Ficha Técnica do LED SMD 19-213 Laranja-Avermelhado - Dimensões do Pacote - Tensão Direta 2.0V - Dissipação de Potência 60mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O 19-213 é um LED de montagem em superfície (SMD) projetado para aplicações miniaturizadas e de alta densidade. Ele utiliza material semicondutor de AlGaInP para emitir uma luz laranja-avermelhada. Seu tamanho compacto e construção leve o tornam ideal para projetos eletrónicos modernos onde o espaço é limitado.

1.1 Vantagens Principais

As principais vantagens deste componente incluem sua pegada significativamente menor em comparação com LEDs do tipo com terminais (lead-frame), permitindo reduzir o tamanho da placa e aumentar a densidade de componentes. É embalado em fita de 8mm em bobina de 7 polegadas de diâmetro para compatibilidade com equipamentos de montagem automática. O dispositivo é livre de chumbo (Pb), conforme a diretiva RoHS, em conformidade com os regulamentos REACH da UE e atende aos padrões livres de halogéneos (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.2 Aplicações Alvo

Aplicações típicas incluem retroiluminação de painéis de instrumentos e interruptores, indicação e retroiluminação em dispositivos de telecomunicações como telefones e máquinas de fax, retroiluminação plana para LCDs, interruptores e símbolos, além de uso geral como indicador.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. São especificadas a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Tensão Reversa (VR):5 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode causar ruptura da junção.
• Corrente Direta (IF):25 mA. A máxima corrente contínua DC permitida através do LED.
• Corrente Direta de Pico (IFP):60 mA. Esta é a máxima corrente pulsada, especificada com um ciclo de trabalho de 1/10 e uma frequência de 1 kHz. Não deve ser usada para operação contínua.
• Dissipação de Potência (Pd):60 mW. A potência máxima que o pacote pode dissipar sem exceder seus limites térmicos.
• Descarga Eletrostática (ESD) Modelo Corpo Humano (HBM):2000 V. Isto indica a sensibilidade do dispositivo à eletricidade estática; procedimentos adequados de manuseio ESD são necessários.
• Temperatura de Operação (Topr):-40°C a +85°C. A faixa de temperatura ambiente na qual o funcionamento do dispositivo é garantido.
• Temperatura de Armazenamento (Tstg):-40°C a +90°C.
• Temperatura de Soldagem (Tsol):Soldagem por reflow: 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 definem a saída de luz e o desempenho elétrico em condições típicas de operação (Ta=25°C, IF=20mA).

• Intensidade Luminosa (Iv):36,0 mcd (Mín), 72,0 mcd (Máx). O valor típico está dentro desta faixa. A saída real é classificada (ver Secção 3).
• Ângulo de Visão (2θ1/2):120 graus (Típico). Este amplo ângulo de visão o torna adequado para aplicações que requerem iluminação difusa.
• Comprimento de Onda de Pico (λp):621 nm (Típico). O comprimento de onda no qual a emissão espectral é mais forte.
• Comprimento de Onda Dominante (λd):605,5 nm (Mín), 625,5 nm (Máx). Esta é a cor percebida da luz e também é classificada.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):18 nm (Típico). A largura do espectro emitido na metade da intensidade de pico.
• Tensão Direta (VF):1,75 V (Mín), 2,00 V (Típ), 2,35 V (Máx) em IF=20mA. Este parâmetro é classificado e tem impacto direto no projeto da fonte de alimentação.
• Corrente Reversa (IR):10 μA (Máx) em VR=5V. Note que o dispositivo não foi projetado para operar em polarização reversa; este parâmetro é apenas para teste de corrente de fuga.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

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

3.1 Classificação por Intensidade Luminosa

Os grupos são definidos por valores mínimos e máximos de intensidade luminosa em IF=20mA.

