Scheda Tecnica LED RGB LTPL-P033RGB - LED ad Alta Potenza - Rosso/Verde/Blu - 150mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTPL-P033RGB è una sorgente luminosa allo stato solido ad alta potenza, ad alta efficienza energetica e ultra compatta. Combina i vantaggi di lunga durata e affidabilità dei Diodi Emettitori di Luce con i livelli di luminosità necessari per sostituire le tecnologie di illuminazione convenzionali. Questo dispositivo offre ai progettisti una notevole libertà nella creazione di soluzioni di illuminazione innovative per un'ampia gamma di applicazioni.

1.1 Caratteristiche Principali

• Sorgente luminosa LED ad alta potenza
• Emissione luminosa istantanea (meno di 100 nanosecondi)
• Funzionamento in corrente continua a bassa tensione
• Package a bassa resistenza termica
• Conforme RoHS e senza piombo
• Compatibile con i processi di saldatura a rifusione senza piombo

1.2 Applicazioni Target

Questo LED è progettato per una vasta gamma di applicazioni di illuminazione, tra cui ma non limitate a:

• Luci di lettura per interni di automobili, autobus e aeromobili
• Illuminazione portatile come torce e luci per biciclette
• Illuminazione architetturale: faretti a incasso, luci di orientamento, illuminazione a scomparsa, illuminazione sottopensile e luci da lavoro
• Illuminazione decorativa e per intrattenimento
• Illuminazione esterna: dissuasori, luci di sicurezza e illuminazione da giardino
• Applicazioni di segnalazione: segnali stradali, fari e luci per passaggi a livello
• Insegne a luce laterale per indicatori di uscita e display punto vendita
• Illuminazione architetturale commerciale e residenziale generale, interna ed esterna

2. Contorno e Dimensioni Meccaniche

Il dispositivo presenta un package a montaggio superficiale compatto. Tutte le dimensioni critiche sono fornite nella scheda tecnica con una tolleranza standard di +/- 0,2 mm salvo diversa specifica. Il disegno meccanico delinea l'impronta del package, il posizionamento dei terminali e l'altezza complessiva, elementi cruciali per il layout del PCB e la progettazione della gestione termica.

3. Valori Massimi Assoluti e Caratteristiche

Tutti i valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Il superamento di questi limiti può causare danni permanenti al dispositivo.

3.1 Valori Elettrici

• Corrente Diretta (I_F): 150 mA (continua) per tutti i colori (Rosso, Verde, Blu).
• Corrente Diretta Impulsiva (I_FP): 300 mA (impulsiva) per tutti i colori. Condizione: ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso ≤10μs.
• Dissipazione di Potenza (P_D): Rosso: 360 mW; Verde: 540 mW; Blu: 540 mW.

3.2 Valori Termici e Ambientali

• Intervallo di Temperatura di Funzionamento (T_opr): da -30°C a +85°C.
• Intervallo di Temperatura di Magazzinaggio (T_stg): da -40°C a +100°C.
• Temperatura di Giunzione Massima (T_j): 125°C.

Note Importanti:È vietato il funzionamento prolungato in condizioni di tensione inversa. Si raccomanda vivamente di seguire le curve di derating fornite quando si opera vicino ai valori massimi per garantire un funzionamento normale e affidabile del LED.

4. Caratteristiche Elettro-Ottiche

I parametri di prestazione tipici sono misurati a Ta=25°C e I_F=150mA.

4.1 Emissione Luminosa

• Flusso Luminoso (Tip.): Rosso: 21 lm; Verde: 50 lm; Blu: 9 lm. Il flusso luminoso è l'emissione luminosa totale misurata con una sfera integratrice.
• Intensità Luminosa (Tip., per riferimento): Rosso: 6,8 cd; Verde: 12,5 cd; Blu: 3,0 cd.

4.2 Caratteristiche Spettrali ed Elettriche

• Lunghezza d'Onda Dominante: Rosso: 610-630 nm; Verde: 515-535 nm; Blu: 450-470 nm.
• Tensione Diretta (V_F): Rosso: 1,5-2,6 V; Verde: 2,8-3,8 V; Blu: 2,8-3,8 V.
• Angolo di Visione: 120 gradi (tipico per tutti i colori).

