Folha de Dados SMD LED 19-21/G PC-FL1M2B/3T - Verde Puro - 2.0x1.25x0.8mm - 2.35V Máx. - 60mW - Documento Técnico em Inglês

1. Visão Geral do Produto

O 19-21/G PC-FL1M2B/3T é um díodo emissor de luz (LED) de montagem em superfície (SMD) projetado para aplicações eletrónicas modernas que requerem soluções compactas, eficientes e fiáveis para sinalização ou retroiluminação. Este componente representa um avanço significativo em relação aos LEDs tradicionais do tipo com terminais, permitindo reduções substanciais no espaço na placa, aumento da densidade de embalagem e, em última análise, contribuindo para a miniaturização dos equipamentos do utilizador final. A sua construção leve aumenta ainda mais a sua adequação para aplicações em que o tamanho e o peso são restrições críticas.

1.1 Características e Vantagens Principais

As principais vantagens deste LED SMD derivam do seu design de encapsulamento e conformidade de materiais:

• Embalagem Compacta: Fornecido em fita de 8mm enrolada em uma bobina de 7 polegadas de diâmetro, tornando-o totalmente compatível com equipamentos automáticos de montagem pick-and-place de alta velocidade, otimizando assim o processo de fabricação.
• Compatibilidade Robusta de Processo: Projetado para suportar processos padrão de soldagem por refluxo por infravermelho (IR) e fase de vapor, garantindo fixação confiável em placas de circuito impresso (PCBs).
• Conformidade Ambiental e Regulatória: The device is manufactured as a Pb-free (lead-free) component. It complies with the EU's RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, REACH regulations, and meets halogen-free standards (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).
• Tipo Monocromático: Emite uma única cor verde pura, fornecendo cromaticidade consistente para fins de indicação.

1.2 Aplicações-Alvo

Este LED é projetado para uma ampla gama de aplicações, incluindo:

• Interior Automotivo: Iluminação de fundo para painéis de instrumentos, indicadores do painel de instrumentos e painéis de interruptores.
• Telecomunicações: Indicadores de status e retroiluminação do teclado em telefones, máquinas de fax e outros dispositivos de comunicação.
• Eletrônicos de Consumo: Retroiluminação plana para displays de cristal líquido (LCDs), iluminação de interruptores e indicadores simbólicos.
• Indicação de Uso Geral: Qualquer aplicação que requeira uma fonte de luz verde pequena, brilhante e confiável.

2. Especificações Técnicas: Análise Detalhada

O desempenho e a confiabilidade do LED são definidos por suas especificações máximas absolutas e características eletro-ópticas. Operar o dispositivo além desses limites especificados pode causar danos permanentes ou degradar seu desempenho.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estas classificações definem os limites de estresse que não devem ser excedidos, mesmo momentaneamente, sob qualquer condição de operação. Todos os valores são especificados a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Tensão Reversa (VR): 5 V. A aplicação de uma tensão reversa superior a esta pode causar ruptura imediata da junção.
• Corrente Direta Contínua (IF): 25 mA. A corrente DC máxima que pode passar continuamente pelo LED.
• Corrente Direta de Pico (IFP): 60 mA. Esta é a corrente direta pulsada máxima, permitida apenas sob um ciclo de trabalho de 1/10 a 1 kHz. Não é para operação contínua.
• Dissipação de Potência (Pd): 60 mW. A quantidade máxima de potência que o encapsulamento pode dissipar como calor, calculada como Tensão Direta (VF) × Corrente Direta (IF).
• Descarga Eletrostática (ESD) Modelo Corpo Humano (HBM): 2000 V. Esta classificação indica a sensibilidade do LED à eletricidade estática. Procedimentos adequados de manuseio ESD são obrigatórios durante a montagem e o manuseio.
• Temperatura de Operação (Topr): -40°C a +85°C. A faixa de temperatura ambiente na qual o funcionamento do LED é garantido.
• Temperatura de Armazenamento (Tstg): -40°C a +90°C. A faixa de temperatura para armazenar o dispositivo quando não energizado.
• Temperatura de Soldagem (Tsol):
  • Soldagem por Refluxo: Temperatura de pico de 260°C por no máximo 10 segundos.
  • Soldagem Manual: Temperatura da ponta do ferro não superior a 350°C por no máximo 3 segundos por terminal.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros definem a saída de luz e o comportamento elétrico do LED em condições normais de operação (Ta=25°C, IF=20mA, salvo indicação em contrário). A coluna "Typ." representa valores típicos ou médios, enquanto "Min." e "Max." definem os limites garantidos.