• Grupo N2:36,0 mcd a 45,0 mcd
• Grupo P1:45,0 mcd a 57,0 mcd
• Grupo P2:57,0 mcd a 72,0 mcd

3.2 Classificação por Comprimento de Onda Dominante

Os grupos são definidos por valores mínimos e máximos de comprimento de onda dominante em IF=20mA.

• Grupo E1:605,5 nm a 609,5 nm
• Grupo E2:609,5 nm a 613,5 nm
• Grupo E3:613,5 nm a 617,5 nm
• Grupo E4:617,5 nm a 621,5 nm
• Grupo E5:621,5 nm a 625,5 nm

3.3 Classificação por Tensão Direta

Os grupos são definidos por valores mínimos e máximos de tensão direta em IF=20mA.

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

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características essenciais para entender o comportamento do dispositivo em condições variáveis.

4.1 Distribuição Espectral

A curva mostra uma saída espectral típica centrada em torno de 621 nm (comprimento de onda de pico) com uma largura de banda de aproximadamente 18 nm. Isto confirma a característica de emissão monocromática laranja-avermelhada do material AlGaInP.

4.2 Padrão de Radiação

O diagrama polar ilustra a distribuição espacial da intensidade luminosa. O ângulo de visão de 120 graus é confirmado, mostrando um padrão de emissão quase-Lambertiano onde a intensidade é máxima a 0° (perpendicular ao chip) e diminui gradualmente em direção às bordas.

4.3 Corrente Direta vs. Tensão Direta

Esta curva IV mostra a relação exponencial típica de um díodo. A tensão direta aumenta logaritmicamente com a corrente. A curva é essencial para determinar o ponto de operação e projetar o circuito limitador de corrente.

4.4 Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta

Esta curva demonstra que a saída de luz é aproximadamente proporcional à corrente direta dentro da faixa de operação especificada. No entanto, a eficiência pode cair em correntes muito altas devido ao aumento do calor.

4.5 Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Esta é uma curva crítica para o gerenciamento térmico. A intensidade luminosa diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. A curva mostra que a saída pode cair significativamente quando a temperatura se aproxima do limite máximo de operação, destacando a necessidade de dissipação de calor adequada em ambientes de alta temperatura.

4.6 Curva de Derating da Corrente Direta

Este gráfico define a corrente direta contínua máxima permitida em função da temperatura ambiente. Para evitar superaquecimento e garantir confiabilidade, a corrente direta deve ser reduzida ao operar em altas temperaturas ambientes. Esta curva é fundamental para um projeto de alimentação confiável.

5. Informações Mecânicas e do Pacote

5.1 Dimensões do Pacote

O dispositivo possui um pacote SMD padrão. O desenho dimensional fornece medidas críticas, incluindo comprimento, largura, altura do corpo e espaçamento dos terminais. Todas as tolerâncias não especificadas são de ±0,1mm. As dimensões exatas são cruciais para o projeto do footprint na PCB e para garantir a colocação e soldagem adequadas.

5.2 Identificação da Polaridade

O cátodo é tipicamente marcado no dispositivo, muitas vezes por um entalhe, um ponto ou uma marca verde no pacote. A orientação correta da polaridade durante a montagem é essencial para o funcionamento adequado.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Reflow

É recomendado um perfil de soldagem por reflow sem chumbo: pré-aquecimento entre 150-200°C por 60-120 segundos, tempo acima do líquidus (217°C) por 60-150 segundos, com uma temperatura de pico não excedendo 260°C por no máximo 10 segundos. A taxa máxima de aquecimento é de 6°C/seg, e a taxa máxima de resfriamento é de 3°C/seg. O reflow não deve ser realizado mais de duas vezes.

6.2 Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária, a temperatura da ponta do ferro de soldar deve ser inferior a 350°C, e o tempo de contato por terminal não deve exceder 3 segundos. Use um ferro de soldar com capacidade de 25W ou menos. Permita um intervalo de mais de 2 segundos entre soldar cada terminal para evitar choque térmico.