Standard di Test:Per le misure di flusso luminoso, lunghezza d'onda dominante e tensione diretta si fa riferimento allo standard CAS-140B.

5. Analisi delle Curve di Prestazione Tipiche

La scheda tecnica fornisce diversi grafici chiave essenziali per la progettazione del circuito e termica.

5.1 Distribuzione Spettrale

La Figura 1 mostra l'intensità spettrale relativa in funzione della lunghezza d'onda per ciascun colore. Questa curva è vitale per comprendere la purezza del colore e la potenziale applicazione in sistemi di miscelazione del colore.

5.2 Diagramma di Radiazione

La Figura 2 illustra il diagramma di radiazione spaziale (intensità), confermando l'ampio angolo di visione di 120 gradi. Il diagramma è tipicamente lambertiano per questo tipo di package.

5.3 Corrente vs. Tensione (Curva I-V)

La Figura 3 traccia la corrente diretta in funzione della tensione diretta per ciascun colore. Il LED Rosso mostra una tensione diretta inferiore (tipicamente ~2,0V a 150mA) rispetto ai LED Verde e Blu (tipicamente ~3,2V-3,4V a 150mA). Questo è un parametro critico per la progettazione del driver, poiché sono richiesti diversi valori di resistenza limitatrice o driver a corrente costante per ciascun canale colore in un sistema RGB.

5.4 Corrente vs. Flusso Luminoso

La Figura 4 mostra la relazione tra corrente diretta e flusso luminoso relativo. L'emissione è generalmente lineare con la corrente nell'intervallo di funzionamento normale, ma l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento della temperatura di giunzione e di altri effetti.

5.5 Prestazioni Termiche

La Figura 5 è uno dei grafici più importanti, mostrando il flusso luminoso relativo in funzione della temperatura della scheda. Funge da curva di derating. L'emissione diminuisce all'aumentare della temperatura. La nota specifica che i dati si basano su una copertura di saldatura superiore all'80% per un buon contatto termico e raccomanda di non pilotare il LED quando la temperatura della scheda supera gli 85°C per mantenere prestazioni e longevità.

5.6 Corrente vs. Lunghezza d'Onda Dominante

La Figura 6 mostra come la lunghezza d'onda dominante si sposta con la corrente diretta. In generale, la lunghezza d'onda aumenta leggermente con la corrente a causa del riscaldamento della giunzione e di altri effetti fisici dei semiconduttori. Questo è importante per applicazioni critiche per il colore.

6. Sistema di Binning e Classificazione

I LED sono selezionati (binnati) in base alla loro emissione di flusso luminoso a 150mA per garantire la coerenza.

6.1 Bin per LED Rossi (da R1 a R5)

I bin vanno da R1 (18-21 lm) a R5 (30-33 lm).

6.2 Bin per LED Verdi (da G1 a G7)

I bin vanno da G1 (35-39 lm) a G7 (59-63 lm).

6.3 Bin per LED Blu (da B1 a B4)

I bin vanno da B1 (6-9 lm) a B4 (15-18 lm).

A ciascun bin di flusso luminoso viene applicata una tolleranza di +/-10%. Il codice del bin è stampato su ogni busta di imballaggio per la tracciabilità.

7. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

7.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo è compatibile con la saldatura a rifusione senza piombo. Viene fornito un profilo dettagliato temperatura-tempo:

• Temperatura di Picco (T_P): 260°C max.
• Tempo sopra 217°C (T_L): 60-150 secondi.
• Tempo entro 5°C dal picco (t_P): 5 secondi max.
• Preriscaldamento: 150-200°C per 60-180 secondi.
• Velocità di Rampa in Salita: 3°C/sec max (da T_Smaxa T_P).
• Velocità di Rampa in Discesa: 6°C/sec max.
• Tempo totale del ciclo: 8 minuti max da 25°C al picco.

7.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, la condizione raccomandata è una temperatura massima del saldatore di 350°C per un massimo di 2 secondi per giunto saldato, una sola volta.

7.3 Note Critiche per l'Assemblaggio

• Tutte le specifiche di temperatura si riferiscono al lato superiore del corpo del package.
• Il profilo potrebbe richiedere adattamenti in base alle caratteristiche specifiche della pasta saldante.
• Non è raccomandato un processo di raffreddamento rapido (tempra) dalla temperatura di picco.
• Utilizzare sempre la temperatura di saldatura più bassa possibile che garantisca un giunto affidabile.
• Il dispositivo non è garantito se assemblato utilizzando il metodo di saldatura a immersione.