• Intensidade Luminosa (Iv): 11,5 mcd (Mín.) a 28,5 mcd (Máx.). Este é o brilho percebido do LED, medido em milicandelas. O valor real para uma unidade específica depende do seu código de bin (ver Seção 3).
• Ângulo de Visão (2θ1/2): 100 graus (Típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa é metade da intensidade a 0 graus (no eixo). Um ângulo de 100 graus proporciona um cone de visão amplo.
• Comprimento de Onda de Pico (λp): 561 nm (Típico). O comprimento de onda no qual a distribuição espectral de potência da luz emitida está no seu máximo.
• Comprimento de Onda Dominante (λd): 557,5 nm (Mín.) a 565,5 nm (Máx.). Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano que melhor corresponde à cor da luz do LED. É o parâmetro chave para especificação de cor.
• Largura de Banda de Radiação Espectral (Δλ): 20 nm (Típico). A largura do espectro emitido na metade da intensidade de pico (Largura Total à Meia Altura - FWHM). Uma largura de banda mais estreita indica uma cor espectralmente mais pura.
• Tensão Direta (VF): 1.75 V (Mín) a 2.35 V (Máx) em IF=20mA. A queda de tensão através do LED quando ele está conduzindo corrente. Este parâmetro é crucial para projetar o circuito limitador de corrente.
• Corrente Reversa (IR): 10 μA (Máx) em VR=5V. Uma pequena corrente de fuga que flui quando o LED está polarizado reversamente. A folha de dados observa explicitamente que o dispositivo não foi projetado para operação reversa; esta condição de teste é apenas para caracterização.

Notas Importantes sobre Tolerâncias: A folha de dados especifica as tolerâncias de fabricação para parâmetros-chave: Intensidade Luminosa (±11%), Comprimento de Onda Dominante (±1nm) e Tensão Direta (±0.1V). Estas tolerâncias aplicam-se aos valores dentro de cada bin (ver seção seguinte).

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir consistência na produção em massa, os LEDs são classificados em "bins" com base no desempenho medido. Isso permite que os projetistas selecionem componentes com características rigidamente controladas para atender às necessidades específicas de suas aplicações.

3.1 Binning de Intensidade Luminosa

Os LEDs são categorizados em quatro bins de intensidade (L1, L2, M1, M2) com base na sua Iv medida a 20mA. Isso permite a seleção para aplicações que exigem níveis específicos de brilho.

• Bin L1: 11.5 – 14.5 mcd
• Bin L2: 14.5 – 18.0 mcd
• Bin M1: 18.0 – 22.5 mcd
• Bin M2: 22.5 – 28.5 mcd

3.2 Binning de Comprimento de Onda Dominante

A cor (matiz) da luz verde é controlada através da classificação em quatro faixas de comprimento de onda (C10 a C13). Isto é crítico para aplicações em que a consistência de cor entre múltiplos indicadores é importante.

• Bin C10: 557,5 – 559,5 nm
• Bin C11: 559,5 – 561,5 nm
• Bin C12: 561,5 – 563,5 nm
• Bin C13: 563,5 – 565,5 nm

3.3 Agrupamento por Tensão Direta

Os LEDs também são classificados pela sua queda de tensão direta a 20mA. Isso auxilia no projeto de fontes de alimentação e circuitos limitadores de corrente, especialmente ao acionar múltiplos LEDs em série.

• Bin 0: 1.75 – 1.95 V
• Bin 1: 1.95 – 2.15 V
• Bin 2: 2.15 – 2.35 V

A combinação destes três códigos de bin (por exemplo, M2, C11, 1) define de forma única as características de desempenho de um lote específico de LEDs.

4. Análise da Curva de Desempenho

A folha de dados fornece várias curvas características que ilustram o comportamento do LED sob condições variáveis. Compreender estas curvas é essencial para um projeto de circuito robusto.

