Ficha Técnica do LED SMD LTST-E683RGBW - 3.2x2.8x1.9mm - Vermelho 2.4V/Verde 3.8V/Azul 3.8V - 72-80mW - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTST-E683RGBW é um LED de montagem em superfície (SMD) que integra três fontes de luz semicondutoras distintas num único encapsulamento compacto. Combina um chip de AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) para emissão vermelha com dois chips de InGaN (Nitreto de Índio e Gálio) para emissão verde e azul, todos cobertos por uma lente difusa. Esta configuração permite a geração de um amplo espectro de cores, incluindo luz branca quando as três cores são misturadas em intensidades apropriadas. A aplicação principal é em retroiluminação, indicadores de estado, iluminação decorativa e módulos de exibição em cores completas onde a economia de espaço e a montagem automatizada são críticas. As suas principais vantagens incluem compatibilidade com processos padrão de soldagem por infravermelhos e refluxo, construção sem chumbo em conformidade com as diretivas RoHS e embalagem adequada para equipamentos automáticos de pick-and-place de alto volume em bobinas de fita de 8mm.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Não é recomendado operar o LED continuamente nestes limites ou próximo deles. Os parâmetros-chave incluem:

• Dissipação de Potência (Pd):Vermelho: 72mW, Verde/Azul: 80mW. Esta é a potência máxima permitida que o LED pode dissipar como calor sob operação DC contínua a 25°C ambiente. Exceder este limite arrisca fuga térmica e redução da vida útil.
• Corrente Direta de Pico (Ifp):Vermelho: 80mA, Verde/Azul: 100mA. Esta é a corrente pulsada máxima permitida, especificada com um ciclo de trabalho de 1/10 e largura de pulso de 0.1ms. É significativamente maior que a classificação DC, permitindo flashes breves e de alta intensidade.
• Corrente Direta DC (If):Vermelho: 30mA, Verde/Azul: 20mA. Esta é a corrente direta contínua máxima recomendada para operação confiável a longo prazo. Acionar o LED acima deste valor aumentará a saída de luz, mas também gerará mais calor, potencialmente degradando o material semicondutor e os fósforos (se presentes) ao longo do tempo.
• Faixa de Temperatura:Operação: -40°C a +85°C; Armazenamento: -40°C a +100°C. Estas faixas garantem a integridade mecânica e elétrica do LED durante o uso e períodos de inatividade.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos sob condições de teste padrão (Ta=25°C, If=20mA).

• Intensidade Luminosa (Iv):Medida em milicandelas (mcd), representa o brilho percebido do LED pelo olho humano (usando um filtro fotópico CIE). As faixas especificadas são: Vermelho: 71-224 mcd, Verde: 355-900 mcd, Azul: 140-355 mcd. O chip verde tipicamente exibe a maior eficácia luminosa.
• Ângulo de Visão (2θ1/2):Um valor típico de 120 graus indica um padrão de emissão de luz difuso e amplo. Este ângulo é definido como o ângulo total no qual a intensidade luminosa cai para metade do seu valor no eixo central (0 graus).
• Comprimento de Onda de Pico (λp) e Comprimento de Onda Dominante (λd):λp (Vermelho: 639nm, Verde: 518nm, Azul: 468nm) é o comprimento de onda no qual a distribuição espectral de potência é máxima. λd (Vermelho: 631nm, Verde: 525nm, Azul: 470nm) é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano para corresponder à cor do LED, derivado do diagrama de cromaticidade CIE. Estão intimamente relacionados, mas não são idênticos, especialmente para fontes de espectro amplo.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):Este parâmetro, tipicamente 20nm (Vermelho), 35nm (Verde) e 25nm (Azul), indica a pureza espectral ou largura de banda da luz emitida. Um valor menor significa uma fonte de luz mais monocromática.
• Tensão Direta (Vf):A queda de tensão no LED quando acionado a 20mA. As faixas são: Vermelho: 1.8-2.4V, Verde: 2.8-3.8V, Azul: 2.8-3.8V. A Vf mais alta para os chips InGaN verde e azul em comparação com o chip AlInGaP vermelho deve-se às suas diferentes energias de bandgap do semicondutor. Um resistor limitador de corrente ou um driver de corrente constante é essencial para o funcionamento adequado.
• Corrente Reversa (Ir):Máximo 10μA a VR=5V. Este LED não foi projetado para operação em polarização reversa. Aplicar uma tensão reversa pode causar falha imediata e catastrófica devido à baixa tensão de ruptura reversa da junção semicondutora.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir consistência de cor e brilho na produção, os LEDs são classificados em bins de desempenho. A ficha técnica fornece códigos de bin apenas para intensidade luminosa de cada cor.

