Ficha Técnica do LED SMD LTST-S110KGKT - Verde AlInGaP - 25mA - 62.5mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTST-S110KGKT é uma lâmpada LED de montagem em superfície (SMD) projetada para montagem automatizada em placas de circuito impresso (PCB). Faz parte de uma família de LEDs miniatura destinados a aplicações com espaço limitado em uma ampla gama de equipamentos eletrónicos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

Este LED oferece várias vantagens-chave para a fabricação eletrónica moderna. As suas características principais incluem conformidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas), tornando-o adequado para mercados globais com regulamentações ambientais rigorosas. O dispositivo utiliza um chip semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) ultrabrilhante, conhecido pela alta eficiência e boa pureza de cor no espectro verde. O encapsulamento é finalizado com estanhagem, melhorando a soldabilidade e a fiabilidade a longo prazo. É totalmente compatível com equipamentos automáticos de pick-and-place e processos de soldagem por refluxo infravermelho (IR), que são padrão na produção em grande volume. O LED é fornecido em fita padrão da indústria de 8mm em bobinas de 7 polegadas, facilitando o manuseio e montagem eficientes.

As aplicações-alvo são diversas, focando-se em áreas onde o tamanho compacto, a fiabilidade e uma indicação visual clara são críticas. Estas incluem equipamentos de telecomunicações (por exemplo, telemóveis), dispositivos de automação de escritório (por exemplo, computadores portáteis), sistemas de rede, vários eletrodomésticos e sinalização interior ou iluminação de símbolos. Usos específicos dentro destes dispositivos abrangem retroiluminação de teclado, indicadores de estado, micro-displays e luminárias de sinalização geral.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Uma compreensão completa das especificações elétricas, óticas e térmicas é essencial para um design de circuito adequado e operação fiável.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. São especificados a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. A corrente contínua DC direta máxima (IF) é de 25 mA. Em condições pulsadas com um ciclo de trabalho de 1/10 e uma largura de pulso de 0.1ms, o dispositivo pode suportar uma corrente direta de pico de 60 mA. A tensão reversa máxima permitida (VR) é de 5 V. A dissipação total de potência não deve exceder 62.5 mW. A faixa de temperatura de operação é de -30°C a +85°C, e a faixa de temperatura de armazenamento é ligeiramente mais ampla, de -40°C a +85°C. Crucialmente, o LED pode suportar soldagem por refluxo infravermelho com uma temperatura de pico de 260°C por um máximo de 10 segundos, o que se alinha com os perfis comuns de montagem sem chumbo (Pb-free).

2.2 Características Elétricas e Óticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos a Ta=25°C em condições de teste padrão. A intensidade luminosa (Iv), uma medida do brilho percebido, varia de um mínimo de 18.0 milicandelas (mcd) a um máximo de 71.0 mcd quando alimentado na corrente de teste padrão de 20 mA. O ângulo de visão, definido como 2θ1/2 (duas vezes o meio-ângulo), é de 130 graus. Este amplo ângulo de visão torna o LED adequado para aplicações onde a visibilidade a partir de posições fora do eixo é importante.

As características espectrais são definidas por vários comprimentos de onda. O comprimento de onda de emissão de pico (λP) é tipicamente 574 nm. O comprimento de onda dominante (λd), que define a cor percebida, tem uma faixa especificada de 567.5 nm a 576.5 nm a 20 mA. A meia-largura espectral (Δλ) é tipicamente 15 nm, indicando a pureza espectral da luz verde emitida.

Eletricamente, a tensão direta (VF) a 20 mA varia de um mínimo de 1.9 V a um máximo de 2.4 V. A corrente reversa (IR) é especificada como um máximo de 10 μA quando uma tensão reversa de 5 V é aplicada.

3. Explicação do Sistema de Classificação por Bins

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

3.1 Classificação da Tensão Direta (VF)

Os LEDs são classificados de acordo com a sua queda de tensão direta a 20 mA. Os códigos de bin, tensões mínimas e máximas são os seguintes: Código 4 (1.9V - 2.0V), Código 5 (2.0V - 2.1V), Código 6 (2.1V - 2.2V), Código 7 (2.2V - 2.3V) e Código 8 (2.3V - 2.4V). A tolerância dentro de cada bin é de ±0.1 volt. Selecionar LEDs do mesmo bin de VF ajuda a manter um brilho uniforme quando vários LEDs são conectados em paralelo sem resistores limitadores de corrente individuais.

