Ficha Técnica do LED SMD 27-21/GHC-YR1S2M/3C - 2.0x1.25x0.8mm - 3.95V Máx. - 95mW - Verde Brilhante - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LED SMD 27-21 é um dispositivo compacto de montagem em superfície, projetado para conjuntos eletrónicos de alta densidade. A sua principal vantagem reside na sua pegada significativamente reduzida em comparação com os LEDs tradicionais do tipo "lead-frame", permitindo projetos de placas de circuito impresso (PCB) mais pequenos, maior densidade de empacotamento de componentes e, em última análise, equipamentos finais mais compactos. O dispositivo é leve, tornando-o particularmente adequado para aplicações miniaturas e com restrições de espaço.

A tecnologia central utiliza um chip semicondutor de InGaN (Nitreto de Gálio e Índio) encapsulado numa resina transparente, que emite uma luz verde brilhante. É um LED monocromático, fornecido num formato compatível com equipamentos padrão de montagem automática "pick-and-place". O produto está em conformidade com as principais diretrizes ambientais e de segurança, sendo livre de chumbo (Pb-free), compatível com RoHS, compatível com o REACH da UE e livre de halogéneos (com Bromo <900 ppm, Cloro <900 ppm e Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Características e Vantagens Principais

• Miniaturização:Permite projetos de placa mais pequenos e maior densidade de empacotamento.
• Compatível com Automação:Embalado em fita de 8mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro para compatibilidade com sistemas de colocação automática.
• Compatibilidade Robusta de Processo:Adequado para processos de soldagem por refluxo por infravermelhos e por fase de vapor.
• Conformidade Ambiental:Adequa-se aos padrões livre de chumbo, RoHS, REACH e livre de halogéneos.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. A operação nestes ou além destes limites não é garantida.

• Tensão Reversa (V_R):5 V - A tensão máxima que pode ser aplicada no sentido inverso.
• Corrente Direta (I_F):25 mA - A corrente contínua direta máxima.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):100 mA - A corrente direta pulsada máxima, permitida com um ciclo de trabalho de 1/10 e uma frequência de 1 kHz.
• Dissipação de Potência (P_d):95 mW - A potência máxima que o dispositivo pode dissipar a uma temperatura ambiente (T_a) de 25°C.
• Descarga Eletrostática (ESD) Modelo Corpo Humano (HBM):150 V - Indica uma sensibilidade moderada à ESD; são necessários procedimentos de manuseamento adequados.
• Temperatura de Operação (T_opr):-40°C a +85°C - A faixa de temperatura ambiente para operação confiável.
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura de Soldagem (T_sol):Refluxo: Pico de 260°C por no máximo 10 segundos. Soldagem manual: 350°C por no máximo 3 segundos por terminal.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos numa condição de teste padrão de T_a=25°C e I_F=20 mA, salvo indicação em contrário. Eles definem o desempenho óptico e elétrico do LED.

• Intensidade Luminosa (I_v):112 a 285 mcd (milicandela). O valor típico não é especificado, indicando que o desempenho é gerido através do sistema de binning descrito posteriormente.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):130 graus (típico). Este amplo ângulo de visão torna-o adequado para aplicações de sinalização e retroiluminação onde a visibilidade de vários ângulos é importante.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):518 nm (típico). O comprimento de onda no qual a emissão espectral é mais forte.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):520 a 535 nm. Esta é a perceção de cor única do LED pelo olho humano.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):35 nm (típico). A largura do espectro emitido a metade da sua intensidade máxima (FWHM).
• Tensão Direta (V_F):2,75 a 3,95 V a I_F=20 mA. Esta faixa é crítica para o projeto do circuito, particularmente para o cálculo do resistor limitador de corrente.
• Corrente Reversa (I_R):50 μA (máx.) a V_R=5V.

Notas Importantes:A ficha técnica especifica tolerâncias para parâmetros-chave: Intensidade Luminosa (±11%), Comprimento de Onda Dominante (±1 nm) e Tensão Direta (±0,1 V). Também alerta explicitamente que a condição de tensão reversa é apenas para fins de teste, e o LED não deve ser operado em polarização reversa.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir cor e brilho consistentes na produção, os LEDs são classificados em bins de desempenho. Este dispositivo utiliza um sistema de binning tridimensional.

3.1 Binning de Intensidade Luminosa

Os bins são definidos pelos códigos R1, R2, S1 e S2, com valores mínimos e máximos de intensidade luminosa medidos a I_F=20 mA.

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

3.2 Binning de Comprimento de Onda Dominante

Os bins são definidos pelos códigos X, Y e Z, controlando o tom preciso de verde.