• Bins de Intensidade Luminosa Vermelha:Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd), R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd). A tolerância dentro de cada bin é de ±11%.
• Bins de Intensidade Luminosa Verde:T2 (355-450 mcd), U1 (450-560 mcd), U2 (560-710 mcd), V1 (710-900 mcd). A tolerância dentro de cada bin é de ±11%.
• Bins de Intensidade Luminosa Azul:R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd), S2 (224-280 mcd), T1 (280-355 mcd). A tolerância dentro de cada bin é de ±11%.

Ao encomendar ou projetar, especificar o(s) código(s) de bin necessário(s) é crucial para alcançar uma aparência uniforme numa matriz ou exibição. Misturar bins pode levar a variações visíveis de brilho ou cor.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora o PDF refira curvas características típicas na página 5, os gráficos específicos não são fornecidos no texto. Com base no comportamento padrão do LED, estas curvas tipicamente incluiriam:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Mostra a relação exponencial. A tensão de "joelho" é onde a condução começa, após a qual a corrente aumenta rapidamente com pequenos aumentos de tensão.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (Curva I-L):Geralmente linear em correntes mais baixas, mas pode saturar em correntes mais altas devido a efeitos térmicos e de queda de eficiência.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra como a saída de luz diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Os LEDs vermelhos AlInGaP tipicamente têm um efeito de extinção térmica mais pronunciado em comparação com os LEDs InGaN azul/verde.
• Distribuição Espectral de Potência:Gráficos que mostram a intensidade relativa da luz emitida ao longo do espectro de comprimento de onda para cada chip de cor.

Estas curvas são vitais para entender o comportamento do LED sob condições não padrão (diferentes correntes de acionamento, temperaturas) e para o projeto de gestão térmica.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O LED está em conformidade com uma pegada padrão de embalagem SMD EIA. As dimensões-chave (em mm, tolerância ±0.2mm salvo indicação em contrário) definem a sua colocação numa PCB. A atribuição dos pinos é: Pino 1: Ânodo para Vermelho, Pino 4: Ânodo para Verde, Pino 3: Ânodo para Azul. O cátodo comum está provavelmente conectado internamente a outro pino ou ao pad térmico (a conexão específica precisa de verificação no desenho dimensional). A lente difusa ajuda a alcançar um ângulo de visão mais amplo e uniforme.

5.2 Projeto Recomendado de Pads na PCB

É sugerido um diagrama de padrão de land para soldagem por refluxo por infravermelhos ou fase de vapor. Seguir esta recomendação garante a formação adequada da junta de solda, boa condução térmica para longe da junção do LED e estabilidade mecânica. O projeto do pad leva em conta a formação do filete de solda e evita o efeito "tombstoning" durante o refluxo.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

Para o processo sem chumbo, é sugerido um perfil em conformidade com J-STD-020B. Os parâmetros-chave incluem:

• Pré-aquecimento:150-200°C por um máximo de 120 segundos para aquecer gradualmente a placa e ativar o fluxo.
• Temperatura de Pico:Máximo 260°C. O tempo acima do líquido (tipicamente ~217°C para solda sem chumbo) deve ser controlado para formar juntas confiáveis sem superaquecer o LED.
• Tempo Total de Soldagem:Máximo 10 segundos na temperatura de pico, com um máximo de dois ciclos de refluxo permitidos.

