Ficha Técnica do LED SMD de Potência Média Vermelho Profundo 67-21S - Pacote PLCC-2 - 150mA - 405mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um LED de Potência Média para Montagem em Superfície (SMD) em pacote PLCC-2, que emite luz vermelha profunda. O dispositivo é construído com tecnologia de chip AlGaInP encapsulado em resina transparente. Foi concebido para aplicações que exigem alta eficácia, um amplo ângulo de visão e um factor de forma compacto, dentro de uma gama de consumo de potência média. O componente é livre de chumbo e está em conformidade com as diretivas RoHS.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste LED incluem a sua elevada eficácia luminosa, que se traduz numa saída de luz eficiente para a potência elétrica consumida. O amplo ângulo de visão de 120 graus garante uma distribuição de luz uniforme, tornando-o adequado para aplicações onde uma iluminação ampla é crítica. O seu pacote PLCC-2 compacto permite layouts de PCB de alta densidade. Estas características, em conjunto, tornam-no uma escolha ideal para iluminação decorativa e de entretenimento, iluminação agrícola (ex.: suplementação para crescimento de plantas) e fins de iluminação geral onde é desejada uma saída espectral vermelha profunda.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. A operação deve ser mantida dentro destes limites.

• Corrente Direta (I_F)): 150 mA (Contínua).
• Corrente Direta de Pico (I_FP)): 300 mA (Pulsada, ciclo de trabalho 1/10, largura de pulso 10ms).
• Dissipação de Potência (P_d)): 405 mW. Esta é a perda de potência máxima permitida na junção.
• Temperatura de Operação (T_opr)): -40°C a +85°C.
• Temperatura de Armazenamento (T_stg)): -40°C a +100°C.
• Resistência Térmica (R_{th J-S})): 50 °C/W (Junção ao ponto de solda). Este parâmetro é crucial para o projeto de gestão térmica.
• Temperatura da Junção (T_j)): 115 °C (Máxima).
• Temperatura de Soldagem): Reflow: 260°C por no máximo 10 segundos. Soldagem manual: 350°C por no máximo 3 segundos. O dispositivo é sensível a descargas eletrostáticas (ESD).

2.2 Características Eletro-Ópticas

Medidas a uma temperatura do ponto de solda (T_soldering) de 25°C. São fornecidos valores típicos para referência; os valores mín/máx definem a dispersão de desempenho garantida.

• Potência Radiométrica (Φ_e)): 80 mW (Mín), 180 mW (Máx) a I_F=150mA. Esta é a potência óptica total de saída, medida em miliwatts. Tolerância de ±11%.
• Tensão Direta (V_F)): 1.8V (Mín), 2.7V (Máx) a I_F=150mA. O valor típico situa-se dentro desta gama. Tolerância de ±0.1V em relação ao valor do bin.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2)): 120 graus (Típico) a I_F=150mA. Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa é metade do valor de pico.
• Corrente Reversa (I_R)): 50 µA (Máx) a uma tensão reversa (V_R) de 5V.

3. Explicação do Sistema de Binning

O LED é classificado em bins para parâmetros-chave para garantir consistência no projeto da aplicação. Os códigos de bin específicos fazem parte do número de encomenda do produto.

3.1 Bins de Potência Radiométrica

Binning realizado a I_F=150mA. Os códigos C1 a C5 representam gamas crescentes de potência de saída.

• C1: 80 - 100 mW
• C2: 100 - 120 mW
• C3: 120 - 140 mW
• C4: 140 - 160 mW
• C5: 160 - 180 mW

3.2 Bins de Tensão Direta

Binning realizado a I_F=150mA. Os códigos 25 a 33 representam gamas crescentes de tensão direta.

• 25: 1.8 - 1.9 V
• 26: 1.9 - 2.0 V
• ... até33: 2.6 - 2.7 V

3.3 Bins de Comprimento de Onda de Pico

Binning realizado a I_F=150mA. Define o pico espectral da emissão vermelha profunda.

• DA2: 650 - 660 nm
• DA3: 660 - 670 nm
• DA4: 670 - 680 nm

A tolerância de medição do comprimento de onda dominante/de pico é de ±1nm.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Distribuição Espectral

A curva espectral fornecida mostra um pico estreito e bem definido na região do vermelho profundo (aproximadamente 650-680nm dependendo do bin), característico dos semicondutores AlGaInP. Há emissão mínima noutras bandas espectrais, tornando-o adequado para aplicações que requerem luz vermelha pura.

