LED SMD Amarelo com Ângulo de Visão de 120 Graus - Características Elétricas/Ópticas - Aplicações em Acessórios Automotivos - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece especificações técnicas abrangentes para um Diodo Emissor de Luz (LED) de Alto Desempenho para Montagem em Superfície (SMD). O dispositivo é projetado para confiabilidade e desempenho em ambientes exigentes, visando especificamente aplicações em acessórios no setor automotivo. Seu fator de forma miniatura e encapsulamento padronizado o tornam adequado para processos automatizados de montagem em placas de circuito impresso (PCB) e projetos com espaço limitado.

1.1 Características e Vantagens Principais

O LED incorpora várias características-chave que contribuem para sua robustez e facilidade de integração:

• Conformidade Ambiental:O produto está em conformidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas).
• Manuseio Automatizado:É fornecido embalado em fita de 12mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro, compatível com equipamentos padrão de pick-and-place automatizado.
• Padrões de Alta Confiabilidade:O dispositivo passa por um condicionamento prévio acelerado para o nível JEDEC 2 e é qualificado de acordo com o padrão AEC-Q101 Rev D, que é a referência para componentes semicondutores discretos em aplicações automotivas.
• Compatibilidade de Processo:É projetado para ser compatível com processos de soldagem por refluxo infravermelho (IR), que são padrão na fabricação eletrônica moderna.
• Interface Elétrica:O dispositivo é compatível com C.I. (Circuito Integrado), simplificando o projeto do circuito de acionamento.

1.2 Mercado-Alvo e Aplicações

A aplicação principal pretendida é parasistemas de acessórios automotivos. Isso inclui recursos de iluminação interior e exterior que não fazem parte dos sistemas de iluminação críticos para segurança (ex.: faróis, luzes de freio). Exemplos podem incluir luzes indicadoras do painel, iluminação ambiente, luzes de saída, ou indicadores de status para vários subsistemas do veículo. A combinação de alta luminosidade, amplo ângulo de visão e qualificação automotiva o torna adequado para esses propósitos.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva em Profundidade

Esta seção fornece uma análise detalhada das características elétricas, ópticas e térmicas do dispositivo. Todos os parâmetros são especificados a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C, salvo indicação em contrário.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Esses valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nesses limites não é garantida.

• Dissipação de Potência (Pd):530 mW. Esta é a quantidade máxima de potência que o dispositivo pode dissipar como calor.
• Corrente Direta de Pico (I_F(PEAK)):400 mA. Esta é a corrente pulsada máxima permitida, tipicamente definida sob condições específicas (ciclo de trabalho 1/10, largura de pulso de 0,1ms) para gerenciar a temperatura de junção.
• Corrente Direta Contínua (I_F):5 mA a 200 mA. Esta é a faixa recomendada para operação contínua. A corrente mínima garante uma saída de luz estável, enquanto a máxima evita o superaquecimento.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-40°C a +110°C. Esta ampla faixa é característica de componentes automotivos.
• Condição de Soldagem por Infravermelho:Suporta 260°C por 10 segundos, o que está alinhado com perfis comuns de soldagem por refluxo sem chumbo (Pb-free).

2.2 Características Térmicas

O gerenciamento térmico é crítico para o desempenho e longevidade do LED. Esses parâmetros definem como o calor viaja a partir da junção semicondutora.

• Resistência Térmica, Junção-Ambiente (R_θJA):Típica 50 °C/W. Medida em uma PCB FR4 (1,6mm de espessura) com uma almofada de cobre de 16mm². Este valor indica quanto a temperatura da junção aumenta para cada watt de potência dissipada, em relação ao ar ambiente.
• Resistência Térmica, Junção-Ponto de Solda (R_θJS):Típica 30 °C/W. Esta é frequentemente uma métrica mais útil, pois descreve o caminho térmico para a PCB, que é o dissipador de calor primário. Um valor mais baixo é melhor.
• Temperatura Máxima de Junção (T_J):125 °C. O limite superior absoluto para a temperatura na junção semicondutora.

2.3 Características Elétricas e Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos sob condições de teste padrão (I_F= 140mA, Ta=25°C).

