Scheda Tecnica LED Super Rosso SMD 2020 - 2.0x2.0x0.7mm - 2.3V - 0.322W - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 2020-SR140DM-AM è un LED Super Rosso ad alte prestazioni per montaggio superficiale, progettato specificamente per applicazioni automobilistiche impegnative. Questo componente appartiene alla famiglia di prodotti "2020", che indica il suo ingombro di 2.0mm x 2.0mm. Il suo vantaggio principale risiede nella combinazione di un'uscita luminosa affidabile, un ampio angolo di visione di 120 gradi e una costruzione robusta che soddisfa le rigorose qualifiche di grado automobilistico, inclusa AEC-Q102. Il mercato target principale sono i sistemi di illuminazione automobilistica esterni e interni, dove la coerenza del colore, l'affidabilità a lungo termine e le dimensioni compatte sono critiche.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche ed Elettriche

Le prestazioni chiave del LED sono definite a una corrente di test standard di 140mA. In queste condizioni, il flusso luminoso tipico è di 18 lumen (lm), con un minimo di 13 lm e un massimo di 27 lm, tenendo conto delle variazioni di produzione. La lunghezza d'onda dominante è tipicamente 628 nm, collocandola saldamente nello spettro del Super Rosso, con un intervallo di binning da 627 nm a 639 nm. La tensione diretta (Vf) a 140mA è tipicamente 2.3V, con un intervallo da 1.75V a 2.75V. Questo parametro è cruciale per la progettazione del driver e la gestione termica, poiché la dissipazione di potenza è calcolata come Vf * If. In condizioni tipiche, ciò equivale a circa 0.322W (2.3V * 0.14A).

2.2 Valori Massimi Assoluti e Proprietà Termiche

Per garantire la longevità del dispositivo, le condizioni operative non devono mai superare i Valori Massimi Assoluti. La massima corrente diretta continua è 250 mA, e il dispositivo può gestire correnti di picco fino a 1000 mA per impulsi molto brevi (≤10 μs). La massima temperatura di giunzione (Tj) è 150°C, mentre l'intervallo di temperatura operativa è specificato da -40°C a +125°C, adatto per ambienti automobilistici severi. La gestione termica è vitale; la resistenza termica dalla giunzione al punto di saldatura (Rth JS) è tipicamente 23 K/W (reale) o 16 K/W (elettrica), indicando quanto efficacemente il calore viene trasferito dal die semiconduttore al PCB.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin.

3.1 Binning del Flusso Luminoso

I LED sono categorizzati in tre bin di flusso: E6 (13-17 lm), F7 (17-20 lm) e F8 (20-23 lm). La "M" nel numero di parte indica un livello di luminosità Medio, che tipicamente corrisponde al bin F7.

3.2 Binning della Tensione Diretta

Sono definiti quattro bin di tensione: 1720 (1.75-2.0V), 2022 (2.0-2.25V), 2225 (2.25-2.5V) e 2527 (2.5-2.75V). Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con tolleranze Vf più strette per l'accoppiamento di corrente in array multi-LED.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Il colore è controllato attraverso bin di lunghezza d'onda: 2730 (627-630 nm), 3033 (630-633 nm), 3336 (633-636 nm) e 3639 (636-639 nm). Il valore tipico di 628 nm rientra nel bin 2730.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Curva IV e Flusso Luminoso Relativo

Il grafico Corrente Diretta vs. Tensione Diretta mostra una caratteristica relazione esponenziale. La curva Flusso Luminoso Relativo vs. Corrente Diretta dimostra che l'uscita luminosa aumenta in modo sub-lineare con la corrente, sottolineando l'importanza di pilotare alla corrente consigliata di 140mA per un'efficienza e una durata ottimali.

