Ficha Técnica de LED SMD 0603 Verde - Dimensões 1.6x0.8x0.6mm - Tensão 3.2V - Potência 76mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece as especificações técnicas completas para um Diodo Emissor de Luz (LED) de montagem em superfície (SMD) no tamanho de pacote 0603. O dispositivo utiliza um material semicondutor de Nitreto de Gálio e Índio (InGaN) para produzir luz verde. Foi projetado para processos de montagem automatizados e é compatível com técnicas padrão de soldagem por reflow infravermelho e em fase de vapor, tornando-o adequado para fabricação eletrônica em grande volume.

As principais vantagens deste componente incluem sua pegada compacta, compatibilidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas) e seu projeto para confiabilidade em sistemas de colocação automatizados. Destina-se ao uso em uma ampla gama de aplicações eletrônicas de consumo e industriais onde são necessárias luzes indicadoras, retroiluminação ou displays de status.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Os valores máximos absolutos definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Estes valores não são para operação contínua.

• Dissipação de Potência (Pd):76 mW. Esta é a potência total máxima que o pacote do LED pode dissipar como calor a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.
• Corrente Direta de Pico (I_F(PEAK)):100 mA. Esta é a corrente máxima permitida em condições pulsadas (ciclo de trabalho 1/10, largura de pulso de 0,1ms). Exceder este valor pode causar falha catastrófica imediata.
• Corrente Direta Contínua (I_F):20 mA. Esta é a corrente máxima recomendada para operação DC contínua para garantir confiabilidade de longo prazo e saída de luz estável.
• Derating de Corrente DC:Acima de 50°C ambiente, a corrente contínua máxima permitida diminui linearmente a uma taxa de 0,25 mA por grau Celsius. Isto é crítico para o gerenciamento térmico em ambientes fechados ou de alta temperatura.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. Aplicar uma tensão de polarização reversa maior que esta pode quebrar a junção PN do LED.
• Temperatura de Operação e Armazenamento:O dispositivo é classificado para operação entre -20°C e +80°C e pode ser armazenado entre -30°C e +100°C.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos em uma condição de teste padrão de 25°C de temperatura ambiente e uma corrente direta (I_F) de 20 mA, salvo indicação em contrário.

• Intensidade Luminosa (I_V):Varia de um mínimo de 71,0 mcd a um máximo de 450,0 mcd, com um valor típico fornecido. Esta ampla faixa é gerenciada através de um sistema de binning (detalhado posteriormente). A intensidade é medida usando um sensor filtrado para corresponder à resposta fotópica do olho humano (curva CIE).
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):130 graus. Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa cai para metade do seu valor medido no eixo. Um ângulo de 130 graus indica um padrão de luz amplo e difuso, adequado para aplicações indicadoras.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_P):530 nm. Este é o comprimento de onda no qual a saída de potência espectral é mais alta.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):525 nm. Este é derivado do diagrama de cromaticidade CIE e representa o comprimento de onda único que melhor descreve a cor percebida da luz. É o parâmetro chave para a consistência de cor.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):35 nm. Esta é a largura do espectro emitido na metade de sua potência máxima (Largura Total à Meia Altura - FWHM). Uma largura de banda mais estreita indica uma cor mais pura e saturada.
• Tensão Direta (V_F):Varia de 2,80 V (Mín.) a 3,60 V (Máx.), com um valor típico de 3,20 V a 20 mA. Esta variação é gerenciada pelo binning de tensão.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo de 10 µA quando uma polarização reversa de 5 V é aplicada. Um valor significativamente maior que este na aplicação pode indicar um dispositivo danificado.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir consistência na produção em massa, os LEDs são classificados em "bins" com base em parâmetros-chave de desempenho. Isto permite que os projetistas selecionem componentes que atendam a requisitos de tolerância específicos para sua aplicação.

3.1 Binning de Tensão Direta

As unidades são classificadas por sua tensão direta (V_F) medida a 20 mA. Os bins (D7 a D10) têm uma tolerância de ±0,1V dentro de cada bin.
Exemplo: O Bin D8 contém LEDs com V_Fentre 3,00V e 3,20V.

3.2 Binning de Intensidade Luminosa

As unidades são classificadas por sua intensidade luminosa (I_V) medida a 20 mA. Os bins (Q, R, S, T) têm uma tolerância de ±15% dentro de cada bin.
Exemplo: O Bin S contém LEDs com intensidade entre 180,0 mcd e 280,0 mcd.

3.3 Binning de Comprimento de Onda Dominante

As unidades são classificadas por seu comprimento de onda dominante (λ_d) medido a 20 mA. Os bins (AP, AQ, AR) têm uma tolerância de ±1 nm dentro de cada bin.
Exemplo: O Bin AQ contém LEDs com comprimento de onda dominante entre 525,0 nm e 530,0 nm, produzindo um tom específico de verde.