A adesão a este perfil evita choque térmico, que pode rachar a lente de epóxi ou o die semicondutor, e evita o crescimento excessivo de intermetálicos nas juntas de solda.

6.2 Soldagem Manual

Se necessário, a soldagem manual com ferro de soldar é permitida com limites estritos: temperatura da ponta do ferro não superior a 300°C e tempo de soldagem não superior a 3 segundos por junta. Apenas um ciclo de soldagem manual é permitido. Deve-se evitar aplicar o ferro diretamente no corpo do LED; o calor deve ser aplicado ao pad da PCB.

6.3 Limpeza

Se for necessária limpeza pós-soldagem, apenas solventes à base de álcool especificados, como álcool etílico ou isopropílico, devem ser usados à temperatura ambiente por menos de um minuto. Produtos químicos agressivos ou não especificados podem danificar o material da lente de epóxi, causando embaçamento, rachaduras ou descoloração.

6.4 Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

A embalagem do LED é sensível à umidade. Se a bolsa selada à prova de humidade original (com dessecante) não tiver sido aberta, o armazenamento deve ser a ≤30°C e ≤70% de UR, com um período de uso recomendado de um ano. Uma vez aberta a bolsa, os componentes devem ser armazenados a ≤30°C e ≤60% de UR. Componentes expostos à humidade ambiente por mais de 168 horas (7 dias) devem ser pré-aquecidos a aproximadamente 60°C por pelo menos 48 horas antes da soldagem por refluxo para remover a humidade absorvida e evitar o "efeito pipoca" (rachadura da embalagem devido à rápida expansão do vapor durante o refluxo).

7. Embalagem e Informações de Pedido

O produto é fornecido em embalagem padrão da indústria para montagem automatizada:

• Fita e Bobina:Os componentes são colocados em fita transportadora com 8mm de largura.
• Tamanho da Bobina:7 polegadas (178mm) de diâmetro.
• Quantidade por Bobina:2000 peças.
• Quantidade Mínima de Pedido (MOQ):500 peças para quantidades remanescentes.
• Fita de Cobertura:Os bolsos vazios são selados com uma fita de cobertura superior.
• Componentes Faltantes:É permitido um máximo de dois LEDs faltantes consecutivos por especificação da bobina.
• Padrão:A embalagem está em conformidade com as especificações EIA-481-1-B.

O número de peça LTST-E683RGBW segue o sistema de codificação interno do fabricante, onde "RGBW" indica a combinação de cores capaz de produzir luz branca.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Painéis de Exibição em Cores Completas:Usado como pixels individuais ou sub-pixels em grandes paredes de vídeo ou sinalização interior.
• Retroiluminação:Para painéis LCD em eletrónica de consumo, painéis de instrumentos automóveis ou controlos industriais, frequentemente combinados com guias de luz e difusores.
• Luzes de Estado e Indicadores:Em equipamentos de rede, eletrodomésticos e instrumentação onde é necessária codificação de estado multicor.
• Iluminação Decorativa e Arquitetónica:Em tiras ou módulos para efeitos de mudança de cor.

