LED Top View Série 67-21 - Pacote P-LCC-2 - Branco - 1.75-2.35V - 120mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série 67-21 representa uma família de LEDs Top View projetados para aplicações de sinalização e retroiluminação. Estes componentes são alojados num compacto pacote P-LCC-2 (Portador de Chip com Terminais Plásticos) com corpo branco e janela incolor transparente, o que contribui para um amplo ângulo de visão. O objetivo principal do design é otimizar o acoplamento luminoso através de um refletor interno, tornando estes LEDs particularmente adequados para uso com guias de luz. A sua baixa exigência de corrente direta torna-os uma excelente escolha para aplicações sensíveis ao consumo de energia, como dispositivos eletrónicos portáteis, painéis de instrumentos automóveis e equipamentos de telecomunicações.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens desta série de LED incluem um amplo ângulo de visão tipicamente de 120 graus, compatibilidade com equipamentos de colocação automática e processos de soldadura por refluxo em fase de vapor, e disponibilidade em fita de 8mm e bobina para fabrico em grande volume. O produto é isento de chumbo e cumpre as regulamentações RoHS. Os mercados-alvo são diversos, abrangendo o setor automóvel (retroiluminação de painéis de instrumentos e interruptores), telecomunicações (indicadores de telefone e fax), retroiluminação plana geral para LCDs e símbolos, e qualquer aplicação de indicador de propósito geral onde seja necessária iluminação fiável e de baixa potência.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma descrição detalhada dos parâmetros elétricos, ópticos e térmicos críticos que definem os limites de desempenho e as condições de operação do LED.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Os Valores Máximos Absolutos definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Estas não são condições de operação recomendadas. A tensão reversa máxima (VR) é de 5V. A corrente direta contínua (IF) não deve exceder 50mA, enquanto uma corrente direta de pico (IFP) de 100mA é permitida em condições pulsadas (ciclo de trabalho de 1/10 a 1kHz). A dissipação de potência máxima (Pd) é de 120mW. O dispositivo pode suportar uma descarga eletrostática (ESD) de 2000V utilizando o Modelo do Corpo Humano (HBM). A faixa de temperatura de operação (Topr) é de -40°C a +85°C, e a faixa de temperatura de armazenamento (Tstg) é de -40°C a +90°C. As temperaturas de soldadura são especificadas tanto para refluxo (260°C durante 10 segundos) como para soldadura manual (350°C durante 3 segundos).

2.2 Características Eletro-Ópticas

As Características Eletro-Ópticas são medidas numa condição de teste padrão de Ta=25°C e IF=20mA. A intensidade luminosa (Iv) tem uma faixa típica, com um mínimo de 180 mcd e um máximo de 565 mcd, sujeita a uma tolerância de ±11%. O comprimento de onda dominante (λd) para os dados fornecidos está no espectro vermelho, variando de 621nm a 631nm, com uma tolerância de ±1nm. A tensão direta (VF) varia de 1,75V a 2,35V, com uma tolerância de ±0,1V. O ângulo de visão (2θ1/2) é tipicamente de 120 graus. A corrente reversa (IR) é no máximo de 10µA a VR=5V.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir consistência no brilho, cor e características elétricas, os LEDs são classificados em bins. Isto permite aos designers selecionar componentes que atendam a requisitos específicos da aplicação.

3.1 Binning de Intensidade Luminosa

A intensidade luminosa é categorizada em cinco bins: S1 (180-225 mcd), S2 (225-285 mcd), T1 (285-360 mcd), T2 (360-450 mcd) e U1 (450-565 mcd). Todas as medições são feitas a IF=20mA.

3.2 Binning de Comprimento de Onda Dominante

O comprimento de onda dominante é agrupado sob o código 'F', com dois sub-bins: FF1 (621-626 nm) e FF2 (626-631 nm).

3.3 Binning de Tensão Direta

A tensão direta é agrupada sob o código 'B', com três sub-bins: 0 (1,75-1,95V), 1 (1,95-2,15V) e 2 (2,15-2,35V).

4. Análise de Curvas de Desempenho

Os dados gráficos fornecem uma visão sobre o comportamento do LED em condições variáveis, o que é crucial para um design de circuito robusto.

4.1 Curva de Derating da Corrente Direta

Uma curva mostra a corrente direta máxima permitida a diminuir à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C. Isto é crítico para a gestão térmica e para garantir a fiabilidade a longo prazo.

4.2 Corrente Direta vs. Tensão Direta

Esta curva característica IV mostra a relação entre a corrente direta e a tensão direta a 25°C. É não linear, típica de um díodo, e é essencial para projetar o circuito limitador de corrente.

4.3 Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta

Esta curva demonstra como a saída de luz aumenta com a corrente direta. Ajuda os designers a equilibrar os requisitos de brilho com o consumo de energia e o stress no dispositivo.

4.4 Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico mostra a redução na saída de luz à medida que a temperatura da junção aumenta, destacando a importância da dissipação de calor na manutenção de um brilho consistente.

