Ficha Técnica do LED SMD 15-21/S3C-AP1Q2/2T - Laranja Avermelhado - 2.0V - 60mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um LED SMD (Dispositivo de Montagem em Superfície) compacto e de alto desempenho. O componente é projetado para processos modernos de montagem eletrônica, oferecendo um equilíbrio entre saída luminosa, confiabilidade e facilidade de integração em aplicações com espaço limitado.

1.1 Vantagens Principais e Posicionamento

A principal vantagem deste LED é sua pegada minúscula, que permite reduções significativas no tamanho da placa de circuito impresso (PCB) e uma maior densidade de componentes. Isso leva a designs de produtos finais mais compactos. O componente é leve, tornando-o particularmente adequado para dispositivos eletrônicos portáteis e miniaturizados. É fornecido em fita de 8mm enrolada em uma bobina de 7 polegadas de diâmetro, garantindo compatibilidade com os equipamentos automáticos padrão de pick-and-place usados na fabricação em grande volume.

1.2 Mercado-Alvo e Aplicações

Este LED é versátil e visa várias áreas de aplicação-chave. Seu uso principal é na iluminação de fundo, especificamente para painéis de instrumentos, botões e símbolos. Também é muito adequado para equipamentos de telecomunicações, servindo como indicadores de status e luzes de fundo em dispositivos como telefones e máquinas de fax. Além disso, pode ser usado para iluminação de fundo plana em pequenos painéis LCD e para aplicações gerais de indicação onde um sinal laranja avermelhado é necessário.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

Esta seção fornece uma análise objetiva e detalhada dos principais parâmetros elétricos, ópticos e térmicos do LED, conforme definido nas condições padrão de teste (Ta=25°C).

2.1 Especificações Máximas Absolutas

As Especificações Máximas Absolutas definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Elas não se destinam à operação normal.

• Tensão Reversa (V_R):5 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode causar ruptura da junção.
• Corrente Direta Contínua (I_F):25 mA. A corrente DC máxima para operação confiável de longo prazo.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):60 mA (Ciclo de Trabalho 1/10 @ 1kHz). Esta especificação permite pulsos curtos de corrente mais alta, úteis para esquemas de multiplexação ou operação pulsada.
• Dissipação de Potência (P_d):60 mW. A quantidade máxima de potência que o dispositivo pode dissipar como calor sem exceder seus limites térmicos.
• Descarga Eletrostática (ESD) Modelo Corpo Humano (HBM):2000 V. Isso indica um nível moderado de robustez à ESD; procedimentos de manuseio adequados ainda são recomendados.
• Temperatura de Operação (T_opr):-40°C a +85°C. A faixa de temperatura ambiente na qual o dispositivo é especificado para funcionar.
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura de Soldagem:O dispositivo 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 definem o desempenho do LED em condições típicas de operação (I_F=20mA, Ta=25°C).

• Intensidade Luminosa (I_v):45,0 mcd (Mín), 112,0 mcd (Máx). O valor típico está dentro desta ampla faixa, que é gerenciada por um sistema de binning (veja a Seção 3). O ângulo de visão (2θ_1/2) é tipicamente 130 graus, fornecendo um padrão de emissão amplo e difuso.
• Características Espectrais:
  • Comprimento de Onda de Pico (λ_p):Tipicamente 621 nm.
  • Comprimento de Onda Dominante (λ_d):605,5 nm (Mín), 625,5 nm (Máx). Este é o comprimento de onda percebido pelo olho humano e também está sujeito a binning.
  • Largura de Banda Espectral (Δλ):Tipicamente 18 nm, definindo a pureza da cor.
• Características Elétricas:
  • Tensão Direta (V_F):1,70 V (Mín), 2,00 V (Típ), 2,40 V (Máx) em I_F=20mA. Esta tensão relativamente baixa é característica da tecnologia de material AlGaInP.
  • Corrente Reversa (I_R):10 μA (Máx) em V_R=5V. Uma nota crítica especifica que o dispositivo não foi projetado para operação em polarização reversa; este parâmetro de teste é apenas para caracterização de fuga.

