Specifica Tecnica LED Serie 3020 - 3.0x2.0mm - 3.2V - 0.5W - Bianco - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie 3020 è un LED ad alte prestazioni, a singolo chip e montaggio superficiale, progettato per applicazioni di illuminazione generale che richiedono prestazioni affidabili e una resa cromatica uniforme. Questo LED bianco da 0.5W offre un ottimo equilibrio tra efficienza, flusso luminoso e gestione termica in un ingombro compatto di 3.0mm x 2.0mm.

Vantaggi Principali:I vantaggi principali di questa serie includono il suo sistema di binning standardizzato per la temperatura di colore e il flusso luminoso, garantendo la coerenza cromatica nelle produzioni in serie. Presenta un ampio angolo di visione di 110 gradi, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione diffusa. Il prodotto è progettato per soddisfare gli standard di settore per la sensibilità all'umidità e la saldatura a rifusione.

Mercato di Riferimento:Questo LED è rivolto ai produttori di moduli LED, pannelli luminosi, unità di retroilluminazione, illuminazione decorativa e altre applicazioni in cui è richiesta una sorgente di luce bianca compatta, efficiente e uniforme.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I seguenti parametri definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al LED. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Corrente Diretta (IF):200 mA (Continua)
• Corrente Diretta Impulsiva (IFP):300 mA (Larghezza impulso ≤10ms, Ciclo di lavoro ≤1/10)
• Dissipazione di Potenza (PD):680 mW
• Temperatura di Esercizio (Topr):-40°C a +80°C
• Temperatura di Magazzinaggio (Tstg):-40°C a +80°C
• Temperatura di Giunzione (Tj):125°C
• Temperatura di Saldatura (Tsld):Saldatura a rifusione a 230°C o 260°C per un massimo di 10 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche Tipiche

Misurato in condizioni di prova standard con temperatura di saldatura (Ts) a 25°C.

• Tensione Diretta (VF):Tipica 3.2V, Massima 3.5V (a IF=150mA)
• Tensione Inversa (VR):5V
• Corrente Inversa (IR):Massima 10 µA
• Angolo di Visione (2θ1/2):110°

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il prodotto utilizza un sistema di binning completo per garantire la coerenza elettrica e ottica. Gli ordini specificano i valori minimi per il flusso luminoso e le regioni di cromaticità definite per la temperatura di colore.

3.1 Binning della Temperatura di Colore (CCT)

Il LED è disponibile in diversi bin standard di Temperatura di Colore Correlata (CCT), ciascuno definito da una CCT target e da una specifica ellisse di cromaticità sul diagramma CIE.

• 2725K ±145K (Bin: 27M5)
• 3045K ±175K (Bin: 30M5)
• 3985K ±275K (Bin: 40M5)
• 5028K ±283K (Bin: 50M5)
• 5665K ±355K (Bin: 57M7)
• 6530K ±510K (Bin: 65M7)

Nota:L'ordine del prodotto specifica la regione di cromaticità, non un valore massimo di CCT. I prodotti spediti rientreranno sempre nell'ellisse di cromaticità ordinata.

3.2 Binning del Flusso Luminoso

Il flusso è classificato in base alla Temperatura di Colore e all'Indice di Resa Cromatica (CRI). Le tabelle definiscono i valori minimi e tipici a 150mA. I codici flusso standard (E5, E6, E7, ecc.) rappresentano un intervallo in lumen.

Esempio per CRI 70, Bianco Neutro (3700-5000K):

• Codice E6: 50-54 lm (Min-Tip)
• Codice E7: 54-58 lm
• Codice E8: 58-62 lm
• Codice E9: 62-66 lm

Tabelle simili esistono per il Bianco Caldo, il Bianco Freddo e le rispettive versioni ad alto CRI (80 CRI).

3.3 Binning della Tensione Diretta

Anche la tensione diretta è classificata per garantire una tensione di stringa uniforme nelle configurazioni in serie.

• Codice B: 2.8 - 2.9V
• Codice C: 2.9 - 3.0V
• Codice D: 3.0 - 3.1V
• Codice E: 3.1 - 3.2V
• Codice F: 3.2 - 3.3V
• Codice G: 3.3 - 3.4V
• Codice H: 3.4 - 3.5V

3.4 Dati dell'Ellisse di Cromaticità

Ogni bin di temperatura di colore corrisponde a una specifica ellisse sul diagramma di cromaticità CIE 1931, definita dalle sue coordinate centrali (x, y), dal semiasse maggiore (b), dal semiasse minore (a) e dall'angolo di inclinazione (Φ). Questi dati sono cruciali per la miscelazione precisa dei colori e il controllo qualità.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Curva Caratteristica IV

La curva Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (IV) mostra la tipica relazione esponenziale. Alla corrente operativa consigliata di 150mA, la tensione diretta si attesta tipicamente intorno a 3.2V. I progettisti devono utilizzare driver limitatori di corrente, non sorgenti di tensione, per garantire un funzionamento stabile.

