Scheda Tecnica LED EL 2020 Cube Light - Pacchetto SMD - Bianco Freddo - 50lm @ 140mA - 3.0V - Angolo di Visione 120° - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'EL 2020 Cube Light è un LED ad alte prestazioni a montaggio superficiale (SMD) progettato per applicazioni impegnative di illuminazione automobilistica. Questo componente rappresenta una soluzione di illuminazione a stato solido compatta e affidabile, offrendo un equilibrio tra potenza luminosa, efficienza e robustezza richiesto dai moderni sistemi veicolari. La sua filosofia di progettazione si concentra sul fornire prestazioni costanti nell'ampio intervallo di temperature e nelle dure condizioni ambientali tipiche degli ambienti automobilistici.

Il LED è disponibile con una temperatura di colore Bianco Freddo, destinato ad applicazioni in cui è desiderata una luce bianca brillante, neutra tendente leggermente al blu. Il pacchetto è progettato per processi di assemblaggio automatizzati, facilitando la produzione di grandi volumi. Un vantaggio chiave di questo dispositivo è la sua conformità alla qualifica di test di stress AEC-Q102 per semiconduttori optoelettronici discreti, lo standard di settore per componenti di grado automobilistico. Ciò garantisce un livello di affidabilità e longevità che soddisfa o supera i requisiti degli OEM automobilistici.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche ed Elettriche

La caratteristica fotometrica principale è il flusso luminoso tipico di 50 lumen (lm) quando pilotato con una corrente diretta (I_F) di 140 mA. È cruciale notare la tolleranza di misura specificata di ±8% per il flusso luminoso, che tiene conto delle normali variazioni di produzione. I valori minimo e massimo nelle stesse condizioni sono rispettivamente 45 lm e 70 lm, definendo la finestra di prestazione.

Dal punto di vista elettrico, il dispositivo presenta una tensione diretta tipica (V_F) di 3,0 volt a 140 mA, con un intervallo da 2,75 V a 3,5 V. La tolleranza di misura della tensione diretta è specificata come ±0,05V. Il dispositivo ha un ampio intervallo di corrente diretta operativa, da un minimo di 10 mA fino a un valore massimo assoluto di 250 mA. Le prestazioni ottiche sono caratterizzate da un ampio angolo di visione di 120 gradi (con una tolleranza di ±5°), fornendo un diagramma di radiazione ampio e uniforme adatto a varie ottiche di illuminazione.

2.2 Valori Limite Assoluti e Termici

La gestione termica è fondamentale per le prestazioni e la durata del LED. La scheda tecnica specifica due valori di resistenza termica: la resistenza termica reale (R_{th JS real}) dalla giunzione al punto di saldatura è tipicamente 24 K/W (max 32 K/W), mentre il valore derivato elettricamente (R_{th JS el}) è tipicamente 17 K/W (max 23 K/W). Il valore elettrico inferiore serve spesso come linea guida di progettazione conservativa.

I valori limite assoluti definiscono i limiti operativi che non devono essere superati per evitare danni permanenti. I limiti chiave includono:

• Dissipazione di Potenza (P_d): 875 mW
• Corrente Diretta (I_F): 250 mA (continua)
• Corrente di Sovraccarico (I_FM): 750 mA per impulsi ≤10 μs a basso ciclo di lavoro (D=0,005)
• Temperatura di Giunzione (T_J): 150 °C
• Temperatura Operativa & di Conservazione: -40 °C a +125 °C
• Sensibilità ESD (HBM): 8 kV
• Temperatura di Rifusione (Reflow): 260°C di picco per massimo 30 secondi

Il rispetto di questi limiti è essenziale per un funzionamento affidabile.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per gestire le variazioni di produzione e consentire una progettazione di sistema precisa, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave.

3.1 Binning del Flusso Luminoso

Il flusso luminoso è suddiviso in tre bin:

• F4:45 lm (Min) a 52 lm (Max)
• F5:52 lm (Min) a 60 lm (Max)
• F6:60 lm (Min) a 70 lm (Max)

Il valore tipico di 50 lm rientra nel bin F4. I progettisti devono selezionare il bin appropriato in base all'output luminoso richiesto per la loro applicazione.

