Scheda Tecnica LED SMD Bicolore AlInGaP - Dimensioni del Package - Verde 2.0V / Arancione 2.0V - Potenza 75mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche tecniche per un LED (Light Emitting Diode) ad alta luminosità e bicolore a montaggio superficiale (SMD). Il dispositivo incorpora due distinti chip semiconduttori in AlInGaP (Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio) all'interno di un unico package, consentendo l'emissione di luce verde e arancione. È progettato per la compatibilità con processi di assemblaggio automatizzati e moderne tecniche di saldatura, rendendolo adatto per la produzione elettronica ad alto volume.

I vantaggi principali di questo prodotto includono la conformità alle normative ambientali (RoHS), l'utilizzo della tecnologia avanzata AlInGaP per una luminosità superiore e un formato di package standardizzato che garantisce un'ampia compatibilità con le attrezzature di posizionamento e saldatura del settore. I suoi mercati target principali includono l'elettronica di consumo, indicatori industriali, illuminazione interna automobilistica e varie applicazioni di segnalazione dove è richiesta un'indicazione bicolore affidabile.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito.

• Dissipazione di Potenza (P_d):75 mW per chip di colore a una temperatura ambiente (T_a) di 25°C. Superare questo valore rischia un sovraccarico termico.
• Corrente Diretta:La massima corrente continua in DC diretta (I_F) è 30 mA. Una corrente di picco diretta più alta di 80 mA è ammissibile solo in condizioni pulsate (duty cycle 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per prevenire il surriscaldamento.
• Derating della Corrente:La massima corrente continua diretta ammissibile diminuisce linearmente a un tasso di 0.4 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. Questa è una considerazione critica di progettazione per ambienti ad alta temperatura.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può causare il breakdown della giunzione.
• Intervalli di Temperatura:Il dispositivo può operare ed essere immagazzinato in un ampio intervallo di temperatura da -55°C a +85°C.
• Tolleranza alla Saldatura:Il LED può resistere alla saldatura a onda o a infrarossi a 260°C per 5 secondi, o alla saldatura a fase di vapore a 215°C per 3 minuti, confermando la sua robustezza per i processi standard di rifusione SMT.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (T_a=25°C, I_F=20 mA) e definiscono le prestazioni del dispositivo.

• Intensità Luminosa (I_V):Una misura chiave della luminosità. Il chip verde ha un'intensità tipica di 35.0 mcd (min. 18.0 mcd), mentre il chip arancione è significativamente più luminoso con un'intensità tipica di 90.0 mcd (min. 28.0 mcd). L'intensità è misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla risposta fotopica dell'occhio umano (curva CIE).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):Circa 130 gradi per entrambi i colori. Questo ampio angolo di visione indica un pattern di radiazione diffuso, adatto per applicazioni che richiedono visibilità da un'ampia gamma di angoli.
• Lunghezza d'Onda:La lunghezza d'onda dominante tipica (λ_d) del chip verde è 571 nm, con una lunghezza d'onda di picco di emissione (λ_p) a 574 nm. Il chip arancione emette a una λ_dtipica di 605 nm e λ_pdi 611 nm. La semilarghezza spettrale (Δλ) è di circa 15 nm per il verde e 17 nm per l'arancione, definendo la purezza del colore.
• Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 2.0 V per entrambi i colori a 20 mA, con un massimo di 2.4 V. Questa bassa tensione è compatibile con le comuni alimentazioni a livello logico.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 μA a 5 V di polarizzazione inversa, indicando una buona qualità della giunzione.
• Capacità (C):Tipicamente 40 pF a polarizzazione 0V e 1 MHz. Questo è rilevante per applicazioni di commutazione ad alta frequenza.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

I LED sono suddivisi in bin in base all'intensità luminosa e alla lunghezza d'onda dominante per garantire la coerenza nelle produzioni. I progettisti possono specificare i bin per ottenere un aspetto uniforme nei loro prodotti.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Per il chipVerde, i bin vanno da M (18.0-28.0 mcd) a Q (71.0-112.0 mcd). Per il chipArancione, i bin vanno da N (28.0-45.0 mcd) a R (112.0-180.0 mcd). Si applica una tolleranza di ±15% all'interno di ogni bin.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (Solo Verde)

I LED verdi sono ulteriormente suddivisi in bin per lunghezza d'onda dominante: Bin C (567.5-570.5 nm), Bin D (570.5-573.5 nm) e Bin E (573.5-576.5 nm), con una tolleranza di ±1 nm per bin. Ciò consente un abbinamento preciso del colore in applicazioni critiche.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene grafici specifici siano referenziati nella scheda tecnica (Fig.1, Fig.6), le curve tipiche per tali dispositivi illustrerebbero le seguenti relazioni:

• Curva I-V:Mostra la relazione esponenziale tra tensione diretta e corrente. La curva avrà un ginocchio distinto intorno al tipico V_Fdi 2.0V.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:L'intensità generalmente aumenta linearmente con la corrente nell'intervallo di funzionamento normale (fino alla corrente continua nominale).
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:L'intensità tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura a causa della ridotta efficienza quantistica interna. Il fattore di derating di 0.4 mA/°C è utilizzato per compensare elettricamente questo effetto.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico della potenza radiante relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra un singolo picco a λ_p(574nm per il verde, 611nm per l'arancione) con la semilarghezza specificata.

