Ficha Técnica do LED SMD LTSA-E67RVEWTU - Vermelho Difuso AlInGaP - 70mA - 185.5mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece as especificações técnicas completas de um Diodo Emissor de Luz (LED) de montagem superficial (SMD). O componente é projetado para montagem automatizada em placas de circuito impresso (PCB) e é adequado para aplicações com restrições de espaço. Suas características principais incluem uma lente difusa e uma fonte de luz vermelha baseada na tecnologia de semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP).

1.1 Características Principais e Mercado-Alvo

O LED é projetado com várias características-chave que aumentam sua confiabilidade e facilidade de integração. Ele está em conformidade com a diretiva de Restrição de Substâncias Perigosas (RoHS). O componente é fornecido em embalagem padrão da indústria: em fita de 8mm enrolada em bobinas de 7 polegadas de diâmetro, facilitando a montagem automatizada de alta velocidade (pick-and-place). Ele passou por pré-condicionamento para o Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL) 2a da JEDEC, garantindo robustez contra danos induzidos por umidade durante a soldagem por refluxo. Além disso, o produto é qualificado de acordo com o padrão AEC-Q101 Rev. D, um parâmetro crítico para componentes usados em eletrônica automotiva. Seu projeto é compatível com processos de soldagem por refluxo infravermelho (IR). A aplicação-alvo principal são sistemas de acessórios automotivos, onde confiabilidade e desempenho sob condições ambientais variáveis são fundamentais.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva Detalhada

Esta seção detalha os limites absolutos e as características operacionais do LED. Compreender estes parâmetros é essencial para um projeto de circuito confiável e para garantir que o componente opere dentro de sua área de operação segura (SOA).

2.1 Especificações Máximas Absolutas

As especificações máximas absolutas definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Estas especificações são definidas a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. A corrente direta contínua máxima (IF) é de 70 mA. Sob condições pulsadas com ciclo de trabalho de 1/10 e largura de pulso de 0,1ms, o dispositivo pode suportar uma corrente direta de pico de 100 mA. A dissipação de potência máxima (Pd) é de 185,5 mW. O dispositivo é classificado para uma faixa de temperatura de operação e armazenamento de -40°C a +100°C. Para processos de soldagem sem chumbo, ele pode suportar um perfil de refluxo infravermelho com temperatura de pico de 260°C por no máximo 10 segundos.

2.2 Características Térmicas

O gerenciamento térmico é crucial para o desempenho e a longevidade do LED. A resistência térmica da junção semicondutora para o ar ambiente (RθJA) é tipicamente 280 °C/W, medida em uma PCB padrão FR4 com 1,6mm de espessura e área de trilha de cobre de 16mm². A resistência térmica da junção para o ponto de solda (RθJS) é tipicamente 130 °C/W, fornecendo um caminho mais direto para a dissipação de calor. A temperatura máxima permitida na junção (Tj) é de 125°C. Exceder esta temperatura acelerará a depreciação do fluxo luminoso e pode levar a falha catastrófica.

2.3 Características Eletro-Ópticas

As características eletro-ópticas são medidas a Ta=25°C e uma corrente de teste (IF) de 50 mA, que é um ponto de operação comum abaixo do máximo absoluto. A intensidade luminosa (Iv) varia de um mínimo de 1800 milicandelas (mcd) a um máximo de 3550 mcd. O ângulo de visão (2θ½), definido como o ângulo total no qual a intensidade luminosa cai para metade do seu valor axial, é de 120 graus, indicando um padrão de emissão difuso e amplo. O comprimento de onda de pico de emissão (λP) é de 632 nm. O comprimento de onda dominante (λd), que define a cor percebida, tem uma faixa especificada de 618 nm a 630 nm. A largura de banda espectral (Δλ) é de aproximadamente 20 nm. A tensão direta (VF) a 50 mA varia de 1,9V a 2,65V. A corrente reversa (IR) é limitada a um máximo de 10 μA quando uma tensão reversa (VR) de 12V é aplicada; é importante notar que o dispositivo não foi projetado para operação em polarização reversa.

3. Explicação do Sistema de Classificação por Lotes (Binning)

Para garantir consistência na cor e no brilho para aplicações de produção, os LEDs são classificados em lotes de desempenho (bins). O lote é identificado com um código que representa suas classificações de tensão direta (Vf), intensidade luminosa (Iv) e comprimento de onda dominante (Wd).