6.3 Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

Os LEDs são embalados em sacos resistentes à umidade com dessecante. O saco não deve ser aberto até que os componentes estejam prontos para uso. Após a abertura, os LEDs não utilizados devem ser armazenados a 30°C ou menos e 60% de umidade relativa ou menos. A "vida útil no chão de fábrica" após a abertura é de 168 horas (7 dias). Se este tempo for excedido ou se o indicador de dessecante mudar de cor, é necessário um tratamento de secagem (baking) a 60 ±5°C por 24 horas antes do uso para remover a umidade absorvida e prevenir o "efeito pipoca" (popcorning) durante o reflow.

7. Embalagem e Informações de Pedido

7.1 Especificações da Fita e da Bobina

Os componentes são fornecidos em fita transportadora de 8mm de largura enrolada em uma bobina de 7 polegadas de diâmetro. As dimensões da bobina e da cavidade da fita transportadora são fornecidas para garantir compatibilidade com máquinas automáticas pick-and-place. Cada bobina contém 3000 peças.

7.2 Informações da Etiqueta

A etiqueta da bobina contém informações-chave para rastreabilidade e identificação: Número do Produto do Cliente (CPN), Número do Produto (P/N), Quantidade da Embalagem (QTY), Classificação de Intensidade Luminosa (CAT), Classificação de Cromaticidade/Comprimento de Onda Dominante (HUE), Classificação de Tensão Direta (REF) e Número do Lote (LOT No).

8. Considerações de Projeto para Aplicação

8.1 Limitação de Corrente

Crítico:Um resistor limitador de corrente externo deve SEMPRE ser usado em série com o LED. A tensão direta tem um coeficiente de temperatura negativo e uma tolerância estreita, o que significa que um pequeno aumento na tensão da fonte pode causar um grande aumento, potencialmente destrutivo, na corrente. O valor do resistor deve ser calculado com base na tensão da fonte (Vs), na tensão direta máxima (VF_max do grupo selecionado) e na corrente direta desejada (IF), usando a fórmula: R = (Vs - VF_max) / IF.

8.2 Gerenciamento Térmico

Embora o pacote seja pequeno, a dissipação de potência (até 60 mW) deve ser considerada, especialmente em altas temperaturas ambientes ou quando acionado com correntes altas. Use a curva de derating para selecionar uma corrente de operação apropriada. Certifique-se de que a PCB tenha área de cobre ou vias térmicas adequadas para conduzir o calor para longe dos terminais do LED, particularmente em espaços fechados ou layouts de alta densidade.

8.3 Projeto Óptico

O ângulo de visão de 120 graus fornece uma iluminação ampla e difusa. Para aplicações que requerem luz focada ou direcionada, ópticas secundárias (lentes, guias de luz) serão necessárias. A cor da resina transparente (water-clear) garante absorção mínima da luz emitida.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado aos LEDs convencionais de orifício passante (through-hole), este tipo SMD oferece uma pegada e perfil drasticamente reduzidos, permitindo produtos finais mais finos e compactos. Sua compatibilidade com montagem automatizada reduz custos de fabricação e melhora a precisão de colocação. A tecnologia AlGaInP proporciona alta eficiência e boa pureza de cor no espectro laranja-vermelho. O sistema abrangente de classificação (binning) oferece aos projetistas a capacidade de selecionar componentes com características ópticas e elétricas rigidamente controladas, o que é crucial para aplicações que requerem aparência uniforme ou casamento preciso de corrente em matrizes.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

10.1 Qual é o propósito dos diferentes códigos de classificação (bin)?

A classificação (binning) garante consistência de cor e brilho dentro de um lote de produção. Por exemplo, em uma matriz de LEDs, especificar os mesmos grupos de intensidade luminosa (CAT) e comprimento de onda dominante (HUE) resultará em uma aparência visual uniforme. Especificar um grupo de tensão direta (REF) pode ajudar a projetar circuitos acionadores mais simples e uniformes.