• Intensidade Luminosa (I_V):4,5 cd (Mín) a 11,2 cd (Máx). Medida usando um sensor filtrado para corresponder à curva de resposta fotópica (olho humano) (CIE). O valor real é classificado (ver Seção 3).
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):Típico 120 graus. Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa cai para metade do seu valor de pico (no eixo). Um ângulo de visão amplo como este fornece um padrão de iluminação amplo e uniforme.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_P):Típico 592 nm. Este é o comprimento de onda no qual a potência espectral de saída é mais alta.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):583 nm a 595 nm. Este é o comprimento de onda único que melhor representa a cor percebida da luz, derivado do diagrama de cromaticidade CIE. É classificado para consistência.
• Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ):Típica 18 nm. Isso indica a pureza espectral; uma largura mais estreita significa uma cor mais saturada e pura.
• Tensão Direta (V_F):1,90 V (Mín) a 2,65 V (Máx) a 140mA. Esta é a queda de tensão no LED durante a operação. É classificado para auxiliar no projeto do circuito.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo 10 μA a V_R= 12V. O dispositivo não foi projetado para operação em polarização reversa; este parâmetro é apenas para fins de teste.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

Para garantir cor e desempenho consistentes na produção, os LEDs são classificados em bins com base em parâmetros-chave. O código do lote segue o formato: Vf / Iv / Wd (ex.: D/DA/3).

3.1 Classificação da Tensão Direta (Vf)

Os bins garantem que os LEDs tenham quedas de tensão semelhantes, o que é importante para compartilhamento de corrente em circuitos paralelos ou para um projeto de driver previsível.

• Códigos de Bin:C (1,90-2,05V), D (2,05-2,20V), E (2,20-2,35V), F (2,35-2,50V), G (2,50-2,65V).
• Tolerância:±0,1V dentro de cada bin.

3.2 Classificação da Intensidade Luminosa (Iv)

Isso agrupa os LEDs pelo brilho de sua saída de luz.

• Códigos de Bin:DA (4,5-5,6 cd), DB (5,6-7,1 cd), EA (7,1-9,0 cd), EB (9,0-11,2 cd).
• Tolerância:±11% dentro de cada bin.

3.3 Classificação do Comprimento de Onda Dominante (Wd)

Isso garante uma cor amarela percebida consistente entre lotes de produção.

• Códigos de Bin:3 (583-586 nm), 4 (586-589 nm), 5 (589-592 nm), 6 (592-595 nm).
• Tolerância:±1 nm dentro de cada bin.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Dados gráficos fornecem insights sobre como o LED se comporta sob condições variáveis.

4.1 Distribuição Espacial (Padrão do Feixe)

O diagrama polar fornecido (Fig. 2) representa visualmente o ângulo de visão de 120 graus. Ele mostra a intensidade luminosa relativa em função do ângulo a partir do eixo central. O padrão é tipicamente Lambertiano ou quase Lambertiano para LEDs de ângulo tão amplo, significando que a intensidade diminui com o cosseno do ângulo.

4.2 Corrente Direta vs. Tensão Direta / Intensidade Luminosa

Embora não explicitamente representado graficamente no trecho fornecido, as curvas típicas para LEDs de AlInGaP mostram uma relação não linear. A tensão direta (V_F) aumenta logaritmicamente com a corrente. A intensidade luminosa (I_V) é geralmente proporcional à corrente direta até um certo ponto, após o qual ocorre uma queda de eficiência devido ao aumento do calor e outros efeitos semicondutores. Operar nos 140mA recomendados provavelmente está dentro da região de alta eficiência.

4.3 Dependência da Temperatura

O desempenho do LED é sensível à temperatura. À medida que a temperatura da junção aumenta:

• Tensão Direta (V_F):Diminui ligeiramente (coeficiente de temperatura negativo).
• Intensidade Luminosa (I_V):Diminui. A saída de luz pode cair significativamente em altas temperaturas, razão pela qual o gerenciamento térmico (baixo R_θJS) é crucial.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):Pode deslocar-se ligeiramente, potencialmente afetando a cor percebida, especialmente em aplicações com classificação rigorosa.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

5.1 Dimensões do Encapsulamento e Identificação de Polaridade

O LED utiliza um contorno de encapsulamento padrão EIA. As dimensões críticas incluem comprimento, largura e altura, com uma tolerância típica de ±0,2mm. Uma nota de projeto importante é que oterminal do ÂNODO também atua como o dissipador de calor primáriopara o LED. Isso significa que a almofada do ânodo na PCB deve ser projetada para maximizar a dissipação térmica, pois é o principal caminho para o calor sair da junção do LED e entrar na PCB.

