Scheda Tecnica LED Bianco T-1 3mm - Diametro 3.0mm x Altezza 5.0mm - Tensione Diretta 2.8-4.0V - Corrente Continua 30mA - Dissipazione 110mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un diodo a emissione luminosa (LED) bianco ad alta luminosità, incapsulato nel diffuso package rotondo T-1 (3mm). Il dispositivo è progettato per fornire una resa luminosa superiore, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono elevata brillantezza e chiara visibilità. La tecnologia di base utilizza un chip semiconduttore InGaN che emette luce blu. Questa emissione blu viene poi convertita in una luce bianca a spettro ampio attraverso uno strato di fosforo depositato all'interno della coppa riflettente del LED. Le coordinate cromatiche tipiche risultanti sono x=0.29, y=0.28 secondo lo standard di spazio colore CIE 1931, indicando una temperatura di colore bianca da neutra a fredda. Il componente è progettato per l'affidabilità e include caratteristiche come la protezione dalle scariche elettrostatiche (ESD) fino a 4KV (Modello Corpo Umano) e la conformità alle normative ambientali pertinenti.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il vantaggio principale di questo LED è la sua elevata intensità luminosa all'interno di un fattore di forma compatto e standard del settore T-1. Questa combinazione di dimensioni ridotte e alta brillantezza offre ai progettisti una significativa flessibilità. Il dispositivo è fornito sfuso o su nastro e bobina per processi di assemblaggio automatizzati, migliorando l'efficienza produttiva. Le sue applicazioni chiave si concentrano su aree che richiedono indicazione o illuminazione chiara e brillante. I mercati target includono l'elettronica di consumo, i pannelli di controllo industriali, l'illuminazione interna automobilistica e la segnaletica generale.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Una comprensione completa dei limiti elettrici e ottici è cruciale per un design del circuito affidabile e per le prestazioni a lungo termine.

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 e dovrebbe essere evitato per prestazioni affidabili.

• Corrente Diretta Continua (I_F): 30 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuo al LED.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP): 100 mA. Questa corrente più elevata è ammissibile solo in condizioni pulsate, specificate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una frequenza di 1 kHz.
• Tensione Inversa (V_R): 5 V. L'applicazione di una tensione di polarizzazione inversa superiore a questo valore può causare la rottura della giunzione.
• Dissipazione di Potenza (P_d): 110 mW. Questa è la massima potenza che il package può dissipare come calore, calcolata come Tensione Diretta (V_F) moltiplicata per la Corrente Diretta (I_F).
• Temperatura di Funzionamento e di Stoccaggio: Il dispositivo può funzionare in temperature ambiente da -40°C a +85°C e può essere stoccato in temperature da -40°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura: I terminali possono sopportare una temperatura di saldatura di 260°C per una durata massima di 5 secondi, compatibile con i processi standard di rifusione e saldatura manuale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (Ta=25°C) e definiscono le prestazioni tipiche del LED.

• Tensione Diretta (V_F): Varia da 2.8V (Min) a 4.0V (Max) a una corrente di test di 20mA. Il valore tipico rientra in questo intervallo. Una resistenza limitatrice di corrente è essenziale in serie con il LED per controllare la corrente in base alla tensione di alimentazione e alla specifica V_Fdel LED.
• Intensità Luminosa (I_V): Ha un valore minimo di 1800 millicandele (mcd) a 20mA. L'intensità può raggiungere fino a 4500 mcd a seconda del bin specifico (vedi Sezione 3). Questa alta intensità è una caratteristica chiave.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): L'angolo di visione completo tipico a metà intensità è di 25 gradi. Ciò indica un fascio relativamente focalizzato, ideale per l'indicazione direzionale.
• Corrente Inversa (I_R): È limitata a un massimo di 50 µA quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5V, indicando una buona integrità della giunzione.
• Caratteristica Diodo Zener: La scheda tecnica riporta una Tensione Inversa Zener (V_Z) tipica di 5.2V a 5mA e una Corrente Inversa Zener (I_Z) nominale di 100mA. Ciò suggerisce che alcune unità possano incorporare un diodo Zener integrato per la protezione dalla tensione inversa, ma i progettisti dovrebbero confermare la disponibilità e le specifiche di questa caratteristica per la loro applicazione specifica.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

A causa delle variazioni di produzione, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Comprendere questi bin è fondamentale per ottenere colore e luminosità consistenti in un'applicazione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono categorizzati in quattro bin di intensità (M, N, P, Q) in base alla loro emissione luminosa misurata a 20mA. La tolleranza per l'intensità luminosa è ±10% all'interno di ciascun bin.

