Ficha Técnica do LED SMD 2820 - Pacote 2.8x2.0mm - Cor Âmbar - 3.0V Típ. - 0.45W @ 150mA - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

A série 2820-PA1501M-AM é um LED de montagem superficial de alto desempenho, projetado principalmente para aplicações exigentes de iluminação automotiva. Utiliza tecnologia de conversão por fósforo para produzir uma saída de cor âmbar estável. O dispositivo é encapsulado em um pacote SMD compacto de 2.8mm x 2.0mm, oferecendo um equilíbrio entre tamanho e saída de luz. Suas principais vantagens incluem conformidade com o rigoroso padrão de qualificação automotiva AEC-Q102, alta proteção contra descarga eletrostática (ESD) de 8KV (HBM) e aderência a regulamentações ambientais como RoHS, REACH e requisitos livres de halogênio. O mercado-alvo é a iluminação automotiva interior e exterior, onde confiabilidade, consistência de cor e desempenho em condições adversas são primordiais.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Elétricas

O desempenho do LED é caracterizado sob uma corrente de teste padrão de 150 mA. O fluxo luminoso típico é de 45 lúmens (lm), com um mínimo de 39 lm e um máximo de 60 lm conforme a estrutura de binning. A tensão direta (Vf) nesta corrente é tipicamente de 3.00 volts, variando de 2.75V a 3.5V. Este parâmetro é crucial para o projeto do driver e gerenciamento térmico. O dispositivo oferece um amplo ângulo de visão de 120 graus, proporcionando uma distribuição de luz ampla e uniforme. As coordenadas de cromaticidade estão centradas em torno de CIE x=0.575 e CIE y=0.418, definindo seu tom âmbar específico. Todas as medições fotométricas têm uma tolerância de ±8%, e as medições de tensão direta têm uma tolerância de ±0.05V.

2.2 Especificações Máximas Absolutas e Propriedades Térmicas

Para garantir confiabilidade a longo prazo, o dispositivo não deve ser operado além de suas especificações máximas absolutas. A corrente direta contínua máxima é de 350 mA, com uma capacidade de corrente de pico (tp ≤ 10 μs) de 750 mA. A dissipação de potência máxima é de 1225 mW. A temperatura de junção (Tj) não deve exceder 150°C, com uma faixa de temperatura de operação de -40°C a +125°C. Dois valores de resistência térmica são fornecidos: a resistência térmica real da junção ao ponto de solda (Rth JS real) é no máximo 22 K/W, enquanto o valor derivado pelo método elétrico (Rth JS el) é no máximo 15 K/W. Estes valores são críticos para calcular o dissipador de calor necessário para manter a Tj dentro dos limites seguros durante a operação.

3. Explicação do Sistema de Binning

Os LEDs são classificados em bins para garantir consistência nos parâmetros-chave para o projeto da aplicação.

3.1 Binning de Fluxo Luminoso

Os bins de fluxo são designados F3, F4 e F5. O bin F3 cobre fluxo luminoso de 39 lm a 45 lm, F4 de 45 lm a 52 lm, e F5 de 52 lm a 60 lm. Isto permite que os projetistas selecionem LEDs com base no nível de brilho necessário para sua aplicação específica.

3.2 Binning de Tensão Direta

Os bins de tensão ajudam a combinar LEDs para compartilhamento de corrente em arranjos com múltiplos LEDs. Os bins são 2730 (2.75V - 3.00V), 3032 (3.00V - 3.25V) e 3235 (3.25V - 3.50V). Usar LEDs do mesmo bin de tensão ou de bins próximos minimiza o desequilíbrio de corrente.