4.2 Tensão Direta vs. Temperatura da Junção

A Figura 1 ilustra que a tensão direta (V_F) tem um coeficiente de temperatura negativo. À medida que a temperatura da junção (T_j) aumenta de 25°C para 115°C, V_Fdiminui linearmente aproximadamente 0.25V. Esta é uma consideração crítica para o projeto de drivers de corrente constante, para garantir operação estável com a temperatura.

4.3 Potência Radiométrica Relativa vs. Corrente Direta

A Figura 2 mostra uma relação sub-linear. A potência radiométrica aumenta com a corrente, mas começa a saturar a correntes mais elevadas (acima de ~100mA) devido ao aumento dos efeitos térmicos e à queda de eficiência. Operar na corrente máxima nominal (150mA) pode não produzir um aumento proporcionalmente maior na saída, comparativamente a uma corrente ligeiramente inferior.

4.4 Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura da Junção

A Figura 3 demonstra o efeito de extinção térmica. À medida que T_jsobe, a saída óptica diminui. A intensidade a 115°C é aproximadamente 70-80% do seu valor a 25°C. Um dissipador de calor eficaz é essencial para manter a saída de luz.

4.5 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva IV)

A Figura 4 apresenta a característica IV clássica de um díodo a 25°C. A curva mostra a relação exponencial na região de baixa corrente e um comportamento mais linear e resistivo na corrente de operação de 150mA, onde a resistência dinâmica pode ser inferida.

4.6 Corrente de Acionamento Máxima vs. Temperatura de Soldagem

A Figura 5 é uma curva de derating. Indica que a corrente direta contínua máxima permitida deve ser reduzida se a temperatura no ponto de solda (T_S) exceder aproximadamente 70°C. Por exemplo, a T_S=90°C, a I_Fmáxima é reduzida para cerca de 110mA. Este gráfico é vital para a fiabilidade em ambientes de alta temperatura ambiente.

4.7 Padrão de Radiação

A Figura 6 (Diagrama de Radiação) confirma o padrão de emissão quase-Lambertiano com um ângulo de visão de 120°. A intensidade é quase uniforme numa ampla região central, caindo para 50% a ±60 graus do eixo mecânico.

5. Informações Mecânicas e de Pacote

5.1 Dimensões do Pacote

O pacote PLCC-2 tem uma pegada padrão. As dimensões-chave (em mm, tolerância ±0.1mm salvo indicação em contrário) incluem o comprimento, largura e altura totais, bem como o espaçamento e tamanho dos terminais. O cátodo é tipicamente identificado por um marcador no pacote ou por um canto chanfrado. O desenho dimensional exato deve ser consultado para o projeto do padrão de solda na PCB.

5.2 Identificação da Polaridade

A orientação correta é necessária para o funcionamento adequado. O desenho do pacote na ficha técnica indica claramente os terminais do ânodo e do cátodo. Uma ligação de polaridade incorreta durante a soldagem impedirá que o LED acenda e pode sujeitá-lo a polarização reversa.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Reflow

A condição máxima suportada é de 260°C durante 10 segundos. Recomenda-se um perfil de reflow sem chumbo padrão com temperatura de pico abaixo de 260°C e tempo acima do líquido (TAL) controlado. As diferenças de massa térmica na PCB devem ser consideradas para garantir que todos os LEDs sofram uma exposição térmica semelhante.

6.2 Soldagem Manual

Se for necessária soldagem manual, a temperatura da ponta do ferro não deve exceder 350°C, e o tempo de contacto com o terminal do LED deve ser limitado a 3 segundos ou menos por terminal. Utilize uma técnica de baixa massa térmica.

6.3 Condições de Armazenamento

Os dispositivos são embalados em sacos de barreira resistentes à humidade com dessecante. Uma vez aberto o saco selado, os componentes são sensíveis à absorção de humidade (classificação MSL). Devem ser utilizados dentro do prazo de validade especificado ou pré-aquecidos de acordo com as normas IPC/JEDEC antes do reflow, se esse prazo for excedido. O armazenamento a longo prazo deve ser feito num ambiente seco a temperaturas entre -40°C e 100°C.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

7.1 Especificações da Bobina e da Fita

Os LEDs são fornecidos em fitas transportadoras relevadas enroladas em bobinas. São fornecidas as dimensões padrão das bobinas e larguras das fitas. Quantidades comuns por bobina incluem 250, 500, 1000, 2000, 3000 e 4000 peças, facilitando a montagem automatizada pick-and-place.