4.2 Flusso Luminoso Relativo vs. Corrente Diretta

Questa curva illustra la relazione tra corrente di pilotaggio e emissione luminosa. Il flusso luminoso aumenta con la corrente ma mostra un andamento sub-lineare a correnti più elevate a causa dell'aumento della temperatura di giunzione e del calo di efficienza. Non è consigliabile operare significativamente al di sopra di 150mA per una durata e un'efficienza ottimali.

4.3 Distribuzione Spettrale di Potenza (SPD)

La curva dell'energia spettrale relativa mostra lo spettro di emissione per diversi intervalli di CCT (es. 2600-3700K, 3700-5000K, 5000-10000K). Le CCT più calde hanno più energia nella regione rossa/gialla, mentre quelle più fredde hanno un picco più blu. La curva è essenziale per calcolare le metriche di resa cromatica.

4.4 Temperatura di Giunzione vs. Energia Spettrale Relativa

Questo grafico descrive come l'emissione spettrale si sposti con l'aumento della temperatura di giunzione (Tj). Tipicamente, all'aumentare di Tj, la lunghezza d'onda di picco può spostarsi leggermente e l'intensità complessiva può diminuire. Ciò sottolinea l'importanza di una gestione termica efficace nel design dell'applicazione per mantenere colore ed emissione luminosa costanti.

5. Informazioni Meccaniche & Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED ha un ingombro SMD standard 3020 (3.0mm x 2.0mm). Disegni dimensionali dettagliati specificano le dimensioni del corpo, della lente e dei terminali con le relative tolleranze (es. ±0.10mm per dimensioni .X, ±0.05mm per dimensioni .XX).

5.2 Pattern dei Pad & Design dello Stencil

Vengono forniti disegni separati per il land pattern PCB consigliato (layout dei pad) e per il design dello stencil per pasta saldante. Rispettare queste raccomandazioni è fondamentale per ottenere una corretta formazione del giunto saldato, un allineamento preciso e un adeguato trasferimento termico durante la saldatura a rifusione.

5.3 Identificazione della Polarità

Il terminale catodico (negativo) è tipicamente contrassegnato sul package del LED, spesso con una marcatura verde o un intaglio nella lente. La serigrafia e l'impronta sul PCB dovrebbero indicare chiaramente la polarità per prevenire il montaggio inverso.

6. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

6.1 Sensibilità all'Umidità & Essiccazione

Il LED serie 3020 è classificato come sensibile all'umidità secondo IPC/JEDEC J-STD-020C. L'esposizione all'umidità ambientale dopo l'apertura della busta barriera all'umidità può causare crepe "popcorn" o altri danni durante la rifusione.

Magazzinaggio:Conservare le buste non aperte al di sotto di 30°C/85% UR. Dopo l'apertura, conservare al di sotto di 30°C/60% UR.

Requisiti di Essiccazione:I LED che sono stati rimossi dalla loro confezione sigillata originale ed esposti alle condizioni ambientali devono essere essiccati prima della rifusione.

Metodo di Essiccazione:Essiccare a 60°C per 24 ore sul nastro originale. Non superare i 60°C. Utilizzare entro 1 ora dall'essiccazione o conservare in un armadio essiccatore (<20% UR).

6.2 Profilo di Saldatura a Rifusione

È applicabile un profilo standard di rifusione senza piombo. La temperatura di picco massima ai giunti saldati del LED non deve superare i 260°C e il tempo al di sopra dei 230°C deve essere limitato a 10 secondi. Consultare le raccomandazioni dettagliate del profilo per le velocità di preriscaldamento, stabilizzazione, rifusione e raffreddamento.

7. Imballaggio & Informazioni d'Ordine

7.1 Specifica di Imballaggio

I LED sono tipicamente forniti su nastri portanti goffrati avvolti su bobine, adatti per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. Sono specificate le quantità standard per bobina (es. 2000 o 4000 pezzi per bobina). La bobina è imballata all'interno di una busta barriera all'umidità con una scheda indicatrice di umidità.

7.2 Regola di Numerazione del Modello

Il numero di parte è strutturato per codificare gli attributi chiave: Serie/Forma (es. 34 per 3020), Numero Chip (S per singolo), Codice Lente (00 per nessuna, 01 con lente), Codice Colore (L/C/W per temperature bianco), Codice Interno, Codice Flusso Luminoso (es. E6) e Codice Tensione Diretta (es. D). Un esempio è T3400SLA-E6D.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Moduli LED e Light Engine:Per pannelli luminosi, faretti incassati e plafoniere.
• Retroilluminazione:Insegne e display a luce laterale o diretta.
• Illuminazione Decorativa:Strisce, cordoni e luci di accentuazione.
• Elettronica di Consumo:Illuminazione indicatore o di stato.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Gestione Termica:Utilizzare un PCB con via termiche adeguate e, se necessario, un nucleo metallico (MCPCB) per dissipare il calore e mantenere bassa la temperatura di giunzione per massimizzare la durata e la stabilità dell'emissione.
• Pilotaggio in Corrente:Utilizzare sempre un driver a corrente costante. La corrente operativa consigliata è 150mA. Può essere necessario un derating in ambienti ad alta temperatura.
• Ottica:L'angolo di visione di 110 gradi è adatto per l'illuminazione diffusa. Ottiche secondarie (lenti, riflettori) possono essere utilizzate per modificare il fascio luminoso.
• Protezione ESD:Implementare procedure standard di manipolazione ESD durante l'assemblaggio, poiché i LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche.