2.3 Considerações Térmicas

O desempenho do LED é altamente dependente da temperatura. A curva de derating da corrente direta é essencial para o projeto. À medida que a temperatura ambiente (T_a) aumenta acima de 25°C, a corrente direta contínua máxima permitida deve ser reduzida linearmente para evitar superaquecimento e degradação acelerada. A curva de derating fornece a relação específica, garantindo que a temperatura da junção permaneça dentro dos limites seguros.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir consistência na produção em massa, os LEDs são classificados ("binned") com base em parâmetros-chave. Isso permite que os projetistas selecionem componentes que atendam a requisitos específicos de aplicação para brilho e cor.

3.1 Binning de Intensidade Luminosa

A saída luminosa é categorizada em quatro bins (P1, P2, Q1, Q2), cada um cobrindo uma faixa específica de 45,0 mcd a 112,0 mcd. Por exemplo, o bin Q2 contém LEDs com intensidade entre 90,0 e 112,0 mcd. Uma tolerância de ±11% se aplica dentro de cada bin.

3.2 Binning de Comprimento de Onda Dominante

A cor (comprimento de onda dominante) é classificada em cinco bins (E1 a E5), abrangendo de 605,5 nm a 625,5 nm em passos de aproximadamente 4nm. O bin E4, por exemplo, cobre 617,5 a 621,5 nm. Uma tolerância mais restrita de ±1nm é mantida dentro de cada bin de comprimento de onda.

3.3 Binning de Tensão Direta

A ficha técnica observa uma tolerância de tensão direta de ±0,1V, embora uma tabela de binning específica para V_Fnão seja fornecida no trecho. Esta tolerância apertada auxilia no projeto de circuitos de acionamento de corrente consistentes.

4. Análise das Curvas de Desempenho

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

4.1 Distribuição Espectral

A curva do espectro mostra um único pico bem definido centrado em torno de 621 nm, confirmando a emissão laranja avermelhada do material do chip AlGaInP. A largura de banda estreita indica boa saturação de cor.

4.2 Diagrama de Radiação

O diagrama polar ilustra a distribuição espacial da luz. O ângulo de visão típico de 130 graus é confirmado, mostrando um padrão de emissão quase-Lambertiano (cosseno) onde a intensidade é máxima a 0 graus (perpendicular ao chip) e diminui gradualmente em direção às laterais.

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

Esta curva mostra a relação exponencial típica de um diodo. A tensão sobe abruptamente em correntes muito baixas e depois aumenta de forma mais linear na faixa de operação normal (cerca de 2,0V a 20mA).

4.4 Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta

Este gráfico demonstra que a saída de luz é aproximadamente proporcional à corrente direta na faixa de operação, embora a eficiência possa cair ligeiramente em correntes muito altas devido ao aumento do calor.

4.5 Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Esta é uma curva crítica que mostra o "quenching" térmico. À medida que a temperatura ambiente aumenta, a intensidade luminosa diminui. A saída pode cair significativamente à medida que a temperatura se aproxima do limite máximo de operação, um fator-chave para projetos em ambientes quentes.

5. Informações Mecânicas e do Encapsulamento

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O LED está em conformidade com o contorno do pacote SMD "15-21". Desenhos dimensionais detalhados especificam o comprimento, largura, altura e posições dos terminais com uma tolerância padrão de ±0,1mm, salvo indicação em contrário. Esta informação é crucial para o projeto da área de montagem no PCB e verificações de folga.

5.2 Identificação da Polaridade

Uma marca clara do cátodo é indicada no encapsulamento, essencial para a orientação correta durante a montagem. Instalar o LED com polaridade reversa impedirá que ele acenda e pode submetê-lo a tensão reversa.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O manuseio adequado é vital para a confiabilidade.

6.1 Limitação de Corrente

Um resistor limitador de corrente externo é obrigatório. A característica exponencial I-V do LED significa que um pequeno aumento na tensão pode causar um grande aumento na corrente, potencialmente destrutivo. O resistor define o ponto de operação.

6.2 Sensibilidade à Umidade e Armazenamento

Os componentes são embalados em um saco de barreira resistente à umidade com dessecante. O saco não deve ser aberto até que as peças estejam prontas para uso. Após a abertura, os LEDs não utilizados devem ser armazenados em condições de 30°C/60%UR ou menos e usados dentro de 168 horas (7 dias). Se excedido, é necessário um "bake-out" a 60±5°C por 24 horas antes do refluxo para evitar danos de "popcorning" durante a soldagem.

