Ficha Técnica do LED SMD 15-21/S2C-AQ2R2B/2T - Laranja Brilhante - 20mA - 60mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O 15-21/S2C-AQ2R2B/2T é um LED de montagem em superfície (SMD) que utiliza a tecnologia de semicondutor AlGaInP (Fosfeto de Alumínio, Gálio e Índio) para emitir uma cor Laranja Brilhante. Este componente foi projetado para aplicações em PCB de alta densidade, onde espaço e peso são restrições críticas. Seu fator de forma compacto permite reduções significativas no tamanho da placa e nas dimensões do equipamento em comparação com LEDs tradicionais do tipo com terminais (lead-frame).

O LED é embalado em fita de 8mm enrolada em uma bobina de 7 polegadas de diâmetro, sendo totalmente compatível com equipamentos automáticos de montagem pick-and-place. É do tipo monocromático, em conformidade com as regulamentações livres de chumbo (Pb-free), RoHS, REACH da UE e livres de halogênio (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). O dispositivo é adequado para processos de soldagem por refluxo tanto por infravermelho quanto por fase de vapor.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob estas condições não é garantida.

• Tensão Reversa (VR):5 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode causar ruptura da junção.
• Corrente Direta Contínua (IF):25 mA. A corrente DC máxima para operação confiável.
• Corrente Direta de Pico (IFP):60 mA. Isto é permitido apenas em condições pulsadas com um ciclo de trabalho de 1/10 a 1 kHz. Não deve ser usado para operação contínua.
• Dissipação de Potência (Pd):60 mW. A potência máxima que o encapsulamento pode dissipar a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Este valor é reduzido (derating) com o aumento da temperatura.
• Descarga Eletrostática (ESD) - Modelo do Corpo Humano (HBM):2000 V. Isto indica a sensibilidade do dispositivo à eletricidade estática. Procedimentos adequados de manuseio contra ESD são obrigatórios.
• Temperatura de Operação (Topr):-40°C a +85°C. A faixa de temperatura ambiente na qual o dispositivo é especificado para operar.
• Temperatura de Armazenamento (Tstg):-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 são medidos na condição de teste padrão de Ta=25°C e IF=20 mA, salvo indicação em contrário. Eles definem o desempenho óptico e elétrico do LED.

• Intensidade Luminosa (Iv):Varia de 90,0 mcd (mínimo) a 180,0 mcd (máximo), com uma tolerância típica de ±11%. Esta é a luminosidade percebida da fonte de luz.
• Ângulo de Visão (2θ1/2):Tipicamente 130 graus. Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa é metade da intensidade a 0 graus (no eixo).
• Comprimento de Onda de Pico (λp):Tipicamente 611 nm. O comprimento de onda no qual a distribuição espectral de potência é máxima.
• Comprimento de Onda Dominante (λd):Varia de 600,5 nm a 612,5 nm. Este é o comprimento de onda único que melhor corresponde à cor percebida do LED, com uma tolerância de ±1 nm.
• Largura Espectral (Δλ):Tipicamente 17 nm. A largura do espectro na metade da intensidade máxima (FWHM).
• Tensão Direta (VF):Varia de 1,75 V (mínimo) a 2,35 V (máximo) a 20 mA, com uma tolerância de ±0,1V.
• Corrente Reversa (IR):Máximo de 10 μA quando uma tensão reversa (VR) de 5V é aplicada. O dispositivo não foi projetado para operação em polarização reversa.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

Para garantir consistência de cor e brilho na produção, os LEDs são classificados em lotes (bins) com base em parâmetros-chave. O número de peça 15-21/S2C-AQ2R2B/2T contém códigos de classificação (A, Q2, R2, B).

3.1 Classificação por Intensidade Luminosa

Os LEDs são categorizados pela sua intensidade luminosa medida em IF=20mA.

• Lote Q2:90,0 mcd a 112,0 mcd
• Lote R1:112,0 mcd a 140,0 mcd
• Lote R2:140,0 mcd a 180,0 mcd

O "R2" no número da peça indica que este dispositivo pertence ao lote de maior brilho desta série.

3.2 Classificação por Comprimento de Onda Dominante

Os LEDs são classificados pelo seu comprimento de onda dominante para controlar o matiz da cor.