4.5 Distribuição Espectral

O gráfico de saída espectral mostra um pico de comprimento de onda em torno de 632nm, confirmando a emissão de cor vermelha, com uma largura de banda espectral típica (Δλ) de 20nm.

4.6 Diagrama de Radiação

Um gráfico polar ilustra a distribuição espacial da intensidade luminosa, confirmando o amplo ângulo de visão de 120 graus. A intensidade é relativamente uniforme numa ampla região central.

5. Informação Mecânica e de Embalagem

5.1 Dimensões do Pacote

O desenho técnico especifica as dimensões físicas do pacote P-LCC-2. As medições críticas incluem o comprimento total, largura e altura, espaçamento dos terminais e o tamanho da abertura da lente. Todas as tolerâncias não especificadas são de ±0,1mm.

5.2 Identificação da Polaridade

O cátodo é tipicamente identificado por um entalhe ou uma marcação verde no pacote. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem para evitar falhas no dispositivo.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Parâmetros de Soldadura por Refluxo

O LED é adequado para soldadura por refluxo em fase de vapor. A temperatura de pico máxima recomendada é de 260°C, e o dispositivo não deve ser exposto a temperaturas superiores a esta por mais de 10 segundos. Um perfil de refluxo padrão para soldas isentas de chumbo é aplicável.

6.2 Soldadura Manual

Se for necessária soldadura manual, a temperatura da ponta do ferro não deve exceder 350°C, e o tempo de contacto por terminal deve ser limitado a 3 segundos ou menos.

6.3 Condições de Armazenamento

Os dispositivos são embalados em sacos de barreira resistentes à humidade com dessecante para evitar a absorção de humidade. Uma vez aberto o saco, os componentes devem ser utilizados dentro de um prazo específico (não explicitamente declarado no PDF fornecido, mas é prática padrão) ou pré-aquecidos de acordo com as diretrizes MSL (Nível de Sensibilidade à Humidade) antes do refluxo para evitar danos por efeito "popcorn" durante a soldadura.

7. Informação de Embalagem e Encomenda

7.1 Especificações da Fita e Bobina

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora de 8mm. As dimensões da bobina e o passo dos compartimentos da fita transportadora são detalhados nos desenhos. Cada bobina contém 2000 peças.

7.2 Explicação da Etiqueta

A etiqueta da bobina contém vários códigos: CAT (Classificação de Intensidade Luminosa), HUE (Classificação de Comprimento de Onda Dominante) e REF (Classificação de Tensão Direta). Estes correspondem diretamente à informação de binning, permitindo rastreabilidade e garantindo que a variante correta do produto é utilizada.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Automóvel:Retroiluminação para conjuntos de instrumentos, interruptores do painel de instrumentos e painéis de controlo.
• Telecomunicações:Indicadores de estado em telefones, máquinas de fax e equipamentos de rede.
• Eletrónica de Consumo:Retroiluminação para interruptores de membrana, teclados e painéis LCD em eletrodomésticos.
• Indicação Geral:Indicadores de estado de energia, seleção de modo e alerta numa vasta gama de dispositivos eletrónicos.

8.2 Considerações de Design

• Limitação de Corrente:Utilize sempre uma resistência em série ou um driver de corrente constante para limitar a corrente direta ao valor desejado (por exemplo, 20mA para brilho típico). Calcule o valor da resistência usando R = (Vsupply - Vf) / If.
• Gestão Térmica:Para operação contínua em altas temperaturas ambiente ou próximo da corrente máxima, considere o layout da PCB para dissipação de calor. Evite colocar LEDs perto de outras fontes de calor.
• Acoplamento com Guia de Luz:O amplo ângulo de visão e o design do pacote são otimizados para guias de luz. Garanta o alinhamento adequado e um espaço mínimo entre o LED e o ponto de entrada do guia de luz para um acoplamento luminoso eficiente.
• Proteção contra ESD:Embora classificado para 2000V HBM, implemente precauções padrão contra ESD durante a manipulação e montagem.

9. Testes de Fiabilidade

A fiabilidade do produto é validada através de uma série de testes realizados com um nível de confiança de 90% e um LTPD (Percentagem de Defeitos Tolerada no Lote) de 10%. Os testes principais incluem:

• Soldadura por Refluxo:Suportar 260°C ±5°C por um máximo de 10 segundos.
• Ciclagem de Temperatura:300 ciclos entre -40°C e +100°C.
• Choque Térmico:Transições rápidas entre -40°C e +100°C.

Estes testes garantem a robustez do dispositivo em ambientes típicos de fabrico e operação.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

10.1 Qual é o propósito dos códigos de binning (CAT, HUE, REF)?

Os códigos de binning são usados para categorizar os LEDs com base na sua intensidade luminosa medida (CAT), comprimento de onda/cor dominante (HUE) e tensão direta (REF). Isto permite aos fabricantes e designers selecionar componentes com características rigidamente controladas, garantindo consistência no brilho e cor do produto final, especialmente quando múltiplos LEDs são usados numa matriz.