4. Análise de Curvas de Desempenho

Embora curvas gráficas específicas sejam referenciadas na ficha técnica (Fig.1, Fig.6), suas implicações são padrão para a tecnologia LED.

• Curva IV:A relação entre a corrente direta (I_F) e a tensão direta (V_F) é exponencial. Um pequeno aumento na tensão além da tensão de "joelho" resulta em um grande, e potencialmente danoso, aumento na corrente. É por isso que o acionamento por corrente constante é essencial.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente:A saída de luz é aproximadamente proporcional à corrente direta dentro da faixa de operação. No entanto, a eficiência pode cair em correntes muito altas devido ao aumento do calor.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura:A saída de luz de um LED diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta é uma consideração crítica para aplicações que operam em altas temperaturas ambientes ou com gerenciamento térmico deficiente.
• Distribuição Espectral:O espectro de luz emitido é aproximadamente Gaussiano, centrado no comprimento de onda de pico. O comprimento de onda dominante define o ponto de cor percebido no gráfico CIE.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Pacote

O dispositivo está em conformidade com a pegada padrão EIA 0603, com dimensões de aproximadamente 1,6mm de comprimento, 0,8mm de largura e 0,6mm de altura (tolerância ±0,10mm). A lente é transparente. Desenhos mecânicos detalhados devem ser consultados para o layout preciso dos pads e geometria do componente.

5.2 Identificação de Polaridade

A polaridade é tipicamente indicada por uma marcação no corpo do componente ou por uma característica assimétrica no pacote. O cátodo é geralmente marcado. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem, pois a polarização reversa além de 5V pode danificar o dispositivo.

5.3 Embalagem em Fita e Bobina

Os componentes são fornecidos em fita transportadora embutida de 8mm de largura enrolada em bobinas de 7 polegadas (178mm) de diâmetro. A quantidade padrão por bobina é de 3000 peças. A embalagem segue os padrões ANSI/EIA 481-1-A, garantindo compatibilidade com equipamentos automatizados pick-and-place. A fita possui uma cobertura para proteger os componentes da contaminação.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Reflow

O LED é compatível com processos de soldagem sem chumbo (Pb-free). Um perfil de reflow infravermelho sugerido é fornecido:
- Pré-aquecimento:150°C a 200°C.
- Tempo de Pré-aquecimento:Máximo de 120 segundos para permitir equalização térmica e ativação do fluxo.
- Temperatura de Pico:Máximo de 260°C.
- Tempo Acima do Líquidus:10 segundos no máximo na temperatura de pico. O reflow não deve ser realizado mais de duas vezes.

6.2 Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária, deve-se tomar extremo cuidado:
- Temperatura do Ferro:Máximo de 300°C.
- Tempo de Soldagem:Máximo de 3 segundos por terminal.
- A soldagem manual deve ser realizada apenas uma vez para minimizar o estresse térmico no pacote plástico.

6.3 Limpeza

Apenas agentes de limpeza especificados devem ser usados. Os solventes recomendados são álcool etílico ou álcool isopropílico à temperatura ambiente. O LED deve ser imerso por menos de um minuto. Produtos químicos não especificados podem danificar a lente de epóxi ou o pacote.

6.4 Armazenamento e Manuseio

- Armazene em um ambiente não superior a 30°C e 70% de umidade relativa.
- Uma vez removidos da bolsa original de barreira de umidade, os componentes devem passar por reflow dentro de uma semana.
- Para armazenamento mais longo fora da embalagem original, use um recipiente selado com dessecante ou uma atmosfera de nitrogênio.
- Componentes armazenados por mais de uma semana fora da bolsa devem ser pré-aquecidos a aproximadamente 60°C por pelo menos 24 horas antes da soldagem para remover a umidade absorvida e prevenir o "efeito pipoca" durante o reflow.

7. Recomendações de Projeto para Aplicação

7.1 Projeto do Circuito de Acionamento

LEDs são dispositivos acionados por corrente. Para garantir brilho uniforme, especialmente ao conectar múltiplos LEDs em paralelo, é fortemente recomendado um resistor limitador de corrente em série para cada LED (Modelo de Circuito A). Acionar múltiplos LEDs em paralelo diretamente de uma fonte de tensão (Modelo de Circuito B) não é recomendado, pois pequenas variações na característica de tensão direta (V_F) entre LEDs individuais causarão diferenças significativas no compartilhamento de corrente e, consequentemente, no brilho.

7.2 Proteção contra Descarga Eletrostática (ESD)

O LED é sensível à descarga eletrostática. Danos por ESD podem se manifestar como alta corrente de fuga reversa, baixa tensão direta ou falha completa em emitir luz. Precauções devem ser tomadas:
- Os operadores devem usar pulseiras aterradas ou luvas antiestáticas.
- Todos os postos de trabalho, equipamentos e ferramentas devem estar devidamente aterrados.
- Use ionizadores para neutralizar a carga estática que pode se acumular na lente plástica durante o manuseio.
- Siga os procedimentos padrão de manuseio ESD (ANSI/ESD S20.20).

