Scheda Tecnica LED T-1 3/4 - Bianco Caldo - 30mA - 110mW - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un LED ad alte prestazioni a luce bianca calda. Il dispositivo è progettato per fornire un'elevata intensità luminosa, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione brillante e nitida. Il cuore del dispositivo utilizza un chip semiconduttore InGaN. La luce blu emessa da questo chip viene convertita in un colore bianco caldo attraverso uno strato di fosforo depositato all'interno della coppa riflettente del package. Questo approccio progettuale consente un controllo preciso del colore e un'elevata efficienza.

Il LED è alloggiato in un popolare package rotondo T-1 3/4, un fattore di forma a foro passante standard ampiamente utilizzato nell'industria per la sua affidabilità e facilità di assemblaggio. Il dispositivo è conforme alle principali normative ambientali e di sicurezza, tra cui RoHS, REACH UE e standard senza alogeni, garantendo il rispetto dei requisiti di produzione moderni.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il vantaggio principale di questa serie di LED è la combinazione di un'elevata emissione luminosa all'interno di un package standard ed economico. L'intensità luminosa tipica è significativa, fornendo un'ampia luminosità per scopi di indicazione e illuminazione. Il colore bianco caldo (con coordinate cromatiche CIE 1931 tipiche di x=0.40, y=0.39) è progettato per essere visivamente confortevole ed è spesso preferito per retroilluminazione di display e indicatori su pannelli.

Le applicazioni target sono varie, concentrandosi su aree in cui una segnalazione visiva chiara e affidabile è fondamentale. Queste includono pannelli messaggi e display dove singoli LED formano caratteri o grafiche. È anche ideale per indicatori ottici generici nell'elettronica di consumo, apparecchiature industriali e interni automobilistici. Inoltre, la sua luminosità lo rende adatto per la retroilluminazione di pannelli più piccoli, interruttori o scale. Anche le applicazioni di luce segnaletica, come negli elettrodomestici o nella segnaletica, beneficiano delle sue prestazioni.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Una comprensione completa dei limiti e delle caratteristiche operative del dispositivo è essenziale per un progetto di circuito affidabile e 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 non è garantito.

• Corrente Diretta Continua (I_F):30 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo all'anodo del LED.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100 mA. Questa corrente più elevata è ammessa solo in condizioni pulsate, specificate qui con un ciclo di lavoro di 1/10 e una frequenza di 1 kHz. Superare anche brevemente la corrente continua nominale può degradare il LED.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può causare la rottura della giunzione.
• Dissipazione di Potenza (P_d):110 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare come calore, calcolata come Tensione Diretta (V_F) moltiplicata per la Corrente Diretta (I_F).
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:Il dispositivo può funzionare a temperature ambiente da -40°C a +85°C e può essere stoccato a temperature da -40°C a +100°C.
• Tensione di Tenuta ESD (HBM):4 kV. Il dispositivo offre un buon livello di protezione contro le scariche elettrostatiche utilizzando il modello del corpo umano, importante per la manipolazione durante l'assemblaggio.
• Temperatura di Saldatura:I terminali possono resistere a una temperatura di saldatura di 260°C per un massimo di 5 secondi, compatibile con i processi standard di saldatura a onda o manuale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni tipiche (Ta=25°C) e definiscono le prestazioni operative del dispositivo.