9. Confronto Tecnico & Differenziazione

Rispetto ai package più vecchi 3528, la serie 3020 offre spesso una maggiore densità di potenza (0.5W vs. 0.2W tipico) in un ingombro leggermente più piccolo, consentendo design più compatti. Il sistema di binning standardizzato e dettagliato sia per il flusso che per la tensione fornisce un vantaggio significativo per le applicazioni che richiedono un'accurata corrispondenza di colore e luminosità su grandi volumi di produzione, riducendo la necessità di smistamento o calibrazione post-produzione da parte dell'utente finale.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Qual è la differenza tra ordinare per flusso minimo e flusso tipico?

La specifica definisce i bin in base a un valore minimo di flusso luminoso. Ciò significa che tutti i LED spediti soddisferanno o supereranno quel valore minimo. Il valore \"tipico\" è fornito come riferimento, ma il flusso effettivo può essere superiore. Questo sistema garantisce le prestazioni consentendo al contempo la normale variazione di produzione al di sopra del minimo.

10.2 Perché l'essiccazione è necessaria e posso saltarla se uso i LED rapidamente?

L'essiccazione è un processo critico per rimuovere l'umidità assorbita dal package plastico. Anche una breve esposizione all'aria umida può essere sufficiente a causare danni durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura. Non è sicuro saltare l'essiccazione basandosi solo sul tempo; è necessario controllare la condizione della scheda indicatrice di umidità all'interno della busta originale per determinare se l'essiccazione è richiesta.

10.3 Posso pilotare questo LED a 200mA in modo continuo?

Sebbene 200mA sia il valore massimo assoluto di corrente continua, operare a questo livello genererà calore significativo, ridurrà l'efficienza (lumen per watt) e potenzialmente accorcerà la durata del LED. La condizione operativa consigliata è 150mA per prestazioni e affidabilità ottimali. Il funzionamento a 200mA richiede una gestione termica eccezionale.

11. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

11.1 Progettazione di un Modulo LED 12V

Scenario:Creazione di un modulo LED compatto con ingresso 12V e 6 LED in serie.

Passaggi di Progettazione:

1. Progettazione Elettrica:Selezionare LED dallo stesso bin di tensione (es. Bin D: 3.0-3.1V). La tensione diretta totale per 6 LED sarà approssimativamente 18.0V a 18.6V, che è superiore all'alimentazione di 12V. Pertanto, è richiesto un driver step-up (boost) a corrente costante, non una semplice resistenza.
2. Progettazione Termica:Montare i LED su un PCB a nucleo di alluminio (MCPCB). Calcolare la dissipazione di potenza totale (~0.5W per LED * 6 = 3W) e assicurarsi che il dissipatore sia sufficiente per mantenere la temperatura del punto di saldatura del LED entro l'intervallo operativo specificato, idealmente al di sotto di 60°C per una lunga durata.
3. Coerenza Ottica:Ordinare tutti i LED dallo stesso bin di flusso luminoso (es. E7) e bin di temperatura di colore (es. 40M5 per 4000K) per garantire uniformità di luminosità e colore su tutto il modulo.
4. Assemblaggio:Seguire precisamente le linee guida per la gestione dell'umidità e la saldatura a rifusione per prevenire perdite di resa.

12. Principi Tecnici

Il LED funziona sul principio dell'elettroluminescenza in un chip semiconduttore, tipicamente basato su InGaN per i LED bianchi. Un chip che emette luce blu è ricoperto da uno strato di fosforo. Parte della luce blu viene convertita dal fosforo in lunghezze d'onda più lunghe (giallo, rosso). La combinazione della luce blu residua e della luce convertita dal fosforo risulta nella percezione di luce bianca. Il rapporto tra luce blu e luce gialla/rossa determina la Temperatura di Colore Correlata (CCT). L'Indice di Resa Cromatica (CRI) è migliorato utilizzando più fosfori per colmare le lacune nello spettro. La tensione diretta è una caratteristica del bandgap del materiale semiconduttore e della costruzione del chip.

13. Tendenze del Settore

La tendenza generale nei LED SMD di media potenza come la serie 3020 è verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), un miglioramento della coerenza cromatica (binning più stretto) e un'affidabilità più elevata a temperature operative elevate. C'è anche una spinta verso valori di CRI più alti (90+) per applicazioni che richiedono un'eccellente fedeltà cromatica, come l'illuminazione per la vendita al dettaglio e i musei. Inoltre, il settore continua a perfezionare materiali e processi di packaging resistenti all'umidità per semplificare la manipolazione e migliorare la robustezza per una gamma più ampia di ambienti di assemblaggio. Lo sviluppo di nuovi sistemi di fosfori mira a fornire una migliore qualità spettrale e stabilità durante la vita del LED.