Scheda Tecnica LED ELCH08 - LED Bianco ad Alta Efficienza - 290lm @ 1A - 2.85-3.9V - Angolo di Visione 120° - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un componente LED (diodo emettitore di luce) bianco ad alta efficienza. Il dispositivo è caratterizzato dal suo design compatto, che fornisce un'elevata emissione luminosa, rendendolo adatto per applicazioni con vincoli di spazio che richiedono un'illuminazione brillante. I suoi vantaggi principali includono un flusso luminoso tipico di 290 lumen con una corrente di guida di 1 Ampere, corrispondente a un'efficienza ottica di circa 87 lumen per watt. Il LED incorpora una robusta protezione ESD, migliorando la sua affidabilità durante la manipolazione e l'assemblaggio. È pienamente conforme alle direttive RoHS ed è prodotto utilizzando processi privi di piombo.

1.1 Applicazioni Target

Il LED è progettato per un'ampia gamma di scopi di illuminazione. Le applicazioni principali includono l'utilizzo come sorgente per flash fotocamera o luce stroboscopica in dispositivi mobili e apparecchiature video digitali. È anche ben adatto per l'illuminazione generale interna, la retroilluminazione per display TFT e vari sistemi di illuminazione decorativa o per intrattenimento. Inoltre, trova impiego nell'illuminazione automobilistica sia per funzioni interne che esterne, così come nell'illuminazione di sicurezza e orientamento come segnaletica di uscita e indicatori per gradini.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Le seguenti sezioni forniscono un'analisi dettagliata dei principali parametri tecnici del dispositivo, derivati dai valori massimi assoluti e dalle condizioni operative tipiche.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Corrente Diretta Continua (Modalità Torcia): 350 mA. Questa è la massima corrente diretta continua che il LED può gestire.
• Corrente di Picco Impulsiva: 1500 mA. Questa elevata corrente può essere applicata solo in condizioni impulsive specifiche (durata massima 400 ms, ciclo di lavoro 10%), tipiche per le operazioni di flash fotocamera.
• Resistenza ESD (HBM): 8 kV. Il dispositivo offre un'elevata protezione contro le scariche elettrostatiche secondo lo standard JEDEC JS-001-2017 (precedentemente JEDEC 3b), fondamentale per l'affidabilità in assemblaggio e manipolazione.
• Temperatura di Giunzione (Tj): 150 °C. La massima temperatura ammissibile alla giunzione del semiconduttore.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio: -40 °C a +85 °C (funzionamento), -40 °C a +100 °C (stoccaggio).
• Resistenza Termica (Rth): 3.4 °C/W. Questo parametro indica quanto efficacemente il calore viene trasferito dalla giunzione all'ambiente circostante. Un valore più basso indica prestazioni termiche migliori.
• Dissipazione di Potenza (Modalità Impulsiva): 6.42 W. La massima potenza che il dispositivo può dissipare in condizioni impulsive.
• Angolo di Visione (2θ1/2): 120 gradi ± 5°. Questo definisce l'ampiezza angolare in cui l'intensità luminosa è almeno la metà dell'intensità di picco, risultando in un pattern di emissione ampio, simile a Lambertiano.

Note Critiche: Il dispositivo non è progettato per funzionamento in polarizzazione inversa. È vietato il funzionamento continuo ai valori massimi assoluti poiché porterebbe a degrado e potenziale guasto. Tutte le specifiche di affidabilità sono validate sotto gestione termica controllata su un circuito stampato a nucleo metallico (MCPCB) da 1.0 cm².

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

Questi parametri sono misurati in condizioni di test tipiche (impulso da 50ms, pad di saldatura a 25°C) e rappresentano le prestazioni attese.

• Flusso Luminoso (Iv): 260 lm (Min), 300 lm (Tip) a IF=1000mA.
• Tensione Diretta (VF): 2.85V (Min), 3.90V (Max) a IF=1000mA. Il valore tipico rientra in questo intervallo.
• Temperatura di Colore Correlata (CCT): Da 5500K a 6500K, collocandolo nella gamma di temperatura di colore "bianco freddo" o "bianco luce diurna".

3. Spiegazione del Sistema di Binning

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

3.1 Binning della Tensione Diretta

I LED sono categorizzati in tre bin di tensione a IF=1000mA:
- Bin 2832: VF = da 2.85V a 3.25V.
- Bin 3235: VF = da 3.25V a 3.55V.
- Bin 3539: VF = da 3.55V a 3.90V.
Questo binning aiuta nella progettazione di circuiti di pilotaggio stabili tenendo conto della variazione della tensione diretta.