7.2 Explicação do Rótulo

O rótulo da bobina contém informações críticas: Número do Produto (P/N), que codifica as seleções específicas de bin para Potência Radiométrica (CAT), Comprimento de Onda (HUE) e Tensão Direta (REF); Quantidade de Embalagem (QTY); e Número de Lote (LOT No) para rastreabilidade.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Iluminação Decorativa e de Entretenimento: Iluminação de destaque arquitetónica, iluminação de palco e sinalização onde é necessária a cor vermelha profunda.
• Iluminação Agrícola: Iluminação suplementar em horticultura, particularmente para respostas fotomorfogénicas em plantas (ex.: influência na floração, alongamento do caule) que são sensíveis à luz vermelha e vermelha longínqua.
• Uso Geral: Luzes indicadoras, retroiluminação e qualquer aplicação que necessite de uma fonte de luz vermelha eficiente e fiável.

8.2 Considerações de Projeto

• Gestão Térmica: Com uma R_{th J-S}de 50°C/W, a PCB deve atuar como um dissipador de calor eficaz. Utilize uma área de cobre adequada por baixo e em redor do terminal térmico, e considere vias térmicas para camadas internas ou uma PCB com núcleo metálico para aplicações de alta potência ou alta temperatura ambiente.
• Acionamento por Corrente:** Utilize sempre um driver de corrente constante, não uma fonte de tensão constante. O driver deve ser projetado para acomodar a gama de bins de V_Fe o seu coeficiente de temperatura negativo. Considere capacidades de dimerização, se necessário.
• Projeto Óptico: O amplo ângulo de visão pode exigir ópticas secundárias (lentes, refletores) se for necessário moldar ou focar o feixe. A resina transparente permite uma boa extração de luz.

9. Fiabilidade e Testes

A ficha técnica descreve um plano abrangente de testes de fiabilidade realizado com um nível de confiança de 90% e uma Percentagem de Defeitos Tolerada por Lote (LTPD) de 10%. Os testes incluem:

• Resistência à Soldagem por Reflow
• Choque Térmico (-10°C a +100°C)
• Ciclagem de Temperatura (-40°C a +100°C)
• Armazenamento em Alta Temperatura/Humidade (85°C/85% RH)
• Testes de Vida de Armazenamento e Operação em Alta/Baixa Temperatura sob várias condições de corrente e temperatura.

Estes testes validam a robustez do LED sob tensões típicas de fabrico e operação, garantindo desempenho a longo prazo.

10. Comparação e Diferenciação Técnica

Como um LED de Potência Média Vermelho Profundo em pacote PLCC-2, os seus principais diferenciadores residem no equilíbrio entre desempenho e tamanho. Comparado com LEDs de baixa potência, oferece um fluxo radiante significativamente maior. Comparado com LEDs de alta potência, tipicamente tem uma resistência térmica para a placa mais baixa e pode ser acionado a correntes mais baixas, simplificando o projeto do driver. O uso da tecnologia AlGaInP proporciona alta eficiência no espectro vermelho, comparativamente a outras tecnologias como os vermelhos convertidos por fósforo. A combinação específica de corrente de acionamento de 150mA, dissipação de 405mW e ângulo de 120° neste factor de forma compacto visa um nicho específico no mercado de iluminação.

11. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

11.1 Que corrente de driver devo usar?

Para a saída total especificada, use 150mA de corrente constante. No entanto, para maior longevidade ou menor carga térmica, é possível acionar a uma corrente mais baixa (ex.: 100-120mA), com a saída referenciada à curva de Potência Radiométrica Relativa vs. Corrente (Fig. 2). Nunca exceda 150mA contínuos.

11.2 Como interpreto os códigos de bin no número da peça?

O número da peça (ex.: NDR3C-P5080C1C51827Z15/2T) codifica os bins específicos. Deve cruzar os códigos alfanuméricos com as tabelas de bin nas secções 3.1, 3.2 e 3.3 para determinar os valores mínimos e máximos garantidos para Potência Radiométrica, Tensão Direta e Comprimento de Onda de Pico para esse item específico disponível para encomenda.

11.3 Por que é que a saída de luz diminui quando o LED aquece?

Isto deve-se à propriedade inerente dos materiais semicondutores, conhecida como extinção térmica ou queda de eficiência, como mostrado na Figura 3. À medida que a temperatura sobe, a recombinação não radiativa aumenta, reduzindo a eficiência quântica interna. Um dissipador de calor adequado minimiza o aumento da temperatura da junção, mantendo uma saída de luz mais elevada.

