Scheda Tecnica LED ELCS14G-NB5060J6J8293910-F3X - Bianco Freddo ad Alta Efficienza - 245lm @ 1A - 3.95V Max - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un diodo a emissione luminosa (LED) bianco freddo ad alte prestazioni, progettato per applicazioni che richiedono un'elevata emissione luminosa in un fattore di forma compatto. Il dispositivo utilizza la tecnologia a chip InGaN per produrre luce bianca fredda con una temperatura di colore correlata (CCT) tipicamente compresa tra 5000K e 6000K. I suoi principali vantaggi includono un elevato flusso luminoso tipico di 245 lumen a una corrente diretta di 1 Ampere, risultando in un'efficienza ottica di circa 72 lumen per watt. Il LED è conforme agli standard RoHS, REACH e senza alogeni, rendendolo adatto per progetti attenti all'ambiente e per i mercati globali.

1.1 Applicazioni Target

Il LED è progettato per un'ampia gamma di applicazioni in cui un'illuminazione brillante ed efficiente è fondamentale. I principali mercati target includono l'elettronica mobile, l'illuminazione generale e il settore automotive. Applicazioni specifiche includono la funzione flash e torcia per telefoni cellulari e videocamere digitali, unità di retroilluminazione per display TFT-LCD, apparecchi di illuminazione generale per interni ed esterni, illuminazione decorativa e per intrattenimento, nonché illuminazione automobilistica sia interna che esterna, come indicatori di orientamento, luci per gradini e segnaletica luminosa.

2. Analisi dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e obiettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici che definiscono le prestazioni e i limiti operativi del LED.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Queste non sono condizioni operative raccomandate. La massima corrente continua DC in diretta per l'operazione in modalità torcia è di 350 mA. Per l'operazione in impulsi, è consentita una corrente di picco di 1000 mA con un ciclo di lavoro specifico (400 ms acceso, 3600 ms spento per 30.000 cicli). Il dispositivo può resistere a una scarica elettrostatica (ESD) fino a 2 kV (Modello Corpo Umano, JEDEC 3b). La massima temperatura di giunzione ammissibile è di 145°C, con un intervallo di temperatura ambiente operativa compreso tra -40°C e +85°C. Il LED non è progettato per operare in polarizzazione inversa. La resistenza termica da giunzione a pad di saldatura è specificata come 8,5 °C/W, un parametro critico per la progettazione della gestione termica.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le caratteristiche elettro-ottiche sono specificate in una condizione di test standard con una temperatura del pad di saldatura (Ts) di 25°C. Il flusso luminoso tipico (Iv) è di 245 lm a una corrente diretta (IF) di 1000 mA, con un valore minimo garantito di 220 lm. La tensione diretta (VF) a questa corrente varia da un minimo di 2,95V a un massimo di 3,95V, con il valore tipico che dipende dal bin di tensione. La temperatura di colore correlata (CCT) per questa variante bianco freddo è specificata tra 5000K e 6000K. È importante notare che tutti i dati elettrici e ottici sono testati in condizioni di impulso da 50 ms per minimizzare gli effetti di auto-riscaldamento durante la misurazione, garantendo che i dati rappresentino le prestazioni intrinseche del chip LED.

2.3 Considerazioni Termiche e di Affidabilità

Una corretta gestione termica è fondamentale per ottenere le prestazioni dichiarate e un'affidabilità a lungo termine. La resistenza termica specificata di 8,5°C/W indica l'innalzamento di temperatura per watt di potenza dissipata. Ad esempio, a 1A e una VF tipica di ~3,5V (3,5W), l'innalzamento della temperatura di giunzione rispetto al pad di saldatura sarebbe di circa 30°C. La scheda tecnica avverte esplicitamente di non operare alla massima temperatura di giunzione per più di un'ora. Tutte le specifiche di affidabilità, incluso un degrado inferiore al 30% di IV in 1000 ore, sono garantite in condizioni di buona gestione termica utilizzando un circuito stampato a nucleo metallico (MCPCB) da 1,0 cm².

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il LED viene suddiviso in bin in base a tre parametri chiave: flusso luminoso, tensione diretta e cromaticità (coordinate del colore). Questo binning garantisce la coerenza all'interno di un lotto di produzione e consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano requisiti applicativi specifici.

3.1 Binning del Flusso Luminoso

I bin del flusso luminoso sono designati da codici alfanumerici (J6, J7, J8). Per il bin J6, il flusso luminoso varia da 220 lm a 250 lm a IF=1000mA. Il bin J7 copre da 250 lm a 300 lm, e il bin J8 copre da 300 lm a 330 lm. Il numero di parte specifico indica che il dispositivo appartiene al bin di flusso J6.