• Tensione Diretta (V_F):Varia da 2,8V a 3,6V a una corrente di prova di 20mA. Questo intervallo è critico per progettare il circuito di limitazione della corrente. Il valore tipico rientra in questo intervallo e la tensione effettiva dipenderà dal bin specifico (vedi sezione 3).
• Intensità Luminosa (I_V):Ha un valore minimo di 7150 millicandele (mcd) a 20mA. Questa è una misura della luminosità percepita del LED in una direzione specifica. L'intensità effettiva per una data unità rientrerà in un bin definito (T, U o V).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):L'angolo di visione totale tipico a metà intensità è di 30 gradi. Questo descrive la diffusione angolare dell'emissione luminosa; un angolo più piccolo come questo indica un fascio più focalizzato e direzionale.
• Coordinate Cromatiche:Il punto di colore tipico è definito come x=0,40, y=0,39 sul diagramma cromatico CIE 1931. Questo colloca la luce bianca nella regione del "bianco caldo". Le singole unità sono raggruppate in specifici bin di colore (D1, D2, E1, E2, F1, F2) per garantire la coerenza del colore.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo di 50 µA quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5V.
• Tensione Inversa Zener (V_z):Si nota un valore tipico di 5,2V quando viene applicata una corrente Zener (I_z) di 5mA. Ciò suggerisce che il dispositivo potrebbe avere una protezione integrata contro la tensione inversa, una caratteristica preziosa per prevenire danni da connessione inversa accidentale.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire coerenza in luminosità, colore e caratteristiche elettriche nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in bin. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano requisiti applicativi specifici.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono categorizzati in tre bin in base alla loro intensità luminosa misurata a 20mA:

- Bin T:7150 mcd a 9000 mcd.

- Bin U:9000 mcd a 11250 mcd.

- Bin V:11250 mcd a 14250 mcd.

Viene applicata una tolleranza di ±10% all'intensità luminosa. Selezionare un bin più alto (es. V) garantisce un'emissione minima più brillante.

3.2 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in quattro bin per aiutare nella progettazione dell'alimentazione e nell'accoppiamento di corrente in array multi-LED:

- Bin 0:2,8V a 3,0V.

- Bin 1:3,0V a 3,2V.

- Bin 2:3,2V a 3,4V.

- Bin 3:3,4V a 3,6V.

L'incertezza di misura per V_Fè di ±0,1V.

3.3 Binning del Colore

Il colore bianco caldo è strettamente controllato raggruppando i LED in specifiche regioni cromatiche sul diagramma CIE, etichettate D1, D2, E1, E2, F1 e F2. La scheda tecnica fornisce gli intervalli delle coordinate degli angoli per ciascuno di questi bin esagonali. Per l'ordine, questi sono combinati in un unico gruppo (Gruppo 1: D1+D2+E1+E2+F1+F2), il che significa che il prodotto spedito può provenire da uno qualsiasi di questi sei ranghi di colore, garantendo che siano tutti all'interno della specifica del bianco caldo. L'incertezza di misura per le coordinate di colore è di ±0,01.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Le curve caratteristiche fornite offrono informazioni sul comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Intensità Relativa vs. Lunghezza d'Onda

Questa curva di distribuzione spettrale mostra che il LED emette un ampio spettro caratteristico di un LED bianco a conversione di fosforo. Ha un picco nella regione blu (dal chip InGaN) e un picco più ampio nella regione gialla/rossa (dal fosforo), che si combinano per creare luce bianca. La curva conferma la qualità "calda" avendo un'energia significativa nelle lunghezze d'onda più lunghe.

4.2 Diagramma di Direttività

Il diagramma di radiazione conferma il tipico angolo di visione di 30 gradi. L'intensità è massima a 0 gradi (sull'asse) e diminuisce simmetricamente alla metà del suo valore a circa ±15 gradi.

3.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV)

Questa curva mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. La tensione diretta aumenta con la corrente. I progettisti la utilizzano per determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente operativa scelta, assicurando che la resistenza limitatrice di corrente o il driver siano dimensionati correttamente.

4.4 Intensità Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva dimostra che l'emissione luminosa (intensità relativa) aumenta con la corrente diretta, ma la relazione non è perfettamente lineare, specialmente a correnti più elevate. Sottolinea l'importanza di un controllo di corrente stabile per una luminosità costante.

4.5 Cromaticità vs. Corrente Diretta

Questo grafico mostra come le coordinate di colore (x, y) si spostino leggermente con i cambiamenti della corrente di pilotaggio. Questo è un fenomeno noto nei LED bianchi a causa dei cambiamenti di efficienza del fosforo e delle caratteristiche del chip. Per applicazioni critiche per il colore, operare alla corrente consigliata di 20mA garantisce che il colore rientri negli intervalli di bin specificati.