• X:520 - 525 nm
• Y:525 - 530 nm
• Z:530 - 535 nm

3.3 Binning de Tensão Direta

Os bins são definidos pelos códigos 5, 6, 7 e 8, o que é crucial para projetar circuitos de acionamento de corrente uniformes, especialmente quando vários LEDs são conectados em paralelo.

• 5:2,75 - 3,05 V
• 6:3,05 - 3,35 V
• 7:3,35 - 3,65 V
• 8:3,65 - 3,95 V

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia curvas típicas de características eletro-ópticas, que são essenciais para compreender o comportamento do dispositivo em condições não padrão. Embora os gráficos específicos não sejam detalhados no texto fornecido, eles normalmente incluem:

• Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Mostra como a saída de luz diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Isto é crítico para a gestão térmica em aplicações de alta potência ou alta temperatura ambiente.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta:Ilustra a relação não linear entre a corrente de acionamento e a saída de luz. Operar acima da corrente recomendada leva a uma eficiência diminuída e degradação acelerada.
• Tensão Direta vs. Corrente Direta (Curva I-V):Demonstra a relação exponencial, destacando a necessidade de circuitos limitadores de corrente. Um pequeno aumento na tensão pode causar um grande aumento, potencialmente destrutivo, na corrente.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa vs. comprimento de onda, mostrando o pico em ~518 nm e a largura de banda de ~35 nm, confirmando o ponto de cor verde brilhante.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O LED SMD 27-21 possui uma embalagem retangular compacta. As dimensões-chave (em mm, com uma tolerância geral de ±0,1mm salvo especificação) incluem o comprimento total, largura e altura, bem como o espaçamento e tamanho dos terminais. Estas dimensões são críticas para o projeto do padrão de solda na PCB, para garantir uma soldagem e alinhamento adequados. A polaridade é indicada por uma marcação na embalagem, que deve estar alinhada com a marcação correspondente na PCB.

5.2 Identificação da Polaridade

A polaridade correta é essencial para a operação do dispositivo. O desenho da embalagem na ficha técnica indicará o terminal do cátodo (negativo), tipicamente com um marcador visual como um entalhe, ponto ou borda chanfrada na embalagem. O projeto do padrão na PCB deve incorporar este marcador para evitar erros de montagem.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

O dispositivo é compatível com processos de refluxo sem chumbo. O perfil de temperatura recomendado é crucial para evitar choque térmico e danos:

• Pré-aquecimento:150–200°C durante 60–120 segundos.
• Tempo Acima do Líquidus (TAL):60–150 segundos acima de 217°C.
• Temperatura de Pico:260°C no máximo, mantida por não mais de 10 segundos.
• Taxa de Aquecimento:Máximo de 6°C por segundo.
• Tempo Acima de 255°C:Máximo de 30 segundos.
• Taxa de Arrefecimento:Máximo de 3°C por segundo.

Restrição Crítica:A soldagem por refluxo não deve ser realizada mais de duas vezes no mesmo dispositivo.

6.2 Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária, deve-se ter extremo cuidado:

• Utilize um ferro de soldar com temperatura da ponta inferior a 350°C.
• Limite o tempo de contacto a 3 segundos ou menos por terminal.
• Use um ferro com potência nominal de 25W ou menos.
• Permita um intervalo mínimo de 2 segundos entre soldar cada terminal para permitir o arrefecimento.

6.3 Armazenamento e Sensibilidade à Humidade

Os LEDs são embalados em sacos de barreira resistentes à humidade com dessecante.

• Antes de Abrir:Armazene a ≤30°C e ≤60% de Humidade Relativa.
• Vida Útil em Piso de Fábrica:Após abrir o saco à prova de humidade, os componentes devem ser utilizados dentro de 168 horas (7 dias).
• Reaquecimento:Se a vida útil em piso for excedida ou o indicador de dessecante mudar de cor, é necessário um reaquecimento a 60 ±5°C durante 24 horas antes da soldagem por refluxo.

6.4 Reparação e Retrabalho

A reparação após a soldagem é fortemente desencorajada. Se for inevitável, deve ser utilizado um ferro de soldar especializado de dupla cabeça para aquecer simultaneamente ambos os terminais, prevenindo tensão mecânica nas juntas de solda. O potencial de danificar o LED durante a reparação é elevado e deve ser avaliado previamente.

7. Embalagem e Informações de Encomenda

7.1 Especificações de Embalagem

O dispositivo é fornecido em formato de fita e bobina para montagem automática.

• Largura da Fita Portadora:8 mm.
• Diâmetro da Bobina:7 polegadas.
• Quantidade por Bobina:3000 peças.
• Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL):Implícito pela vida útil de 7 dias e requisitos de reaquecimento, tipicamente correspondendo ao MSL 3.