10.2 Posso acionar este LED sem uma resistência limitadora de corrente?

Não. Um LED é um dispositivo acionado por corrente. Ligá-lo diretamente a uma fonte de tensão superior à sua tensão direta fará com que uma corrente excessiva flua, potencialmente destruindo o LED instantaneamente devido à fuga térmica. Uma resistência em série ou um circuito ativo de corrente constante é obrigatório.

10.3 Como é que a temperatura ambiente afeta o desempenho?

À medida que a temperatura ambiente aumenta, a temperatura da junção do LED sobe. Isto leva a uma diminuição da eficiência luminosa (menor saída de luz para a mesma corrente) e a uma ligeira diminuição da tensão direta. A curva de derating especifica como a corrente máxima permitida deve ser reduzida a temperaturas mais elevadas para evitar sobreaquecimento e falha prematura.

10.4 Este LED é adequado para aplicações ao ar livre?

A faixa de temperatura de operação de -40°C a +85°C torna-o adequado para muitos ambientes ao ar livre e automóveis. No entanto, para exposição direta ao ar livre, são necessárias considerações de design adicionais, como proteção contra radiação UV (que pode amarelar o epóxi ao longo do tempo), vedação contra humidade de todo o conjunto e uma gestão térmica robusta sob luz solar direta.

11. Estudo de Caso de Design Prático

Cenário:Projetar um painel de interruptores de membrana retroiluminado para uma unidade de controlo industrial que requer 10 LEDs indicadores vermelhos. O painel funciona a partir de uma alimentação de 5V num ambiente até 60°C.

Passos de Design:

1. Seleção de Corrente:Escolha uma corrente direta de 20mA para um bom equilíbrio entre brilho e longevidade.
2. Cálculo da Resistência:Usando a tensão direta máxima do bin B2 (2,35V) para um design de pior caso: R = (5V - 2,35V) / 0,020A = 132,5Ω. Pode ser usada uma resistência padrão de 130Ω ou 150Ω. A potência nominal da resistência deve ser pelo menos (5V-2,35V)*0,02A = 0,053W, portanto uma resistência padrão de 1/8W (0,125W) é suficiente.
3. Verificação Térmica:A 60°C ambiente, consulte a curva de derating. A corrente máxima permitida é reduzida. Certifique-se de que 20mA ainda está dentro da área de operação segura a 60°C. Caso contrário, reduza a corrente de acionamento ou melhore a dissipação de calor.
4. Seleção de Binning:Para uma aparência uniforme, especifique bins apertados para HUE (comprimento de onda) e CAT (intensidade), por exemplo, HUE: FF1 e CAT: T1 ou T2, dependendo do nível de brilho necessário.
5. Layout:Coloque os LEDs uniformemente. Se usar um guia de luz, siga os desenhos mecânicos para um alinhamento preciso. Certifique-se de que as almofadas da PCB correspondem à pegada recomendada.

12. Introdução ao Princípio Técnico

O LED opera com base no princípio da eletroluminescência num material semicondutor. Para a variante vermelha descrita, o material do chip é AlGaInP (Fosfeto de Alumínio Gálio Índio). Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, eletrões e lacunas são injetados na região ativa onde se recombinam. Este processo de recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). A composição específica da liga AlGaInP determina a energia da banda proibida, que por sua vez define o comprimento de onda (cor) da luz emitida—neste caso, no espectro vermelho (~632nm de pico). O pacote P-LCC-2 encapsula o *die* semicondutor, fornece proteção mecânica, aloja o refletor interno para moldar a saída de luz e forma os terminais elétricos para conexão.

13. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria

O mercado para LEDs indicadores como a série 67-21 continua a evoluir. As principais tendências incluem:

• Aumento da Eficiência:Melhorias contínuas na ciência dos materiais e no design do chip levam a uma maior eficácia luminosa (mais saída de luz por watt de entrada elétrica), permitindo menor consumo de energia ou indicadores mais brilhantes.
• Miniaturização:Embora o P-LCC-2 seja um pacote padrão, há uma constante procura por pegadas menores (por exemplo, pacotes de escala de chip) para economizar espaço em PCBs cada vez mais densas, especialmente em dispositivos portáteis.
• Fiabilidade Aprimorada:As exigências por vidas úteis mais longas e operação em ambientes mais severos (temperatura, humidade mais elevadas) impulsionam melhorias nos materiais de embalagem, métodos de fixação do *die* e tecnologia de fósforo (para LEDs brancos).
• Integração Inteligente:Uma tendência crescente é a integração de circuitos de controlo (como drivers de corrente constante ou controladores PWM) dentro do próprio pacote do LED, simplificando o design do circuito externo.
• Gama de Cores Ampliada e Consistência:Avanços na tecnologia de binning e materiais de fósforo permitem um controlo de cor mais apertado e uma gama mais ampla de cores saturadas, atendendo às demandas do design estético e dos indicadores codificados por cores.