3.2 Binning del Flusso Luminoso

I LED sono suddivisi in base alla loro emissione luminosa a IF=1000mA:
- Bin J7: Iv = da 260 lm a 300 lm.
- Bin J8: Iv = da 300 lm a 330 lm.
- Bin J9: Iv = da 330 lm a 360 lm.
Ciò garantisce livelli di luminosità prevedibili nell'applicazione finale.

3.3 Binning della Cromaticità (Colore)

La cromaticità della luce bianca è definita dalle coordinate di colore CIE 1931 (x, y). Il bin principale per questo dispositivo è5565, che mira a un intervallo CCT da 5500K a 6500K. Il punto di riferimento specifico per questo bin è alle coordinate (0.3166, 0.3003), con un'area di tolleranza quadrilatera definita sul diagramma CIE. La tolleranza di misura per le coordinate di colore è ±0.01.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono informazioni sul comportamento del dispositivo in diverse condizioni operative.

4.1 Distribuzione Spettrale Relativa

La curva di distribuzione della potenza spettrale mostra l'intensità della luce emessa a ciascuna lunghezza d'onda. Per un LED bianco basato su un chip InGaN blu con rivestimento al fosforo, lo spettro presenta tipicamente un picco blu dominante dal chip e una banda di emissione gialla/rossa più ampia dal fosforo. L'output combinato produce luce bianca. La lunghezza d'onda di picco (λp) e la forma spettrale completa influenzano l'Indice di Resa Cromatica (CRI) e la qualità del colore percepita.

4.2 Pattern di Radiazione Tipico

Il pattern di radiazione polare illustra la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa. La curva fornita indica un pattern quasi Lambertiano, dove l'intensità è approssimativamente proporzionale al coseno dell'angolo di visione. Ciò risulta in un'illuminazione ampia e uniforme adatta per l'illuminazione generale e le applicazioni flash. I pattern degli assi X e Y sono mostrati simili, indicando un'emissione simmetrica.

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

Questa curva dimostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. La tensione diretta aumenta con la corrente ma non linearmente. Comprendere questa curva è essenziale per la gestione termica e il design del driver, poiché la potenza dissipata (Vf * If) genera calore.

4.4 Flusso Luminoso Relativo vs. Corrente Diretta

Questo grafico mostra come l'output luminoso scala con la corrente di guida. Inizialmente, il flusso aumenta quasi linearmente con la corrente. Tuttavia, a correnti più elevate, si verifica un calo di efficienza dovuto all'aumento della temperatura di giunzione e ad altri effetti fisici dei semiconduttori, causando una diminuzione dell'aumento relativo del flusso. Operare oltre la corrente raccomandata riduce l'efficacia e accelera l'invecchiamento.

4.5 CCT vs. Corrente Diretta

Questa curva rivela come la temperatura di colore correlata si sposti con la corrente di guida. Tipicamente, per i LED bianchi a conversione di fosforo, la CCT può aumentare (la luce diventa più fredda/blu) a correnti molto elevate a causa di cambiamenti differenziali di efficienza tra il LED pompa blu e il fosforo. Il grafico mostra che la CCT rimane relativamente stabile nell'intervallo di corrente operativo, il che è desiderabile per prestazioni cromatiche consistenti.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

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

5.1 Disegno Dimensionale del Package

La scheda tecnica include un disegno dimensionale dettagliato del package SMD (Surface-Mount Device). Le dimensioni chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive, così come la dimensione e la spaziatura dei pad (terminali). Le tolleranze sono tipicamente ±0.1mm salvo diversa specifica. Questo disegno è essenziale per creare l'impronta PCB (land pattern) nel software CAD.

5.2 Identificazione della Polarità

Il package presenta un marcatore di polarità. L'orientamento corretto durante l'assemblaggio è obbligatorio per prevenire la polarizzazione inversa, che non è supportata e può danneggiare il dispositivo. La polarità è indicata anche sul nastro portacomponenti per le macchine pick-and-place automatizzate.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo può sopportare una temperatura di picco di saldatura di 260°C, compatibile con i profili standard di rifusione senza piombo (es. IPC/JEDEC J-STD-020). Il numero massimo ammissibile di cicli di rifusione è 3. È cruciale seguire il profilo di temperatura raccomandato (rampa di riscaldamento, stabilizzazione, picco di rifusione e velocità di raffreddamento) per prevenire shock termici e garantire giunti di saldatura affidabili senza danneggiare il componente LED.