3.2 Classificação da Intensidade Luminosa (IV)

Esta classificação categoriza os LEDs com base na sua saída de luz a 20 mA. Os bins são: Código M (18.0 - 28.0 mcd), Código N (28.0 - 45.0 mcd) e Código P (45.0 - 71.0 mcd). A tolerância em cada bin de intensidade é de ±15%. Isto permite aos designers escolher um nível de brilho apropriado para a aplicação, quer exija alta visibilidade ou menor consumo de energia.

3.3 Classificação da Matiz (Comprimento de Onda Dominante)

Para controlar a consistência da cor, os LEDs são classificados pelo seu comprimento de onda dominante. Os bins são: Código C (567.5 - 570.5 nm), Código D (570.5 - 573.5 nm) e Código E (573.5 - 576.5 nm). A tolerância para cada bin é de ±1 nm. Usar LEDs do mesmo bin de matiz é crítico em aplicações onde a correspondência de cor entre múltiplos indicadores é importante.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Dados gráficos fornecem uma visão mais profunda do comportamento do dispositivo em condições variáveis, o que é vital para um design robusto.

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

A curva característica I-V mostra a relação entre a corrente que flui através do LED e a tensão através dele. Para um LED AlInGaP típico como este, a curva exibe uma subida exponencial. A tensão de "joelho", onde a corrente começa a aumentar significativamente, é cerca de 1.8-1.9V. Além deste ponto, um pequeno aumento na tensão causa um grande aumento na corrente. Isto sublinha a importância de usar um driver de corrente constante ou um resistor limitador de corrente para prevenir fuga térmica e garantir operação estável.

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

Esta curva demonstra como a saída de luz escala com a corrente de acionamento. Tipicamente, a intensidade luminosa aumenta aproximadamente de forma linear com a corrente até um certo ponto. No entanto, em correntes muito altas, a eficiência cai devido ao aumento da geração de calor dentro do chip (queda de eficiência). Operar no ou abaixo dos 20mA recomendados garante eficiência e longevidade ótimas.

4.3 Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente

A saída de luz de um LED é dependente da temperatura. À medida que a temperatura ambiente (ou temperatura de junção) aumenta, a intensidade luminosa geralmente diminui. Esta curva de derating é crucial para projetar aplicações que devem manter um certo nível de brilho ao longo de uma faixa de temperatura de operação especificada, especialmente próximo ao limite superior de +85°C.

4.4 Distribuição Espectral

O gráfico de distribuição espectral de potência mostra a intensidade relativa da luz emitida em cada comprimento de onda. Para um LED verde AlInGaP, esta curva é tipicamente um único pico relativamente estreito centrado no comprimento de onda dominante. A meia-largura (Δλ) de 15 nm indica uma cor verde moderadamente pura, o que é desejável para indicadores claros e saturados.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O LED está em conformidade com um contorno de encapsulamento SMD padrão da indústria. As dimensões-chave incluem o comprimento total, largura e altura. A lente é transparente. Todas as dimensões são fornecidas em milímetros com uma tolerância padrão de ±0.1 mm, salvo indicação em contrário. Dados dimensionais precisos são essenciais para criar footprints de PCB precisos e garantir colocação e soldagem adequadas.

5.2 Padrão de PCB Recomendado e Polaridade

Um layout de almofada de solda (padrão de terra) recomendado é fornecido para garantir a formação de junta de solda fiável e alinhamento adequado durante o refluxo. O projeto leva em conta a formação do filete de solda e o alívio térmico. O terminal do cátodo (negativo) é tipicamente identificado por uma marcação no corpo do encapsulamento, como um entalhe, ponto ou marcação verde. A orientação correta da polaridade durante a montagem é obrigatória para o funcionamento do dispositivo.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Parâmetros de Soldagem por Refluxo Infravermelho

Para processos de solda sem chumbo (Pb-free), um perfil de temperatura específico é recomendado. Este perfil tipicamente inclui uma zona de pré-aquecimento (por exemplo, 150-200°C), uma rampa controlada, uma zona de temperatura de pico e uma zona de arrefecimento. O parâmetro crítico é que a temperatura do corpo do dispositivo não deve exceder 260°C por mais de 10 segundos. A adesão a este perfil é necessária para prevenir danos à lente de epóxi do LED, às ligações internas de fio ou ao próprio chip semicondutor.

6.2 Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária, deve-se ter extremo cuidado. A temperatura da ponta do ferro de soldar não deve exceder 300°C, e o tempo de contacto com o terminal do LED deve ser limitado a um máximo de 3 segundos para uma única operação de soldagem. Aplicar calor excessivo pode danificar irreversivelmente o componente.