3.1 Classificação da Tensão Direta (Vf)

A tensão direta é classificada em etapas de aproximadamente 0,15V. Os códigos de lote variam de C (1,90V - 2,05V) a G (2,50V - 2,65V). Uma tolerância de ±0,1V é aplicada a cada lote. Selecionar LEDs do mesmo lote Vf ajuda a manter uma distribuição de corrente uniforme quando vários dispositivos são conectados em paralelo.

3.2 Classificação da Intensidade Luminosa (Iv)

A intensidade luminosa é categorizada em três lotes: X1 (1800-2240 mcd), X2 (2240-2800 mcd) e Y1 (2800-3550 mcd). Uma tolerância de ±11% se aplica a cada lote. Isso permite que os projetistas selecionem o nível de brilho apropriado para sua aplicação.

3.3 Classificação do Comprimento de Onda Dominante (Wd)

O comprimento de onda dominante, que determina o tom preciso de vermelho, é classificado em etapas de 3nm. Os códigos de lote são 5 (618-621 nm), 6 (621-624 nm), 7 (624-627 nm) e 8 (627-630 nm). A tolerância para cada lote é de ±1 nm. Este controle rigoroso é essencial para aplicações que exigem pontos de cor específicos.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Dados gráficos fornecem insights sobre como o LED se comporta sob condições variadas, o que é crítico para um projeto de sistema robusto.

4.1 Característica Corrente vs. Tensão (I-V)

A tensão direta exibe uma relação logarítmica com a corrente direta. Em baixas correntes, a tensão está próxima do potencial intrínseco do diodo. À medida que a corrente aumenta, a tensão sobe devido à resistência série do material semicondutor e dos contatos. Os projetistas devem usar esta curva para selecionar resistores limitadores de corrente ou circuitos acionadores apropriados para garantir que o LED opere no brilho desejado sem exceder suas especificações máximas.

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

A intensidade luminosa é geralmente proporcional à corrente direta na faixa de operação normal. No entanto, a eficiência pode cair em correntes muito altas devido ao aumento da geração de calor e outros processos de recombinação não radiativa. Operar o LED significativamente acima de sua corrente recomendada reduzirá sua vida útil.

4.3 Dependência da Temperatura

O desempenho de um LED é altamente dependente da temperatura. À medida que a temperatura da junção aumenta, a tensão direta tipicamente diminui ligeiramente para uma dada corrente. Mais significativamente, a saída luminosa diminui. O comprimento de onda dominante também pode mudar ligeiramente com a temperatura. Portanto, uma dissipação de calor eficaz é essencial para manter um desempenho óptico consistente, especialmente em aplicações de alta potência ou alta temperatura ambiente, como em ambientes automotivos.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões Físicas e Identificação da Polaridade

O LED está em conformidade com um contorno de encapsulamento padrão EIA. Todas as dimensões críticas são fornecidas em milímetros, com uma tolerância geral de ±0,2 mm, salvo especificação em contrário. Uma nota importante de projeto é que o terminal do ânodo também serve como o dissipador de calor primário para o LED. A identificação correta do ânodo e do cátodo é crucial durante o layout e montagem da PCB para garantir a conexão de polaridade correta.

5.2 Layout Recomendado para as Trilhas na PCB

Um padrão de trilhas (footprint) recomendado para a PCB é fornecido para garantir soldagem confiável e desempenho térmico ideal. Este padrão é projetado para compatibilidade com processos de soldagem por refluxo infravermelho. Seguir este layout recomendado ajuda a alcançar filetes de solda adequados, garante estabilidade mecânica e maximiza a transferência de calor da área térmica do LED (ânodo) para a PCB.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo (Reflow)

Um perfil detalhado de soldagem por refluxo infravermelho é especificado para processos sem chumbo, de acordo com o padrão J-STD-020. O perfil inclui estágios de pré-aquecimento, estabilização térmica, refluxo e resfriamento. O parâmetro crítico é uma temperatura de pico no corpo do encapsulamento não superior a 260°C, mantida por no máximo 10 segundos. Seguir este perfil é essencial para evitar danos térmicos à lente de epóxi do LED e à sua estrutura interna de semicondutor.