• Lote D8:600,5 nm a 603,5 nm
• Lote D9:603,5 nm a 606,5 nm
• Lote D10:606,5 nm a 609,5 nm
• Lote D11:609,5 nm a 612,5 nm

O "A" no número da peça provavelmente corresponde a um desses lotes de comprimento de onda (por exemplo, D10 ou D11 para um laranja típico).

3.3 Classificação por Tensão Direta

A classificação por tensão direta auxilia no projeto de circuitos de acionamento com corrente consistente.

• Lote 0:1,75 V a 1,95 V
• Lote 1:1,95 V a 2,15 V
• Lote 2:2,15 V a 2,35 V

O "B" no número da peça indica o lote de tensão direta.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que são cruciais para entender o comportamento do LED sob diferentes condições de operação.

4.1 Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta

Esta curva mostra que a saída de luz não é linearmente proporcional à corrente. Ela aumenta de forma sublinear em correntes mais altas devido à queda de eficiência e efeitos térmicos. Operar significativamente acima dos 20mA recomendados pode resultar em ganhos decrescentes de brilho e reduzir a vida útil.

4.2 Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

A intensidade luminosa diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. Esta é uma característica dos LEDs semicondutores. A curva permite que os projetistas estimem a perda de brilho em ambientes de temperatura elevada, o que é crítico para aplicações como painéis de instrumentos automotivos.

4.3 Curva de Redução (Derating) da Corrente Direta

Este gráfico define a corrente direta contínua máxima permitida em função da temperatura ambiente. À medida que a temperatura sobe, a corrente máxima deve ser reduzida para permanecer dentro dos limites de dissipação de potência do dispositivo e evitar fuga térmica (thermal runaway).

4.4 Tensão Direta vs. Corrente Direta

Esta curva IV (Corrente-Tensão) mostra a relação exponencial típica de um diodo. A tensão aumenta logaritmicamente com a corrente. A curva é essencial para projetar o resistor limitador de corrente ou o driver de corrente constante.

4.5 Diagrama de Radiação e Distribuição Espectral

O diagrama de radiação (gráfico polar) representa visualmente o ângulo de visão de 130 graus. O gráfico de distribuição espectral confirma a natureza monocromática do LED AlGaInP, mostrando um único pico em torno de 611 nm com um FWHM típico de 17 nm.

5. Informações Mecânicas e do Encapsulamento

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O LED SMD 15-21 possui um encapsulamento retangular compacto. As dimensões principais (em mm, tolerância ±0,1mm salvo indicação) incluem o comprimento total, largura e altura. A ficha técnica fornece um desenho detalhado mostrando a posição do chip, a forma da lente e o chassi de terminais (lead frame). Uma marca de cátodo é claramente indicada no encapsulamento para a orientação correta da polaridade durante a montagem.

5.2 Identificação da Polaridade

A polaridade correta é essencial. Aplicar tensão reversa superior a 5V pode danificar instantaneamente o LED. O encapsulamento possui um identificador distinto de cátodo (tipicamente um ponto verde, um entalhe ou um canto chanfrado) conforme mostrado no desenho dimensional. Os projetistas devem garantir que o footprint na PCB corresponda a esta orientação.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

É especificado um perfil de refluxo sem chumbo:

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

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, é necessário extremo cuidado:

• Use um ferro de soldar com temperatura da ponta inferior a 350°C.
• Limite o tempo de contato a no máximo 3 segundos por terminal.
• Use um ferro com potência nominal de 25W ou menos.
• Permita um intervalo de pelo menos 2 segundos entre soldar cada terminal.

A soldagem manual apresenta um alto risco de dano térmico.

6.3 Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

Os LEDs são embalados em um saco de barreira resistente à umidade com dessecante.

• Não abra o saco até o momento do uso.
• Após a abertura, os LEDs não utilizados devem ser armazenados a ≤30°C e ≤60% de Umidade Relativa.
• A "vida útil após abertura" (floor life) do saco é de 168 horas (7 dias).
• Se o tempo de exposição for excedido ou o indicador de dessecante tiver mudado de cor, é necessário um processo de secagem (bake-out) a 60 ±5°C por 24 horas antes do refluxo para evitar danos do tipo "pipoca" (popcorn) durante a soldagem.