4.2 Dipendenza dalla Temperatura

Il grafico Flusso Luminoso Relativo vs. Temperatura di Giunzione mostra che l'uscita luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura, un comportamento tipico dei LED. La curva Tensione Diretta Relativa vs. Temperatura di Giunzione ha una pendenza negativa, il che significa che Vf diminuisce all'aumentare della temperatura, caratteristica che può essere utilizzata per il rilevamento della temperatura. Il grafico Spostamento Relativo della Lunghezza d'Onda indica un leggero aumento della lunghezza d'onda dominante (spostamento verso il rosso) con l'aumentare della temperatura.

4.3 Distribuzione Spettrale e Derating

Il grafico Distribuzione Spettrale Relativa conferma un'emissione stretta e piccata nella regione del rosso (~628 nm). La Curva di Derating della Corrente Diretta è critica per il design: mostra che la massima corrente continua ammissibile deve essere ridotta all'aumentare della temperatura del pad di saldatura (Ts). Ad esempio, alla massima Ts di 125°C, la massima If è 250 mA.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni Fisiche

Il LED ha un ingombro SMD standard 2020 (2.0mm x 2.0mm). L'altezza totale del package è di circa 0.7mm. Disegni meccanici dettagliati specificano tutte le dimensioni critiche, inclusa la dimensione della lente e il posizionamento del lead frame, con una tolleranza generale di ±0.1mm.

5.2 Layout Consigliato per i Pad di Saldatura

Viene fornito un disegno del land pattern per garantire una saldatura affidabile e prestazioni termiche ottimali. Il design include un pad termico centrale per un efficiente trasferimento di calore al PCB. Si raccomanda di aderire a questo layout per prevenire l'effetto "tombstoning" e garantire un corretto allineamento.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il LED è compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi. La massima temperatura di saldatura è 260°C per una durata non superiore a 30 secondi, secondo il profilo IPC/JEDEC J-STD-020. È classificato come Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) 2, il che significa che il dispositivo deve essere sottoposto a baking se esposto all'aria ambiente per più di un anno prima dell'uso. Devono essere seguite le corrette procedure di manipolazione ESD (Scarica Elettrostatica), poiché il dispositivo è valutato per 2kV Modello del Corpo Umano (HBM).

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

Il numero di parte segue una struttura specifica:2020 - SR - 140 - D - M - AM.

• 2020: Famiglia di prodotto (2.0mm x 2.0mm).
• SR: Colore (Super Rosso).
• 140: Corrente di Test in mA.
• D: Tipo di Lead Frame (placcatura in oro con colla riflettente bianca).
• M: Livello di Luminosità (Medio).
• AM: Designa applicazione Automobilistica.

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED è esplicitamente progettato per l'illuminazione automobilistica. Ciò include:

• Illuminazione Esterna:Terzo stop luce alto (CHMSL), fanali posteriori combinati (funzioni stop/posizione), luci di marcatura laterali.
• Illuminazione Interna:Retroilluminazione del cruscotto, illuminazione degli interruttori, illuminazione ambientale.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Pilotaggio della Corrente:Utilizzare un driver a corrente costante, non una sorgente a tensione costante, per garantire un'uscita luminosa stabile e prevenire la fuga termica. Il punto operativo raccomandato è 140mA.
• Gestione Termica:Il PCB deve essere progettato per dissipare efficacemente il calore. Utilizzare i valori di resistenza termica forniti (Rth JS) per calcolare l'aumento previsto della temperatura di giunzione in base alle prestazioni termiche della scheda e alle condizioni ambientali. Mantenere Tj ben al di sotto di 150°C.
• Ottica:L'angolo di visione di 120° è adatto per l'illuminazione di ampie aree. Per fasci focalizzati, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (lenti).
• Resistenza allo Zolfo:Il dispositivo soddisfa la Classe A1 del Test allo Zolfo, rendendolo adatto per ambienti con contaminazione atmosferica da zolfo.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED rossi standard, la variante "Super Rosso" offre una maggiore efficienza luminosa (più lumen per watt) e un colore rosso più saturo e profondo (lunghezza d'onda dominante più bassa intorno a 628nm vs. il rosso standard a 620-625nm o rosso ambra). La qualifica AEC-Q102, l'intervallo di temperatura esteso (-40°C a +125°C) e la resistenza allo zolfo sono differenziatori chiave che giustificano il suo uso in applicazioni automobilistiche rispetto a quelle di grado commerciale. L'uso di un lead frame placcato in oro (tipo "D") migliora la riflettività e l'affidabilità a lungo termine.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Posso pilotare questo LED a 250mA in modo continuo?