3.3 Binning de Cor

A cor âmbar é rigidamente controlada dentro de dois bins principais: YA e YB. Cada bin é definido por uma área quadrilátera no diagrama de cromaticidade CIE 1931. Os bins YA e YB têm limites de coordenadas específicos, garantindo que a cor âmbar emitida esteja dentro de uma faixa visualmente consistente e aceitável. As coordenadas típicas fornecidas (x=0.575, y=0.418) servem como ponto de referência central.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Curva IV e Fluxo Luminoso Relativo

O gráfico Corrente Direta vs. Tensão Direta mostra a relação exponencial típica dos LEDs. A 150 mA, a Vf está centrada em torno de 3.0V. O gráfico Fluxo Luminoso Relativo vs. Corrente Direta indica que a saída de luz aumenta de forma sub-linear com a corrente. Embora operar com correntes mais altas produza mais luz, também gera mais calor, impactando a eficiência e a longevidade.

4.2 Dependência da Temperatura

Os gráficos de desempenho versus temperatura de junção são críticos para aplicações automotivas. A curva Fluxo Luminoso Relativo vs. Temperatura de Junção mostra que a saída de luz diminui à medida que a temperatura aumenta. A 125°C, o fluxo relativo é aproximadamente 70-80% do seu valor a 25°C. A Tensão Direta tem um coeficiente de temperatura negativo, diminuindo linearmente com o aumento da temperatura. Os gráficos de Deslocamento das Coordenadas de Cromaticidade mostram mudança mínima com o aumento da corrente e da temperatura, indicando boa estabilidade de cor.

4.3 Distribuição Espectral e Padrão de Radiação

O gráfico de Distribuição Espectral Relativa confirma um espectro convertido por fósforo, típico para LEDs âmbar, com um pico de emissão amplo. O diagrama do ângulo de visão ilustra o padrão de emissão tipo Lambertiano com 120° de largura a meia altura (FWHM), confirmando a distribuição de luz ampla e uniforme.

4.4 Derating e Capacidade de Pulso

A Curva de Derating da Corrente Direta dita a corrente contínua máxima permitida com base na temperatura da ilha de solda (Ts). Por exemplo, a Ts=125°C, a IF máxima é 350 mA. A curva determina uma corrente de operação mínima de 20 mA. O gráfico de Capacidade de Manipulação de Pulso Permissível define a corrente de pulso de pico (IFP) permitida para larguras de pulso muito curtas (tp) e vários ciclos de trabalho (D), o que é útil para aplicações de dimerização PWM ou estroboscópicas.

5. Informações Mecânicas e do Pacote

5.1 Dimensões Físicas

O pacote do LED tem dimensões de 2.8mm de comprimento e 2.0mm de largura. O desenho mecânico fornece medidas detalhadas incluindo altura total, geometria da lente e dimensões dos terminais. Todas as tolerâncias são de ±0.1mm, salvo indicação em contrário. O tamanho compacto facilita layouts de PCB de alta densidade.

5.2 Layout Recomendado das Ilhas de Solda

Um projeto de padrão de ilhas é fornecido para garantir soldagem confiável e desempenho térmico ideal. O projeto inclui ilhas para os dois terminais elétricos e uma ilha térmica central. A ilha térmica é essencial para uma transferência de calor eficiente da junção do LED para a PCB. Seguir este layout recomendado ajuda a prevenir o efeito "tombstoning", melhora a confiabilidade da junta de solda e maximiza a dissipação térmica.

5.3 Identificação da Polaridade

O cátodo é tipicamente marcado no dispositivo, muitas vezes por um entalhe, um ponto ou uma marcação verde na parte inferior do pacote, conforme indicado no desenho mecânico. A orientação correta da polaridade durante a montagem é obrigatória para evitar danos ao dispositivo.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Reflow

O LED é classificado para uma temperatura máxima de soldagem de 260°C por 30 segundos. Um perfil de reflow detalhado deve ser seguido, tipicamente incluindo estágios de pré-aquecimento, estabilização térmica, reflow (com temperatura de pico não excedendo 260°C) e resfriamento. O perfil deve ser compatível com os padrões JEDEC para componentes de nível de sensibilidade à umidade (MSL) 2, o que significa que o dispositivo deve ser pré-aquecido (baked) se exposto a condições ambientes além de sua vida útil fora da embalagem antes do reflow.

