Scheda Tecnica LED ELAT07-KB4050J5J7293910-F1S - Package 7.0x?x?mm - Tensione 2.95-3.95V - Potenza 3.85W - Bianco Freddo 4000-5000K - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'ELAT07-KB4050J5J7293910-F1S è un LED ad alte prestazioni per montaggio superficiale, progettato per applicazioni che richiedono un'elevata emissione luminosa in un fattore di forma compatto. Questo dispositivo utilizza la tecnologia a chip InGaN per produrre luce bianca fredda con una temperatura di colore correlata (CCT) compresa tra 4000K e 5000K. La sua filosofia progettuale principale si concentra sul raggiungimento di un'elevata efficienza ottica all'interno di un package ridotto, rendendolo adatto a soluzioni di illuminazione esigenti ma con vincoli di spazio.

I vantaggi principali di questo LED includono un flusso luminoso tipico di 220 lumen a una corrente diretta di 1000mA, che si traduce in un'efficienza ottica di circa 60,27 lumen per watt. Incorpora una robusta protezione ESD, conforme allo standard JEDEC JS-001-2017 (Human Body Model) fino a 8kV, migliorando la sua affidabilità durante la manipolazione e l'assemblaggio. Il dispositivo è pienamente conforme alle direttive RoHS, REACH e prive di alogeni, soddisfacendo gli standard ambientali e di sicurezza moderni.

Il mercato target per questo componente è ampio, comprendendo l'elettronica di consumo, l'illuminazione professionale e le applicazioni automotive. Il suo profilo di elevata luminosità ed efficienza lo rende particolarmente adatto per ruoli in cui sia le prestazioni che la miniaturizzazione sono critiche.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I valori massimi assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi non sono condizioni operative.

• Corrente Diretta Continua (Modalità Torcia): 350 mA. Questa è la massima corrente continua consigliata per un funzionamento prolungato.
• Corrente di Picco Impulsiva: 1000 mA. Questo valore si applica in condizioni impulsive specifiche (400ms acceso, 3600ms spento, per 30000 cicli), tipiche per applicazioni di flash fotocamera.
• Resistenza ESD (HBM): 8000 V. Questo elevato livello di protezione salvaguarda il LED dalle scariche elettrostatiche durante la produzione e la manipolazione.
• Tensione Inversa: Nota 1. La scheda tecnica dichiara esplicitamente che questi LED non sono progettati per funzionare in polarizzazione inversa. L'applicazione di una tensione inversa può causare un guasto immediato.
• Temperatura di Giunzione (Tj): 125 °C. La massima temperatura ammissibile alla giunzione del semiconduttore.
• Temperatura di Funzionamento & Conservazione: rispettivamente -40°C a +85°C e -40°C a +100°C, indicando un'ampia tolleranza ambientale.
• Temperatura di Saldatura: 260 °C. Questa è la temperatura di picco consentita durante i processi di saldatura a rifusione.
• Angolo di Visione (2θ1/2): 120 gradi. Questo ampio angolo di visione caratterizza un pattern di emissione quasi-Lambertiano, fornendo un'illuminazione ampia e uniforme.
• Dissipazione di Potenza (Modalità Impulsiva): 3,85 W. La massima potenza che il package può gestire in condizioni impulsive.
• Resistenza Termica (Rth): 8,5 °C/W. Questo parametro è cruciale per la progettazione della gestione termica. Indica l'incremento di temperatura per watt di potenza dissipata, dalla giunzione al pad di saldatura o al case.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni tipiche (Tpad di saldatura = 25°C) e rappresentano le prestazioni del dispositivo.

