abaixo de 350°C. O tempo de contacto por terminal deve ser inferior a 3 segundos, e recomenda-se um ferro de soldar de dupla ponta para remoção para evitar tensões mecânicas. A potência do ferro deve ser de 25W ou menos.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

A cor verde brilhante e o tamanho compacto tornam este LED adequado para uma variedade de aplicações:

• Retroiluminação:Ideal para retroiluminar símbolos, interruptores e indicadores em painéis de instrumentos automóveis, eletrónica de consumo e painéis de controlo industrial.
• Equipamentos de Telecomunicações:Utilizado como indicadores de estado e retroiluminação de teclados em telefones, máquinas de fax e hardware de rede.
• Retroiluminação Plana de LCD:Pode ser utilizado em matrizes para fornecer iluminação lateral ou retroiluminação direta para pequenos ecrãs LCD monocromáticos ou a cores.
• Indicação Geral:Qualquer aplicação que requeira um indicador de estado brilhante, fiável e compacto.

7.2 Considerações de Projeto

• Gestão Térmica:Embora a dissipação de potência seja baixa, manter uma baixa temperatura de junção é fundamental para maximizar a saída luminosa e a longevidade. Garanta uma área de cobre na PCB ou vias térmicas adequadas se operar a altas temperaturas ambientes ou altas correntes de acionamento.
• Circuito de Acionamento de Corrente:Utilize sempre uma fonte de corrente constante ou uma fonte de tensão com uma resistência limitadora de corrente em série. Calcule o valor da resistência com base na tensão de alimentação (Vs), na tensão direta do LED (VF, use o valor máximo por segurança) e na corrente direta desejada (IF): R = (Vs - VF) / IF.
• Projeto Óptico:O amplo ângulo de visão de 130 graus proporciona uma iluminação ampla. Para luz focada, podem ser necessárias lentes externas ou guias de luz.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

A principal diferenciação do LED SMD 15-21 reside na sua combinação de um fator de forma muito pequeno (2,0x1,25mm) com uma intensidade luminosa relativamente alta (até 565 mcd para o bin U1). Em comparação com LEDs SMD maiores (por exemplo, 3528, 5050), economiza um espaço significativo na placa. Em comparação com encapsulamentos ainda menores do tipo chip-scale, oferece um manuseamento e soldadura mais fáceis devido ao seu encapsulamento definido com terminais soldáveis. A utilização da tecnologia InGaN para o verde brilhante proporciona maior eficiência e melhor saturação de cor em comparação com tecnologias mais antigas. A sua conformidade com normas ambientais rigorosas (RoHS, REACH, Livre de Halogéneos) torna-o adequado para mercados globais com requisitos regulamentares estritos.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Que valor de resistência devo usar com uma alimentação de 5V?

R: Usando o VF máximo de 3,7V e um IF alvo de 20mA: R = (5V - 3,7V) / 0,020A = 65 Ohms. Use o próximo valor padrão superior, como 68 Ohms, para garantir que a corrente não excede 20mA.

P: Posso acionar este LED com 30mA para maior brilho?

R: Não. O Valor Máximo Absoluto para a corrente direta contínua (IF) é de 25 mA. Exceder este valor arrisca danos imediatos ou a longo prazo no dispositivo. Para maior brilho, selecione um LED de um bin de intensidade luminosa mais alto (por exemplo, T2 ou U1).

P: O saco está aberto há 10 dias. Ainda posso usar os LEDs?

R: Não diretamente para soldadura por refluxo. Primeiro deve realizar um tratamento térmico (bake-out) a 60±5°C durante 24 horas para remover a humidade absorvida e prevenir danos de \"popcorning\" durante o refluxo.

P: Como identifico o cátodo?

R: O encapsulamento tem uma marca distinta do cátodo, como mostrado no desenho dimensional. Na pegada da PCB, o terminal do cátodo é tipicamente indicado na serigrafia.

10. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar um Painel de Indicadores de Estado Múltiplos

Um projetista está a criar um painel de controlo compacto com 12 indicadores de estado. O espaço é extremamente limitado. Ao selecionar o LED 15-21, podem colocar indicadores numa grelha de 0,1 polegada (2,54mm). Escolhem o bin de brilho U1 para alta visibilidade. Projetam a PCB com uma linha comum de 5V. Para cada LED, colocam uma resistência de 68 ohms 0603 em série. Criam uma ligação de alívio térmico no terminal do cátodo para auxiliar a soldadura, mas garantem uma ligação sólida ao plano de terra para dissipação de calor. Durante a montagem, seguem os procedimentos de manuseamento de humidade e utilizam o perfil de refluxo especificado. O resultado é um painel de indicadores brilhante, fiável e densamente compactado que cumpre todos os requisitos de tamanho e desempenho.

11. Introdução ao Princípio Técnico

Este LED é baseado na tecnologia de semicondutor InGaN (Nitreto de Gálio e Índio). Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, eletrões e lacunas são injetados na região ativa. A sua recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). A composição específica da liga InGaN na camada ativa determina a energia da banda proibida, que define diretamente o comprimento de onda (cor) da luz emitida — neste caso, verde brilhante a ~518 nm. O encapsulamento de resina transparente protege o chip semicondutor e atua como uma lente primária, ajudando a moldar o padrão de emissão de 130 graus. O encapsulamento SMD fornece proteção mecânica, ligações elétricas e um caminho térmico do chip para a PCB.

12. Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

A tendência em LEDs SMD como o 15-21 continua em direção a maior eficiência (mais lúmens por watt), melhor consistência de cor através de binning mais apertado e maior fiabilidade. Há também uma tendência para tamanhos de encapsulamento ainda menores (por exemplo, encapsulamentos chip-scale) mantendo ou melhorando o desempenho óptico. A adoção generalizada da tecnologia InGaN permitiu LEDs verdes e azuis de alto brilho, que historicamente eram mais difíceis de produzir do que os LEDs vermelhos. Desenvolvimentos futuros podem incluir drivers integrados ou circuitos de controlo dentro do encapsulamento, bem como avanços em materiais para melhorar ainda mais a eficiência a altas temperaturas e estender a vida útil operacional. A ênfase na conformidade ambiental e nos processos de fabrico sustentáveis é também uma tendência persistente e crescente em toda a indústria.