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

Esta curva mostra a relação exponencial entre a corrente que flui através do LED e a tensão nos seus terminais. A tensão direta (VF) aumenta com a corrente. A curva é crucial para selecionar um resistor limitador de corrente apropriado ou projetar um driver de corrente constante. O VF típico a 20mA é de cerca de 2.0V, mas pode variar entre 1.75V e 2.35V de acordo com o binning.

4.2 Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta

Este gráfico demonstra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. É tipicamente uma relação sublinear; dobrar a corrente não dobra a saída de luz. Operar no ou abaixo do valor recomendado de 20mA garante eficiência e longevidade ideais.

4.3 Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

A saída de luz do LED é dependente da temperatura. Esta curva mostra que a intensidade luminosa diminui à medida que a temperatura ambiente (Ta) aumenta. Por exemplo, na temperatura máxima de operação de +85°C, a saída de luz pode ser significativamente menor do que a 25°C. Isso deve ser considerado em projetos que operam em ambientes de alta temperatura.

4.4 Curva de Derating da Corrente Direta

Esta é uma das curvas mais críticas para a confiabilidade. Ela mostra a corrente direta contínua máxima permitida em função da temperatura ambiente. À medida que a temperatura aumenta, a corrente segura máxima diminui para evitar superaquecimento e degradação acelerada. A 85°C, a corrente máxima permitida é menor que os 25mA especificados a 25°C.

4.5 Distribuição Espectral

O gráfico espectral representa a intensidade relativa da luz emitida em diferentes comprimentos de onda. Para este LED Pure Green AlGaInP, ele mostra um único pico dominante centrado em torno de 561 nm com um FWHM típico de 20 nm, confirmando sua saída monocromática verde.

4.6 Diagrama de Radiação (Distribuição Espacial)

Este gráfico polar ilustra como a luz é emitida espacialmente pelo LED. O ângulo de visão de 100 graus é confirmado aqui, mostrando o ângulo no qual a intensidade cai para 50% do valor no eixo. O padrão parece aproximadamente Lambertiano (distribuição cosseno), o que é comum para LEDs SMD com lente difusa.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões e Contorno da Embalagem

O LED SMD 19-21 tem uma pegada muito compacta. As dimensões principais (em mm, tolerância ±0,1 mm, salvo indicação em contrário) incluem um tamanho do corpo de aproximadamente 2,0 mm de comprimento e 1,25 mm de largura, com uma altura típica de 0,8 mm. O desenho detalhado especifica o espaçamento dos terminais (1,4 mm típico), recomendações para o padrão de solda e os contornos gerais da embalagem para orientar o projeto de layout da PCB.

5.2 Identificação de Polaridade

A orientação correta é vital. O cátodo (terminal negativo) está claramente marcado. No topo do encapsulamento, está presente uma marca distintiva do cátodo (tipicamente um ponto verde, um entalhe ou um canto chanfrado). A metalização no lado inferior também pode diferir entre os terminais do ânodo e do cátodo. Consulte sempre o diagrama do datasheet durante o projeto e montagem do PCB.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A adesão a estas diretrizes é crítica para garantir a confiabilidade das juntas de solda e prevenir danos ao LED.

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo (Sem Chumbo)

O perfil de temperatura recomendado para soldagem por refluxo sem chumbo é fornecido:

• Pré-aquecimento: Rampa de temperatura ambiente para 150-200°C ao longo de 60-120 segundos para aquecer uniformemente a placa e ativar o fluxo.
• Estabilização/Refusão: O tempo acima do líquidus (217°C) deve ser de 60-150 segundos. A temperatura de pico não deve exceder 260°C, e o tempo acima de 255°C deve ser limitado a no máximo 30 segundos.
• Arrefecimento: A taxa máxima de arrefecimento deve ser de 6°C/segundo.

É permitido um máximo de dois ciclos de refusão.

6.2 Precauções para Soldagem Manual

Se a soldadura manual for necessária, é exigido extremo cuidado:

• Utilize um ferro de solda com temperatura da ponta ≤ 350°C.
• Limite o tempo de contato a ≤ 3 segundos por terminal.
• Use um ferro com potência nominal ≤ 25W.
• Permita um intervalo de resfriamento de pelo menos 2 segundos entre a soldagem de cada terminal.
• Evite aplicar tensão mecânica ao corpo do LED durante ou após a soldagem.