7.2 Explicação do Rótulo

O rótulo da bobina contém informações críticas para rastreabilidade e aplicação correta:

• P/N:Número do Produto (ex.: 27-21/GHC-YR1S2M/3C).
• CAT:Classificação de Intensidade Luminosa (ex.: S2).
• HUE:Coordenadas de Cromaticidade & Classificação de Comprimento de Onda Dominante (ex.: Y).
• REF:Classificação de Tensão Direta (ex.: 6).
• LOT No:Número do Lote de Fabricação para rastreabilidade.

8. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Retroiluminação:Ideal para indicadores de painel, iluminação de interruptores e retroiluminação plana para LCDs e símbolos, devido ao seu amplo ângulo de visão e cor consistente.
• Equipamentos de Telecomunicações:Indicadores de estado e retroiluminação de teclado em dispositivos como telefones e máquinas de fax.
• Indicação de Uso Geral:Qualquer aplicação que requeira um indicador verde brilhante, compacto e confiável.

8.2 Considerações de Projeto Críticas

1. Limitação de Corrente é Obrigatória:Os LEDs são dispositivos acionados por corrente. Um resistor limitador de corrente externo deve ser sempre utilizado em série com o LED. O valor é calculado usando a Lei de Ohm: R = (V_supply- V_F) / I_F. Utilize o V_Fmáximo do bin ou da ficha técnica para garantir que a corrente não exceda 25 mA nas piores condições.
2. Gestão Térmica:Embora a dissipação de potência seja baixa, manter uma baixa temperatura de junção é fundamental para a confiabilidade a longo prazo e saída de luz estável. Garanta área de cobre adequada na PCB ou vias térmicas se operar em altas temperaturas ambiente ou próximo da corrente máxima.
3. Proteção contra ESD:Implemente precauções padrão contra ESD durante o manuseamento e montagem. Considere adicionar diodos de supressão de tensão transitória (TVS) ou resistências em linhas sensíveis se o ambiente da aplicação for propenso a descargas estáticas.
4. Binning para Consistência:Para aplicações que requerem aparência uniforme (ex.: matrizes de múltiplos LEDs), especifique bins apertados para intensidade luminosa (CAT) e comprimento de onda dominante (HUE). Utilizar LEDs do mesmo lote de fabricação (LOT No.) aumenta ainda mais a consistência.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O LED SMD 27-21 diferencia-se principalmente pelo seu equilíbrio entre tamanho, desempenho e características de confiabilidade.

• vs. LEDs Maiores com "Lead-Frame":Oferece uma redução drástica na pegada e no peso, permitindo designs modernos miniaturizados. O formato SMD permite uma montagem automática mais rápida e confiável.
• vs. Outros LEDs SMD Verdes:A combinação específica de um ângulo de visão de 130 graus, uma cor verde brilhante do chip InGaN e a conformidade ambiental abrangente (Livre de Halogéneos, REACH) torna-o adequado para uma ampla gama de aplicações de consumo e industriais onde estes fatores são priorizados.
• Conformidade Integrada:A pré-conformidade com as principais regulamentações globais (RoHS, REACH, Livre de Halogéneos) reduz a sobrecarga de qualificação para integradores, proporcionando uma vantagem significativa em mercados regulamentados.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Por que é absolutamente necessário um resistor limitador de corrente?

R1: A característica I-V de um LED é exponencial. Um pequeno aumento na tensão direta além do valor típico causa um aumento muito grande na corrente, que pode instantaneamente exceder a Especificação Máxima Absoluta de 25 mA e destruir o dispositivo. O resistor fornece uma queda de tensão linear e previsível para estabilizar a corrente.

P2: Posso acionar este LED com uma fonte de 3,3V sem um resistor?

R2: Não. Mesmo que 3,3V esteja dentro da faixa de V_F(2,75-3,95V), o V_Freal de um LED específico não é conhecido sem binning. Uma fonte de 3,3V poderia aplicar 3,3V diretamente a um LED com um V_Fde 3,0V, causando corrente excessiva. Utilize sempre um resistor em série.

P3: O que acontece se eu exceder a vida útil de 7 dias após abrir o saco?

R3: A embalagem de plástico absorve humidade. Durante a soldagem por refluxo, esta humidade pode expandir-se rapidamente, causando delaminação interna ou "efeito pipoca", que racha a embalagem e leva à falha. O reaquecimento a 60°C durante 24 horas remove esta humidade absorvida.

P4: Por que o refluxo é limitado a dois ciclos?