6.4 Precauções Críticas

• Limitação de Corrente:Um resistor limitador de corrente externo é OBRIGATÓRIO. A característica exponencial V-I do LED significa que uma pequena variação de tensão causa uma grande variação de corrente, levando à queima imediata sem um resistor.
• Tensão Mecânica:Evite aplicar tensão ao corpo do LED durante a soldagem ou na aplicação final. Não deforme a PCB após a montagem.
• Reparo:O reparo após a soldagem é fortemente desencorajado. Se absolutamente necessário, use um ferro de soldar de duas pontas para aquecer simultaneamente ambos os terminais e levantar o componente uniformemente para evitar danos aos pads. Verifique a funcionalidade do LED após qualquer tentativa de reparo.

7. Informações de Embalagem e Pedido

7.1 Especificações da Bobina e Fita

O dispositivo é fornecido em fita transportadora relevada em uma bobina de 7 polegadas (178mm) de diâmetro.

• Largura da Fita Transportadora:8 mm.
• Passo dos Bolsos (Pocket Pitch):Conforme o desenho dimensional detalhado.
• Quantidade por Bobina:2000 peças.

Desenhos detalhados para as dimensões da bobina, fita transportadora e fita de cobertura são fornecidos com tolerâncias de ±0,1mm, salvo especificação.

7.2 Explicação do Rótulo

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

• CPN:Número do Produto do Cliente.
• P/N:Número do Produto do Fabricante (ex.: 15-21/S2C-AQ2R2B/2T).
• QTY:Quantidade da Embalagem.
• CAT:Classificação de Intensidade Luminosa (ex.: R2).
• HUE:Classificação de Cromaticidade/Comprimento de Onda Dominante (ex.: A).
• REF:Classificação de Tensão Direta (ex.: B).
• LOT No:Número do Lote de Fabricação para rastreabilidade.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Interior Automotivo:Iluminação de fundo para instrumentos do painel, interruptores e painéis de controle.
• Equipamentos de Telecomunicações:Indicadores de status e iluminação de fundo de teclado em telefones e máquinas de fax.
• Eletrônicos de Consumo:Iluminação de fundo plana para pequenos displays LCD, iluminação de interruptores e indicadores simbólicos.
• Uso Geral como Indicador:Qualquer aplicação que requeira um indicador de status laranja, compacto e brilhante.

8.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:Sempre use um resistor em série ou um driver de corrente constante. Calcule o valor do resistor usando R = (Vfonte - VF) / IF, onde VF deve ser escolhido a partir do valor máximo do lote (2,35V) para um projeto robusto.
• Gerenciamento Térmico:Embora o encapsulamento seja pequeno, garanta área de cobre adequada na PCB ou vias térmicas se operar próximo da corrente máxima ou em altas temperaturas ambientes, pois o calor reduz a saída de luz e a vida útil.
• Projeto Óptico:O ângulo de visão de 130 graus fornece um feixe amplo. Para luz mais focada, podem ser necessárias lentes externas ou guias de luz (light pipes).
• Proteção contra ESD:Implemente proteção ESD nas linhas de entrada se o LED estiver em um local acessível ao usuário, mesmo que o dispositivo tenha uma classificação HBM de 2kV.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs mais antigos de furo passante (through-hole) ou pacotes SMD maiores, o 15-21 oferece vantagens distintas:

• Tamanho & Peso:Seu footprint miniatura permite maior densidade de componentes e produtos finais mais leves, crucial para dispositivos portáteis e miniaturizados.
• Compatibilidade com Automação:A embalagem em fita e bobina é otimizada para montagem automatizada de alta velocidade, reduzindo custos de fabricação.
• Desempenho:O uso do material AlGaInP proporciona alta eficiência luminosa na faixa do espectro laranja/vermelho em comparação com tecnologias mais antigas.
• Conformidade:A conformidade total com as regulamentações ambientais modernas (RoHS, Livre de Halogênio, REACH) é incorporada, simplificando o processo de conformidade para os produtos finais.

Uma consideração potencial é o desempenho térmico; o tamanho muito pequeno pode limitar a dissipação de calor em comparação com pacotes maiores com mais massa térmica.

10. Perguntas Frequentes (Com Base nos Parâmetros Técnicos)

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

Usando a tensão direta máxima (2,35V) do Lote 2 e a corrente recomendada (20mA): R = (5V - 2,35V) / 0,020A = 132,5 Ohms. O valor padrão mais próximo de 130 Ohms ou 150 Ohms seria apropriado. Sempre verifique a corrente real no circuito.

