Ficha Técnica do LED Azul de Potência Média SMD 67-21S - Pacote PLCC-2 - 150mA - 3.2V Típico - 540mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O 67-21S é um LED de potência média do tipo dispositivo de montagem em superfície (SMD) projetado para aplicações de iluminação geral. Ele utiliza um pacote PLCC-2 (Portador de Chip com Terminais Plásticos), oferecendo um fator de forma compacto adequado para processos de montagem automatizada. A cor primária emitida é o azul, alcançada através da tecnologia de chip InGaN, encapsulada em uma resina transparente para maximizar a saída de luz. Este LED é caracterizado por sua alta eficácia e um amplo ângulo de visão de 120 graus, tornando-o versátil para diversas necessidades de iluminação. Ele está em conformidade com as diretivas RoHS e é fabricado como um componente livre de chumbo (Pb-free).

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste LED incluem seu equilíbrio entre desempenho e consumo de energia, frequentemente referido como "potência média". Ele fornece uma saída luminosa superior aos típicos LEDs indicadores de baixa potência, mantendo uma melhor gestão térmica e eficiência em comparação com algumas contrapartes de alta potência. Seu amplo ângulo de visão garante uma distribuição de luz uniforme, o que é crucial para iluminação de área. Os mercados-alvo primários são iluminação decorativa e de entretenimento, onde a cor e a luz difusa são importantes, e iluminação agrícola, onde espectros de luz específicos podem influenciar o crescimento das plantas. Também é adequado para iluminação de propósito geral em produtos de consumo e comerciais.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Os limites operacionais do dispositivo são definidos sob condições específicas (temperatura do ponto de solda a 25°C). A corrente direta contínua máxima (I_F) é de 150 mA. Ele pode suportar uma corrente direta de pico (I_FP) de 300 mA, mas apenas sob condições pulsadas com um ciclo de trabalho de 1/10 e uma largura de pulso de 10 ms. A dissipação de potência máxima (P_d) é de 540 mW. A faixa de temperatura de operação (T_opr) é de -40°C a +85°C, e a faixa de temperatura de armazenamento (T_stg) é de -40°C a +100°C. A resistência térmica da junção ao ponto de solda (R_{th J-S}) é de 50 °C/W, que é um parâmetro crítico para o projeto de gestão térmica. A temperatura máxima permitida da junção (T_j) é de 125°C. O dispositivo é sensível à descarga eletrostática (ESD), exigindo procedimentos de manuseio adequados.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Sob condições padrão de teste (T_soldagem= 25°C, I_F= 150 mA), o desempenho típico do LED é especificado. O fluxo luminoso (Φ) varia de um mínimo de 9,0 lm a um máximo de 15,0 lm, com uma tolerância típica de ±11%. A tensão direta (V_F) normalmente fica entre 2,9 V e 3,6 V, com uma tolerância de fabricação mais restrita de ±0,1V. O ângulo de visão (2θ_1/2), definido como o ângulo onde a intensidade luminosa cai para metade do seu valor de pico, é tipicamente de 120 graus. A corrente reversa (I_R) é especificada como máxima de 50 μA quando uma tensão reversa (V_R) de 5V é aplicada.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir a consistência na produção, os LEDs são classificados em bins com base em parâmetros-chave de desempenho.

3.1 Binning Fotométrico (Fluxo Luminoso)

A saída de fluxo luminoso é categorizada em múltiplos códigos de bin (B8, B9, L1-L5). Cada código representa uma faixa específica de fluxo medida a 150 mA. Por exemplo, o bin B8 cobre de 9,0 a 9,5 lm, enquanto o bin L5 cobre de 14,0 a 15,0 lm. Isso permite que os projetistas selecionem LEDs com o nível de brilho desejado para sua aplicação.

3.2 Binning de Tensão Direta

A tensão direta é classificada em códigos de 36 a 42. Cada código representa uma faixa de 0,1V, começando de 2,9-3,0V para o bin 36 até 3,5-3,6V para o bin 42. Selecionar LEDs do mesmo bin de tensão ou de bins adjacentes é importante para garantir uma distribuição uniforme de corrente quando múltiplos LEDs são conectados em paralelo.

3.3 Binning de Comprimento de Onda Dominante

A cor (comprimento de onda dominante) é classificada em duas faixas: B54 (465-470 nm) e B55 (470-475 nm). Isso fornece um grau de consistência de cor para aplicações onde um tom específico de azul é necessário. A tolerância de medição para o comprimento de onda dominante/de pico é de ±1 nm.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Distribuição Espectral

O gráfico de espectro fornecido mostra uma curva de emissão típica para um LED azul InGaN. O pico está centrado na região de comprimento de onda azul (em torno de 465-475 nm), com uma largura espectral relativamente estreita, o que é característico deste material semicondutor.