R: Puoi farlo, ma solo se la temperatura del pad di saldatura (Ts) è mantenuta a 25°C o inferiore, come per la curva di derating. Nella maggior parte delle applicazioni automobilistiche pratiche con temperature ambientali più elevate, il funzionamento continuo a 250mA probabilmente supererebbe i limiti termici. La corrente operativa raccomandata è 140mA.

D: Qual è la differenza tra resistenza termica "reale" ed "elettrica"?

R: La resistenza termica elettrica (Rth JS el) è misurata utilizzando il coefficiente di temperatura Vf del LED stesso come sensore. La resistenza termica reale (Rth JS real) è misurata con un sensore esterno. Il metodo elettrico è più comune per i LED. Il datasheet fornisce entrambi; per la maggior parte dei calcoli termici, utilizzare il valore "reale" (23 K/W) è più conservativo.

D: Come interpreto il binning del flusso luminoso per l'ordine?

R: Il numero di parte specifica un livello di luminosità Medio (M). Per un abbinamento preciso della luminosità in applicazioni critiche, potrebbe essere necessario specificare un particolare bin di flusso (E6, F7, F8) con il fornitore, poiché il grado standard "M" copre un intervallo.

11. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un CHMSL (Terzo Stop Luce Alto)

Un progettista necessita di 15 LED per un array CHMSL. Sceglie il 2020-SR140DM-AM per la sua luminosità, colore e grado automobilistico. Utilizzando la Vf tipica di 2.3V a 140mA, la caduta di tensione totale per una stringa in serie di 15 LED sarebbe di 34.5V, richiedendo un convertitore boost dal sistema a 12V del veicolo. In alternativa, potrebbero utilizzare stringhe in parallelo pilotate da un singolo driver a corrente costante con resistori di bilanciamento, selezionando attentamente LED dello stesso bin Vf (es. 2022) per garantire una luminosità uniforme. Il layout del PCB incorpora il pad di saldatura consigliato con una grande area di rame collegata al pad termico per lo smaltimento del calore. Viene eseguita una simulazione termica utilizzando l'Rth JS di 23 K/W e la massima temperatura ambientale prevista all'interno del lunotto posteriore (es. 85°C) per verificare che la temperatura di giunzione rimanga al di sotto di 110°C per una lunga durata.

12. Principio di Funzionamento

Questo è un diodo a emissione luminosa (LED) semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la sua tensione di banda (circa 2.3V), elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del chip semiconduttore (tipicamente basato su materiali AlInGaP per l'emissione rossa). Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica degli strati semiconduttori determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. La lente in epossidica incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e modella l'uscita luminosa per ottenere l'angolo di visione di 120 gradi.

13. Tendenze Tecnologiche

Il mercato dei LED automobilistici continua a evolversi verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), consentendo un consumo energetico inferiore e un carico termico ridotto. C'è anche una tendenza verso la miniaturizzazione (ingombro inferiore a 2020) per design delle luci più eleganti e l'integrazione di più chip (es. RGB) in singoli package per l'illuminazione adattiva. Inoltre, standard di affidabilità migliorati e test per nuovi fattori di stress come la luce laser in ambienti ricchi di LiDAR stanno diventando sempre più importanti. Il passaggio verso interfacce digitali standardizzate (es. SPI, I2C) per il controllo dei LED nei fari adattivi complessi (ADB) è un'altra tendenza significativa, sebbene questo particolare componente rimanga un dispositivo analogico pilotato a corrente.