5.2 Projeto Recomendado da Almofada de Fixação na PCB

Um diagrama do padrão de solda é fornecido para soldagem por refluxo IR. Seguir esta recomendação é essencial para alcançar a formação adequada da junta de solda, garantir uma boa conexão elétrica e, criticamente, maximizar a transferência de calor da almofada do ânodo/dissipador para as camadas de cobre da PCB. O tamanho e a forma desta almofada influenciam diretamente a resistência térmica efetiva (R_θJS).

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo IR

Um gráfico detalhado do perfil de refluxo é especificado, em conformidade com J-STD-020 para processos sem chumbo. Os parâmetros-chave incluem:

• Pré-aquecimento:Rampa até 150-200°C.
• Tempo de Estabilização/Pré-aquecimento:Máximo de 120 segundos para permitir a estabilização da temperatura e ativação do flux.
• Temperatura de Pico:Máximo 260°C.
• Tempo Acima do Líquidus (TAL):O tempo gasto acima do ponto de fusão da solda é crítico; o perfil garante que esteja dentro dos limites (tipicamente 60-90 segundos) para formar juntas confiáveis sem dano térmico ao componente.
• Número de Passagens:Máximo de dois ciclos de refluxo.

6.2 Soldagem Manual (Se Necessário)

Se reparo manual for necessário:

• Temperatura do Ferro de Solda:Máximo 300°C.
• Tempo de Soldagem:Máximo 3 segundos por junta.
• Número de Reparos:Apenas uma vez para soldagem manual, para minimizar o estresse térmico.

6.3 Limpeza

Se a limpeza pós-soldagem for necessária, apenas solventes especificados devem ser usados para evitar danos ao encapsulamento do LED. Os agentes recomendados são álcool etílico ou álcool isopropílico. O LED deve ser imerso à temperatura ambiente por menos de um minuto.

7. Precauções de Armazenamento e Manuseio

7.1 Sensibilidade à Umidade

Este produto é classificado comoNível de Sensibilidade à Umidade (MSL) 2de acordo com JEDEC J-STD-020.

• Embalagem Selada:Armazenar a ≤30°C e ≤70% de Umidade Relativa (UR). A vida útil é de um ano a partir da data do código quando armazenado na embalagem à prova de umidade original com dessecante.
• Embalagem Aberta:Para componentes removidos da bolsa selada, o ambiente de armazenamento não deve exceder 30°C e 60% UR. Recomenda-se completar a soldagem por refluxo IR dentro de 365 dias após a abertura.
• Armazenamento Prolongado (Aberto):Armazenar em um recipiente selado com dessecante ou em um dessecador de nitrogênio.
• Secagem (Baking):Se os componentes foram expostos às condições ambientes por mais de 365 dias, eles devem ser secos a aproximadamente 60°C por pelo menos 48 horas antes da soldagem para remover a umidade absorvida e prevenir danos de \"pipocagem\" durante o refluxo.

7.2 Precaução de Aplicação

O LED é projetado para equipamentos eletrônicos e acessórios automotivos comuns. Para aplicações onde uma falha poderia colocar diretamente em risco a vida ou a saúde (ex.: sistemas primários de aviação, suporte de vida médico, dispositivos de segurança crítica), uma avaliação de confiabilidade específica e consulta ao fabricante são necessárias antes da incorporação ao projeto.

8. Informações de Embalagem e Pedido

8.1 Especificações da Fita e Bobina

O dispositivo é fornecido em fita transportadora embutida padrão do setor.

• Largura da Fita:12 mm.
• Diâmetro da Bobina:7 polegadas (178 mm).
• Quantidade por Bobina:Padrão 1000 peças, com uma quantidade mínima de pedido de 500 peças por bobina.
• Fita de Cobertura:Os compartimentos vazios são selados com uma fita de cobertura superior.
• Componentes Faltantes:Um máximo de dois LEDs faltantes consecutivos (compartimentos vazios) é permitido por especificação.
• Padrão:A embalagem está em conformidade com as especificações ANSI/EIA-481.