6.3 Perfil de Soldagem por Refluxo

Um perfil de refluxo sem chumbo detalhado é fornecido:

• Pré-aquecimento:150-200°C por 60-120 segundos.
• Tempo Acima do Líquidus (217°C):60-150 segundos.
• Temperatura de Pico:260°C no máximo, mantida por não mais que 10 segundos.
• Taxas de Aquecimento/Resfriamento:Máximo de 6°C/seg e 3°C/seg, respectivamente.

O refluxo não deve ser realizado mais de duas vezes. O estresse no corpo do LED durante o aquecimento deve ser evitado.

6.4 Soldagem Manual e Retrabalho

Se a soldagem manual for necessária, a temperatura da ponta do ferro deve estar abaixo de 350°C, aplicada por não mais que 3 segundos por terminal, usando um ferro de baixa potência (<25W). Um intervalo de resfriamento de >2 segundos entre os terminais é necessário. Retrabalho é fortemente desencorajado. Se inevitável, um ferro de soldar especializado de dupla cabeça deve ser usado para aquecer ambos os terminais simultaneamente, evitando estresse mecânico nas juntas de solda. O potencial de dano térmico durante o retrabalho deve ser avaliado previamente.

7. Informações de Embalagem e Pedido

7.1 Especificações da Embalagem

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora com relevo com dimensões especificadas para os bolsos e furos de arraste. A fita é enrolada em uma bobina padrão de 7 polegadas (178mm) de diâmetro. Cada bobina contém 2000 peças.

7.2 Detalhes da Bobina e Etiqueta

As dimensões da bobina vazia são fornecidas. A etiqueta da bobina contém informações críticas:

• Número da Peça do Cliente (CPN)
• Número da Peça do Fabricante (P/N): 15-21/S3C-AP1Q2/2T
• Quantidade da Embalagem (QTY)
• Classificação de Intensidade Luminosa (CAT)
• Classificação de Cromaticidade/Comprimento de Onda Dominante (HUE)
• Classificação de Tensão Direta (REF)
• Número do Lote (LOT No.)

Esta rastreabilidade é essencial para o controle de qualidade e correspondência de componentes na produção.

8. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Projeto do Circuito

Sempre use um resistor em série para definir a corrente direta. Calcule o valor do resistor usando R = (V_fonte- V_F) / I_F, onde V_Fdeve ser considerado o valor máximo (2,4V) da ficha técnica para garantir que a corrente não exceda o limite nas piores condições. Considere a potência nominal do resistor (P = I_F²* R).

8.2 Gerenciamento Térmico

Embora o encapsulamento seja pequeno, uma dissipação de calor eficaz através do PCB é importante para manter o brilho e a longevidade, especialmente em ambientes de alta temperatura ou quando operando próximo da corrente máxima. Use a curva de derating para determinar a corrente de operação segura para a temperatura ambiente máxima esperada da sua aplicação. Garanta uma área de cobre adequada ao redor dos terminais do LED no PCB para atuar como um espalhador de calor.

8.3 Integração Óptica

O amplo ângulo de visão de 130 graus torna este LED adequado para aplicações que requerem iluminação ampla e uniforme sem ópticas secundárias. Para luz mais direcionada, lentes externas ou guias de luz podem ser necessários. A resina transparente garante absorção mínima de luz dentro do próprio encapsulamento.

9. Conformidade e Informações de Materiais

O produto está em conformidade com várias diretrizes ambientais e de segurança importantes, o que é uma vantagem significativa para a fabricação eletrônica moderna. É confirmado como livre de chumbo (Pb-free), alinhado com a diretiva RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas). Também está em conformidade com o regulamento REACH da UE sobre substâncias químicas. Além disso, atende aos requisitos livres de halogênios, com conteúdo de Bromo (Br) e Cloro (Cl) cada um abaixo de 900 ppm, e sua soma abaixo de 1500 ppm, reduzindo o impacto ambiental durante o descarte.

10. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado aos LEDs SMD maiores ou tradicionais de furo passante, o diferencial-chave deste pacote 15-21 é sua excepcional miniaturização, permitindo designs compactos de próxima geração. O uso do material semicondutor AlGaInP fornece luz laranja avermelhada eficiente com boa estabilidade de cor ao longo da temperatura e da vida útil, frequentemente superior a tecnologias mais antigas como GaAsP. A combinação de um amplo ângulo de visão, robusta compatibilidade SMT e total conformidade ambiental o torna uma escolha moderna e confiável para aplicações de alto volume e sensíveis ao custo, onde o espaço na placa é limitado.

11. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

11.1 Qual valor de resistor devo usar com uma fonte de 5V?

Usando a V_Fmáxima de 2,4V e uma I_Falvo de 20mA: R = (5V - 2,4V) / 0,020A = 130 Ohms. O valor padrão mais próximo de 130Ω ou 150Ω seria adequado. A dissipação de potência do resistor seria P = (0,020)²* 130 = 0,052W, então um resistor padrão de 1/8W (0,125W) é suficiente.

11.2 Posso acionar este LED sem um resistor limitador de corrente se minha tensão de alimentação corresponder à V_F?

No.Isso é fortemente desencorajado. A tensão direta tem uma tolerância (1,7V a 2,4V) e varia com a temperatura. Uma tensão de alimentação fixa em, digamos, 2,0V poderia causar corrente excessiva em um LED com V_Fbaixa, levando a falha rápida. Um resistor em série é essencial para operação estável e segura.

11.3 Por que o tempo de armazenamento após abrir o saco é limitado a 7 dias?

Os encapsulamentos SMD podem absorver umidade do ar. Durante o processo de soldagem por refluxo em alta temperatura, essa umidade retida pode vaporizar rapidamente, criando pressão interna que pode deslaminar o encapsulamento ou rachar o chip ("popcorning"). O limite de 7 dias e o procedimento de "bake" são controles de qualidade críticos para evitar esse modo de falha.

11.4 Como interpreto os códigos de bin (ex.: Q2, E4) na etiqueta?

Os códigos de bin informam o grupo de desempenho dos LEDs naquela bobina. "Q2" indica LEDs de alto brilho (90-112 mcd). "E4" indica um comprimento de onda dominante na faixa de 617,5-621,5 nm. Usar peças do mesmo bin garante consistência no brilho e na cor em todo o seu produto.

12. Exemplos Práticos de Projeto e Uso

12.1 Iluminação de Fundo para Botões de Painel

Em um painel de instrumentos automotivo, vários botões requerem iluminação de fundo uniforme e confiável. Vários desses LEDs podem ser colocados atrás de uma capa de botão translúcida. Seu amplo ângulo de visão garante iluminação uniforme na superfície do botão. A baixa tensão de operação permite que sejam acionados diretamente dos sistemas regulados de 5V ou 3,3V do veículo com redes simples de resistores. A ampla faixa de temperatura de operação (-40°C a +85°C) é adequada para o ambiente automotivo.

12.2 Indicador de Status em um Dispositivo de Rede

Para um indicador de "atividade do link" ou "energia" em um roteador ou modem, um único LED fornece um sinal visual claro. A cor laranja avermelhada é altamente visível. O componente pode ser acionado por um pino GPIO de um microcontrolador. Um resistor em série é conectado entre o GPIO e o ânodo do LED, com o cátodo conectado ao terra. O firmware do microcontrolador pode alternar o pino para criar padrões fixos ou piscantes. O formato SMD permite um design de perfil muito baixo no PCB do painel frontal.

13. Princípio de Funcionamento

Este LED é baseado em um chip semicondutor feito de Fosfeto de Alumínio, Gálio e Índio (AlGaInP). Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons e lacunas são injetados na região ativa da junção semicondutora. Quando esses portadores de carga se recombinam, eles liberam energia na forma de fótons (luz). A composição específica da liga AlGaInP determina a energia da banda proibida, que por sua vez define o comprimento de onda (cor) da luz emitida — neste caso, no espectro laranja avermelhado (605-625 nm). A luz gerada dentro do chip é extraída através da superfície superior e moldada pela lente de resina epóxi transparente do encapsulamento.

14. Tendências Tecnológicas

A tendência geral na tecnologia de LEDs indicadores e de backlight continua em direção a maior eficiência (mais saída de luz por unidade de energia elétrica), maior miniaturização além de pacotes como o 15-21 e gamas de cores mais amplas. Há também um forte foco em melhorar a confiabilidade e a longevidade em condições adversas, como maior temperatura e umidade. A integração de eletrônica de controle, como drivers de corrente constante ou controladores de modulação por largura de pulso (PWM), diretamente no pacote do LED é outra tendência em evolução, simplificando o projeto do circuito para o usuário final. Além disso, a busca pela sustentabilidade continua impulsionando avanços em materiais para atender a regulamentações ambientais cada vez mais rigorosas, além do RoHS e REACH.