6.2 Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL)

Il componente è classificato MSL Livello 1. Questo è il livello più alto di resistenza all'umidità, il che significa che il dispositivo ha una durata illimitata a condizioni ≤ 30°C / 85% Umidità Relativa e non richiede pre-essiccazione prima dell'uso se stoccato in queste condizioni. Ciò semplifica la gestione dell'inventario rispetto a livelli MSL più alti.

6.3 Condizioni di Stoccaggio

L'intervallo di temperatura di stoccaggio raccomandato è -40°C a +100°C. I componenti devono essere conservati nelle loro buste barriera all'umidità originali con essiccante fino al momento dell'uso per mantenere la classificazione MSL 1.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche di Imballaggio

I LED sono forniti su nastri portacomponenti goffrati avvolti su bobine, standard per l'assemblaggio SMD automatizzato. La scheda tecnica fornisce le dimensioni sia del nastro portacomponenti (passo delle tasche, larghezza, ecc.) che della bobina (diametro, dimensione del mozzo). Una bobina standard contiene 2000 pezzi. Il nastro indica la polarità e la direzione di avanzamento per la macchina di posizionamento.

7.2 Etichettatura del Prodotto

La bobina e l'imballaggio sono etichettati con informazioni chiave per la tracciabilità e l'uso corretto:
- P/N: Il numero di parte del produttore (es. ELCH08-NF5565J7J9283910-FDH).
- LOT NO: Numero di lotto di produzione per il controllo qualità.
- QTY: Quantità di pezzi nella confezione.
- CAT: Codice Bin del Flusso Luminoso (es. J7).
- HUE: Codice Bin del Colore (es. 5565).
- REF: Codice Bin della Tensione Diretta (es. 2832, 3235, 3539).
- MSL-X: Livello di Sensibilità all'Umidità.

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Considerazioni di Progettazione

Gestione Termica: Questo è il fattore singolo più critico per le prestazioni e la durata del LED. La bassa resistenza termica (3.4°C/W) è efficace solo con un adeguato dissipatore di calore. Utilizzare un PCB con area di rame sufficiente o un PCB a nucleo metallico dedicato (MCPCB) per condurre il calore lontano dai pad di saldatura. La temperatura massima del substrato è specificata a 70°C a IF=1000mA.
Pilotaggio della Corrente: Utilizzare un driver LED a corrente costante, non una sorgente a tensione costante, per garantire un'emissione luminosa stabile e prevenire la fuga termica. Rispettare i valori massimi assoluti di corrente sia per le modalità continue (torcia) che impulsive (flash).
Progettazione Ottica: L'ampio angolo di visione di 120 gradi è adatto per applicazioni che richiedono un'ampia copertura. Per fasci focalizzati, saranno necessarie ottiche secondarie (lenti, riflettori). Il pattern di emissione Lambertiano semplifica la modellazione ottica.

8.2 Precauzioni ESD

Sebbene il dispositivo abbia un'elevata protezione ESD (8kV HBM), durante la manipolazione e l'assemblaggio dovrebbero comunque essere seguite le pratiche standard di controllo ESD (uso di postazioni di lavoro messe a terra, braccialetti, ecc.) per prevenire danni cumulativi o difetti latenti.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sebbene nel datasheet non sia fornito un confronto diretto fianco a fianco con altri modelli specifici, le caratteristiche chiave di differenziazione di questo LED possono essere dedotte:
- Alta Efficienza Luminosa: 87 lm/W a 1A è un'efficienza competitiva per un LED SMD ad alta potenza della sua classe, che porta a un minor consumo energetico e a un carico termico ridotto per una data emissione luminosa.
- Capacità di Impulso ad Alta Corrente: Il rating di picco impulsivo di 1500mA per applicazioni flash è una caratteristica significativa, che consente lampi di luce molto luminosi e di breve durata adatti per flash fotocamera.
- Robusto Rating ESD: 8kV HBM offre una robustezza di manipolazione superiore rispetto a molti LED con rating ESD inferiori o non specificati.
- Binning Completo: Il binning a tre parametri (flusso, tensione, colore) consente un controllo più stretto delle prestazioni del sistema, vantaggioso per applicazioni che richiedono coerenza di colore e luminosità.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo LED con un alimentatore da 3.3V?
R: Non direttamente. La tensione diretta (Vf) varia da 2.85V a 3.90V a 1A. Una sorgente da 3.3V potrebbe a malapena accendere un'unità a basso Vf ma non può fornire una regolazione di corrente corretta. È necessario un circuito driver a corrente costante.