8.2 Informações da Etiqueta

A etiqueta da bobina inclui o código de descrição do lote no formato Vf_Bin/Iv_Bin/Wd_Bin (ex.: D/DA/3), permitindo a rastreabilidade das características elétricas e ópticas do lote.

9. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

9.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Interior Automotivo:Luzes indicadoras do painel, indicadores de posição da marcha, luzes de status do sistema de áudio, iluminação ambiente do porta-pés ou console.
• Exterior Automotivo:Luzes de saída, iluminação da maçaneta da porta, iluminação de marcação ou de destaque não crítica.
• Uso Geral como Indicador:LEDs de status em outros equipamentos de transporte ou industriais onde ângulo de visão amplo e alta luminosidade são benéficos.

9.2 Considerações Críticas de Projeto

1. Gerenciamento Térmico:Este é o aspecto mais crítico. O layout da PCB deve maximizar o tamanho e a conectividade térmica (usando vias para as camadas de cobre internas ou do plano de fundo) daalmofada do ânodo, pois é o principal caminho térmico. A falha em fazê-lo levará a temperaturas de junção mais altas, redução da saída de luz, aceleração da depreciação do lúmen e vida útil mais curta.
2. Acionamento de Corrente:Use um circuito driver de corrente constante, não um simples resistor limitador de corrente conectado a uma fonte de tensão variável, para uma saída de luz estável e consistente. Certifique-se de que o driver possa fornecer a corrente necessária (5-200mA DC) e possa lidar com a classificação de tensão direta dos LEDs usados.
3. Projeto Óptico:O ângulo de visão de 120 graus fornece luz difusa e ampla. Para feixes focados, ópticas secundárias (lentes) seriam necessárias. A lente \"transparente\" significa que o LED emite a cor amarela nativa sem difusão.
4. Proteção contra ESD:Embora não declarado explicitamente como sensível, implementar proteção básica contra ESD nas linhas de controle que acionam o LED é uma boa prática para robustez.

10. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora uma comparação direta lado a lado com outros números de peça não seja fornecida nesta ficha técnica, os principais diferenciadores deste LED podem ser inferidos a partir de suas especificações:

• vs. LEDs Comerciais Padrão:O principal diferenciador é aqualificação AEC-Q101e a faixa de temperatura estendida (-40°C a +110°C), tornando-o adequado para ambientes automotivos onde extremos de temperatura e vibração são comuns.
• vs. LEDs de Ângulo Estreito:Oângulo de visão de 120 grausé significativamente mais amplo do que muitos LEDs indicadores (que podem ser de 30-60 graus), tornando-o melhor para iluminação de área ou aplicações onde o LED pode ser visto de ângulos fora do eixo.
• vs. LEDs Não Classificados:A abrangenteclassificação de três parâmetros (Vf, Iv, Wd)garante uma consistência muito maior no brilho, cor e comportamento elétrico dentro de uma execução de produção, o que é essencial para aplicações que requerem aparência uniforme ou desempenho de circuito previsível.

11. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Qual é a diferença entre Comprimento de Onda de Pico e Comprimento de Onda Dominante?
R: O Comprimento de Onda de Pico (λ_P) é o comprimento de onda físico onde o LED emite a maior potência óptica. O Comprimento de Onda Dominante (λ_d) é um valor calculado que representa a cor percebida pelo olho humano, com base em todo o espectro de emissão e nas funções de correspondência de cores CIE. λ_dé mais relevante para especificação de cor.

P2: Por que há uma corrente direta mínima (5mA)?
R: Em correntes muito baixas, a saída de luz de um LED pode se tornar instável e não linear. Especificar um mínimo garante que o dispositivo opere em uma região previsível e estável de sua curva de desempenho.

P3: Posso acionar este LED com uma fonte de 12V e um resistor?
R: Tecnicamente sim, mas não é recomendado para desempenho ou confiabilidade ideais. O cálculo R = (12V - V_F) / I_Fé simples, mas qualquer variação na tensão da fonte ou na tensão direta do LED (devido à classificação ou temperatura) causará uma grande variação na corrente e, portanto, no brilho. Um driver de corrente constante é fortemente preferido.