4.6 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva di derating è cruciale per l'affidabilità. Indica che la massima corrente diretta ammissibile diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. Per prevenire surriscaldamento e guasti prematuri, la corrente di pilotaggio deve essere ridotta quando si opera ad alte temperature ambiente, rimanendo entro i limiti di dissipazione di potenza.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il dispositivo utilizza un package LED rotondo standard T-1 3/4 (5mm) con due terminali assiali. Note dimensionali chiave includono:

- Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza generale di ±0,25mm salvo diversa specifica.

- La spaziatura dei terminali è misurata nel punto in cui i terminali escono dal corpo del package.

- La sporgenza massima ammissibile della lente in resina sotto la flangia è di 1,5mm.

Il disegno del package fornisce le misure esatte per il diametro della lente, l'altezza del corpo, la lunghezza dei terminali e la loro spaziatura, essenziali per il progetto dell'impronta PCB e per garantire il corretto alloggiamento in custodie o pannelli.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione corretta è fondamentale per mantenere l'integrità e le prestazioni del dispositivo.

6.1 Formatura dei Terminali

• La piegatura deve avvenire ad almeno 3mm dalla base della lente in epossidico per evitare stress sul die interno e sui fili di connessione.
• La formatura deve essere completataprimadel processo di saldatura.
• Uno stress eccessivo durante la piegatura può crepare l'epossidico o danneggiare le connessioni interne.
• Il taglio dei terminali dovrebbe essere effettuato a temperatura ambiente; il taglio a caldo può indurre shock termico.
• I fori del PCB devono allinearsi perfettamente con i terminali del LED per evitare stress di montaggio.

6.2 Condizioni di Stoccaggio

• Lo stoccaggio consigliato dopo la ricezione è a ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa per un massimo di 3 mesi.
• Per uno stoccaggio più lungo (fino a 1 anno), i dispositivi dovrebbero essere conservati in un contenitore sigillato, riempito di azoto, con essiccante.
• Evitare rapidi cambiamenti di temperatura in ambienti umidi per prevenire la condensa sui dispositivi.

6.3 Processo di Saldatura

• Mantenere una distanza di oltre 3mm dal giunto di saldatura alla lente in epossidico.
• Si consiglia di saldare solo fino alla base della barra di collegamento sul leadframe.
• Per la saldatura manuale, controllare la temperatura e il tempo della punta del saldatore per prevenire surriscaldamento.
• Per la saldatura ad immersione/onda, i terminali possono resistere a 260°C per 5 secondi.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche di Imballaggio

I LED sono imballati per prevenire danni e ESD:

- Sono posti in sacchetti anti-statici.

- Ogni sacchetto contiene un minimo di 200 e un massimo di 500 pezzi.

- Cinque sacchetti sono confezionati in una scatola interna.

- Dieci scatole interne sono confezionate in una scatola master (esterna).

7.2 Spiegazione delle Etichette

Le etichette sull'imballaggio includono:

- CPN:Riferimento al numero di parte del cliente.

- P/N:Numero di parte del produttore.

- QTY:Quantità di dispositivi nel pacco.

- CAT:Codice combinato per i bin di Intensità Luminosa e Tensione Diretta.

- HUE:Codice per il Rango di Colore (es. D1, E2).

- REF:Informazioni di riferimento.

- LOT No:Numero di lotto di produzione tracciabile.