11.4 Posso ligar vários LEDs em série ou em paralelo?

A ligação em série é geralmente preferida quando se usa um driver de corrente constante, pois a mesma corrente flui através de todos os LEDs. No entanto, as tolerâncias de tensão direta (bins) somam-se, exigindo um driver com tensão de conformidade suficiente. A ligação em paralelo não é recomendada sem resistências limitadoras de corrente individuais ou canais dedicados, devido ao desajuste de V_F, o que pode causar concentração de corrente e brilho irregular ou falha.

12. Estudo de Caso de Projeto Prático

Cenário: Projetar uma barra de luz para horticultura para luz vermelha suplementar numa estufa com temperatura ambiente até 40°C.

Passos do Projeto:

1. Seleção: Escolher este LED vermelho profundo pelo seu espectro direcionado (ex.: bin DA3: 660-670nm, relevante para ativação do fitocromo).
2. Análise Térmica: Definir uma temperatura máxima da junção (T_j) de 85°C para uma boa longevidade. Dado T_ambiente=40°C, R_{th J-S}=50°C/W, e P_d≈ V_F*I_F(ex.: 2.2V * 0.15A = 0.33W). Aumento de temperatura do ponto de solda para a junção: ΔT = P_d* R_{th J-S}= 0.33W * 50°C/W = 16.5°C. Portanto, a temperatura do ponto de solda (T_S) deve ser mantida abaixo de T_j- ΔT = 85°C - 16.5°C = 68.5°C.
3. Projeto da PCB: Projete a PCB com uma grande área de cobre contínua ligada ao terminal térmico do LED. Utilize múltiplas vias térmicas para planos de terra internos ou uma camada térmica dedicada para manter T_Sabaixo de 68.5°C quando T_ambiente=40°C. Consulte a Figura 5 para garantir que a corrente de acionamento é aceitável para a T_S.
4. calculada.Projeto do Driver_F: Selecione um driver de corrente constante capaz de fornecer 150mA por série. Para 10 LEDs em série, a tensão de conformidade de saída do driver deve cobrir a soma da V
5. máxima no bin escolhido (ex.: 10 * 2.3V = 23V) mais alguma margem.Layout Óptico

: Espaçar os LEDs adequadamente na barra para alcançar a uniformidade de intensidade de luz desejada sobre o dossel das plantas, considerando o ângulo de visão de 120°.

13. Princípio de Funcionamento

Este LED é um díodo semicondutor de junção p-n baseado no material Fosfeto de Alumínio, Gálio e Índio (AlGaInP). Quando uma tensão direta que excede o limiar de ativação do díodo é aplicada, eletrões da região tipo-n e lacunas da região tipo-p são injetados na região ativa. Estes portadores de carga recombinam-se de forma radiante, libertando energia na forma de fotões. A energia específica da banda proibida da liga AlGaInP determina o comprimento de onda da luz emitida, que neste caso está no espectro do vermelho profundo (650-680 nm). A resina epóxi transparente encapsula o chip semicondutor, fornece estabilidade mecânica e molda o padrão de saída de luz.

14. Tendências Tecnológicas

• LEDs de potência média como este representam uma tendência significativa na iluminação de estado sólido, preenchendo a lacuna entre LEDs indicadores de baixa potência e LEDs de iluminação de alta potência. As principais tendências da indústria que influenciam este segmento incluem:Aumento da Eficácia
• : A investigação contínua em materiais e embalagem visa fornecer maior potência radiométrica (mW) por unidade de entrada elétrica (mA), reduzindo o consumo de energia para a mesma saída de luz.Melhoria da Gestão Térmica
• : Avanços no design de pacotes (ex.: terminais térmicos melhorados) e materiais de PCB (ex.: substratos metálicos isolados, placas com revestimento térmico) permitem uma melhor dissipação de calor, possibilitando correntes de acionamento mais elevadas ou maior fiabilidade a correntes padrão.Picos Espectrais Mais Estreitos e Novos Comprimentos de Onda
• : Na horticultura, existe procura por LEDs com picos de emissão muito específicos e estreitos que correspondam aos fotorreceptores das plantas (ex.: 660nm, 730nm). O desenvolvimento continua a otimizar a eficiência nestes comprimentos de onda direcionados.Miniaturização e Integração