4.2 Tensão Direta vs. Temperatura da Junção

A Figura 1 ilustra como a tensão direta varia com o aumento da temperatura da junção. A tensão tipicamente diminui linearmente à medida que a temperatura sobe (um coeficiente de temperatura negativo), o que é uma característica comum dos diodos semicondutores. Isso deve ser considerado em circuitos de acionamento de tensão constante.

4.3 Potência Radiométrica Relativa vs. Corrente Direta

A Figura 2 mostra a relação entre a potência óptica de saída e a corrente direta. A saída aumenta de forma sublinear com a corrente, e a eficiência pode cair em correntes muito altas devido ao aumento da geração de calor e outros efeitos não ideais.

4.4 Fluxo Luminoso Relativo vs. Temperatura da Junção

A Figura 3 demonstra o efeito de extinção térmica. À medida que a temperatura da junção aumenta, a saída de fluxo luminoso diminui. Um dissipador de calor adequado é essencial para manter a saída de luz e a longevidade.

4.5 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva IV)

A Figura 4 apresenta a clássica curva característica IV do diodo a 25°C. Ela mostra a relação exponencial entre corrente e tensão uma vez que a tensão de condução é excedida.

4.6 Corrente de Acionamento Máxima vs. Temperatura de Soldagem

A Figura 5 fornece uma curva de derating. Ela indica a corrente direta máxima permitida para manter a temperatura da junção abaixo do seu limite de 125°C, com base na temperatura do ponto de solda (que está relacionada à temperatura da PCB). Em temperaturas ambientes ou da placa mais altas, a corrente deve ser reduzida.

4.7 Padrão de Radiação

A Figura 6 é um diagrama polar mostrando a distribuição espacial da intensidade luminosa. O padrão confirma o perfil de emissão amplo, semelhante a Lambertiano, com um ângulo de visão de 120°.

5. Informações Mecânicas e de Pacote

5.1 Dimensões do Pacote

A ficha técnica inclui um desenho dimensional detalhado do pacote PLCC-2. As dimensões-chave incluem o comprimento, largura e altura totais, bem como o espaçamento e tamanho dos terminais. O cátodo é tipicamente identificado por uma marca ou um canto chanfrado no pacote. Todas as tolerâncias não especificadas são de ±0,15 mm.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O LED é adequado para soldagem por refluxo. O perfil máximo recomendado é de 260°C de temperatura de pico por uma duração de 10 segundos. Para soldagem manual, a temperatura da ponta do ferro não deve exceder 350°C, e o tempo de contato deve ser limitado a 3 segundos por terminal. Esses limites são cruciais para evitar danos ao pacote plástico e às ligações internas com fios.

7. Informações de Embalagem e Pedido

7.1 Especificações da Bobina e da Fita

Os componentes são fornecidos em fita e bobina resistentes à umidade para montagem automatizada pick-and-place. As dimensões da bobina e dos compartimentos da fita carregadora são fornecidas. A quantidade padrão carregada é de 4000 peças por bobina.

7.2 Sensibilidade à Umidade e Embalagem

Os LEDs são embalados em um saco à prova de umidade de alumínio com dessecante para protegê-los da umidade ambiente durante o armazenamento e transporte, pois a absorção de umidade pode causar "estouro" (popcorning) durante a soldagem por refluxo.

7.3 Explicação do Rótulo

O rótulo da bobina contém informações como o número do produto (P/N), quantidade (QTY) e os códigos de bin específicos para intensidade luminosa (CAT), comprimento de onda dominante (HUE) e tensão direta (REF).

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

Iluminação Decorativa e de Entretenimento:A cor azul e o ângulo amplo o tornam adequado para iluminação de destaque, sinalização e efeitos de palco.
Iluminação Agrícola:A luz azul é um componente chave nos espectros de iluminação horticultural, influenciando a morfologia e a fotossíntese das plantas.
Iluminação Geral:Pode ser usado em arranjos para luzes de painel, downlights e outros luminárias onde uma fonte de luz azul difusa ou branca (quando combinada com fósforos) é necessária.

8.2 Considerações de Projeto

Gestão Térmica:Com um R_{th J-S}de 50 °C/W, um dissipador de calor eficaz via PCB (usando vias térmicas, áreas de cobre) é obrigatório para operação confiável na corrente total.
Acionamento de Corrente:Um driver de corrente constante é altamente recomendado em vez de uma fonte de tensão constante para garantir uma saída de luz estável e prevenir a fuga térmica.
Óptica:O amplo ângulo de visão pode exigir ópticas secundárias (lentes, refletores) se um feixe mais focado for desejado.
Proteção ESD:Implemente proteção ESD nas entradas da PCB e garanta o manuseio adequado durante a montagem.