• Flusso Luminoso (Iv): Minimo 180 lm, Tipico 220 lm a IF=1000mA. La tolleranza di misura è ±10%.
• Tensione Diretta (VF): Varia da 2,95V a 3,95V a 1000mA, con una tolleranza di misura di ±0,1V. La VF effettiva è suddivisa in bin, come dettagliato nella sezione 3.
• Temperatura di Colore (CCT): Da 4000K a 5000K, definendo la regione del bianco freddo.
• Indice di Resa Cromatica (CRI): ≥80. Ciò indica una buona resa cromatica, adatta per l'illuminazione generale dove l'accuratezza del colore è importante.
• Tutti i dati elettrici e ottici sono testati in condizioni di impulso da 50msper minimizzare gli effetti di autoriscaldamento e fornire misurazioni consistenti e comparabili.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino requisiti applicativi specifici per luminosità, tensione e colore.

3.1 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è categorizzata in tre bin, identificati da un codice a 4 cifre (es. 2932, 3235, 3539). Il codice rappresenta la tensione minima e massima in decimi di volt.

• Bin 2932: VF = 2,95V a 3,25V
• Bin 3235: VF = 3,25V a 3,55V
• Bin 3539: VF = 3,55V a 3,95V

Il numero di parte specifico "KB4050J5J7293910" indica che il bin di tensione è "29", corrispondente al bin 2932 (min 2,95V).

3.2 Binning del Flusso Luminoso

Il flusso luminoso è suddiviso in bin utilizzando un codice lettera-numero (es. J5, J6, J7).

• Bin J5: Iv = 180 lm a 200 lm
• Bin J6: Iv = 200 lm a 250 lm
• Bin J7: Iv = 250 lm a 300 lm

Il numero di parte specifica "J5", collocandolo nel bin 180-200 lm a 1000mA.

3.3 Binning della Cromaticità (Colore)

Il colore è definito sul diagramma di cromaticità CIE 1931. Il numero di parte include "4050", che si riferisce a un bin di colore specifico all'interno dell'intervallo CCT 4000K-5000K. La scheda tecnica fornisce le coordinate angolari (CIE-x, CIE-y) di questo bin: (0,344, 0,336), (0,347, 0,375), (0,389, 0,403) e (0,376, 0,355). La tolleranza di misura per le coordinate cromatiche è ±0,01. I bin di colore sono definiti a IF=1000mA.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Distribuzione Spettrale Relativa

La curva di distribuzione della potenza spettrale mostra un picco di lunghezza d'onda dominante (λp) nella regione blu (tipicamente attorno a 450-455nm per un LED bianco a conversione di fosforo), con un'ampia emissione secondaria nella regione gialla/verde/rossa dal fosforo. Questa combinazione produce la luce bianca fredda. La curva conferma l'affermazione CRI ≥80, poiché lo spettro ha un'emissione significativa su tutto l'intervallo visibile piuttosto che solo picchi stretti.

4.2 Diagrammi di Radiazione Tipici

I grafici del pattern di radiazione polare per entrambi i piani orizzontale e verticale confermano la distribuzione di tipo Lambertiano con un angolo di visione di 120 gradi. L'intensità luminosa relativa è quasi identica in entrambi i piani, indicando un'emissione simmetrica, ideale per un'illuminazione d'area uniforme.

4.3 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta

Questa curva mostra la relazione non lineare tra VF e IF. All'aumentare della corrente da 0 a 1200mA, la tensione diretta aumenta. La curva è essenziale per la progettazione del driver, poiché aiuta a determinare la tensione di alimentazione richiesta e la dissipazione di potenza a diverse correnti operative.

4.4 Flusso Luminoso Relativo vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra la dipendenza dell'emissione luminosa dalla corrente di pilotaggio. Il flusso luminoso aumenta in modo sub-lineare con la corrente a causa dell'efficienza droop e degli effetti di riscaldamento della giunzione, anche in misurazione impulsiva. La curva è critica per applicazioni come i flash fotocamera dove massimizzare l'emissione luminosa in un breve impulso è fondamentale.

4.5 Temperatura di Colore Correlata vs. Corrente Diretta

La CCT mostra una variazione con la corrente di pilotaggio. Può aumentare o diminuire leggermente a seconda del comportamento del sistema di fosforo con la densità di corrente e la temperatura. Questo grafico è importante per applicazioni che richiedono una temperatura di colore stabile a diverse impostazioni di luminosità.