10.2 Posso acionar este LED a 30mA para obter mais brilho?

Não. A Especificação Máxima Absoluta para corrente direta contínua (IF) é 25 mA. Operar a 30 mA excede esta especificação, o que reduzirá significativamente a confiabilidade e a vida útil, e pode causar falha imediata. Use a corrente de pico (60mA pulsada) apenas para ciclos de trabalho muito curtos, se necessário.

10.3 Por que o brilho cai quando a placa esquenta?

Esta é uma característica fundamental dos semicondutores LED, conforme mostrado na curva "Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente". O aumento da temperatura aumenta a recombinação não radiativa dentro do semicondutor, reduzindo a eficiência. Um projeto térmico adequado mitiga este efeito.

10.4 O saco foi aberto há um mês. Ainda posso usar os LEDs?

Não sem precaução. O nível de sensibilidade à umidade requer uso dentro de 168 horas (7 dias) após a abertura do saco. Se excedido, você deve secar (bake) os LEDs a 60°C por 24 horas antes de submetê-los à soldagem por refluxo para expelir a umidade absorvida e evitar delaminação interna durante o processo de soldagem em alta temperatura.

11. Caso Prático de Projeto e Uso

Caso: Projetando um Painel de Indicadores de Status
Um projetista está criando um painel de controle com 20 indicadores de status laranja. Eles escolhem o 15-21/S2C-AQ2R2B/2T por seu brilho (lote R2) e tamanho compacto.

1. Projeto do Circuito:Um barramento comum de 5V é usado. Usando um VF conservador de 2,35V, um resistor limitador de corrente de 150 ohms é selecionado para cada LED, resultando em uma corrente de ~17,7mA, seguramente abaixo do máximo de 25mA.
2. Layout da PCB:O footprint compacto permite que todos os 20 LEDs caibam em uma única fileira. A marca de cátodo no footprint está claramente alinhada com o desenho do encapsulamento para evitar erros de montagem.
3. Fabricação:A embalagem em fita e bobina permite que o montador da PCB use máquinas automáticas pick-and-place, garantindo a colocação rápida, precisa e confiável de todos os 20 componentes.
4. Resultado:O painel possui indicadores laranja brilhantes e uniformes, com cor consistente (graças à classificação por comprimento de onda) e brilho consistente (graças à classificação por intensidade), fabricados de forma eficiente e confiável.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

O LED 15-21 é baseado no material semicondutor AlGaInP (Fosfeto de Alumínio, Gálio e Índio). Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, elétrons e lacunas são injetados na região ativa. Sua recombinação libera energia na forma de fótons (luz). A composição específica da liga AlGaInP determina a energia da banda proibida (bandgap), que define diretamente o comprimento de onda (cor) da luz emitida — neste caso, laranja brilhante (~611 nm). A lente de resina epóxi encapsula o chip semicondutor, fornece proteção mecânica e molda o padrão de saída de luz para alcançar o ângulo de visão especificado de 130 graus.

13. Tendências de Desenvolvimento

A evolução dos LEDs SMD como o 15-21 segue várias tendências-chave da indústria:

• Miniaturização:Redução contínua no tamanho do encapsulamento (por exemplo, de 0603 para 0402 para 0201 em tamanhos métricos) para permitir dispositivos eletrônicos cada vez menores.
• Aumento da Eficiência:Melhorias contínuas no crescimento epitaxial e no projeto do chip resultam em maior eficácia luminosa (mais saída de luz por watt elétrico), reduzindo o consumo de energia e a carga térmica.
• Confiabilidade Aprimorada:Melhorias nos materiais de encapsulamento e tecnologias de fixação do chip (die attach) levam a tempos de vida operacional mais longos e melhor desempenho em condições adversas (alta temperatura, umidade).
• Classificação (Binning) Avançada:Tolerâncias de classificação mais estreitas para cor (comprimento de onda) e fluxo luminoso estão se tornando padrão, impulsionadas por aplicações que exigem alta consistência de cor, como displays de cores completas e conjuntos de iluminação automotiva.
• Integração:Uma tendência para integrar múltiplos chips de LED (RGB, ou branco + cor) em um único pacote, ou incorporar ICs de controle para módulos de "LED inteligente".

Embora o 15-21 represente uma tecnologia madura e confiável, pacotes mais novos podem oferecer footprints menores ou maior eficiência, mas os princípios fundamentais de operação e as principais diretrizes de aplicação permanecem amplamente consistentes.