8. Layout Consigliato per le Piazzole di Saldatura sul PCB

Viene fornito un progetto dettagliato delle piazzole di saldatura con tutte le dimensioni in millimetri. Il progetto garantisce la corretta formazione del filetto di saldatura e l'isolamento elettrico tra le piazzole dell'anodo/catodo e qualsiasi piazzola termica o metallizzazione della scheda. Rispettare questo layout è cruciale per la stabilità meccanica, le prestazioni elettriche e il trasferimento termico ottimale dal chip LED al PCB.

9. Specifiche di Imballaggio in Nastro e Bobina

I LED sono forniti su nastro e bobina per l'assemblaggio automatizzato.

• Dimensione bobina: 7 pollici.
• Quantità: 1000 pezzi per bobina piena. La quantità minima di imballaggio per i resti è di 500 pezzi.
• Sigillatura delle tasche: Le tasche dei componenti vuote sono sigillate con nastro di copertura superiore.
• Qualità: Sono consentiti al massimo due LED mancanti consecutivi.
• Standard: L'imballaggio è conforme alle specifiche EIA-481-1-L23.

10. Affidabilità e Test di Qualifica

Sono stati condotti estesi test di affidabilità su lotti campione.

10.1 Condizioni e Risultati dei Test

I test sono stati eseguiti su 22 campioni per condizione con zero guasti riportati:

• Vita Operativa ad Alta/Bassa/Temperatura Ambiente (1000 ore ciascuna).
• Vita in Magazzinaggio ad Alta/Bassa Temperatura (500-1000 ore).
• Caldo Umido (85°C/85% UR per 500 ore).
• Cicli Termici (-40°C a 100°C, 100 cicli).
• Shock Termico (-40°C a 100°C, 100 cicli).

10.2 Criteri di Guasto

Un dispositivo è considerato guasto se, dopo il test, supera uno dei seguenti limiti quando misurato a I_F=150mA:

• Tensione Diretta (V_f) > 110% del suo valore iniziale.
• Flusso Luminoso<70% del suo valore iniziale.

11. Considerazioni per la Progettazione Applicativa

11.1 Progettazione del Circuito Driver

A causa delle diverse tensioni dirette dei LED Rosso (V_f più bassa) e Verde/Blu (V_f più alta), un tipico driver RGB utilizzerà circuiti limitatori di corrente separati o un driver a corrente costante con canali indipendenti. La corrente continua massima è di 150mA per colore. Per il funzionamento impulsivo (es. dimmer PWM), assicurarsi che i parametri dell'impulso rimangano entro i limiti di I_FP rating.

11.2 Gestione Termica

Un dissipatore di calore efficace è fondamentale. I dati nella Figura 5 mostrano chiaramente che l'emissione diminuisce con l'aumentare della temperatura. Per mantenere luminosità e durata:

• Utilizzare il layout consigliato per le piazzole di saldatura con alta conducibilità termica.
• Progettare il PCB con un'adeguata area di rame (piazzole termiche) collegata al percorso termico del LED.
• Considerare l'uso di via termiche per trasferire il calore agli strati interni o al lato posteriore della scheda.
• Nell'applicazione finale, garantire un adeguato flusso d'aria o altri meccanismi di raffreddamento se si pilota ad alte correnti o in alte temperature ambientali.
• Monitorare la temperatura della scheda ed evitare di superare gli 85°C.

11.3 Progettazione Ottica

L'angolo di visione di 120 gradi fornisce un fascio ampio e uniforme adatto per l'illuminazione generale e le insegne. Per fasci focalizzati, saranno necessarie ottiche secondarie (lenti o riflettori). I progettisti dovrebbero tenere conto delle diverse intensità luminose di ciascun colore quando creano luce bianca o miscele di colori specifiche.