Nota: Tutti i dati di correlazione sono testati con una gestione termica superiore utilizzando un circuito stampato a nucleo metallico (MCPCB) da 1cm², evidenziando l'importanza del dissipatore per ottenere le prestazioni indicate in scheda tecnica.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il LED è fornito in un package per montaggio superficiale (SMD). Sebbene le dimensioni esatte di lunghezza e larghezza dal disegno non siano completamente specificate nel testo fornito, il tipo di package è ELAT07. Il disegno include dimensioni critiche come le dimensioni dei pad, il loro posizionamento e il contorno generale, con tolleranze standard di ±0,1mm salvo diversa indicazione. Un corretto design dei pad sul PCB è essenziale per una saldatura affidabile, stabilità meccanica e prestazioni termiche ed elettriche ottimali.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Saldatura a Rifusione

La massima temperatura di saldatura consentita è 260°C e il dispositivo può resistere a un massimo di 3 cicli di rifusione. Dovrebbero essere utilizzati profili di rifusione standard senza piombo con una temperatura di picco inferiore a 260°C. Il Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) JEDEC è classificato come Livello 1, il che significa che il dispositivo ha una durata a terra illimitata a ≤30°C/85% UR e può essere conservato senza imballaggio a secco. Tuttavia, deve resistere a 168 ore di immersione a 85°C/85% UR prima della rifusione, che è un test di precondizionamento standard.

6.2 Gestione Termica

Con una resistenza termica (Rth) di 8,5 °C/W, un efficace dissipatore di calore è obbligatorio, specialmente quando si opera ad alte correnti come 1000mA. La scheda tecnica nota che tutti i test di affidabilità sono eseguiti utilizzando un MCPCB da 1,0cm². Per una durata e prestazioni ottimali, la temperatura di giunzione dovrebbe essere mantenuta il più bassa possibile e il funzionamento alla massima temperatura di giunzione di 125°C dovrebbe essere evitato per periodi superiori a un'ora. La dissipazione di potenza deve essere calcolata (Pd = VF * IF) e gestita di conseguenza.

6.3 Manipolazione e Conservazione

La temperatura di conservazione varia da -40°C a +100°C. Durante la manipolazione dovrebbero essere seguite le normali precauzioni ESD a causa della struttura semiconduttrice sensibile, nonostante la protezione ESD integrata da 8kV.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

I LED sono forniti in imballaggio resistente all'umidità. Sono caricati in nastri portacomponenti, con una quantità standard caricata di 2000 pezzi per bobina. La quantità minima di imballaggio è di 1000 pezzi. L'etichettatura del prodotto sulla bobina include diversi campi chiave: Numero Prodotto Cliente (CPN), Numero di Parte del produttore (P/N), Numero di Lotto, Quantità di Imballaggio (QTY) e i codici bin specifici per Flusso Luminoso (CAT), Colore (HUE) e Tensione Diretta (REF). Viene indicato anche il livello MSL. Le dimensioni del nastro portacomponenti e della bobina sono fornite in millimetri nei disegni della scheda tecnica.