• Bin M: da 1800 mcd a 2250 mcd
• Bin N: da 2250 mcd a 2850 mcd
• Bin P: da 2850 mcd a 3600 mcd
• Bin Q: da 3600 mcd a 4500 mcd

3.2 Binning della Tensione Diretta

I LED sono anche suddivisi in bin in base alla loro caduta di tensione diretta a 20mA, con un'incertezza di misura di ±0.1V. Questo aiuta nella progettazione di circuiti di pilotaggio a corrente costante, specialmente quando più LED sono collegati in parallelo.

• Bin 0: da 2.8V a 3.0V
• Bin 1: da 3.0V a 3.5V
• Bin 2: da 3.5V a 4.0V

3.3 Binning delle Coordinate Colore (Cromaticità)

Il colore della luce bianca è definito dalle sue coordinate sul diagramma cromatico CIE 1931. I LED sono raggruppati in otto ranghi di colore (A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2), ciascuno con limiti minimi e massimi definiti per le coordinate x e y. La coordinata tipica è x=0.29, y=0.28, che rientrerebbe nei bin C1 o C2. L'incertezza di misura per le coordinate colore è ±0.01. Questo binning garantisce la consistenza del colore per applicazioni in cui l'aspetto uniforme del bianco è importante.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono informazioni su come si comporta il LED in condizioni variabili.

4.1 Intensità Relativa vs. Lunghezza d'Onda

La curva di distribuzione spettrale di potenza mostra l'intensità relativa della luce emessa su diverse lunghezze d'onda. Per un LED bianco che utilizza un sistema chip blu + fosforo, questa curva mostra tipicamente un picco dominante nella regione blu (intorno a 450-460nm dal chip InGaN) e un picco o plateau più ampio nella regione gialla/verde/rossa (dal fosforo). L'output combinato è percepito come luce bianca.

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

Questa curva è non lineare, caratteristica di un diodo. La tensione aumenta gradualmente con la corrente inizialmente e poi più bruscamente. Far funzionare il LED alla corrente consigliata di 20mA garantisce che si trovi sulla parte efficiente e stabile di questa curva.

4.3 Intensità Relativa vs. Corrente Diretta

L'emissione luminosa è direttamente proporzionale alla corrente diretta, ma la relazione non è perfettamente lineare, specialmente a correnti più elevate a causa del calo di efficienza e degli effetti termici. Aumentare la corrente oltre il massimo raccomandato non produrrà aumenti proporzionali della luce e genererà calore eccessivo.

4.4 Coordinate Cromatiche vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra come il punto di colore (coordinate x, y) possa spostarsi leggermente con i cambiamenti della corrente di pilotaggio. Tipicamente, correnti più elevate possono causare un piccolo spostamento verso il blu a causa dell'aumento della temperatura del chip e dei cambiamenti nell'efficienza di conversione del fosforo.

4.5 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

La massima corrente diretta ammissibile del LED diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. Questo derating è necessario per prevenire che la temperatura di giunzione superi il suo limite, il che accelererebbe il decadimento del flusso luminoso e ridurrebbe la durata di vita. I progettisti devono considerare la temperatura dell'ambiente operativo quando impostano la corrente di pilotaggio.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è conforme alle dimensioni standard del package rotondo T-1 3mm. Le misure chiave includono un diametro tipico del corpo di 3.0mm e un'altezza di circa 5.0mm dalla base della flangia alla sommità della lente. I terminali hanno un diametro di 0.45mm e sono distanziati di 2.54mm (passo standard 0.1 pollici). La lente è trasparente acqua. Tutte le tolleranze dimensionali sono ±0.25mm salvo diversa specificazione. La distanza dei terminali è misurata dove essi emergono dal corpo del package. È consentita una sporgenza massima della resina sotto la flangia di 1.5mm.

5.2 Identificazione della Polarità

Il LED è un componente polarizzato. Il terminale più lungo è tipicamente l'anodo (positivo) e quello più corto è il catodo (negativo). Inoltre, il lato del catodo ha spesso un punto piatto sulla flangia di plastica o un intaglio sul bordo. La polarità corretta deve essere osservata durante l'assemblaggio del circuito.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione corretta è essenziale per prevenire danni e garantire l'affidabilità.

6.1 Formatura dei Terminali

• La piegatura deve avvenire in un punto ad almeno 3mm dalla base del bulbo in epossidico per evitare stress sui fili di connessione interni e sul die.
• La formatura deve sempre essere eseguitaprima soldering.
• della saldatura. Lo stress eccessivo sul package durante la piegatura deve essere evitato.
• Il taglio dei terminali deve essere eseguito a temperatura ambiente.
• I fori del PCB devono allinearsi precisamente con i terminali del LED per evitare stress di montaggio.

