Specifica Tecnica LED Flip Chip Serie T12 - 10W Bianco - 9 LED in Serie - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie T12 rappresenta un modulo LED ad alta potenza per montaggio superficiale (SMD) che utilizza la tecnologia flip-chip. Questo documento dettaglia le specifiche per una variante da 10W a luce bianca configurata con 9 chip LED collegati in serie. Il design flip-chip offre prestazioni termiche e affidabilità superiori grazie all'attacco diretto del die semiconduttore al substrato, migliorando la dissipazione del calore e riducendo la resistenza termica.

Questo modulo LED è progettato per applicazioni che richiedono un'elevata emissione luminosa e prestazioni robuste, come l'illuminazione industriale, apparecchi per alti soffitti, illuminazione di aree esterne e apparecchi specializzati. La configurazione in serie semplifica la progettazione dell'alimentatore, richiedendo una tensione diretta più elevata a corrente controllata.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti (T_s=25°C)

I seguenti parametri definiscono i limiti operativi oltre i quali può verificarsi un danno permanente al LED. Queste non sono condizioni operative consigliate.

• Corrente Diretta (I_F):700 mA (CC)
• Corrente Diretta Impulsiva (I_FP):700 mA (Larghezza impulso ≤10ms, Ciclo di lavoro ≤1/10)
• Potenza Dissipata (P_D):20300 mW (20.3W)
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +100°C
• Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-40°C a +100°C
• Temperatura di Giunzione (T_j):125°C (Massima)
• Temperatura di Saldatura (T_sld):Saldatura a rifusione a 230°C o 260°C per un massimo di 10 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche (T_s=25°C)

Questi sono i valori tipici e massimi in condizioni di test specificate, che rappresentano le prestazioni attese.

• Tensione Diretta (V_F):Tipica 27V, Massima 29V (a I_F=350mA). L'elevata tensione è dovuta alla configurazione a 9 elementi in serie.
• Tensione Inversa (V_R):5V (Massima)
• Corrente Inversa (I_R):100 µA (Massima) a V_R=5V.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130° (Tipico). Questo indica un fascio ampio adatto per l'illuminazione di aree.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

3.1 Binning della Temperatura di Colore Correlata (CCT)

Il prodotto è offerto in bin CCT standard. Ogni bin corrisponde a una specifica regione di cromaticità sul diagramma CIE, garantendo la coerenza del colore all'interno di un lotto. Le opzioni di ordinazione standard sono:

• 2700K:Regioni di cromaticità 8A, 8B, 8C, 8D (Bianco Caldo)
• 3000K:Regioni di cromaticità 7A, 7B, 7C, 7D (Bianco Caldo)
• 3500K:Regioni di cromaticità 6A, 6B, 6C, 6D (Bianco Neutro)
• 4000K:Regioni di cromaticità 5A, 5B, 5C, 5D (Bianco Neutro)
• 4500K:Regioni di cromaticità 4A, 4B, 4C, 4D, 4R, 4S, 4T, 4U (Bianco Freddo)
• 5000K:Regioni di cromaticità 3A, 3B, 3C, 3D, 3R, 3S, 3T, 3U (Bianco Freddo)
• 5700K:Regioni di cromaticità 2A, 2B, 2C, 2D, 2R, 2S, 2T, 2U (Luce diurna)
• 6500K:Regioni di cromaticità 1A, 1B, 1C, 1D, 1R, 1S, 1T, 1U (Luce diurna)

Nota: Il binning definisce l'intervallo ammissibile delle coordinate di colore, non un singolo punto.

3.2 Binning del Flusso Luminoso

Il flusso luminoso è classificato in bin basati sui valori minimi a una corrente di test di 350mA. Il flusso effettivo può superare il valore minimo ordinato ma rimarrà all'interno del bin CCT specificato.

• Bianco Caldo (2700K-3700K), CRI ≥70:
  • Codice 3H: 800 lm (Min), 900 lm (Tip)
  • Codice 3J: 900 lm (Min), 1000 lm (Tip)
• Bianco Neutro (3700K-5000K), CRI ≥70:
  • Codice 3H: 800 lm (Min), 900 lm (Tip)
  • Codice 3J: 900 lm (Min), 1000 lm (Tip)
• Bianco Freddo (5000K-10000K), CRI ≥70:
  • Codice 3J: 900 lm (Min), 1000 lm (Tip)
  • Codice 3K: 1000 lm (Min), 1100 lm (Tip)

Tolleranze:Flusso luminoso: ±7%; CRI (Indice di resa cromatica): ±2; Coordinate cromatiche: ±0.005.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

La curva I-V è non lineare, tipica di un diodo. Alla corrente operativa consigliata di 350mA, la tensione diretta tipica è 27V. La curva mostra che un piccolo aumento della tensione oltre il ginocchio porta a un rapido aumento della corrente, evidenziando l'importanza di un'alimentazione a corrente costante per un funzionamento stabile e una lunga durata.