6.2 Precauções de Uso

Precauções-chave incluem: evitar estresse mecânico na lente, prevenir contaminação da superfície óptica, usar procedimentos apropriados de manuseio ESD e garantir que a PCB e a pasta de solda estejam limpas para prevenir corrosão induzida por enxofre (o dispositivo atende à Classe A1 do Teste de Enxofre).

6.3 Condições de Armazenamento

A faixa de temperatura de armazenamento é de -40°C a +125°C. Para armazenamento de longo prazo, os componentes devem ser mantidos em suas embalagens originais à prova de umidade com dessecante, se a embalagem tiver sido aberta e o tempo de exposição exceder a vida útil fora da embalagem do MSL 2.

7. Informações de Embalagem e Pedido

7.1 Especificações da Embalagem

Os LEDs são fornecidos em fita e carretel para montagem automatizada. A informação de embalagem detalha as dimensões do carretel, largura da fita, espaçamento dos compartimentos e orientação dos componentes na fita.

7.2 Regras de Numeração de Peça e Nomenclatura de Modelo

O número de peça 2820-PA1501M-AM segue uma estrutura lógica: "2820" indica o tamanho do pacote, "PA" provavelmente significa Âmbar convertido por Fósforo (Phosphor-converted Amber), "150" pode se referir à corrente de teste nominal em mA, "1M" pode denotar um bin específico de fluxo/cor ou versão, e "AM" confirma a cor âmbar. A informação de pedido permite a seleção de bins específicos para fluxo luminoso (F3/F4/F5) e tensão direta (2730/3032/3235) para atender requisitos precisos da aplicação.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

A aplicação principal é iluminação automotiva. Isto inclui aplicações interiores como retroiluminação de painel, iluminação de interruptores e iluminação ambiente. Aplicações exteriores incluem luzes de posição laterais, indicadores de direção (dependendo das regulamentações locais e da intensidade luminosa necessária) e luzes de circulação diurna (DRLs) quando usados em clusters ou com ópticas apropriadas.

8.2 Considerações de Projeto

Os projetistas devem considerar vários fatores:Gerenciamento Térmico:Use os valores de resistência térmica e a curva de derating para projetar um dissipador de calor adequado na PCB (área de cobre) e possivelmente considere o uso de PCBs com núcleo metálico (MCPCBs) para aplicações de alta potência ou alta temperatura ambiente.Acionamento de Corrente:Use um driver de corrente constante para saída de luz estável. O driver deve ser projetado para acomodar a faixa do bin de tensão direta.Óptica:O ângulo de visão de 120° pode exigir ópticas secundárias (lentes, guias de luz) para alcançar os padrões de feixe desejados para aplicações específicas.Layout da PCB:Siga de perto o projeto recomendado das ilhas de solda, especialmente para a conexão da ilha térmica, que deve ser conectada a uma grande área de cobre com múltiplos vias para as camadas internas ou inferiores para espalhamento de calor.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs comerciais padrão, a série 2820-PA1501M-AM se diferencia através de sua qualificação automotiva (AEC-Q102). Isto envolve testes mais rigorosos para ciclagem térmica, resistência à umidade, vida útil operacional em alta temperatura (HTOL) e outros estressores. A classificação ESD de 8KV é mais alta do que a de peças comerciais típicas. Sua resistência ao enxofre (Classe A1) é uma vantagem chave em ambientes automotivos e industriais onde o enxofre atmosférico pode corroer componentes com prata. A combinação de uma saída de fluxo relativamente alta (45 lm típ.) em um pequeno pacote 2820 oferece boa eficácia luminosa e flexibilidade de projeto.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este LED a 350 mA continuamente?