3.2 Binning della Tensione Diretta

I bin della tensione diretta sono definiti da codici a quattro cifre (2932, 3235, 3539). Il codice indica l'intervallo di tensione in decimi di volt. Ad esempio, il bin 2932 copre VF da 2,95V a 3,25V, il bin 3235 da 3,25V a 3,55V e il bin 3539 da 3,55V a 3,95V. Il numero di parte specifica il bin di tensione 2932.

3.3 Binning della Cromaticità (Colore)

La cromaticità è definita da un codice bin (5060 in questo caso) che corrisponde a un'area quadrilatera specifica sul diagramma di cromaticità CIE 1931. Vengono fornite le coordinate per i vertici del bin 5060, definendo la variazione di colore consentita per i dispositivi all'interno di questo bin, corrispondente a un intervallo CCT di 5000K a 6000K. Le coordinate del colore sono misurate a IF=1000mA.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono informazioni sul comportamento del LED in condizioni variabili, cruciali per la progettazione del circuito e l'integrazione del sistema.

4.1 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta (Curva IV)

La curva IV mostra la relazione tra tensione diretta e corrente diretta. È non lineare, tipica di un diodo. A basse correnti, la tensione è più bassa, aumentando con l'aumentare della corrente. Questa curva è essenziale per progettare il circuito driver limitatore di corrente per garantire che il LED operi entro il suo intervallo di tensione specificato per una data corrente.

4.2 Flusso Luminoso Relativo vs. Corrente Diretta

Questa curva illustra come l'emissione luminosa cambia con la corrente di pilotaggio. Il flusso luminoso generalmente aumenta con la corrente ma mostra una relazione sub-lineare a correnti più elevate a causa dell'efficienza droop e dell'aumento della temperatura di giunzione. Comprendere questa relazione aiuta a ottimizzare il compromesso tra luminosità ed efficienza/consumo energetico.

4.3 CCT vs. Corrente Diretta

La temperatura di colore correlata può spostarsi leggermente con i cambiamenti della corrente di pilotaggio. Questa curva mostra la stabilità o la variazione della CCT nell'intervallo di corrente operativa, importante per applicazioni critiche per il colore dove è richiesto un punto bianco consistente.

4.4 Distribuzione Spettrale Relativa

Il grafico della distribuzione della potenza spettrale mostra l'intensità della luce emessa a ciascuna lunghezza d'onda. Per un LED bianco freddo basato su un chip blu con rivestimento al fosforo, lo spettro mostra tipicamente un picco blu dominante dal chip e una banda di emissione più ampia gialla/verde/rossa dal fosforo. La lunghezza d'onda di picco (λp) e la larghezza spettrale influenzano l'Indice di Resa Cromatica (CRI) e il colore percepito della luce.

4.5 Diagramma di Radiazione Tipico

Il diagramma di radiazione polare raffigura la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa. Questo LED presenta un pattern di emissione Lambertiano, dove l'intensità luminosa è proporzionale al coseno dell'angolo di visione. L'angolo di visione (2θ1/2) è specificato come 120 gradi, il che significa che l'angolo a cui l'intensità scende alla metà del suo valore di picco è di ±60 gradi dall'asse centrale.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Le dimensioni fisiche e il design del package sono critici per il layout del PCB, il design ottico e la gestione termica.

5.1 Dimensioni del Package

La scheda tecnica include un disegno dimensionale dettagliato del package del LED. Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri. Questo disegno include caratteristiche chiave come lunghezza, larghezza e altezza complessive, la posizione e la dimensione dei pad di saldatura e qualsiasi riferimento meccanico o tolleranza. I progettisti devono fare riferimento a questo disegno per la creazione accurata dell'impronta sul PCB.

5.2 Identificazione della Polarità

Il disegno del package o le note associate dovrebbero indicare chiaramente i terminali anodo e catodo. La corretta connessione della polarità è essenziale per il funzionamento del dispositivo. Tipicamente, il catodo può essere contrassegnato da una tacca, un punto, un terminale più corto o una forma diversa del pad sull'impronta del PCB.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

Una manipolazione e saldatura adeguate sono necessarie per mantenere l'integrità e l'affidabilità del dispositivo.