D2: Qual è la differenza tra "Modalità Torcia" (350mA) e la condizione di test (1000mA)?
R: "Modalità Torcia" si riferisce alla massimacorrente continuaCC (350mA). La specifica di 1000mA è perfunzionamentoimpulsivo (es. impulsi da 50ms), tipicamente utilizzato per il benchmarking delle prestazioni e le applicazioni flash. Il funzionamento continuo a 1000mA supererebbe i valori massimi assoluti e causerebbe il guasto.

D3: Come interpreto i bin del flusso luminoso J7, J8, J9?
R: Questi sono bin di luminosità. Se il tuo progetto richiede un minimo di 300 lumen, devi selezionare i bin J8 o J9. L'uso del bin J7 potrebbe risultare in unità al di sotto della luminosità richiesta. Specifica il bin richiesto quando ordini.

D4: È necessario un dissipatore di calore?
R: Assolutamente sì. La dissipazione di potenza a 1A in impulso può arrivare a quasi 4W (3.9V * 1A). Senza un'adeguata dissipazione del calore, la temperatura di giunzione supererà rapidamente il suo limite, portando a una rapida diminuzione dei lumen, a uno spostamento del colore e a un guasto catastrofico.

11. Esempio di Caso d'Uso Pratico

Scenario: Progettare un Flash per Fotocamera di Telefono Mobile
1. Selezione del Driver: Scegliere un driver IC a corrente costante switching compatto e ad alta efficienza, in grado di fornire un impulso di 1500mA con un controllo preciso della larghezza dell'impulso (es. ~400ms) e del ciclo di lavoro (<10%).
2. Layout del PCB: Posizionare il LED su un pad termico dedicato collegato a grandi aree di rame o a un piano di massa interno. Utilizzare più via sotto il pad per condurre il calore agli altri strati. Mantenere il driver IC vicino per minimizzare l'induttanza delle tracce.
3. Integrazione Ottica: Una semplice lente in plastica o una guida della luce sarà posizionata sopra il LED per diffondere la luce ed eliminare i punti caldi, garantendo un'illuminazione uniforme per la scena della fotocamera. L'ampio angolo di visione del LED aiuta in questa diffusione.
4. Selezione dei Componenti: Per garantire un colore e una luminosità del flash consistenti su milioni di telefoni, specificare bin stretti: es. Color Bin 5565, Flux Bin J8 o J9, e un Voltage Bin specifico per semplificare il design del driver.

12. Introduzione al 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 viene applicata una tensione diretta e gli elettroni si ricombinano con le lacune attraverso il bandgap del chip. Questa luce blu viene parzialmente assorbita da uno strato di fosforo YAG drogato al cerio (YAG:Ce) che riveste il chip. Il fosforo converte in basso alcuni dei fotoni blu in lunghezze d'onda più lunghe nello spettro giallo. La miscela della luce blu residua e della luce gialla convertita è percepita dall'occhio umano come luce bianca. Il rapporto tra emissione blu e gialla determina la Temperatura di Colore Correlata (CCT).

13. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo dei LED bianchi segue diverse traiettorie chiave:
- Aumento dell'Efficienza (lm/W): Miglioramenti continui nell'efficienza quantica interna del chip blu, nell'estrazione della luce dal package e nell'efficienza di conversione del fosforo spingono l'efficacia verso l'alto, riducendo il consumo energetico.
- Miglioramento della Qualità del Colore: Passare da semplici sistemi blu+YAG a sistemi multi-fosforo o a pompa violetta per ottenere un Indice di Resa Cromatica (CRI) più alto e un colore più uniforme attraverso gli angoli (Uniformità Angolare del Colore).
- Maggiore Densità di Potenza e Miniaturizzazione: Come si vede in questo dispositivo, la tendenza è quella di impacchettare più lumen in package più piccoli, richiedendo soluzioni di gestione termica sempre migliori come substrati avanzati e materiali per package.
- Affidabilità Migliorata: Miglioramenti nei materiali (fosfori, materiali di incapsulamento) e nelle tecniche di packaging continuano ad estendere la durata operativa e il mantenimento del flusso luminoso (rating L70, L90).
- Soluzioni Intelligenti e Integrate: Il mercato sta vedendo una crescita di LED con driver integrati, sensori o capacità di comunicazione (Li-Fi), sebbene questa scheda tecnica descriva un componente discreto e tradizionale.