10.2 Posso acionar este LED sem um resistor limitador de corrente?

No.Isto é fortemente desencorajado e provavelmente levará a uma falha imediata. A característica V-I do LED é exponencial, e mesmo uma fonte de tensão regulada com leve ruído ou tolerância pode fazer com que a corrente exceda a especificação máxima absoluta.

10.3 Por que há um limite de tempo de armazenamento após abrir o saco?

Os pacotes SMD podem absorver umidade da atmosfera. Durante o processo de soldagem por reflow em alta temperatura, essa umidade retida pode vaporizar rapidamente, criando pressão interna que pode rachar o pacote ("efeito pipoca" ou popcorning). A vida útil no chão de fábrica de 168 horas e as instruções de secagem (baking) são críticas para prevenir este modo de falha.

10.4 Como interpretar a especificação de Corrente Direta de Pico?

A Corrente Direta de Pico de 60 mA (IFP) é apenas para operação pulsada, com um ciclo de trabalho de 10% (1/10) e 1 kHz. Não deve ser usada para dimensionar a corrente de operação DC. A máxima corrente contínua DC é de 25 mA (IF). A pulsação pode ser usada para multiplexação ou para alcançar brilho instantâneo mais alto, mas a corrente média e a dissipação de potência devem permanecer dentro dos limites.

11. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Cenário: Projetando um painel de indicadores de status para uma unidade de controle industrial.O painel requer múltiplos indicadores laranja-avermelhados uniformes. O projetista primeiro selecionaria o grupo apropriado de intensidade luminosa (ex.: P1 para brilho médio) e o grupo de comprimento de onda dominante (ex.: E3 para um tom laranja específico) para garantir consistência visual em todos os indicadores. Um circuito acionador de corrente constante ajustado para 20 mA seria projetado, com o valor do resistor limitador calculado usando a VF máxima do grupo de tensão selecionado (ex.: Grupo 1: 2,15V máx.). O layout da PCB incluiria alívio térmico adequado para os terminais do LED, pois o invólucro pode experimentar temperaturas ambientes elevadas. A equipe de produção seguiria os procedimentos de manuseio de umidade, agendando a montagem da placa dentro da vida útil no chão de fábrica após abrir a bobina ou realizando o ciclo de secagem (baking) necessário.

12. Princípio de Funcionamento

Este LED é baseado em um chip semicondutor feito de Fosfeto de Alumínio, Gálio e Índio (AlGaInP). Quando uma tensão direta que excede a tensão de condução do díodo (aproximadamente 1,8-2,2V) é aplicada, elétrons e lacunas são injetados na região ativa do semicondutor. Esses portadores de carga se recombinam, liberando energia na forma de fótons. A composição específica da liga AlGaInP determina a energia da banda proibida, que corresponde diretamente ao comprimento de onda (cor) da luz emitida—neste caso, laranja-avermelhado (~621 nm). O chip é encapsulado em uma resina epóxi transparente (water-clear) que protege o semicondutor, molda o feixe de luz de saída e fornece a estrutura mecânica para montagem em superfície.

13. Tendências Tecnológicas

A tendência geral nos LEDs SMD é em direção a maior eficiência (mais lúmens por watt), tamanhos de pacote menores para maior densidade e maior confiabilidade sob condições adversas (maior temperatura, umidade). Há também um foco em tolerâncias de classificação (binning) mais estreitas para atender às demandas de aplicações como telas de cores completas e iluminação automotiva, onde a uniformidade de cor e brilho é primordial. Além disso, avanços em materiais de encapsulamento visam melhorar a resistência ao estresse térmico e à degradação por luz azul/UV para maiores tempos de vida operacional. A mudança para materiais livres de chumbo e halogéneos, como visto neste componente, reflete tendências ambientais e regulatórias mais amplas na indústria eletrónica.