5. Informazioni Meccaniche & di Imballaggio

5.1 Dimensioni del Package e Polarità

Il dispositivo è conforme a un contorno di package SMD standard EIA. L'assegnazione dei pin è chiaramente definita: i pin 1 e 3 sono per il chip verde, mentre i pin 2 e 4 sono per il chip arancione. La lente è trasparente acqua. Tutte le tolleranze dimensionali sono ±0.10 mm salvo diversa specificazione.

5.2 Progetto Consigliato del Piazzola di Saldatura

Viene fornita una raccomandazione per il land pattern per garantire la formazione affidabile del giunto di saldatura, il corretto allineamento e una sufficiente resistenza meccanica durante e dopo il processo di rifusione. Rispettare questo pattern è cruciale per la resa produttiva.

6. Guida alla Saldatura & Assemblaggio

6.1 Profili di Saldatura a Rifusione

Vengono forniti profili suggeriti dettagliati sia per processi di saldatura standard (SnPb) che senza piombo (SnAgCu) utilizzando la rifusione a infrarossi (IR). I parametri chiave includono le zone di pre-riscaldamento, il tempo sopra il liquidus, la temperatura di picco (max 240°C consigliata) e le velocità di raffreddamento. Questi profili sono essenziali per prevenire lo shock termico e garantire connessioni di saldatura affidabili senza danneggiare il package del LED.

6.2 Immagazzinamento e Manipolazione

• Immagazzinamento:I LED dovrebbero essere immagazzinati in condizioni non superiori a 30°C e al 70% di umidità relativa. I componenti rimossi dalla loro confezione barriera all'umidità dovrebbero essere rifusi entro una settimana o sottoposti a baking prima dell'uso se immagazzinati più a lungo.
• Pulizia:Se necessario, la pulizia dovrebbe essere effettuata solo con solventi specificati come alcol etilico o alcol isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare la lente epossidica.
• Precauzioni ESD:Il dispositivo è sensibile alle scariche elettrostatiche. Le procedure di manipolazione includono l'uso di braccialetti a terra, tappetini antistatici e assicurarsi che tutte le attrezzature siano correttamente messe a terra.

7. Imballaggio & Informazioni d'Ordine

I LED sono forniti su nastro da 8mm standard del settore su bobine da 7 pollici di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Le specifiche del nastro e della bobina sono conformi a ANSI/EIA 481-1-A-1994. Le note chiave sull'imballaggio includono: le tasche vuote sono sigillate, una quantità d'ordine minima per i resti è di 500 pezzi e sono ammessi al massimo due componenti mancanti consecutivi per bobina.

8. Raccomandazioni Applicative

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED bicolore è ideale per indicatori di stato, retroilluminazione per pulsanti o icone, illuminazione del cruscotto automobilistico, display per elettrodomestici di consumo e segnali per pannelli di controllo industriali dove due stati distinti (es. acceso/standby, attivo/allarme) devono essere indicati dal colore.

8.2 Considerazioni di Progettazione del Circuito

Metodo di Pilotaggio:I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per garantire una luminosità uniforme quando si pilotano più LED in parallelo, èfortemente raccomandatoutilizzare un resistore limitatore di corrente separato in serie con ciascun LED (Modello Circuito A). Pilotare i LED in parallelo senza resistori individuali (Modello Circuito B) è sconsigliato, poiché piccole variazioni nella caratteristica della tensione diretta (V_F) tra i singoli LED possono portare a uno squilibrio significativo della corrente e a una luminosità non uniforme.

Il valore del resistore in serie (R_s) può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R_s= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F, dove I_Fè la corrente operativa desiderata (es. 20 mA).

9. Confronto Tecnico & Differenziazione

I fattori chiave di differenziazione di questo LED sono la suacapacità bicolore in un unico package SMD compattoe l'uso dellatecnologia AlInGaP. Rispetto a tecnologie più vecchie come il GaP standard, l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in una maggiore luminosità per la stessa corrente di ingresso. L'integrazione di due chip risparmia spazio sulla scheda e semplifica l'assemblaggio rispetto all'uso di due LED monocromatici separati.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare sia il chip verde che quello arancione simultaneamente alla loro massima corrente continua (30mA ciascuno)?