6.2 Precauções de Armazenamento e Manuseio

O produto é classificado como Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL) 2a conforme JEDEC J-STD-020. Enquanto estiver em sua embalagem original selada à prova de umidade com dessecante, deve ser armazenado a ≤30°C e ≤70% de UR e usado dentro de um ano. Uma vez aberta a embalagem, os componentes devem ser armazenados a ≤30°C e ≤60% de UR. É recomendado completar o processo de refluxo IR dentro de 4 semanas após a abertura da embalagem. Para armazenamento além de 4 semanas fora da embalagem original, os componentes devem ser armazenados em um recipiente selado com dessecante ou "cozidos" (baked) a aproximadamente 60°C por pelo menos 48 horas antes da soldagem para remover a umidade absorvida e prevenir o "efeito pipoca" (popcorning) durante o refluxo.

6.3 Limpeza

Se a limpeza após a soldagem for necessária, apenas solventes especificados devem ser usados. Imersão do LED em álcool etílico ou isopropílico à temperatura ambiente por menos de um minuto é aceitável. O uso de limpadores químicos não especificados ou agressivos pode danificar o encapsulamento plástico e a lente óptica do LED.

7. Informações de Embalagem e Pedido

7.1 Especificações da Fita e da Bobina (Tape and Reel)

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora com relevo (embossed) com largura de 8mm. A fita é enrolada em uma bobina padrão de 7 polegadas (178mm) de diâmetro. Cada bobina contém 2000 unidades. A embalagem está em conformidade com as especificações ANSI/EIA-481. Dimensões detalhadas para os compartimentos da fita, fita de cobertura e bobina são fornecidas para garantir compatibilidade com equipamentos de montagem automatizada.

8. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

A aplicação principal pretendida é para funções de acessórios automotivos. Isso pode incluir iluminação ambiente interna, luzes indicadoras no painel de instrumentos, iluminação do console central ou luzes de marcação externas onde uma emissão vermelha difusa e de ângulo amplo é necessária. Sua qualificação AEC-Q101 o torna adequado para as condições ambientais severas (temperatura, umidade, vibração) encontradas em veículos.

8.2 Considerações Críticas de Projeto

Limitação de Corrente:Um LED é um dispositivo acionado por corrente. Um resistor em série ou um circuito acionador de corrente constante é obrigatório para limitar a corrente direta a um valor seguro, tipicamente dentro ou abaixo da faixa recomendada de 50-70 mA, considerando as variações da fonte de alimentação.
Gerenciamento Térmico:A temperatura máxima da junção não deve ser excedida. Projete o layout da PCB para fornecer um caminho térmico adequado a partir da trilha do ânodo. Para aplicações de alta corrente ou alta temperatura ambiente, considere usar uma área maior de cobre na PCB ou vias térmicas adicionais para dissipar o calor.
Proteção contra ESD:Embora não explicitamente declarado para este dispositivo, LEDs de AlInGaP podem ser sensíveis à descarga eletrostática (ESD). A implementação de precauções padrão de manuseio contra ESD durante a montagem é recomendada.
Projeto Óptico:O ângulo de visão de 120° e a lente difusa fornecem um feixe amplo e suave. Para aplicações que requerem um feixe mais focado, ópticas secundárias (ex.: lentes, guias de luz) seriam necessárias.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Este LED vermelho baseado em AlInGaP oferece vantagens específicas. Comparado com tecnologias mais antigas como Fosfeto de Arsênio e Gálio (GaAsP), o AlInGaP fornece maior eficiência luminosa, resultando em maior brilho para a mesma corrente de entrada. A lente difusa cria um padrão de emissão uniforme e amplo, ideal para iluminação de área em vez de iluminação pontual focada. A qualificação AEC-Q101 e a classificação MSL 2a são diferenciais-chave para aplicações automotivas e outras exigentes, indicando testes de confiabilidade aprimorados e resistência à umidade em comparação com LEDs comerciais padrão.

10. Perguntas Frequentes (Com Base nos Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este LED diretamente de uma fonte de 5V ou 12V?
R: Não. Você deve usar um mecanismo de limitação de corrente. Para uma fonte de 5V, um resistor em série é comumente usado (R = (Vfonte - Vf) / If). Para uma fonte de 12V, um resistor dissiparia calor excessivo; um acionador de corrente constante ou um regulador chaveado (switching) é recomendado.

P: Qual é a diferença entre comprimento de onda de pico e comprimento de onda dominante?
R: O comprimento de onda de pico (λP) é o comprimento de onda no qual a distribuição espectral de potência é máxima (632 nm). O comprimento de onda dominante (λd) é o comprimento de onda único da luz monocromática que corresponderia à cor percebida do LED (618-630 nm). O λd é mais relevante para a especificação de cor.