9. Confiabilidade e Testes

A ficha técnica lista um conjunto abrangente de testes de confiabilidade realizados com um nível de confiança de 90% e 10% LTPD (Percentual de Defeitos Tolerados no Lote). Os testes incluem resistência à soldagem por refluxo, choque térmico, ciclagem de temperatura, armazenamento e operação em alta temperatura/umidade, armazenamento e operação em baixa temperatura e múltiplos testes de vida operacional em alta temperatura sob várias condições (25°C, 55°C, 85°C com diferentes correntes). Esses testes validam a robustez do LED sob tensões ambientais e operacionais típicas.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este LED a 300 mA continuamente?
R: Não. A classificação de 300 mA é apenas para operação pulsada (ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso de 10 ms). A corrente contínua máxima é de 150 mA. Exceder isso provavelmente superaquecerá e danificará o LED.

P: Por que o binning de tensão direta é importante?
R: Ao conectar múltiplos LEDs em paralelo, diferenças na tensão direta causam uma distribuição desigual da corrente. LEDs com uma V_Fmais baixa consumirão mais corrente, potencialmente levando a uma falha prematura. Usar LEDs do mesmo bin de tensão minimiza esse risco.

P: Como interpreto o valor da resistência térmica (50 °C/W)?
R: Isso significa que para cada watt de potência dissipada na junção do LED, a temperatura da junção aumentará 50°C acima da temperatura no ponto de solda. Por exemplo, a 150 mA e uma V_Fde 3,2V, a potência é de ~0,48W. Isso causaria um aumento de 24°C do terminal da PCB para a junção.

P: Qual é o propósito do saco à prova de umidade?
R: Os pacotes SMD podem absorver umidade do ar. Durante o processo de soldagem por refluxo em alta temperatura, essa umidade retida pode vaporizar-se rapidamente, criando pressão interna que racha o pacote ("estouro" ou popcorning). O saco à prova de umidade e o dessecante previnem a absorção antes do uso.

11. Caso Prático de Projeto

Cenário:Projetando uma barra de luz linear usando 20 unidades do LED 67-21S.
Etapas do Projeto:
1. Projeto Elétrico:Decida sobre uma configuração série-paralelo. Por exemplo, conecte 10 strings em paralelo, com cada string contendo 2 LEDs em série. Isso requer uma tensão de acionamento de ~6,4V (2 * 3,2V) e uma corrente total de 1,5A (10 strings * 150mA). É necessário um driver de corrente constante ajustado para 1,5A e capaz de fornecer >7V de saída.
2. Projeto Térmico:Calcule a dissipação total de potência: 20 LEDs * 0,48W ≈ 9,6W. A PCB deve atuar como um dissipador de calor. Use uma camada de cobre de 2 oz, vias térmicas sob cada terminal do LED conectadas a um grande plano de terra interno, e considere uma PCB com núcleo de alumínio (MCPCB) para melhor dispersão de calor.
3. Projeto Óptico:Para uma barra linear, o feixe nativo de 120° pode ser suficiente. Se uma cobertura difusora for usada, certifique-se de que ela tenha alta transmitância para manter a eficiência.
4. Seleção de Componentes:Especifique LEDs do mesmo bin de fluxo luminoso (ex.: L2) e do mesmo bin de tensão direta (ex.: 38) para garantir brilho uniforme e compartilhamento de corrente.

12. Introdução ao Princípio Técnico

O LED 67-21S é baseado em uma heteroestrutura semicondutora feita de Nitreto de Gálio e Índio (InGaN). Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, elétrons e lacunas são injetados na região ativa. Sua recombinação libera energia na forma de fótons (luz). A composição específica da liga InGaN determina a energia da banda proibida, que por sua vez define o comprimento de onda (cor) da luz emitida—neste caso, azul. O pacote PLCC-2 abriga o chip semicondutor em um *leadframe*, conecta-o com fios finos e o encapsula em uma resina epóxi ou de silicone transparente que protege o chip e atua como um elemento óptico primário.

13. Tendências Tecnológicas

O mercado para LEDs de potência média como o 67-21S continua a evoluir. As principais tendências incluem:
Aumento da Eficácia (lm/W):Melhorias contínuas no design do chip, crescimento epitaxial e eficiência de extração do pacote levam a uma maior saída de luz para a mesma entrada elétrica.
Melhoria da Consistência de Cor:Tolerâncias de binning mais restritas e controles avançados de fabricação reduzem a variação de cor dentro e entre lotes de produção.
Confiabilidade Aprimorada:Desenvolvimento de materiais de pacote mais robustos (ex.: silicones de alta temperatura) e tecnologias de fixação do chip para suportar temperaturas operacionais mais altas e ambientes mais severos.
Otimização para Aplicações Específicas:Os LEDs estão cada vez mais adaptados para mercados específicos como a horticultura, com espectros otimizados para fotorreceptores de plantas, ou para iluminação centrada no ser humano, considerando os ritmos circadianos.