3.2 Binning della Tensione Diretta

Anche la tensione diretta è suddivisa in bin per facilitare la progettazione del circuito di pilotaggio e la gestione dell'alimentazione:

• 2730:2,75 V (Min) a 3,0 V (Max)
• 3032:3,0 V (Min) a 3,25 V (Max)
• 3235:3,25 V (Min) a 3,5 V (Max)

3.3 Binning del Colore (Cromaticità)

L'emissione Bianco Freddo è definita all'interno dello spazio colore CIE 1931. La scheda tecnica fornisce le coordinate angolari per quattro bin distinti (63M, 61M, 58M, 56M) che corrispondono a intervalli di temperatura di colore correlata (CCT):

• 63M:~6100K a 6600K
• 61M:~5800K a 6300K
• 58M:~5600K a 6100K
• 56M:~5300K a 5800K

Una rappresentazione grafica sul diagramma cromatico CIE mostra questi bin come quadrilateri. La tolleranza di misura specificata per le coordinate di colore è ±0,005. Questo binning garantisce la coerenza del colore tra più LED in un assemblaggio.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Curva IV e Flusso Luminoso Relativo

Il grafico Corrente Diretta vs. Tensione Diretta mostra la caratteristica relazione esponenziale. Al punto operativo tipico di 140 mA, V_Fè approssimativamente 3,0V. La curva è essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente.

Il grafico Flusso Luminoso Relativo vs. Corrente Diretta dimostra che l'output luminoso è sub-lineare con la corrente. Sebbene l'output aumenti con la corrente, l'efficienza (lumen per watt) tipicamente diminuisce a correnti più elevate a causa dell'aumento della temperatura di giunzione e di altri fattori. La curva è normalizzata al flusso a 140 mA.

4.2 Dipendenza dalla Temperatura

Due grafici critici illustrano la variazione delle prestazioni con la temperatura di giunzione (T_j).

• Flusso Luminoso Relativo vs. Temperatura di Giunzione:Mostra che l'output luminoso diminuisce all'aumentare di T_j. Un efficace dissipatore termico è fondamentale per mantenere la luminosità desiderata.
• Tensione Diretta Relativa vs. Temperatura di Giunzione:Dimostra che V_Fha un coefficiente di temperatura negativo, diminuendo linearmente all'aumentare di T_j. Questa proprietà può talvolta essere utilizzata per il rilevamento della temperatura.
• Spostamento Cromatico vs. Temperatura di Giunzione:Traccia la variazione delle coordinate CIE x e y, mostrando uno spostamento minimo nell'intervallo di temperatura, importante per la stabilità del colore.

4.3 Distribuzione Spettrale e Diagramma di Radiazione

Il grafico della Distribuzione Spettrale Relativa traccia l'intensità rispetto alla lunghezza d'onda da 400nm a 800nm. Mostra un picco nella regione blu (intorno a 450-455nm) dall'emissione primaria del chip LED, con un picco secondario più ampio nella regione gialla (intorno a 550-600nm) generato dal rivestimento al fosforo, che si combina per produrre la luce Bianco Freddo.

Il Diagramma Tipico delle Caratteristiche di Radiazione rappresenta visivamente l'angolo di visione di 120°, mostrando la distribuzione angolare dell'intensità luminosa rispetto alla linea centrale (0°).

4.4 Derating e Gestione degli Impulsi

La Curva di Derating della Corrente Diretta è uno strumento di progettazione vitale. Traccia la massima corrente diretta continua consentita rispetto alla temperatura del piazzole di saldatura (T_S). All'aumentare di T_S, la corrente massima consentita deve essere ridotta per evitare di superare la T_J(max) di 150°C. Ad esempio, a una T_Sdi 125°C, la massima I_Fè 250 mA.

Il grafico della Capacità di Gestione degli Impulsi Ammissibili definisce la corrente di picco dell'impulso (I_FP) consentita per una data larghezza dell'impulso (t_p) e ciclo di lavoro (D), con il punto di saldatura a 25°C. Ciò è cruciale per applicazioni che utilizzano schemi di pilotaggio a impulsi.

5. Informazioni Meccaniche, sul Pacchetto e di Assemblaggio

5.1 Dimensioni Meccaniche

La scheda tecnica include un disegno meccanico dettagliato del pacchetto LED. Le dimensioni chiave (in millimetri) definiscono l'impronta, l'altezza e la posizione dei terminali. Le tolleranze sono tipicamente ±0,1mm salvo diversa indicazione. Il disegno è essenziale per la progettazione dell'impronta sul PCB e per garantire il corretto montaggio nell'assemblaggio finale.