4.2 Corrente Diretta vs. Flusso Luminoso Relativo

Questa curva dimostra la relazione tra corrente di pilotaggio e emissione luminosa. Il flusso luminoso aumenta approssimativamente in modo lineare con la corrente nell'intervallo operativo normale. Tuttavia, pilotare il LED a correnti superiori a quelle consigliate (es. 700mA) può portare a rendimenti decrescenti in efficienza (efficacia in lm/W) e aumentare significativamente la temperatura di giunzione, accelerando il decadimento del flusso e riducendo la durata di vita.

4.3 Temperatura di Giunzione vs. Potenza Spettrale Relativa

All'aumentare della temperatura di giunzione (T_j), la distribuzione della potenza spettrale di un LED bianco (tipicamente un die blu con fosforo) può spostarsi. Questo si manifesta spesso come una diminuzione della potenza radiante a determinate lunghezze d'onda e un potenziale cambiamento nella temperatura di colore correlata (CCT). Una gestione termica efficace è cruciale per mantenere colore ed emissione luminosa stabili nel tempo.

4.4 Distribuzione della Potenza Spettrale Relativa

La curva spettrale per un LED bianco mostra un picco dominante nella regione blu (dal chip InGaN) e una banda di emissione più ampia nella regione gialla/verde/rossa (dal rivestimento al fosforo). La forma esatta determina la CCT e il CRI. Un'emissione del fosforo più ampia e uniforme contribuisce a un CRI più elevato.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Disegno del Contorno del Package

Le dimensioni fisiche del modulo LED sono fornite nel diagramma della scheda tecnica. Le caratteristiche meccaniche chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive, nonché la posizione e le dimensioni dei pad di saldatura. Il package è progettato per l'assemblaggio con tecnologia a montaggio superficiale (SMT).

5.2 Schema Pad Consigliato e Progetto dello Stencil

Vengono forniti disegni dettagliati per il land pattern PCB (impronta) e lo stencil per pasta saldante. Il rispetto di queste raccomandazioni è fondamentale per ottenere una corretta formazione del giunto di saldatura, un allineamento preciso e un attacco meccanico affidabile. Il progetto del pad garantisce la corretta connessione elettrica e favorisce il trasferimento di calore dal LED al PCB. La tolleranza per queste dimensioni è tipicamente ±0.10mm.

Identificazione della Polarità:I terminali anodo (+) e catodo (-) sono chiaramente marcati sul package o indicati nel diagramma dell'impronta. La polarità corretta è essenziale per il funzionamento.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Il LED è compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi o a convezione. La temperatura massima ammissibile del corpo durante la saldatura è di 230°C o 260°C, con il tempo di esposizione alla temperatura di picco non superiore a 10 secondi. È fondamentale seguire un profilo di temperatura che preriscalda adeguatamente l'assemblaggio per minimizzare lo shock termico.

6.2 Precauzioni per la Manipolazione e lo Stoccaggio

• Sensibilità ESD:I LED sono dispositivi sensibili alle scariche elettrostatiche. Utilizzare le opportune precauzioni ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio.
• Sensibilità all'Umidità:Il package può avere un livello di sensibilità all'umidità (MSL). Se specificato, attenersi ai requisiti di essiccazione e tempo di permanenza in linea prima della rifusione.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto e buio nell'intervallo di temperatura specificato (-40°C a +100°C). Evitare l'esposizione a gas corrosivi.
• Pulizia:Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, utilizzare solventi e metodi compatibili che non danneggino la lente del LED o il materiale in silicone.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Illuminazione per Alti Soffitti e Industriale:Sfrutta l'elevata emissione luminosa e la costruzione robusta.
• Illuminazione di Aree Esterne:Lampioni stradali, luci per parcheggi, illuminazione per stadi.
• Apparecchi Specializzati ad Alto Flusso:Luci per coltivazione (grow light), proiettori, luci per palcoscenico.
• Illuminazione Architetturale e Commerciale:Dove sono prioritarie l'alta efficienza e la lunga durata.