R4: Cada ciclo de refluxo submete o dispositivo a um stress térmico significativo. Múltiplos ciclos podem degradar as ligações internas dos fios, enfraquecer as juntas de solda ou danificar o próprio chip semicondutor, reduzindo a confiabilidade.

11. Estudo de Caso de Aplicação Prática

Cenário: Projetar um painel de indicadores de estado múltiplos para um dispositivo eletrónico de consumo.

1. Requisito:10 LEDs verdes brilhantes uniformes para indicadores de "ligado" e "modo ativo".
2. Passos do Projeto:
   • Projeto do Circuito:Há uma fonte de 5V disponível. Usando o V_Fmáximo de 3,95V e um I_Falvo de 20 mA, calcule R = (5V - 3,95V) / 0,02A = 52,5Ω. Selecione o valor padrão mais próximo (ex.: 56Ω). Recalcule a corrente real: I_F= (5V - 3,2V_typ) / 56Ω ≈ 32 mA (muito alta). Reitere usando um V_Ftípico mais realista de 3,2V: R = (5V - 3,2V) / 0,02A = 90Ω. Isto dá uma corrente segura entre 17,8 mA (a V_F=3,95V) e 20 mA (a V_F=3,2V). Um resistor de 91Ω ou 100Ω é uma boa escolha.
   • Layout da PCB:Posicione os LEDs com o alinhamento de polaridade correto. Forneça espaçamento suficiente para o cone de visão de 130 graus se os indicadores forem vistos de um ângulo.
   • Aquisição:Especifique bins apertados ao distribuidor: ex.: CAT=S2 (225-285 mcd) e HUE=Y (525-530 nm) para garantir consistência de brilho e cor em todos os 10 indicadores. É aconselhável solicitar peças do mesmo LOT No.
   • Montagem:Siga o perfil de refluxo precisamente. Utilize os LEDs dentro de 7 dias após abrir o saco selado.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Os Diodos Emissores de Luz (LEDs) são dispositivos semicondutores que convertem energia elétrica diretamente em luz através de um processo chamado eletroluminescência. O núcleo do LED 27-21 é um chip feito de materiais semicondutores de InGaN (Nitretos de Gálio e Índio). Quando uma tensão direta é aplicada através da junção P-N deste semicondutor, os eletrões do material tipo N recombinam-se com as lacunas do material tipo P na região ativa. Esta recombinação liberta energia na forma de fotões (partículas de luz). O comprimento de onda específico (cor) da luz emitida é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor. O InGaN tem uma banda proibida que corresponde à luz no espectro do azul ao verde. Neste dispositivo, a composição é ajustada para produzir luz verde brilhante com um comprimento de onda de pico em torno de 518 nm. A resina epóxi transparente encapsula o chip e também atua como uma lente, moldando a saída de luz no ângulo de visão especificado de 130 graus.

13. Tendências e Contexto Tecnológico

O LED 27-21 representa uma tecnologia madura e amplamente adotada dentro da evolução mais ampla da iluminação de estado sólido. As tendências-chave que influenciam este segmento de produto incluem:

• Miniaturização Contínua:A busca por dispositivos eletrónicos mais pequenos, finos e com mais funcionalidades impulsiona o desenvolvimento de embalagens de LED cada vez mais pequenas (ex.: tamanhos 0201, 01005), mantendo ou melhorando o desempenho óptico.
• Eficiência e Luminância Aprimoradas:Melhorias contínuas no crescimento epitaxial e no design do chip levam a uma maior eficácia luminosa (mais saída de luz por unidade de entrada elétrica), permitindo menor consumo de energia ou maior brilho no mesmo tamanho de embalagem.
• Consistência de Cor e Binning Avançado:As exigências de aplicações de display e automotivas estão a impulsionar tolerâncias de binning mais apertadas e o uso de binning multi-parâmetro mais sofisticado (ex.: combinando fluxo, comprimento de onda e tensão direta num único código) para alcançar uniformidade perfeita em grandes matrizes.
• Integração de Funcionalidade:Uma tendência para integrar circuitos de controlo (como drivers de corrente constante) ou múltiplos chips de cor (RGB) num único pacote para simplificar o projeto do sistema e reduzir o espaço na PCB.
• Confiabilidade e Adequação a Ambientes Severos:Desenvolvimento de LEDs com desempenho melhorado a altas temperaturas e sob alta humidade, expandindo o seu uso para aplicações automotivas, industriais e externas. A conformidade ambiental (Livre de Halogéneos, REACH) destacada nesta ficha técnica é uma resposta direta às tendências regulatórias globais.

Embora o 27-21 seja um componente padrão, o seu design reflete estas exigências da indústria por confiabilidade, conformidade e desempenho num formato compacto e automatizável.