5.2 Layout Consigliato dei Piazzole di Saldatura

A separate drawing provides the recommended copper pad pattern on the PCB for optimal soldering. This includes the pad sizes and spacing for the electrical terminals and the thermal pad. Following this recommendation ensures good solder joint formation, proper thermal transfer to the PCB, and mechanical stability.

6. Linee Guida per Saldatura, Assemblaggio e Manipolazione

6.1 Profilo di Rifusione (Reflow)

Il componente è classificato per una temperatura di picco massima di rifusione di 260°C per 30 secondi. Dovrebbe essere utilizzato un tipico profilo di rifusione, con fasi controllate di preriscaldamento, stabilizzazione, rifusione e raffreddamento per minimizzare lo shock termico e garantire giunti di saldatura affidabili senza danneggiare il pacchetto LED o i materiali interni.

6.2 Precauzioni per l'Uso

Le precauzioni generali di manipolazione includono evitare stress meccanici sul pacchetto, prevenire la contaminazione della lente e utilizzare adeguati controlli ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio, poiché il dispositivo è classificato per 8kV HBM ESD.

6.3 Sensibilità all'Umidità e Conservazione

Il LED ha un Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) di 2. Ciò significa che il pacchetto può essere esposto alle condizioni del pavimento di fabbrica (≤30°C/60% UR) fino a un anno prima che richieda una cottura (baking) prima della saldatura a rifusione. Per una conservazione più lunga o dopo l'apertura della busta, devono essere seguite specifiche procedure di baking secondo gli standard IPC/JEDEC per prevenire il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

7. Conformità Ambientale e Affidabilità

Il dispositivo è conforme alle normative RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose) e REACH. È anche specificato come privo di alogeni, con limiti sul contenuto di Bromo (Br) e Cloro (Cl) (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

Una caratteristica di affidabilità significativa è la sua prestazione in ambienti ricchi di zolfo. Il dispositivo soddisfa i criteri del Test dello Zolfo Classe A1, indicando un'elevata resistenza alla corrosione causata dallo zolfo atmosferico, una preoccupazione comune negli ambienti automobilistici e industriali.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Applicazione Principale: Illuminazione Automobilistica

L'applicazione principale prevista è l'illuminazione automobilistica. I potenziali casi d'uso includono illuminazione interna (luci plafoniere, luci di cortesia, illuminazione vani piedi, illuminazione ambientale), segnalazione esterna (terzo stop luce alto - CHMSL) e possibilmente illuminazione ausiliaria. La qualifica AEC-Q102, l'ampio intervallo di temperatura e la resistenza allo zolfo lo rendono adatto a questi ambienti difficili.

8.2 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

I progettisti devono implementare un circuito di pilotaggio a corrente costante, non un'alimentazione a tensione costante, per garantire un output luminoso stabile e prevenire la fuga termica (thermal runaway). Il driver dovrebbe essere progettato per adattarsi all'intervallo di bin della tensione diretta. La gestione termica non è negoziabile; il PCB deve fornire un adeguato percorso termico dalla piazzola termica del LED a un dissipatore o ai piani di rame del circuito stampato per mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri, specialmente quando si opera ad alte correnti o ad alte temperature ambientali.

8.3 Progettazione Ottica

L'angolo di visione di 120° offre flessibilità. Per applicazioni che richiedono un fascio focalizzato, saranno necessarie ottiche secondarie (riflettori, lenti). L'ampio angolo è vantaggioso per applicazioni che richiedono un'illuminazione uniforme e diffusa su un'area.

9. Confronto Tecnico e Posizionamento

Rispetto ai LED commerciali standard, i principali fattori distintivi di questo componente sono la sua qualifica di grado automobilistico (AEC-Q102), l'esteso intervallo di temperatura operativa (-40°C a +125°C) e la specifica resistenza alla corrosione da zolfo. Queste caratteristiche comportano un costo più elevato ma sono obbligatorie per gli standard di sicurezza e affidabilità automobilistici. All'interno del mercato dei LED automobilistici, il suo output di 50lm a 140mA lo posiziona come un dispositivo di media potenza adatto a una vasta gamma di applicazioni oltre le semplici funzioni di spia.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è l'efficienza tipica (lumen per watt) di questo LED?