6.2 Condizioni di Stoccaggio

I LED sono dispositivi sensibili all'umidità. Dopo la ricezione, dovrebbero essere stoccati a 30°C o meno e al 70% di umidità relativa (UR) o meno. La vita di stoccaggio raccomandata in queste condizioni è di 3 mesi. Per stoccaggi più lunghi (fino a un anno), i dispositivi dovrebbero essere conservati in una busta sigillata barriera all'umidità con essiccante e, se possibile, in atmosfera di azoto. I rapidi cambiamenti di temperatura in ambienti umidi dovrebbero essere evitati per prevenire la condensa.

6.3 Raccomandazioni per la Saldatura

Deve essere mantenuta una distanza minima di 3mm tra il giunto di saldatura e il bulbo in epossidico per prevenire danni termici.

• Saldatura Manuale: Utilizzare un saldatore con temperatura della punta non superiore a 300°C (per un saldatore massimo 30W). Il tempo di contatto dovrebbe essere di 3 secondi o meno per terminale.
• Saldatura a Onda o ad Immersione: La temperatura di preriscaldamento non deve superare i 100°C per un massimo di 60 secondi. La temperatura del bagno di saldatura non deve superare i 260°C, con un tempo di contatto di 5 secondi o meno.

7. Informazioni su Confezionamento e Ordini

7.1 Specifica di Imballaggio

I LED sono confezionati in buste antistatiche per proteggerli dalle scariche elettrostatiche. La gerarchia di imballaggio è la seguente:

1. Confezione Interna: Da un minimo di 200 a un massimo di 500 pezzi sono posti in una busta antistatica.
2. Scatola Interna: Cinque buste antistatiche sono confezionate in una scatola interna.
3. Scatola Master (Esterna): Dieci scatole interne sono confezionate in una scatola master per la spedizione.

7.2 Informazioni Etichetta

Le etichette di imballaggio includono diversi codici: Numero di Produzione del Cliente (CPN), Numero di Parte (P/N), Quantità di Imballo (QTY), ranghi combinati per Intensità Luminosa e Tensione Diretta (CAT), Rango Colore (HUE), Riferimento (REF) e Numero di Lotto (LOT No.).

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Pannelli Messaggi e Segnaletica: Ideale per retroilluminazione o come indicatori di stato individuali nei display informativi grazie all'alta brillantezza.
• Indicatori Ottici: Perfetti per indicatori di alimentazione, stato o allarme in elettronica di consumo, apparecchiature industriali e cruscotti automobilistici.
• Retroilluminazione: Può essere utilizzato per retroilluminazione su piccola scala di interruttori, tastiere o pannelli LCD.
• Luci di Posizione: Adatto per illuminazione decorativa o di posizione.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente: Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante per impostare la corrente diretta. Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.
• Gestione Termica: Sebbene la potenza sia bassa, assicurare un'adeguata ventilazione se si utilizzano più LED in uno spazio confinato o se si opera ad alte temperature ambiente.
• Protezione dalla Tensione Inversa: Se la caratteristica Zener integrata non è confermata o sufficiente, considerare l'aggiunta di un diodo di protezione esterno in parallelo (catodo ad anodo) con il LED se il circuito è esposto a transitori di tensione inversa.
• Binning per la Consistenza: Per applicazioni che richiedono luminosità o colore uniformi, specificare i bin di intensità e colore richiesti al momento dell'ordine.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai LED indicatori standard, il differenziatore primario di questo dispositivo è la sua intensità luminosa molto elevata (fino a 4500 mcd) all'interno del comune package T-1. Molti LED bianchi T-1 standard offrono intensità nell'intervallo di 200-1000 mcd. Ciò lo rende un sostituto diretto per applicazioni che richiedono un significativo aumento della brillantezza senza cambiare l'ingombro o l'ottica della lente. L'inclusione della protezione ESD (4KV HBM) ne migliora anche la robustezza rispetto ai LED base senza tale protezione, rendendolo più adatto per ambienti con problemi di manipolazione o scariche statiche.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Di quale resistenza ho bisogno per un'alimentazione a 5V?

Utilizzando il caso peggiore della tensione diretta massima (V_F= 4.0V) e una corrente target di 20mA, il calcolo è: R = (5V - 4.0V) / 0.020A = 50 Ohm. Il valore standard più vicino è 51 Ohm. La potenza dissipata nella resistenza è P = I²R = (0.02)²* 51 = 0.0204W, quindi una resistenza standard da 1/4W è sufficiente. Verificare sempre con la V_Feffettiva del proprio specifico bin di LED per una corrente ottimale.