6.3 Limpeza

A limpeza pós-soldagem deve ser realizada com solventes compatíveis. Apenas limpadores à base de álcool, como álcool etílico ou isopropílico (IPA), devem ser usados. O LED deve ser imerso à temperatura ambiente por menos de um minuto. Limpadores químicos agressivos ou não especificados podem degradar o encapsulamento plástico, levando a descoloração, fissuras ou redução da saída de luz.

6.4 Armazenamento e Manuseio

O armazenamento adequado é crítico para manter a soldabilidade. Sacos à prova de humidade não abertos com dessecante têm uma vida útil. Uma vez que a embalagem original é aberta, os LEDs são sensíveis à humidade ambiente (Nível de Sensibilidade à Humidade, MSL 3). Devem ser usados dentro de uma semana ou armazenados em ambiente seco (por exemplo, um recipiente selado com dessecante ou um armário de nitrogénio). Se expostos à humidade ambiente por mais de uma semana, um processo de cozedura (por exemplo, 60°C por pelo menos 20 horas) é necessário antes da soldagem para remover a humidade absorvida e prevenir o "efeito pipoca" durante o refluxo.

6.5 Precauções contra Descarga Eletrostática (ESD)

Os LEDs são sensíveis à descarga eletrostática. Os procedimentos de manuseio devem incluir aterramento adequado. Os operadores devem usar pulseiras ou luvas antiestáticas. Todos os postos de trabalho, equipamentos e máquinas devem estar corretamente aterrados para prevenir eventos de ESD que possam degradar ou destruir a junção semicondutora.

7. Embalagem e Informações de Encomenda

7.1 Especificações da Fita e Bobina

O produto é fornecido para montagem automatizada. É embalado em fita transportadora relevada de 8mm de largura. A fita é enrolada em bobinas padrão de 7 polegadas (178mm) de diâmetro. Cada bobina contém 3000 peças do LED. Para quantidades inferiores a uma bobina completa, uma quantidade mínima de embalagem de 500 peças está disponível. A embalagem está em conformidade com os padrões ANSI/EIA-481, garantindo compatibilidade com alimentadores de fita padrão em máquinas pick-and-place.

8. Notas de Aplicação e Considerações de Design

8.1 Limitação de Corrente

Um LED é um dispositivo acionado por corrente. Um resistor em série é o método mais simples para limitar a corrente quando alimentado por uma fonte de tensão. O valor do resistor pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R = (V_fonte - VF_LED) / I_desejada. Por exemplo, com uma fonte de 5V, um VF de 2.1V e uma corrente desejada de 20mA, o valor do resistor seria (5 - 2.1) / 0.02 = 145 Ohms. Um resistor padrão de 150 Ohm seria adequado. A potência nominal do resistor também deve ser considerada: P = I^2 * R = (0.02)^2 * 150 = 0.06W, portanto, um resistor de 1/8W (0.125W) ou maior é adequado.

8.2 Gestão Térmica

Embora pequenos, os LEDs geram calor na junção semicondutora. A temperatura excessiva da junção reduz a saída de luz, desloca o comprimento de onda e encurta a vida útil. Para designs que operam em altas temperaturas ambientes ou próximos da corrente máxima, considere o layout do PCB. Usar um PCB com um plano de terra ou vias térmicas sob a almofada térmica do LED (se presente) pode ajudar a dissipar o calor. Evite colocar LEDs perto de outros componentes geradores de calor.

8.3 Âmbito de Aplicação e Fiabilidade

Este LED é projetado para uso em equipamentos eletrónicos comerciais e industriais padrão. Para aplicações que exigem fiabilidade excecional onde uma falha pode comprometer a segurança ou saúde (por exemplo, aviação, suporte de vida médico, sistemas de transporte críticos), qualificação adicional e consulta específica são necessárias. O dispositivo padrão pode não ser adequado para tais aplicações de alta fiabilidade sem avaliação adicional.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O LTST-S110KGKT, baseado na tecnologia AlInGaP, oferece vantagens distintas em comparação com outras tecnologias de LED verde, como o GaP (Fosfeto de Gálio) tradicional ou o InGaN (Nitreto de Índio e Gálio) para certos comprimentos de onda. Os LEDs AlInGaP geralmente fornecem maior eficiência e melhor estabilidade térmica no espectro âmbar a vermelho, e para comprimentos de onda verdes específicos, podem oferecer desempenho superior em termos de brilho e estabilidade de cor em comparação com a tecnologia GaP mais antiga. O seu ângulo de visão de 130 graus é mais amplo do que alguns encapsulamentos de visão lateral ou superior projetados para luz mais direcional, tornando-o uma escolha versátil para indicação de estado onde a visibilidade de ângulo amplo é benéfica. A combinação de uma lente transparente e um chip AlInGaP brilhante resulta numa cor verde vibrante e saturada que é facilmente distinguível.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