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il LED è classificato per una temperatura massima di saldatura di 260°C e può resistere a un massimo di 2 cicli di rifusione. Dovrebbe essere seguito un profilo standard di rifusione senza piombo, con un attento controllo della temperatura di picco e del tempo sopra il liquidus per prevenire danni al package plastico e ai fili di connessione interni.

6.2 Sensibilità all'Umidità e Conservazione

Il dispositivo ha una classificazione del Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL). La scheda tecnica specifica un livello 1, il che significa che il dispositivo può essere conservato indefinitamente a ≤30°C/85% UR prima dell'apertura della busta. Tuttavia, sono raccomandate condizioni di conservazione specifiche: prima dell'apertura, conservare a ≤30°C/≤90% UR; dopo l'apertura, conservare a ≤30°C/≤85% UR. Se viene superata la shelf life specificata o l'indicatore del disidratante mostra ingresso di umidità, è necessario un pretrattamento di baking a 60±5°C per 24 ore prima della saldatura a rifusione.

6.3 Gestione Termica in Applicazione

Per un funzionamento affidabile e per mantenere un'elevata emissione luminosa, il LED deve essere montato su un PCB a nucleo metallico (MCPCB) o su un altro substrato con eccellente conducibilità termica. Il percorso termico dal pad di saldatura al dissipatore deve essere progettato per mantenere la temperatura di giunzione ben al di sotto del valore massimo durante il funzionamento continuo. Si raccomanda vivamente l'uso di materiali di interfaccia termica e un'adeguata dissipazione.

6.4 Protezione Elettrica

Sebbene il dispositivo possa avere una protezione ESD integrata, non è progettato per operare in polarizzazione inversa. Nella progettazione del circuito dovrebbero essere considerate protezioni esterne, come resistori limitatori di corrente in serie e/o diodi di soppressione di tensione transitoria in parallelo, per prevenire danni da picchi di tensione, connessione inversa o altre condizioni di sovrastress elettrico.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

I LED sono forniti in imballaggio resistente all'umidità per l'assemblaggio automatizzato.

7.1 Specifiche del Nastro Portacomponenti e della Bobina

I dispositivi sono confezionati in nastro portacomponenti goffrato avvolto su bobine. La quantità standard caricata è di 2000 pezzi per bobina, con una quantità minima d'ordine di 1000 pezzi. Le dimensioni dettagliate per le tasche del nastro portacomponenti, il nastro di copertura e la bobina stessa sono fornite nella scheda tecnica per garantire la compatibilità con le attrezzature pick-and-place.

7.2 Etichettatura del Prodotto

L'etichetta della bobina contiene informazioni critiche per la tracciabilità e la corretta applicazione: Numero di Parte del 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). È indicato anche il Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL-X).

8. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

8.1 Progettazione del Circuito Driver

Selezionare un appropriato circuito driver LED a corrente costante o un IC in grado di erogare fino a 1A. Il driver deve tenere conto dell'intervallo di tensione diretta (2,95V-3,95V) e includere le protezioni necessarie (sovracorrente, sovratemperatura, circuito aperto/corto). Per applicazioni flash, assicurarsi che il driver possa gestire l'elevata corrente di picco in impulso.

8.2 Progettazione Ottica

Il pattern di emissione Lambertiano a 120 gradi è adatto a molte applicazioni di illuminazione generale. Per fasci focalizzati (es. torce), saranno necessarie ottiche secondarie come riflettori o lenti. Le piccole dimensioni del package facilitano la progettazione di sistemi ottici compatti.

8.3 Progettazione Termica

Calcolare la dissipazione di potenza prevista (IF * VF) e utilizzare la resistenza termica (Rth) per stimare l'innalzamento della temperatura di giunzione rispetto al punto di riferimento termico del PCB. Assicurarsi che la dissipazione del sistema sia sufficiente per mantenere Tj entro limiti sicuri, specialmente in ambienti ad alta temperatura o in apparecchi chiusi. Il raffreddamento attivo (ventole) può essere necessario per un funzionamento continuo ad alta potenza.

9. Confronto Tecnico e Posizionamento

Questo LED si posiziona sul mercato grazie alla combinazione di alto flusso luminoso (245 lm) e alta efficienza (72 lm/W) in un package SMD presumibilmente compatto. I suoi principali fattori di differenziazione includono un ampio angolo di visione di 120° adatto per l'illuminazione d'ambiente, una struttura di binning ben definita per la coerenza di colore e flusso, e la conformità a severi standard ambientali (RoHS, REACH, Senza Alogeni). Rispetto ai LED mid-power standard, offre una luminosità a punto singolo più elevata, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono una sorgente luminosa concentrata come i flash delle fotocamere. Rispetto ai LED flash dedicati, può offrire una migliore efficienza e un angolo di visione più ampio per compiti di illuminazione generale.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Qual è la differenza tra le correnti nominali in modalità torcia e in modalità impulso?