P4: O ânodo é o dissipador de calor. Isso significa que a almofada do cátodo não é termicamente importante?
R> Correto. O caminho térmico primário é intencionalmente projetado através do ânodo. Embora a conexão do cátodo conduza algum calor, o layout da PCB deve focar os esforços de gerenciamento térmico (grande área de cobre, vias térmicas) exclusivamente na almofada do ânodo para máxima eficácia.

12. Caso Prático de Projeto e Uso

Cenário: Projetando uma tira de luz ambiente para console central automotivo.

1. Análise de Requisitos:Necessidade de iluminação amarela suave e uniforme ao longo de uma tira de 30cm, visível de várias posições dos assentos. A tensão de operação é o sistema nominal de 12V do veículo. O ambiente de temperatura varia de partidas a frio até uma cabine quente.
2. Seleção de Componentes:Este LED é adequado devido à sua qualificação automotiva, amplo ângulo de visão (para difusão uniforme) e cor amarela. A alta luminosidade permite que ele seja acionado abaixo de sua corrente máxima para maior eficiência e vida útil mais longa.
3. Projeto do Circuito:Um CI driver de LED de corrente constante chaveado é selecionado, configurado para fornecer 100mA por LED. Isso está abaixo do ponto de teste de 140mA, proporcionando margem para derating térmico. A configuração de corrente do driver é independente das flutuações do sistema elétrico de 9-16V do veículo.
4. Layout da PCB:O projeto usa uma matriz linear de LEDs. O passo mais crítico é projetar uma grande área sólida de cobre para a almofada do ânodo de cada LED, conectada através de múltiplas vias térmicas a um plano de terra interno dedicado que atua como espalhador de calor. As almofadas do cátodo são conectadas com trilhas finas.
5. Integração Óptica:Os LEDs são colocados atrás de um guia de luz/difusor branco leitoso ou texturizado para espalhar o feixe de 120 graus em uma linha de luz perfeitamente uniforme, escondendo \"pontos quentes\" individuais dos LEDs.
6. Validação:A montagem é testada em toda a faixa de temperatura para garantir que a saída de luz atenda aos requisitos quando quente e que nenhuma falha relacionada à condensação ocorra durante ciclos de umidade (validando que os procedimentos de manuseio MSL-2 foram seguidos).

13. Introdução Tecnológica

Este LED utiliza um sistema de material semicondutor deAlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio). Este material é particularmente eficiente na produção de luz nas regiões amarela, laranja, vermelha e âmbar do espectro. As principais vantagens do AlInGaP incluem alta eficiência quântica interna e boa estabilidade térmica em comparação com alguns outros sistemas de materiais. A lente \"transparente\" é tipicamente feita de epóxi ou silicone de alta temperatura que é transparente ao comprimento de onda emitido, permitindo que a cor pura do chip semicondutor seja vista sem alteração ou difusão.

14. Tendências e Desenvolvimentos do Setor

A tendência geral em LEDs SMD, particularmente para aplicações automotivas e industriais, é em direção a:

1. Maior Eficiência (lm/W):Melhorias contínuas no crescimento epitaxial e no projeto do chip produzem mais saída de luz para a mesma entrada elétrica, reduzindo o consumo de energia e a carga térmica.
2. Maior Densidade de Potência e Melhor Gerenciamento Térmico:Novos projetos de encapsulamento incorporam melhores caminhos térmicos (como o dissipador de calor dedicado do ânodo aqui) e materiais para lidar com correntes de acionamento mais altas em pegadas menores.
3. Confiabilidade Aprimorada e Qualificação Rigorosa:Padrões como o AEC-Q101 são continuamente revisados, e espera-se que os componentes atendam a testes mais rigorosos para vidas úteis mais longas, especialmente em aplicações automotivas onde vidas úteis de 10-15 anos são comuns.
4. Classificação Mais Apertada e Consistência de Cor:À medida que aplicações como iluminação ambiente se tornam mais estéticas, a demanda por LEDs com coordenadas de cor extremamente consistentes (além do simples comprimento de onda dominante) e intensidade entre lotes de produção está aumentando.
5. Integração:Há uma tendência em direção à integração de múltiplos chips de LED, circuitos de controle e, às vezes, ópticas em únicos \"módulos de LED\" mais inteligentes para simplificar o projeto do usuário final.