7.2 Considerazioni di Progetto

• Gestione Termica:Questo è il fattore più critico per le prestazioni e la durata. Progettare il PCB e il dissipatore per mantenere la temperatura di giunzione del LED (T_j) ben al di sotto del valore massimo di 125°C, idealmente sotto gli 85°C per una durata ottimale. Utilizzare via termiche, PCB a nucleo metallico (MCPCB) o raffreddamento attivo secondo necessità.
• Corrente di Pilotaggio:Utilizzare un alimentatore LED a corrente costante dimensionato per l'intervallo di tensione richiesto (basato su V_F). Si consiglia di operare alla o al di sotto della corrente tipica di 350mA per un buon equilibrio tra emissione, efficienza e durata. Ridurre la corrente aumenta significativamente la durata di vita.
• Progetto Ottico:L'ampio angolo di visione di 130° potrebbe richiedere ottiche secondarie (lenti, riflettori) per ottenere il fascio luminoso desiderato per l'applicazione.
• Protezione Elettrica:Considerare la protezione contro la polarità inversa, i transitori di sovratensione e le scariche elettrostatiche (ESD) sulle linee di ingresso.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

LED Flip-Chip vs. LED Tradizionale con Bonding a Fili:

• Prestazioni Termiche:L'attacco flip-chip fornisce un percorso termico più breve e diretto dalla giunzione attiva al substrato/dissipatore, risultando in una resistenza termica inferiore (R_th). Ciò consente correnti di pilotaggio più elevate o una durata di vita migliorata a parità di corrente.
• Affidabilità:Elimina i bonding a filo, che possono essere punti di guasto a causa di cicli termici, vibrazioni o elettromigrazione.
• Distribuzione di Corrente:Spesso incorpora uno strato di distribuzione della corrente migliore sotto il die, portando a un'emissione luminosa più uniforme e potenzialmente a un'efficienza più elevata.
• Progetto Ottico:Può consentire un package più compatto o diverse caratteristiche di estrazione della luce.

Configurazione in Serie (9 in Serie):Semplifica la progettazione dell'alimentatore per applicazioni ad alta tensione e bassa corrente, spesso migliorando l'efficienza dell'alimentatore rispetto al pilotaggio di più stringhe in parallelo.

9. Domande Frequenti (FAQ)

9.1 Qual è la corrente operativa consigliata?

La scheda tecnica specifica le caratteristiche a 350mA, che è il punto operativo tipico consigliato. Può essere pilotato fino al massimo assoluto di 700mA, ma ciò aumenterà significativamente la temperatura di giunzione e ridurrà la durata di vita. Per una durata ed efficienza ottimali, si consiglia di operare alla o al di sotto di 350mA.

9.2 Perché la tensione diretta è così alta (~27V)?

Il modulo contiene 9 chip LED individuali collegati in serie. Le tensioni dirette di ciascun chip si sommano. Un tipico chip LED bianco ha una V_Fdi circa 3V; 9 * 3V = 27V.

9.3 Come seleziono il bin CCT corretto?

Scegliere la CCT nominale (es. 4000K) in base all'atmosfera e alla resa cromatica richieste dalla tua applicazione. Le relative regioni di cromaticità (es. 5A-5D) garantiscono la coerenza del colore. Per applicazioni critiche di abbinamento colore, richiedere un binning più stretto o selezionare da un singolo lotto di produzione.

9.4 Quale dissipatore è necessario?

Il dissipatore richiesto dipende dalla corrente operativa, dalla temperatura ambiente, dalla T_jdesiderata e dalla resistenza termica del tuo PCB e dei materiali di interfaccia. È necessario eseguire un calcolo termico basato sulla potenza totale dissipata (V_F* I_F) e sulla resistenza termica target da giunzione ad ambiente (R_θJA).

9.5 Posso usare la PWM per la regolazione?

Sì, la modulazione a larghezza di impulso (PWM) è un metodo efficace per la regolazione dell'intensità dei LED. Assicurarsi che la frequenza PWM sia sufficientemente alta (tipicamente >100Hz) per evitare lo sfarfallio visibile. L'alimentatore dovrebbe essere progettato per l'ingresso PWM o avere un'interfaccia di regolazione dedicata.

10. Studio di Caso Pratico di Progetto

Scenario:Progettazione di un apparecchio per alti soffitti da 100W utilizzando più moduli T12.