P: Por que a resistência térmica é importante?
R: Ela quantifica a eficácia com que o calor pode escapar da junção do LED. Uma resistência térmica mais baixa significa melhor dissipação de calor, o que permite acionar o LED com correntes mais altas ou em ambientes mais quentes, mantendo a temperatura da junção dentro dos limites seguros, garantindo assim confiabilidade de longo prazo e saída de luz estável.

P: A ficha técnica menciona um teste de tensão reversa. Posso usar este LED em um circuito CA ou com proteção contra polaridade reversa?
R: A especificação de tensão reversa de 12V é apenas para fins de teste. O dispositivo não foi projetado para operação contínua em polarização reversa. Em um circuito CA ou para proteção de polaridade, um diodo externo em série deve ser usado para bloquear a tensão reversa através do LED.

11. Exemplo Prático de Projeto e Uso

Cenário:Projetando um indicador de status vermelho para um módulo de controle automotivo. O módulo opera a partir do sistema de bateria de 12V do veículo (nominal 14V com o motor funcionando). O indicador precisa ser claramente visível à luz do dia.
Etapas do Projeto:
1. Seleção da Corrente:Escolha um ponto de operação de 50 mA para um bom equilíbrio entre brilho e longevidade.
2. Seleção do Acionador:Devido à alta tensão da fonte, um simples resistor desperdiçaria mais de 0,5W de potência. Uma solução melhor é um CI acionador de LED de corrente constante do tipo LDO (baixa queda) configurado para 50 mA.
3. Projeto Térmico:O módulo pode estar localizado no compartimento do motor. Estime a temperatura ambiente máxima (ex.: 85°C). Calcule o aumento esperado da temperatura da junção: ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA. Usando VF típico=2,2V e RθJA=280°C/W, Pd=0,11W, então ΔTj ≈ 31°C. Tj = Ta + ΔTj = 85°C + 31°C = 116°C, que está abaixo do máximo de 125°C. Isso é aceitável, mas marginal. Para melhorar a confiabilidade, aumente a área de cobre na trilha da PCB conectada ao ânodo para reduzir a RθJA efetiva.
4. Seleção do Lote (Bin):Para uma aparência consistente em várias unidades em um painel, especifique lotes restritos para comprimento de onda dominante (ex.: Lote 7) e intensidade luminosa (ex.: Lote X2 ou Y1).

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Os Diodos Emissores de Luz são dispositivos semicondutores de junção p-n. Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons da região tipo-n e lacunas da região tipo-p são injetados através da junção. Esses portadores de carga se recombinam na região ativa do semicondutor. Em um semicondutor de banda proibida direta como o AlInGaP, uma parte significativa deste evento de recombinação libera 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. As ligas de AlInGaP são projetadas para produzir luz nas partes vermelha, laranja e amarela do espectro visível. A lente difusa é feita de um material de epóxi ou silicone que contém partículas de dispersão. Essas partículas redirecionam aleatoriamente a luz emitida pelo chip semicondutor, ampliando o ângulo do feixe e criando uma aparência mais uniforme e suave, eliminando o "ponto quente" central típico de um LED com lente transparente.

13. Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

O campo da tecnologia LED está em constante evolução. Para aplicações de indicação e sinalização como este componente, as tendências se concentram em várias áreas-chave.Aumento da Eficiência:A pesquisa contínua em ciência dos materiais visa melhorar a eficiência quântica interna (IQE) do AlInGaP e outros materiais semicondutores, produzindo maior saída luminosa por unidade de potência elétrica de entrada (lm/W).Confiabilidade Aprimorada:As demandas dos mercados automotivo e industrial impulsionam melhorias nos materiais de encapsulamento (ex.: silicones de alta temperatura) e tecnologias de fixação do chip (die-attach) para suportar temperaturas de junção mais altas e ciclagens térmicas mais extremas.Miniaturização:Há um esforço constante para reduzir o tamanho do encapsulamento enquanto se mantém ou aumenta a potência óptica, permitindo integração mais densa em dispositivos eletrônicos modernos.Consistência de Cor e Classificação (Binning):Avanços no crescimento epitaxial e no controle do processo de fabricação permitem distribuições mais restritas de comprimento de onda e intensidade luminosa, reduzindo a necessidade de classificação extensiva (binning) e simplificando o gerenciamento de estoque para os fabricantes.Soluções Integradas:Uma tendência crescente é a integração do chip LED com CIs acionadores, componentes de proteção (como diodos ESD) e até lógica de controle em módulos únicos e inteligentes.