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Flash/Strobe per Fotocamera di Telefono Mobile: L'elevata capacità di corrente impulsiva (1000mA) e l'alto flusso luminoso rendono questo LED ideale per applicazioni di flash fotocamera, fornendo un'illuminazione brillante per la fotografia.
• Luce Torcia per Video Digitale: Può essere utilizzato come luce video a luminosità costante o variabile.
• Illuminazione Generale Interna: Adatto per faretti, pannelli luminosi e altri apparecchi che richiedono una sorgente luminosa compatta e ad alta emissione.
• Retroilluminazione: Per display TFT-LCD che richiedono alta luminosità.
• Illuminazione Automotive: Per luci interne mappa, luci cupola o luci ausiliarie esterne, previo soddisfacimento di specifici standard di qualifica automotive.
• Illuminazione Decorativa e Architettonica: Per illuminazione d'accento, luci per scale e indicatori di orientamento.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Selezione del Driver: Scegliere un driver LED a corrente costante compatibile con l'intervallo di tensione diretta (2,95V-3,95V) e in grado di fornire la corrente richiesta (es. 350mA continua, 1000mA impulsiva).
• Layout del PCB: Assicurarsi che i pad del PCB corrispondano alla raccomandazione della scheda tecnica. Utilizzare un PCB termicamente conduttivo (come MCPCB o FR4 con via termiche) e un'adeguata area di rame per dissipare efficacemente il calore. Il percorso termico dai pad di saldatura del LED al dissipatore deve essere a bassa resistenza.
• Progettazione Ottica: L'angolo di visione di 120 gradi potrebbe richiedere ottiche secondarie (lenti, riflettori) per ottenere il pattern di fascio desiderato per applicazioni specifiche come faretti o flash.
• Protezione Elettrica: Sebbene il LED abbia un'alta protezione ESD, incorporare diodi di soppressione di tensione transiente (TVS) o altri circuiti di protezione sul PCB è una buona pratica per la robustezza in ambienti ostili.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sebbene un confronto diretto fianco a fianco con altri modelli non sia fornito in questa scheda tecnica, le caratteristiche chiave di differenziazione di questo LED possono essere dedotte:

• Alta Efficienza in Package Ridotto: 60,27 lm/W a 1A è un'efficienza competitiva per un LED SMD ad alta corrente.
• Protezione ESD Robusta: La protezione 8kV HBM è superiore a molti LED standard, migliorando l'affidabilità.
• Binning Completo: Un binning stretto su flusso, tensione e colore garantisce coerenza nelle serie di produzione, fondamentale per array multi-LED dove l'uniformità è importante.
• Opzione ad Alto CRI: Viene offerto un CRI ≥80, vantaggioso per applicazioni di illuminazione dove la qualità del colore è importante, rispetto ai tipici LED con CRI 70.
• Prestazioni in Impulso: Caratterizzato e valutato per alte correnti impulsive, rendendolo progettato appositamente per applicazioni flash.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo LED a 1000mA in modo continuo?

R: No. Il Valore Massimo Assoluto per la Corrente Diretta Continua (Modalità Torcia) è 350mA. Il valore di 1000mA è solo per funzionamento impulsivo (400ms acceso, 3600ms spento). Il funzionamento continuo a 1000mA supererebbe i limiti di dissipazione di potenza e temperatura di giunzione, portando a rapida degradazione o guasto.

D2: Qual è il significato del codice "KB4050J5J7293910" nel numero di parte?

R: È un codice di binning che specifica le caratteristiche prestazionali del dispositivo: "4050" = Bin Colore (entro 4000-5000K), "J5" = Bin Flusso Luminoso (180-200 lm), "29" = Bin Tensione Diretta (2,95-3,25V). Il "3910" potrebbe riferirsi ad altri codici specifici del prodotto.

D3: Ho bisogno di un dissipatore per questo LED?

R: Assolutamente sì, specialmente quando si opera vicino ai suoi valori massimi. La resistenza termica di 8,5°C/W significa che per ogni watt dissipato, la temperatura di giunzione aumenta di 8,5°C sopra la temperatura del pad di saldatura. Senza un adeguato dissipatore, la temperatura di giunzione supererà rapidamente il limite di 125°C, riducendo la durata e l'emissione luminosa.

D4: È necessario un circuito di protezione da polarità inversa?

R: Sì. La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il LED non è progettato per polarizzazione inversa. L'applicazione accidentale di una tensione inversa, anche piccola, può causare un guasto immediato e catastrofico. Il circuito di pilotaggio dovrebbe includere una protezione contro ciò.

D5: Quanto è stabile il colore nel tempo e con la temperatura?