7.3 Designazione del Numero di Modello

Il numero di parte segue un formato strutturato:334-15/X2C3- □ □ □ □. I quadrati vuoti (□) sono segnaposto per codici che specificano le esatte selezioni di binning per intensità luminosa, tensione diretta e rango di colore. Ciò consente ai clienti di ordinare componenti personalizzati in base alle loro esigenze specifiche di luminosità, caduta di tensione e coerenza del colore.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il metodo di pilotaggio più comune è una semplice resistenza in serie. Il valore della resistenza (R_serie) si calcola come: R_serie= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare il massimo V_Fdal bin o dalla scheda tecnica (es. 3,6V) per garantire che la corrente non superi la I_Fdesiderata (es. 20mA) anche con un LED a bassa resistenza. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V: R = (5V - 3,6V) / 0,020A = 70 Ohm. Una resistenza standard da 68 o 75 Ohm sarebbe adatta. Per più LED, collegarli in serie con una singola resistenza limitatrice se la tensione di alimentazione è sufficientemente alta, oppure utilizzare stringhe in parallelo ciascuna con la propria resistenza per un migliore accoppiamento di corrente.

8.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia relativamente bassa (110mW max), un corretto progetto termico prolunga la durata e mantiene l'emissione luminosa. Assicurarsi che il PCB abbia un'adeguata area di rame attorno ai terminali del LED per fungere da dissipatore di calore, specialmente se si opera vicino alla corrente massima o ad alte temperature ambiente. Evitare di posizionare il LED vicino ad altri componenti che generano calore.

8.3 Integrazione Ottica

L'angolo di visione di 30 gradi fornisce un fascio focalizzato. Per un'illuminazione più ampia, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie come diffusori o lenti. Il colore bianco caldo è meno incline a causare abbagliamento rispetto al bianco freddo, rendendolo adatto per indicatori a visione diretta.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED bianchi 5mm generici, questo dispositivo offre vantaggi chiave:

1. Intensità Luminosa Superiore:Con un minimo di 7150 mcd, è significativamente più brillante dei LED standard per indicatori, consentendo il suo utilizzo in display leggibili alla luce solare o come sorgente luminosa per piccole aree.

2. Protezione Integrata:La classificazione ESD di 4kV e il suggerito clamping Zener (Vz=5,2V) forniscono robustezza contro la manipolazione e i transitori elettrici, che spesso sono un costo aggiuntivo o un componente esterno nei LED base.

3. Binning Rigoroso:Il dettagliato binning per intensità, tensione e colore consente una selezione precisa e una migliore coerenza nelle applicazioni in cui uniformità di luminosità o colore tra più unità è critica.

4. Conformità Ambientale:La piena conformità agli standard RoHS, REACH e senza alogeni lo rende adatto per i mercati globali con normative ambientali rigorose.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED a 30mA in modo continuo?

R: Sì, 30mA è la Corrente Diretta Continua Massima Assoluta. Per una durata e affidabilità ottimali, è pratica comune operare al di sotto di questo massimo, ad esempio a 20mA come specificato nelle caratteristiche tipiche.

D: Qual è lo scopo dei diversi bin di colore (D1, F2, ecc.)?

R: Tutti i bin (da D1 a F2) producono luce bianca calda ma con lievi variazioni nella tonalità esatta (es. più giallastra vs. più rosata). Raggrupparli consente al produttore di utilizzare tutti i LED prodotti garantendo che rientrino in un intervallo accettabile di bianco caldo. Per la maggior parte delle applicazioni, il Gruppo 1 è sufficiente. Per applicazioni che richiedono un abbinamento di colore molto stretto, potrebbe essere necessario specificare un singolo bin.

D: Come interpreto il bin della Tensione Diretta?

R: Se il tuo progetto è sensibile alla caduta di tensione (es. funzionamento a batteria a bassa tensione), selezionare un bin V_Finferiore (0 o 1) garantirà una luminosità più costante man mano che la batteria si scarica, poiché una caduta di tensione inferiore lascia più tensione ai capi della resistenza limitatrice di corrente.

D: È sempre necessaria una resistenza limitatrice di corrente?

R: Sì. Un LED è un dispositivo pilotato in corrente. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione senza limitazione di corrente lo porterà a assorbire corrente eccessiva, causando un guasto immediato. Una resistenza in serie o un driver a corrente costante sono obbligatori.

11. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Pannello Indicatori di Stato per Apparecchiature Industriali

Un ingegnere deve progettare un pannello con 20 indicatori di stato bianco caldo brillanti. Requisiti: luminosità e colore uniformi, alimentazione 24V CC, alta affidabilità.