Fasi di Progetto:

1. Numero di Moduli:Obiettivo 100W totali. Ogni modulo a 350mA consuma ~9.45W (27V * 0.35A). Utilizzare 10 moduli per ~94.5W.
2. Selezione dell'Alimentatore:Necessario un alimentatore a corrente costante per 10 moduli collegati in serie. Intervallo di tensione di uscita richiesto: 10 * (27V a 29V) = 270V a 290V. Corrente richiesta: 350mA. Selezionare un alimentatore dimensionato per >290V, 350mA.
3. Progetto Termico:Dissipazione totale ~94.5W. Utilizzare un PCB a nucleo metallico (MCPCB) montato su un grande dissipatore in alluminio. Calcolare la R_θSArichiesta (dissipatore-ambiente) in base alla temperatura ambiente massima (es. 50°C) e alla T_jtarget (es. 90°C), tenendo conto della R_θJCe della R_θCSdel LED e dell'interfaccia.
4. Ottica:Per un apparecchio per alti soffitti, è spesso desiderato un angolo del fascio medio (es. 60°-90°). Selezionare lenti secondarie o riflettori compatibili con l'impronta del modulo per restringere il fascio dall'angolo nativo di 130°.
5. Layout PCB:Seguire il layout pad consigliato. Assicurare tracce in rame spesse per il trasporto di corrente. Implementare pattern di alleggerimento termico per la saldatura ma massimizzare il riempimento in rame per la diffusione del calore.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

Tecnologia LED Flip-Chip:In un LED convenzionale, gli strati semiconduttori vengono cresciuti su un substrato e le connessioni elettriche sono realizzate tramite bonding a fili sulla parte superiore del die. In un design flip-chip, dopo la crescita, il die viene "capovolto" e saldato direttamente su un substrato portante (come un sotto-montaggio in ceramica o silicio) utilizzando bump di saldatura. Ciò posiziona la regione attiva di emissione della luce più vicina al percorso termico. La luce viene emessa attraverso il substrato (che deve essere trasparente, come lo zaffiro) o lateralmente se il substrato viene rimosso. Questa struttura migliora la dissipazione del calore, consente una maggiore densità di corrente e aumenta l'affidabilità eliminando i fragili bonding a filo.

Generazione della Luce Bianca:La maggior parte dei LED bianchi utilizza un chip in nitruro di gallio e indio (InGaN) che emette luce blu. Parte della luce blu viene assorbita da uno strato di materiale fosforo (tipicamente granato di alluminio e ittrio drogato con cerio, YAG:Ce) applicato sul chip o intorno ad esso. Il fosforo converte parte della luce blu in luce gialla. La miscela della luce blu residua e della luce gialla generata è percepita dall'occhio umano come bianca. La regolazione della composizione e dello spessore del fosforo controlla la CCT e il CRI.

12. Tendenze e Sviluppi del Settore

Crescita dell'Efficienza (lm/W):La tendenza principale continua ad essere l'aumento dell'efficienza luminosa, riducendo l'energia richiesta per unità di luce. Ciò si ottiene attraverso miglioramenti nell'efficienza quantica interna (IQE), nell'efficienza di estrazione della luce e nell'efficienza di conversione del fosforo.

Alta Densità di Potenza e Miniaturizzazione:C'è una spinta verso l'inserimento di più lumen in package più piccoli, guidata da applicazioni come fari automobilistici, micro-proiettori e apparecchi ultra-compatti. Le tecnologie flip-chip e chip-scale package (CSP) sono abilitanti chiave.

Miglioramento della Qualità e della Coerenza del Colore:La domanda di alto CRI (Ra >90, R9 >50) e di punto colore coerente tra lotti e nel tempo è in aumento, specialmente nell'illuminazione per retail, musei e sanità.

Affidabilità e Durata di Vita:Focus sulla comprensione e mitigazione dei meccanismi di guasto in condizioni di stress ad alta temperatura, alta umidità e alta corrente per garantire durate di vita L70/B50 più lunghe (tempo per il mantenimento del 70% del flusso luminoso per il 50% della popolazione).

Illuminazione Intelligente e Connessa:L'integrazione di elettronica di controllo, sensori e interfacce di comunicazione direttamente con i moduli LED sta diventando più comune, abilitando sistemi di illuminazione basati su IoT.

Spettri Specializzati:Sviluppo di LED con emissioni spettrali personalizzate per l'illuminazione centrata sull'uomo (HCL), l'orticoltura (luci per coltivazione) e applicazioni mediche.