6.3 Retrabalho e Reparo

A reparação após a soldagem é fortemente desencorajada. Se absolutamente inevitável, deve ser utilizado um ferro de soldar especializado de dupla ponta para aquecer simultaneamente os dois terminais, permitindo a remoção segura. O potencial de dano térmico durante o retrabalho é alto, e as características do LED devem ser verificadas após o reparo.

7. Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

Este LED é embalado em uma bolsa de barreira resistente à umidade com dessecante para evitar a absorção de umidade atmosférica, o que pode causar "popcorning" (rachadura do encapsulamento) durante o reflow.

• Antes do Uso: Não abra a bolsa à prova de umidade até estar pronto para a montagem.
• Após a Abertura: Utilize os LEDs em até 168 horas (7 dias) após a abertura. Armazene as embalagens abertas a ≤ 30°C e ≤ 60% de Umidade Relativa.
• Reaquecimento: Se o tempo de armazenamento for excedido ou o indicador de dessecante mostrar saturação, é necessário um aquecimento a 60 ±5°C durante 24 horas antes do reflow.

8. Informações de Embalagem e Pedido

8.1 Especificações de Fita e Carretel

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora relevada com largura de 8mm. Cada bobina tem diâmetro de 7 polegadas e contém 3000 unidades. Desenhos detalhados das dimensões dos compartimentos da fita transportadora e das dimensões do cubo/flange da bobina são fornecidos para garantir compatibilidade com equipamentos de montagem automatizada.

8.2 Informações da Etiqueta

A etiqueta da bobina contém informações críticas para rastreabilidade e aplicação correta:

• P/N: Número do Produto (ex.: 19-21/G PC-FL1M2B/3T).
• QTY: Quantidade por Embalagem (3000 unid./rolo).
• CAT (ou Iv Rank): Código de Classificação de Intensidade Luminosa (ex.: M1).
• HUE: Código de Classificação de Comprimento de Onda Dominante/Cromaticidade (ex.: C11).
• REF (ou Classificação VF): Código de Faixa de Tensão Direta (ex.: 1).
• Nº do LOTE: Número do Lote de Fabricação para rastreabilidade.

9. Considerações de Projeto de Aplicação

9.1 Limitação de Corrente é Obrigatória

A folha de dados alerta explicitamente: "O cliente deve aplicar resistores para proteção." LEDs são dispositivos acionados por corrente. Um pequeno aumento na tensão direta pode causar um grande aumento, potencialmente destrutivo, na corrente. Um resistor limitador de corrente externo ou um circuito driver de corrente constante é absolutamente essencial. O valor do resistor pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R = (Vsupply - VF) / IF, onde VF é o valor típico ou máximo da faixa apropriada.

9.2 Gerenciamento Térmico

Embora o encapsulamento seja pequeno, a dissipação de potência (até 60mW) gera calor. Para operação confiável a longo prazo, especialmente em altas temperaturas ambientes ou correntes de acionamento:

• Siga a curva de derating de corrente.
• Garanta uma área de cobre adequada na PCB conectada aos terminais do LED para atuar como dissipador de calor.
• Evite posicionar o LED próximo a outros componentes geradores de calor.

9.3 Considerações Ópticas

O amplo ângulo de visão de 100 graus torna este LED adequado para aplicações onde o indicador precisa ser visto de vários ângulos. Para uma luz mais direcionada, lentes externas ou guias de luz podem ser necessários. A resina water-clear proporciona uma aparência brilhante e não saturada.

10. Comparação e Diferenciação Técnica

O LED 19-21/G, baseado na tecnologia AlGaInP (Fosfeto de Alumínio Gálio Índio), oferece vantagens específicas para emissão de verde puro:

• vs. LEDs Verdes Tradicionais: A tecnologia AlGaInP geralmente oferece maior eficiência e melhor pureza de cor (espectro mais estreito) para cores verdes e amarelas em comparação com tecnologias mais antigas.
• vs. Pacotes SMD Maiores: O footprint 19-21 está entre os menores pacotes padrão de LED SMD, permitindo layouts de maior densidade em comparação com LEDs de tamanho 0603 ou 0805.
• vs. Componentes Não Conformes: Sua total conformidade com os padrões RoHS, REACH e livres de halogênio é um diferencial chave em mercados com regulamentações ambientais rigorosas, garantindo integração mais fácil em produtos para venda global.

11. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

11.1 Que resistor preciso para uma fonte de 5V?

Usando a VF máxima de 2,35V (Bin 2) e uma IF alvo de 20mA por segurança: R = (5V - 2,35V) / 0,020A = 132,5 Ohms. O valor padrão mais próximo é 130 Ohms ou 150 Ohms. Usar 150 Ohms resulta em IF ≈ 17,7mA, o que é seguro e proporcionará uma vida útil ligeiramente maior. Sempre calcule com base na sua tensão de alimentação específica e na corrente escolhida.

11.2 Posso alimentá-lo com 3.3V?

Sim, uma fonte de 3,3V é adequada. O cálculo para um resistor seria: R = (3,3V - 2,0V) / 0,020A = 65 Ohms. Um resistor de 68 Ohms seria uma boa escolha. Certifique-se de que a fonte pode fornecer a corrente necessária.

11.3 Por que a saída de luz é menor em alta temperatura?

Esta é uma característica fundamental dos LEDs semicondutores. À medida que a temperatura aumenta, a eficiência quântica interna da junção emissora de luz diminui, e a recombinação não radiativa aumenta, resultando em menor saída de luz para a mesma corrente de acionamento. A curva de derating compensa isso reduzindo a corrente permitida para gerenciar a temperatura da junção.

11.4 O que significam "Pb-free" e "Halogen-Free" para o meu projeto?

Pb-free significa que o revestimento de solda nos terminais do componente e a solda interna usada na fabricação não contêm chumbo, alinhando-se com as regulamentações ambientais globais. Halogen-free significa que o composto de moldagem plástica não contém retardantes de chama bromados ou clorados acima dos limites especificados, reduzindo a emissão de fumos tóxicos se o dispositivo for exposto a calor extremo ou fogo.

12. Estudo de Caso de Design: Iluminação de Fundo de Interruptores do Painel

Cenário: Projetar a retroiluminação para um interruptor do painel de instrumentos automotivo que deve ser visível tanto à luz do dia quanto no escuro, em uma faixa de temperatura de operação de -30°C a +85°C. Opções de Design:

1. Seleção de LED: Escolha um bin com maior intensidade luminosa (ex.: M2) para garantir brilho adequado. Selecione um bin de comprimento de onda estreito (ex.: C11) para consistência de cor em todos os interruptores.
2. Circuito de Acionamento: Utilize um driver de corrente constante IC projetado para ambientes automotivos em vez de um simples resistor. Isso garante brilho consistente independentemente das flutuações da tensão da bateria (ex.: de 9V a 16V). Ajuste a corrente para 15-18mA para aumentar a longevidade e considerar a alta temperatura ambiente.
3. Layout da PCB: Forneça áreas generosas de cobre conectadas aos terminais térmicos do LED (ânodo e cátodo) para dissipar calor para a PCB. Use thermal vias se a placa for multicamada.
4. Design Óptico: O ângulo de visão de 100 graus é suficiente para a maioria dos projetos de interruptores. Um guia de luz ou difusor pode ser utilizado para espalhar a luz uniformemente sob o ícone do interruptor.
5. Storage & Assembly: Siga rigorosamente as diretrizes de sensibilidade à umidade, pois as montagens de PCB automotivas frequentemente passam por múltiplos ciclos de refusão.

Esta abordagem garante um indicador confiável, brilhante e consistente que atende aos requisitos de grau automotivo.

13. Princípio de Operação

Este LED opera com base no princípio da eletroluminescência em uma junção p-n semicondutora. O material do chip é AlGaInP (Fosfeto de Alumínio, Gálio e Índio). Quando uma tensão direta que excede o potencial intrínseco da junção é aplicada, elétrons da região tipo-n e lacunas da região tipo-p são injetados na região ativa. Lá, eles se recombinam de forma radiante, liberando energia na forma de fótons (luz). A composição específica da liga AlGaInP determina a energia da banda proibida, que define diretamente o comprimento de onda (cor) da luz emitida—neste caso, verde puro em torno de 561 nm. O encapsulante de resina epóxi transparente protege o chip, atua como uma lente para moldar a saída de luz e pode incluir fósforos ou difusores (embora para um tipo monocromático, seja tipicamente transparente).

Terminologia de Especificação de LED

Explicação completa dos termos técnicos de LED