10.1 Qual é a diferença entre comprimento de onda de pico e comprimento de onda dominante?

O comprimento de onda de pico (λP) é o comprimento de onda no qual a curva de distribuição espectral de potência atinge a sua intensidade máxima. O comprimento de onda dominante (λd) é derivado do diagrama de cromaticidade CIE e representa o comprimento de onda único de uma luz monocromática pura que corresponderia à cor percebida do LED. Para LEDs com um espectro estreito, estes valores são frequentemente próximos, mas λd é o parâmetro mais relevante para especificação de cor.

10.2 Posso alimentar este LED diretamente com uma fonte de tensão?

Não. A tensão direta de um LED tem um coeficiente de temperatura negativo e varia de unidade para unidade. Conectá-lo diretamente a uma fonte de tensão fará com que uma corrente não controlada flua, provavelmente excedendo a classificação máxima e destruindo o dispositivo. Use sempre um mecanismo de limitação de corrente, como um resistor em série ou um driver de corrente constante.

10.3 Por que existe um sistema de classificação por bins para intensidade luminosa e comprimento de onda?

Variações de fabrico causam pequenas diferenças no desempenho entre LEDs individuais. A classificação por bins os separa em grupos com características estreitamente correspondentes. Isto permite aos designers comprar peças com desempenho mínimo/máximo garantido (por exemplo, brilho, cor) para a sua aplicação, garantindo consistência no produto final, especialmente ao usar múltiplos LEDs.

10.4 O que acontece se eu exceder o limite de 10 segundos a 260°C durante o refluxo?

Exceder o perfil tempo-temperatura pode causar várias falhas: fissura por tensão térmica da lente de epóxi, degradação do encapsulante interno de silicone (levando ao escurecimento), falha das ligações de fio ou dano ao próprio chip semicondutor. Isto resultará em redução da saída de luz, desvio de cor ou falha completa do dispositivo.

11. Exemplos Práticos de Design e Uso

11.1 Indicador de Estado para um Dispositivo de Consumo

Num altifalante Bluetooth portátil, um único LTST-S110KGKT pode ser usado como indicador de estado de energia/carregamento. Acionado a 10-15 mA através de um resistor limitador de corrente a partir do barramento principal de 3.3V ou 5V, fornece uma luz verde clara e brilhante. O amplo ângulo de visão de 130 graus garante que o estado seja visível de quase qualquer ângulo. O design deve incluir o footprint de PCB correto e garantir que o LED não seja colocado atrás de uma lente profundamente colorida ou difusora que exigiria uma corrente de acionamento mais alta.

11.2 Retroiluminação para Teclado de Membrana

Para um teclado de dispositivo médico, múltiplos LEDs do mesmo bin de intensidade (por exemplo, Código N) podem ser dispostos ao redor do perímetro para fornecer retroiluminação uniforme. Eles seriam conectados em combinações série-paralelo com resistores limitadores de corrente apropriados para garantir brilho uniforme. A gestão térmica deve ser considerada se muitos LEDs forem acionados simultaneamente num espaço confinado.

12. Introdução à Tecnologia

O LTST-S110KGKT utiliza um material semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) cultivado num substrato. Quando uma tensão direta é aplicada, os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa do chip, libertando energia na forma de fotões (luz). A composição específica da liga AlInGaP determina a energia da banda proibida e, portanto, o comprimento de onda (cor) da luz emitida, neste caso, verde. O chip é montado num encapsulamento de chassi de chumbo, ligado por fio e encapsulado com uma lente de epóxi transparente que protege o chip e molda o feixe de saída de luz. A estanhagem nos terminais externos garante boa soldabilidade e resistência à oxidação.

13. Tendências Tecnológicas

A tendência geral nos LEDs indicadores SMD continua em direção a maior eficiência (mais saída de luz por unidade de potência elétrica), melhor consistência e saturação de cor e tamanhos de encapsulamento menores para permitir designs de PCB mais densos. Há também um foco em melhorar a fiabilidade em condições adversas, como temperatura e humidade mais altas. A busca pela miniaturização persiste, com LEDs de encapsulamento em escala de chip (CSP) tornando-se mais prevalentes para as aplicações com espaço mais limitado. Além disso, a integração de eletrónica de controlo diretamente com o chip LED (por exemplo, para acionamento de corrente constante ou mistura de cores) é uma área de desenvolvimento contínuo.