7.3 Gerenciamento Térmico

Embora a dissipação de potência seja baixa (76mW máx.), um projeto térmico adequado estende a vida útil e mantém a saída de luz estável. Garanta área de cobre adequada na PCB para dissipação de calor, especialmente ao operar em altas temperaturas ambientes ou próximo à corrente máxima nominal. Cumpra a especificação de derating de corrente acima de 50°C.

8. Comparação Técnica e Considerações

Comparado com tecnologias mais antigas como GaP, este LED verde baseado em InGaN oferece maior eficiência e saída mais brilhante. O pacote 0603 fornece uma pegada significativamente menor do que pacotes de LED mais antigos como 0805 ou 1206, permitindo projetos de PCB de maior densidade. O amplo ângulo de visão de 130 graus é ideal para indicadores omnidirecionais, enquanto LEDs de ângulo mais estreito podem ser preferidos para aplicações de feixe focalizado. O sistema abrangente de binning permite uma correspondência mais precisa de cor e brilho em aplicações críticas em comparação com componentes não classificados ou classificados de forma ampla.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Posso acionar este LED diretamente de uma saída lógica de 5V?
R: Não. Com uma V_Ftípica de 3,2V, conectá-lo diretamente a 5V causaria corrente excessiva e destruiria o LED. Você deve usar um resistor limitador de corrente em série. Calcule o valor do resistor usando R = (V_fonte- V_F) / I_F.

P: Por que há uma faixa tão ampla na intensidade luminosa (71-450 mcd)?
R: Esta é a dispersão total da produção. Através do sistema de binning (Q, R, S, T), você pode comprar LEDs de uma faixa de intensidade específica e mais estreita (ex.: Bin S: 180-280 mcd) para garantir consistência em seu produto.

P: Este LED é adequado para uso externo?
R: A faixa de temperatura de operação é de -20°C a +80°C. Embora possa funcionar em muitas condições externas, a exposição prolongada à luz solar direta, umidade e radiação UV pode degradar a lente de epóxi ao longo do tempo. Para ambientes severos, considere LEDs com revestimento conformal ou especificamente classificados para uso externo.

P: O que acontece se eu exceder a classificação de tensão reversa?
R: Exceder 5V em polarização reversa pode causar ruptura por avalanche da junção PN, levando a dano imediato e permanente, frequentemente um curto-circuito.

10. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Cenário: Projetando um painel de indicadores de status para um roteador de rede.
O painel requer 10 LEDs verdes brilhantes idênticos para mostrar atividade de link e status de energia. Para garantir que todos os LEDs tenham o mesmo brilho e cor, o projetista especifica o BinSpara intensidade (180-280 mcd) e o BinAQpara comprimento de onda dominante (525-530 nm). Para garantir corrente consistente, cada LED é acionado por um pino GPIO em um microcontrolador via um resistor de 100 ohms em série (calculado para uma fonte de 3,3V e corrente alvo de ~20mA). O layout da PCB inclui um pequeno pad de alívio térmico conectado a um plano de terra para dissipação de calor. Durante a montagem, a fábrica usa o perfil de reflow IR recomendado, e os operadores seguem protocolos ESD. O resultado é um painel com luzes indicadoras uniformes e confiáveis.

11. Princípio de Funcionamento

Este é um dispositivo fotônico semicondutor. Quando uma tensão direta que excede o potencial interno da junção é aplicada, elétrons e lacunas são injetados na região ativa (o poço quântico de InGaN). Esses portadores de carga se recombinam, liberando energia na forma de fótons (luz). O comprimento de onda específico (cor) da luz emitida é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor InGaN, que é projetada durante o processo de crescimento epitaxial para produzir luz verde (~525-530 nm). A lente de epóxi serve para proteger o chip semicondutor, moldar o feixe de saída de luz e melhorar a extração de luz do chip.

12. Tendências Tecnológicas

A tecnologia subjacente para LEDs verdes, InGaN, continua a evoluir. As tendências incluem:
- Aumento da Eficiência:Pesquisas em andamento visam reduzir a "queda de eficiência" (a queda na eficiência em correntes de acionamento mais altas) e melhorar a eficiência quântica interna, levando a LEDs mais brilhantes com menor potência.
- Miniaturização:Os tamanhos dos pacotes continuam a diminuir (ex.: de 0603 para 0402 e menores) para atender às demandas da eletrônica de consumo ultracompacta.
- Melhoria na Consistência de Cor:Avanços no crescimento epitaxial e algoritmos de binning permitem tolerâncias de cor mais estreitas diretamente da produção, reduzindo a necessidade de classificação secundária.
- Maior Confiabilidade:Melhorias em materiais de embalagem e tecnologias de fixação do chip estão estendendo os tempos de vida operacional e aumentando a resistência ao estresse térmico e mecânico.