R: Você só pode acioná-lo a 350 mA se a temperatura da ilha de solda (Ts) estiver em ou abaixo de 25°C, conforme a curva de derating. Em uma aplicação real com Ts mais alta, a corrente contínua máxima permitida será menor. Consulte sempre a curva de derating.

P: Qual é a diferença entre Rth JS real e Rth JS el?

R: Rth JS real é medido usando um parâmetro sensível à temperatura (como a tensão direta) e representa o caminho térmico real. Rth JS el é calculado a partir de parâmetros elétricos e é frequentemente menor. Para um projeto térmico conservador, use o valor mais alto de Rth JS real (22 K/W máx.).

P: Como seleciono o bin correto?

R: Para aplicações que requerem brilho consistente, especifique um bin de fluxo luminoso apertado (ex.: F4). Para arranjos onde o compartilhamento de corrente é crítico, especifique um bin de tensão direta apertado. Para aplicações críticas em cor, especifique o bin de cor (YA ou YB).

P: Este LED é adequado para dimerização PWM?

R: Sim, o gráfico de capacidade de manipulação de pulso mostra que ele pode suportar correntes de pico altas em baixos ciclos de trabalho. Certifique-se de que a largura de pulso e a frequência estejam dentro dos limites especificados para evitar superaquecimento.

11. Exemplos Práticos de Projeto e Uso

Exemplo 1: Fita de Iluminação Ambiente para Interior Automotivo:Um projeto usa 20 LEDs em série em uma PCB flexível. O projetista seleciona o bin de fluxo F4 para brilho consistente e o bin de tensão 3032 para um bom casamento. Um driver de corrente constante fornecendo 150 mA é usado. A PCB flexível é fixada a um chassi metálico para dissipação de calor, mantendo Ts abaixo de 80°C, o que permite uma corrente de operação segura conforme a curva de derating.

Exemplo 2: Luz de Posição Lateral Externa:O projeto usa 3 LEDs. Devido às temperaturas ambientes mais altas no compartimento do motor, o projetista usa uma PCB com núcleo metálico (MCPCB). Uma simulação térmica é realizada usando Rth JS real = 22 K/W e a temperatura ambiente esperada para garantir que Tj permaneça abaixo de 125°C. O amplo ângulo de visão de 120° elimina a necessidade de uma lente difusora secundária, simplificando o design da carcaça.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Este LED é do tipo convertido por fósforo. O chip semicondutor central emite luz em um comprimento de onda curto (tipicamente azul ou próximo do UV). Esta luz é absorvida por uma camada de material de fósforo depositada sobre ou ao redor do chip. O fósforo então re-emite luz em comprimentos de onda mais longos. Ao selecionar cuidadosamente a composição do fósforo, a luz combinada do chip e do fósforo é percebida como âmbar. Este método permite um controle preciso sobre o ponto de cor e frequentemente fornece melhor estabilidade e consistência comparado a LEDs coloridos de emissão direta (como AlInGaP para âmbar/vermelho). O pacote de montagem superficial integra o chip, o fósforo e uma lente moldada de silicone ou epóxi que molda a saída de luz e fornece proteção ambiental.

13. Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

A tendência na iluminação automotiva com LED é em direção a maior eficiência (mais lúmens por watt), maior densidade de potência (mais luz de pacotes menores) e confiabilidade melhorada sob condições extremas. A tecnologia de fósforo continua avançando, oferecendo maior eficiência de conversão e melhor estabilidade de cor ao longo da temperatura e do tempo. As tecnologias de encapsulamento estão evoluindo para melhorar o desempenho térmico, permitindo correntes de acionamento mais altas sem comprometer a vida útil. Além disso, a integração de eletrônica do driver e múltiplos chips de LED em módulos únicos é uma tendência crescente. A aderência a padrões como AEC-Q102 e testes específicos de resistência ao enxofre reflete o impulso da indústria por confiabilidade quantificada e garantida em ambientes automotivos severos.