8.2 Considerações de Projeto

• Acionamento de Corrente:Utilize sempre um driver de corrente constante ou um resistor limitador de corrente em série com cada canal de cor. Calcule o valor do resistor usando R = (Vsupply - Vf_LED) / If. Use a Vf máxima da ficha técnica para garantir que a corrente não exceda o limite mesmo com um LED de Vf alta.
• Gestão Térmica:Embora a dissipação de potência seja baixa, um layout adequado da PCB com área de cobre suficiente (pads térmicos) é essencial para conduzir o calor para longe da junção do LED, especialmente quando acionado a correntes altas ou em temperaturas ambientes elevadas. Isto mantém a saída de luz e a longevidade.
• Mistura de Cores e Controlo:Para alcançar cores específicas ou pontos de branco, a modulação por largura de pulso (PWM) é o método preferido para controlo de intensidade de cada canal, pois mantém uma tensão direta e cromaticidade de cor consistentes, ao contrário do dimming analógico.
• Proteção contra ESD:Os LEDs são sensíveis à descarga eletrostática. Implemente procedimentos de manuseio seguros contra ESD durante a montagem.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora uma comparação direta com outros modelos não esteja no PDF, os principais diferenciadores do LTST-E683RGBW podem ser inferidos:

• Pacote RGB Integrado:Combina três chips numa pegada de 3.2x2.8mm, economizando espaço na PCB em comparação com o uso de três LEDs monocromáticos discretos.
• Lente Difusa de Ângulo Amplo:O ângulo de visão de 120 graus fornece um padrão de emissão amplo e uniforme, adequado para aplicações que requerem cones de visão amplos sem ópticas secundárias.
• Compatibilidade de Processo:A compatibilidade explícita com soldagem padrão por infravermelhos/refluxo e colocação automática torna-o adequado para fabricação de alto volume e custo-eficaz.
• Escolha de Material:O uso de AlInGaP para o vermelho oferece maior eficiência e melhor estabilidade térmica em comparação com tecnologias mais antigas, como GaAsP em GaP.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

10.1 Posso acionar o LED vermelho a 30mA e o verde/azul a 20mA simultaneamente?

Sim, pode acionar cada canal independentemente nas suas respectivas correntes diretas DC máximas. No entanto, a dissipação total de potência do pacote deve ser considerada. Se todos os três estiverem ligados na corrente máxima, calcule a potência total: Pred = 30mA * 2.4V(máx) = 72mW; Pverde = 20mA * 3.8V(máx) = 76mW; Pazul = 20mA * 3.8V(máx) = 76mW. A soma (224mW) provavelmente excede a capacidade total de dissipação do pacote. Portanto, a operação simultânea a potência total pode exigir derating ou gestão térmica melhorada. Consulte os dados detalhados de resistência térmica, se disponíveis.

10.2 Por que a tensão direta é diferente para cada cor?

A tensão direta é determinada principalmente pela energia do bandgap do material semicondutor. O AlInGaP (vermelho) tem um bandgap mais baixo (~1.9-2.0 eV) do que o InGaN (verde/~2.4 eV, azul/~2.7 eV). Um bandgap mais alto requer mais energia para os eletrões atravessarem, resultando numa maior queda de tensão direta.

10.3 Como obtenho luz branca com este LED RGB?

A luz branca é criada misturando as três cores primárias (vermelho, verde, azul) em proporções de intensidade específicas. Não existe uma proporção "correta" única, pois depende do ponto de branco alvo (ex.: branco frio, branco quente). Terá de experimentar diferentes níveis de corrente ou ciclos de trabalho PWM para cada canal. Usar um microcontrolador com saídas PWM é a abordagem mais flexível. Note que a mistura RGB frequentemente produz luz branca com um Índice de Reprodução de Cor (IRC) mais baixo em comparação com LEDs brancos convertidos por fósforo.

10.4 O que acontece se eu conectar a polaridade incorretamente?

Aplicar uma tensão reversa, mesmo pequena (como 5V como na condição de teste Ir), pode causar o fluxo de uma corrente reversa alta, potencialmente levando a danos imediatos e irreversíveis (ruptura da junção). Sempre verifique a polaridade antes de aplicar energia. Incorporar um diodo em série para proteção contra polaridade reversa na linha de alimentação é uma boa prática para o circuito geral.

11. Estudo de Caso Prático de Projeto

Cenário:Projetar um indicador de estado multicor para um dispositivo portátil. O indicador deve mostrar vermelho (erro), verde (ok), azul (ativo) e ciano (ativo+ok) usando um único LTST-E683RGBW para economizar espaço.