Passi di Progetto:

1. Metodo di Pilotaggio:Utilizzare una resistenza in serie per semplicità e convenienza. Collegare i LED in serie-parallelo per utilizzare efficientemente l'alimentazione 24V. Quattro LED in serie hanno un V_Fmax di ~14,4V (4 * 3,6V). Il valore della resistenza: R = (24V - 14,4V) / 0,020A = 480 Ohm. Utilizzare una resistenza da 470 Ohm, 1/4W. Creare 5 stringhe identiche di 4 LED + 1 resistenza.

2. Selezione del Binning:Per garantire un aspetto uniforme, specificare lo stesso bin di intensità luminosa (es. Bin U) e lo stesso gruppo di bin di colore per tutte le unità nell'ordine.

3. Layout PCB:Fornire una dimensione adeguata dei pad per i terminali del LED. Includere una piccola area di rame collegata al terminale catodo per una leggera dissipazione termica. Assicurarsi che la regola della piegatura a 3mm sia rispettata nel progetto dell'impronta.

4. Assemblaggio:Seguire le linee guida di saldatura, utilizzando un processo controllato per evitare danni termici.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Questo LED opera sul principio dell'elettroluminescenza in un semiconduttore. La regione attiva è realizzata in Nitruro di Gallio e Indio (InGaN). Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La composizione specifica dello strato InGaN determina che questi fotoni siano nell'intervallo di lunghezze d'onda blu (~450-470 nm).

Per creare luce bianca, viene applicato un rivestimento di fosforo sul chip blu. Questo fosforo è un materiale ceramico drogato con elementi delle terre rare. Quando i fotoni blu ad alta energia colpiscono il fosforo, vengono assorbiti e riemessi come fotoni a energia più bassa su un ampio spettro, principalmente nelle regioni gialla e rossa. La combinazione della luce blu non convertita e della luce gialla/rossa convertita è percepita dall'occhio umano come luce bianca. La qualità "calda" si ottiene regolando la composizione del fosforo per migliorare la componente a lunghezza d'onda più lunga (rossa) dello spettro.

13. Tendenze e Contesto Tecnologico

L'uso di chip blu basati su InGaN con conversione di fosforo è la tecnologia dominante per produrre LED bianchi, nota come pc-LED. Questo dispositivo rappresenta un prodotto maturo e ad alto volume in un package a foro passante. Le tendenze del settore si stanno muovendo verso:

1. Efficienza Aumentata (lm/W):Miglioramenti continui nel design del chip, nell'efficienza del fosforo e nell'estrazione del package continuano a spingere più in alto l'efficienza luminosa, riducendo il consumo energetico a parità di emissione luminosa.

2. Qualità del Colore:I progressi nella tecnologia dei fosfori, inclusi l'uso di fosfori multipli o punti quantici, stanno migliorando l'Indice di Resa Cromatica (CRI), rendendo la luce bianca più naturale e accurata per la visualizzazione dei colori.

3. Miniaturizzazione del Package & Migrazione SMT:Sebbene il T-1 3/4 rimanga popolare, i package a montaggio superficiale (SMD) (come 3528, 5050) sono sempre più comuni per l'assemblaggio automatizzato e progetti ad alta densità. Tuttavia, i LED a foro passante come questo mantengono vantaggi nella prototipazione, riparazione e applicazioni che richiedono maggiore luminosità in un singolo punto o robustezza contro le vibrazioni.

4. Illuminazione Intelligente e Connessa:Il mercato più ampio sta integrando LED con sensori e controller per sistemi di illuminazione intelligenti, sebbene ciò riguardi principalmente moduli di illuminazione di potenza più elevata piuttosto che lampade indicatrici discrete.

Questo particolare LED si colloca in una nicchia stabile e ottimizzata per le prestazioni, offrendo una soluzione affidabile per applicazioni in cui è richiesta la sua specifica combinazione di luminosità, stile di package e colore.