R: No. La massima dissipazione di potenza assoluta è 75 mW per chip. A 30 mA e un tipico V_Fdi 2.0V, la potenza per chip è 60 mW, che è entro i limiti. Tuttavia, pilotare entrambi simultaneamente a piena potenza genera 120 mW di calore totale in un package molto piccolo, il che probabilmente supera la capacità complessiva di dissipazione termica del dispositivo e del PCB. Consultare le curve di derating termico e considerare correnti di pilotaggio inferiori o un funzionamento pulsato per entrambi i colori simultaneamente.

D: Perché è necessario un resistore limitatore di corrente separato per ogni LED in parallelo?

R: La tensione diretta (V_F) dei LED ha una variazione naturale, anche all'interno dello stesso bin. In una connessione parallela senza resistori individuali, il LED con la V_Fleggermente inferiore assorbirà una quantità sproporzionata di corrente, diventando più luminoso e caldo, potenzialmente portando al guasto e spostando più corrente sui LED rimanenti in un effetto a cascata. I resistori in serie assicurano che la corrente sia impostata principalmente dal valore del resistore e dalla tensione di alimentazione, rendendo il sistema molto più stabile e affidabile.

D: Cosa significa lente "trasparente acqua" per l'aspetto del colore?

R: Una lente trasparente acqua (non diffusa) non disperde la luce internamente. Ciò risulta in un aspetto più focalizzato, a "punto caldo" quando vista direttamente sull'asse, con la struttura del chip spesso visibile. Massimizza l'intensità luminosa assiale ma fornisce un "punto ottimale" di visione più stretto rispetto a una lente diffusa (lattea) che disperde la luce per un angolo di visione più ampio e uniforme con una struttura del chip meno visibile.

11. Studio di Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Progettazione di un indicatore a doppio stato per un dispositivo portatile. Il verde indica "Carica Completa" e l'arancione indica "In Carica". Il dispositivo è alimentato da una linea a 3.3V.

Passi di Progettazione:

1. Selezione della Corrente:Scegliere una corrente di pilotaggio. Per una buona visibilità e longevità, si selezionano 15 mA, ben al di sotto del massimo di 30 mA.

2. Calcolo del Resistore:

- Per il Verde: R_{s_verde}= (3.3V - 2.0V) / 0.015 A = 86.7 Ω. Utilizzare un resistore standard da 86.6 Ω (1%) o 91 Ω (5%).

- Per l'Arancione: R_{s_arancione}= (3.3V - 2.0V) / 0.015 A = 86.7 Ω. Utilizzare lo stesso valore.

3. Circuito:Collegare l'anodo verde (pin 1 o 3) alla linea 3.3V tramite un transistor/MOSFET controllato dal segnale logico "caricato", con il resistore da 87Ω in serie. Collegare l'anodo arancione (pin 2 o 4) in modo simile, controllato dal segnale "in carica". Collegare tutti i catodi a massa.

4. Layout:Seguire il layout consigliato per le piazzole di saldatura. Assicurarsi che il PCB abbia un'area di rame sufficiente attorno alle piazzole del LED per fungere da dissipatore di calore, specialmente se entrambi i LED potrebbero essere accesi brevemente durante le transizioni di stato.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

L'AlInGaP è un composto semiconduttore III-V utilizzato nella regione attiva di LED ad alta luminosità che emettono nello spettro del rosso, arancione, giallo e verde. Regolando i rapporti di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo, il bandgap del materiale può essere progettato con precisione, il che determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. Quando viene applicata una tensione diretta attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni. L'efficienza di questa ricombinazione radiativa nell'AlInGaP è molto alta, portando a un'efficienza luminosa superiore rispetto alle tecnologie più vecchie. Il package bicolore ospita due di questi chip semiconduttori indirizzabili indipendentemente montati su un lead frame e incapsulati in una lente epossidica trasparente.

13. Tendenze & Sviluppi del Settore

Il settore dell'optoelettronica continua a spingere per una maggiore efficienza (più lumen per watt), un miglioramento della resa cromatica e una maggiore miniaturizzazione. Mentre l'AlInGaP domina lo spettro visibile a lunghezza d'onda lunga, la tecnologia InGaN (Nitruro di Indio e Gallio) è prevalente per i LED blu, verdi e bianchi. Le tendenze rilevanti per questo prodotto includono l'adozione crescente di processi di saldatura senza piombo (affrontati dal profilo fornito), la richiesta di footprint di package più piccoli con potenza ottica mantenuta o aumentata e l'integrazione di funzionalità più complesse (come circuiti integrati integrati per LED RGB indirizzabili) nei package LED. L'enfasi sull'affidabilità e sui test standardizzati per applicazioni automobilistiche e industriali guida anche procedure di binning e qualificazione più rigorose per componenti come questo LED bicolore.