R: La scheda tecnica garantisce l'affidabilità per 1000 ore con meno del 30% di degradazione del flusso luminoso in condizioni di test specificate. Lo spostamento del colore nel tempo è un fenomeno comune nei LED bianchi ma non è quantificato nei dati forniti. Una corretta gestione termica è la chiave per minimizzare lo spostamento del colore nel tempo.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Flash per Fotocamera di Telefono Mobile ad Alta Potenza

Un progettista sta creando un flash a doppio LED per uno smartphone. Seleziona l'ELAT07-KB4050J5J7293910-F1S per la sua alta emissione impulsiva e le dimensioni ridotte. Il processo di progettazione coinvolge:

1. Circuito Driver: Selezionare un IC caricatore di condensatori a commutazione compatto e ad alta efficienza, in grado di fornire impulsi da 1000mA a due LED in serie (Vf totale ~6-8V).

2. Layout del PCB: Progettare un piccolo MCPCB dedicato o un sub-board FR4 a rame spesso per i LED che funga da dissipatore. I LED sono posizionati con sufficiente spaziatura per evitare il crosstalk termico.

3. Analisi Termica: Modellare l'incremento di temperatura durante una sequenza di flash. Con un impulso di 400ms, la temperatura di giunzione avrà un picco. Il progetto deve garantire che rimanga entro i limiti su più flash consecutivi.

4. Ottiche: Accoppiare ogni LED con una piccola ed efficiente lente TIR (Riflessione Totale Interna) per collimare la luce a 120 gradi in un fascio più ampio e uniforme adatto alla fotografia, evitando punti caldi.

5. Test: Verificare l'emissione luminosa, la coerenza della temperatura di colore tra i due LED (utilizzando componenti con binning stretto) e il tempo di riciclo del flash in varie condizioni della batteria.

12. Principio di Funzionamento

Questo è un LED bianco a conversione di fosforo. Il nucleo è un chip semiconduttore realizzato in Nitruro di Gallio e Indio (InGaN). Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune si ricombinano all'interno della regione attiva del chip, emettendo fotoni. L'emissione primaria dal chip InGaN è nell'intervallo di lunghezze d'onda blu. Questa luce blu colpisce quindi uno strato di materiale fosforo (tipicamente Granato di Alluminio e Ittrio drogato con Cerio, o YAG:Ce) depositato sul chip o nelle sue vicinanze. Il fosforo assorbe una porzione della luce blu e la riemette come uno spettro ampio di luce gialla. La miscela della luce blu residua e della luce gialla convertita è percepita dall'occhio umano come luce bianca. L'esatto rapporto tra blu e giallo, e la specifica composizione del fosforo, determinano la temperatura di colore correlata (CCT) e l'Indice di Resa Cromatica (CRI).

13. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo di LED come la serie ELAT07 segue diverse tendenze chiave del settore:

Aumento dell'Efficienza (lm/W): La ricerca in corso si concentra sul miglioramento dell'efficienza quantica interna del chip blu e dell'efficienza di conversione dei fosfori per spingere più in alto i lumen per watt, riducendo il consumo energetico.

Maggiore Densità di Potenza: La spinta a produrre più luce da package più piccoli continua, richiedendo progressi nei materiali di gestione termica e nel design del package per estrarre il calore in modo più efficace.

Miglioramento della Qualità e Coerenza del Colore: Le tendenze includono il passaggio a valori CRI più elevati (90+), una migliore uniformità del colore tra i lotti e un colore più stabile con la corrente di pilotaggio e la temperatura (riducendo lo spostamento CCT).

Affidabilità Migliorata: Miglioramenti nei materiali (epossidica, fosforo, adesivo per die) e nella sigillatura del package aumentano la durata e il mantenimento del lumen, specialmente in condizioni operative ad alta temperatura.

Integrazione: C'è una tendenza verso l'integrazione di più chip LED, driver e talvolta circuiti di controllo in moduli o package singoli per semplificare l'assemblaggio del prodotto finale.