Implementação:

1. Circuito de Acionamento:Use um microcontrolador com três pinos GPIO capazes de PWM. Cada pino conecta-se à base de um transistor NPN de pequeno sinal (ex.: 2N3904). O coletor de cada transistor conecta-se ao cátodo (comum) da respectiva cor do LED através de um resistor limitador de corrente. Os ânodos do LED são conectados a um barramento de alimentação de 3.3V.
2. Cálculo do Resistor (para Verde, pior caso Vf=3.8V):R = (3.3V - 3.8V) / 0.02A = Valor negativo. Isto indica que 3.3V é insuficiente para polarizar diretamente os LEDs verde/azul na sua Vf típica. Solução: Use uma tensão de alimentação mais alta (ex.: 5V) para o circuito do LED. Recalcule para Verde a 5V: R = (5.0V - 3.8V) / 0.02A = 60 Ohms. Use um resistor padrão de 62 ohms. Para Vermelho: R = (5.0V - 2.4V) / 0.03A ≈ 87 Ohms, use 91 ohms.
3. Controlo por Software:Programe o microcontrolador para definir ciclos de trabalho PWM: 100% para cores sólidas. Para ciano (azul+verde), defina ambos os canais azul e verde para 100%. O equilíbrio de intensidade entre verde e azul pode ser ajustado via PWM para afinar o tom ciano.
4. Verificação Térmica:O cenário de potência máxima é ciano (Verde+Azul ambos a 20mA). Ptotal ≈ (5V-3.8V)*0.02A * 2 = 48mW, bem dentro dos limites do pacote. Certifique-se de que a PCB tenha uma pequena área de cobre sob o LED para espalhar o calor.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

A emissão de luz nos LEDs baseia-se na eletroluminescência numa junção p-n de semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada, eletrões da região tipo-n e lacunas da região tipo-p são injetados na região ativa (a junção). Quando um eletrão se recombina com uma lacuna, liberta energia. Em semicondutores de bandgap direto como AlInGaP e InGaN, esta energia é libertada principalmente na forma de um fotão (partícula de luz). O comprimento de onda (cor) do fotão emitido é determinado pela energia do bandgap (Eg) do material semicondutor, de acordo com a equação λ ≈ 1240 / Eg (onde λ está em nm e Eg em eV). A lente difusa de epóxi serve para proteger o die semicondutor, moldar o feixe de saída de luz e melhorar a extração de luz do chip.

13. Tendências Tecnológicas

O campo dos LEDs RGB SMD é impulsionado por várias tendências-chave:

• Aumento da Eficiência e Luminância:Melhorias contínuas no crescimento epitaxial, projeto de chips e técnicas de extração de luz continuam a aumentar a eficácia luminosa (lúmens por watt), permitindo exibições mais brilhantes ou menor consumo de energia.
• Miniaturização:As embalagens estão a ficar mais pequenas (ex.: 2.0x1.6mm, 1.6x1.6mm) mantendo ou melhorando o desempenho óptico, permitindo exibições de maior resolução.
• Melhoria da Consistência de Cor e Binning:Tolerâncias de binning mais apertadas para intensidade luminosa, comprimento de onda dominante e tensão direta estão a tornar-se padrão, reduzindo a necessidade de calibração nos produtos finais.
• Drivers Integrados e LEDs Inteligentes:Uma tendência crescente é a integração de circuitos de controlo (como interfaces I2C ou SPI) dentro da própria embalagem do LED, criando LEDs RGB "inteligentes" endereçáveis que simplificam o projeto do sistema e a fiação.
• Confiabilidade e Vida Útil Melhoradas:Melhorias nos materiais de embalagem (ex.: silicones de alta temperatura em vez de epóxi) e técnicas de fixação do die estão a aumentar a temperatura máxima de operação e a vida útil geral dos LEDs, especialmente para aplicações automóveis e industriais.