R: Al punto operativo tipico (140mA, 3,0V, 50lm), la potenza in ingresso è 0,42W (140mA * 3,0V). L'efficienza è di circa 119 lm/W (50lm / 0,42W).

D: Posso pilotare questo LED direttamente con una batteria automobilistica da 12V?

R: No. Il LED richiede un driver a corrente costante. Collegarlo direttamente a una sorgente da 12V causerebbe un flusso di corrente eccessivo, distruggendo immediatamente il dispositivo. È necessario un circuito driver che regoli la corrente al livello desiderato (es. 140mA).

D: Come interpreto i due diversi valori di resistenza termica?

R: Utilizzare il valore più alto, di resistenza termica "reale" (R_{th JS real}tip. 24 K/W) per calcoli termici di progettazione conservativi. Il valore elettrico è derivato da una tecnica di misurazione ed è spesso inferiore.

D: Cosa significa MSL 2 per il mio processo produttivo?

R: MSL 2 significa che i componenti possono essere conservati nella loro busta sigillata a barriera di umidità fino a 12 mesi in condizioni controllate (≤30°C/60%UR). Una volta aperta la busta, si ha tipicamente 1 settimana per completare la saldatura a rifusione prima che le parti possano aver bisogno di essere sottoposte a baking.

11. Caso di Studio: Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di una luce plafoniera per interni auto.

Un progettista necessita di una luce bianca brillante per un assemblaggio plafoniera. Seleziona questo LED nel bin di flusso luminoso F5 (52-60 lm) e nel bin colore 61M (~5800-6300K) per un aspetto bianco neutro. Progetta un PCB con l'esatto layout consigliato delle piazzole di saldatura. Viene selezionato un driver buck a corrente costante per fornire 140mA dal sistema a 12V del veicolo. Viene eseguita un'analisi termica utilizzando la curva di derating e la resistenza termica: se la gestione termica del PCB mantiene la piazzola di saldatura sotto gli 85°C, il LED può funzionare alla sua piena potenza nominale di 140mA. L'ampio angolo di visione di 120° è perfetto per illuminare uniformemente l'abitacolo senza richiedere complesse ottiche secondarie. La qualifica AEC-Q102 dà fiducia nell'affidabilità a lungo termine del componente per questa applicazione automobilistica.

12. Principio di Funzionamento

Questo è un LED bianco a conversione di fosforo. Il nucleo è un chip semiconduttore, tipicamente realizzato in nitruro di gallio e indio (InGaN), che emette luce nello spettro blu quando la corrente elettrica lo attraversa (elettroluminescenza). Questa luce blu viene parzialmente assorbita da uno strato di fosforo a base di granato di alluminio e ittrio drogato con cerio (YAG:Ce) depositato sul chip o nelle sue vicinanze. Il fosforo assorbe alcuni fotoni blu e riemette luce su uno spettro più ampio, prevalentemente nella regione gialla. La miscela della luce blu residua e della luce gialla convertita è percepita dall'occhio umano come luce bianca. L'esatto rapporto tra emissione blu e gialla, controllato dalla composizione e dallo spessore del fosforo, determina la temperatura di colore correlata (CCT), risultando nell'output "Bianco Freddo" specificato.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nell'illuminazione a LED automobilistica è verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), una maggiore densità di potenza e un'affidabilità migliorata. C'è anche una spinta verso un controllo del colore più preciso e un Indice di Resa Cromatica (CRI) più elevato per una migliore percezione visiva. L'integrazione è un'altra tendenza, con pacchetti multi-chip e pacchetti con driver integrati o circuiti di controllo che diventano più comuni. Inoltre, c'è una crescente attenzione sui sistemi di illuminazione intelligenti e adattivi, che possono richiedere LED capaci di commutazione o dimmerazione molto rapida. Sebbene questa scheda tecnica descriva un componente discreto a singolo chip, la tecnologia sottostante continua a evolversi per soddisfare queste esigenze per i futuri sistemi di illuminazione automobilistica, inclusa l'illuminazione anteriore avanzata e l'illuminazione di segnalazione dinamica.