12. Confronto e Posizionamento del Prodotto

L'LTPL-P033RGB si posiziona come un LED RGB ad alta potenza per uso generale, adatto a un ampio spettro di applicazioni che richiedono miscelazione del colore o emissione di colore singolo. I suoi principali vantaggi includono un package standardizzato, un ampio angolo di visione, una chiara struttura di binning per la coerenza e specifiche robuste per una produzione affidabile (compatibilità rifusione, nastro e bobina). È progettato per essere un componente di base per progetti di illuminazione allo stato solido che sostituiscono le tecnologie più datate.

13. Domande Frequenti (Basate sui Dati Tecnici)

D: Posso pilotare tutti e tre i colori (RGB) con la stessa sorgente di tensione costante e resistore?

R: Non in modo ottimale. Il LED Rosso ha una tensione diretta significativamente inferiore (~2,0V) rispetto a Verde/Blu (~3,2V). Usare una sola tensione richiederebbe valori di resistenza diversi per ciascun canale per ottenere la stessa corrente di 150mA. L'uso di driver a corrente costante indipendenti o canali PWM è il metodo raccomandato per il controllo e la miscelazione del colore.

D: Qual è la causa principale del degrado della luminosità del LED nel tempo?

R: La causa principale è l'alta temperatura di giunzione. Far funzionare il LED al di sopra del suo intervallo di temperatura raccomandato (vedi Figura 5) accelera il processo di invecchiamento dei materiali semiconduttori e dei fosfori (se presenti), portando a una riduzione permanente dell'emissione luminosa. Una corretta gestione termica è il fattore più critico per l'affidabilità a lungo termine.

D: Come interpreto il codice del bin di flusso luminoso?

R: Il codice (es. R3, G5, B2) stampato sulla busta di imballaggio indica l'intervallo garantito minimo e massimo di emissione luminosa per quel LED specifico a 150mA. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con luminosità corrispondente per un aspetto uniforme in apparecchiature multi-LED o di garantire un'emissione luminosa minima per il loro progetto.

D: Questo LED è adatto per uso esterno?

R: L'intervallo di temperatura di funzionamento (-30°C a +85°C) e il superamento positivo del test di caldo umido (85°C/85% UR) indicano robustezza contro i fattori ambientali. Tuttavia, per un'esposizione esterna prolungata, il LED stesso deve essere adeguatamente incapsulato o alloggiato all'interno di un'apparecchiatura che fornisca protezione contro umidità, radiazioni UV e danni fisici, poiché il package del LED di per sé non è impermeabile.

14. Esempio Pratico di Progettazione: Luce d'Atmosfera RGB

Scenario:Progettazione di una luce d'atmosfera RGB basata su microcontrollore con colore e luminosità regolabili.

Implementazione:

1. Driver:Utilizzare un circuito integrato driver LED a corrente costante a 3 canali o tre MOSFET separati controllati dalle uscite PWM del MCU. Impostare il limite di corrente a 150mA per canale.

2. Alimentazione:Fornire una tensione DC stabile sufficientemente alta da accomodare la V_f più alta (Blu/Verde ~3,8V max) più la caduta di tensione attraverso il regolatore di corrente.

3. Gestione Termica:Montare il LED su un PCB con una solida zona di rame collegata alla piazzola termica. Se si utilizzano alti cicli di lavoro, considerare l'aggiunta di un piccolo dissipatore di calore sul retro del PCB.

4. Controllo:Il MCU può regolare indipendentemente il ciclo di lavoro PWM per ciascun canale colore (Rosso, Verde, Blu) dallo 0% al 100%. Ciò consente la creazione di milioni di colori miscelando le emissioni primarie a diverse intensità.

5. Ottica:Utilizzare una lente diffusore o un copri-LED per fondere i tre punti colorati in un'unica area di luce uniforme.

15. Contesto Tecnologico e Tendenze

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce quando una corrente elettrica li attraversa. Il colore della luce è determinato dalla banda proibita dei materiali semiconduttori utilizzati. L'LTPL-P033RGB utilizza chip separati per il Rosso (probabilmente basati su materiali AlInGaP) e per il Verde/Blu (basati su materiali InGaN) alloggiati in un unico package. La tendenza nei LED di potenza continua verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), un miglioramento della resa cromatica, una maggiore affidabilità e un costo inferiore. Questo dispositivo rappresenta una soluzione matura ed economica per applicazioni che richiedono un'emissione di colore versatile senza la necessità dell'efficienza estrema degli ultimi LED monocromatici ad alta potenza.