10.2 Posso pilotarlo a 30mA in modo continuo?

Sì, 30mA è il valore massimo assoluto della corrente diretta continua. Tuttavia, per massimizzare la longevità e tenere conto dei potenziali aumenti di temperatura nell'applicazione, si raccomanda di operare a o leggermente al di sotto dei tipici 20mA. A 30mA, assicurarsi che la temperatura ambiente non sia al limite superiore di 85°C.

10.3 Come interpreto i bin di colore (A1, B2, ecc.)?

La lettera (A, B, C, D) indica generalmente una regione sul diagramma CIE, spesso correlata alla temperatura di colore correlata (CCT). I bin 'A' sono tipicamente bianco più caldo (più giallo/rosso), progredendo verso i bin 'D' che sono bianco più freddo (più blu). Il numero (1, 2) suddivide ulteriormente la regione. Per la maggior parte delle applicazioni generali, specificare un intervallo come B-C è sufficiente. Per applicazioni critiche di abbinamento colore, il bin esatto dovrebbe essere specificato e controllato.

11. Studio di Caso Pratico di Progettazione

Scenario: Progettazione di un pannello di indicatori di stato ad alta visibilità per un armadio per telecomunicazioni esterno.Il pannello ha 10 indicatori che devono essere chiaramente visibili alla luce solare diretta. Lo spazio è limitato, richiedendo un componente piccolo. Il package T-1 è selezionato per le sue dimensioni. Viene scelto questo LED ad alta intensità (utilizzando il Bin Q per la massima brillantezza). Nell'armadio è disponibile un'alimentazione a 12V. Passaggi di progettazione: 1) Calcolare la resistenza in serie. Usando V_F(Bin 1 tipico ~3.2V) e I_F=20mA: R = (12V - 3.2V) / 0.02A = 440 Ohm (usare 470 Ohm standard, risultando in I_F≈ 18.7mA). 2) Calcolare la potenza della resistenza: P = (0.0187)²* 470 ≈ 0.164W (una resistenza da 1/4W è adeguata ma una da 1/2W fornisce un margine). 3) Layout: Assicurare una distanza di 3mm dal foro del PCB al corpo del LED per la saldatura. 4) Considerare l'aggiunta di un diodo di soppressione della tensione transiente sulla linea a 12V se l'ambiente è elettricamente rumoroso.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Questo è un LED bianco a conversione di fosforo. Il cuore del dispositivo è un die semiconduttore realizzato in Nitruro di Indio e Gallio (InGaN). Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune si ricombinano all'interno della regione attiva della struttura InGaN, emettendo fotoni. Il bandgap del materiale InGaN è progettato per produrre luce blu con una lunghezza d'onda intorno a 450-460 nanometri. Questa luce blu colpisce quindi uno strato di fosforo, che è un materiale ceramico drogato con elementi delle terre rare (spesso granato di alluminio e ittrio drogato con cerio, o YAG:Ce). Il fosforo assorbe una parte dei fotoni blu e riemette luce a lunghezze d'onda più lunghe e più ampie attraverso lo spettro giallo e rosso. L'occhio umano percepisce la miscela della luce blu diretta rimanente e della luce gialla/rossa convertita dal fosforo come luce bianca. I rapporti specifici tra blu e giallo/rosso determinano la temperatura di colore e le coordinate cromatiche.

13. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Lo sviluppo di efficienti LED blu InGaN, per i quali è stato assegnato il Premio Nobel per la Fisica nel 2014, ha reso possibile la creazione di LED bianchi pratici tramite conversione di fosforo. La tendenza del settore è stata verso efficienze sempre più elevate (più lumen per watt), maggiore affidabilità e migliore resa cromatica. Mentre questa scheda tecnica descrive un LED di media potenza in un package a foro passante, il mercato più ampio ha visto un massiccio spostamento verso i package a montaggio superficiale (SMD) (come 2835, 3030, 5050) per la maggior parte delle applicazioni di illuminazione generale e retroilluminazione, grazie a migliori prestazioni termiche e idoneità per l'assemblaggio automatizzato. Tuttavia, i LED a foro passante come questo package T-1 rimangono vitali per prototipazione, uso didattico, mercati di riparazione e applicazioni in cui è preferito l'assemblaggio manuale o la robustezza della connessione con terminali. L'integrazione di caratteristiche come la protezione ESD e un binning più preciso, come si vede in questa scheda tecnica, rappresenta un'evoluzione di questi tipi di package maturi per soddisfare le moderne esigenze di affidabilità e prestazioni.