La modalità torcia (350 mA max) si riferisce al funzionamento continuo in DC. La modalità impulso (1000 mA max) si riferisce a burst di breve durata e alta corrente come quelli usati nei flash delle fotocamere, con limiti rigorosi sulla larghezza dell'impulso, il ciclo di lavoro e il numero di cicli per prevenire il surriscaldamento.

10.2 Perché la gestione termica è così critica per questo LED?

L'elevata dissipazione di potenza (fino a ~4W a 1A) in un package piccolo porta a un alto flusso di calore. Una temperatura di giunzione eccessiva accelera il degrado dei lumen (diminuzione dell'emissione luminosa nel tempo) e può spostare le coordinate del colore. Può anche causare infine un guasto catastrofico. Un'adeguata dissipazione è non negoziabile per l'affidabilità.

10.3 Posso pilotare questo LED direttamente da una batteria agli ioni di litio?

No. La tensione di una batteria agli ioni di litio (tipicamente 3,0V-4,2V) non è regolata e può superare la massima tensione diretta del LED o causare una corrente eccessiva. Un circuito driver a corrente costante è obbligatorio per garantire prestazioni stabili, sicure e consistenti.

10.4 Come interpreto il numero di parte ELCS14G-NB5060J6J8293910-F3X?

Il numero di parte codifica le informazioni chiave del bin: 'NB5060' indica il bin colore 5060 (CCT 5000-6000K). 'J6' indica il bin del flusso luminoso (220-250 lm). '2932' (implicito dal contesto nella tabella delle specifiche per questa parte) indica il bin della tensione diretta (2,95-3,25V). 'F3X' può riferirsi a una specifica variante ottica o di package.

11. Casi di Studio di Progettazione e Utilizzo

11.1 Modulo Flash per Fotocamera di Telefono Mobile

In questa applicazione, il LED è pilotato da un IC driver flash dedicato. La progettazione si concentra sull'erogazione di una corrente istantanea molto elevata (fino a 1A in impulso) per una breve durata (es. 400ms) per produrre un flash luminoso. Le sfide principali includono gestire termicamente l'elevata potenza di picco nello spazio confinato di un telefono mobile e assicurarsi che il driver possa prelevare la corrente richiesta dalla batteria. L'alta efficienza del LED aiuta a massimizzare la luminosità del flash minimizzando il consumo della batteria.

11.2 Luce da Lavoro Portatile o Torcia

Per una torcia portatile, potrebbero essere utilizzati più LED su un MCPCB. Un driver a corrente costante buck o boost (a seconda della configurazione della batteria) fornisce livelli di luminosità regolabili. La progettazione enfatizza una robusta gestione termica: l'MCPCB è fissato a un sostanziale alloggiamento in alluminio che funge da dissipatore. L'ampio angolo del fascio di 120 gradi fornisce una buona copertura d'area, potenzialmente riducendo la necessità di ottiche complesse.

12. Principio di Funzionamento

Questo è un LED bianco a conversione di fosforo. Il nucleo è un chip semiconduttore in Nitruro di Gallio e Indio (InGaN) che emette luce blu quando polarizzato direttamente (elettroluminescenza). Questa luce blu è parzialmente assorbita da uno strato di fosforo di granato di alluminio e ittrio drogato con cerio (YAG:Ce) che riveste il chip. Il fosforo converte alcuni dei fotoni blu in lunghezze d'onda più lunghe nello spettro giallo/verde. 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) – in questo caso, bianco freddo (5000-6000K).

13. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Il dispositivo riflette le tendenze in corso nell'illuminazione a stato solido: aumento dell'efficienza luminosa (lumen per watt), miglioramento della coerenza del colore attraverso binning più stretto e aderenza alle normative ambientali. La spinta verso flussi più elevati da package più piccoli spinge i limiti della gestione termica e della tecnologia dei fosfori. L'evoluzione futura potrebbe coinvolgere nuovi materiali fosforescenti per CRI più elevato e una migliore stabilità del colore nel tempo e con la temperatura, nonché design di package a scala di chip (CSP) che riducono ulteriormente le dimensioni del package e la resistenza termica. L'integrazione di questi LED ad alta luminosità in sistemi di illuminazione intelligenti e connessi per applicazioni IoT è anche una tendenza significativa.