Scheda Tecnica LED Serie HPND3535CZ0112 (UE) - 3.5x3.5x1.6mm - 1.75-2.35V - Flusso Radiante 1070mW - Rosso Profondo 660nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La Serie HPND3535CZ0112 (UE) rappresenta l'ultima evoluzione della tecnologia LED ad alta potenza per montaggio superficiale, racchiusa in un compatto package ceramico 3535. Questa serie è progettata con un'ottica avanzata ottimizzata per fornire una luminosità eccezionalmente elevata e una superiore efficienza di emissione fotonica. Rivolta principalmente al mercato dell'illuminazione orticola, questo LED si posiziona come una delle soluzioni più efficienti e competitive disponibili per applicazioni che richiedono spettri luminosi specifici per influenzare la crescita e lo sviluppo delle piante. I suoi vantaggi principali includono un robusto substrato ceramico per un'eccellente gestione termica, una protezione ESD integrata che ne aumenta l'affidabilità e la conformità a severi standard ambientali e di sicurezza, tra cui RoHS, REACH e requisiti alogeni-free.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è valutato per una corrente diretta continua massima (IF) di 700 mA in condizioni in cui la temperatura del pad termico è mantenuta a 25°C. Per il funzionamento in impulso, è consentita una corrente di picco (IPulse) di 1250 mA con un ciclo di lavoro di 1/10 a 1 kHz. La temperatura massima di giunzione (TJ) è di 125°C, con un intervallo di temperatura operativa (TOpr) da -40°C a +100°C. La resistenza termica (Rth) da giunzione a punto di saldatura è specificata a 8 °C/W, parametro critico per il progetto termico. Il componente può sopportare una temperatura massima di saldatura (TSol) di 260°C per un tempo limitato durante il reflow, con un massimo di due cicli di reflow consentiti per prevenire il degrado del package.

2.2 Caratteristiche Fotometriche e Radiometriche

La variante di colore principale è il Rosso Profondo, con una lunghezza d'onda di picco (λP) tipicamente a 660 nm, che varia da 655 nm a 665 nm a seconda del bin specifico. Il flusso radiante tipico (potenza ottica) è di 1070 mW quando pilotato alla corrente nominale di 700 mA, misurato a una temperatura del pad termico di 25°C. Una metrica chiave per l'orticoltura è il Flusso Fotonico Fotosintetico (PPF), specificato a 5,83 μmol/s. L'efficienza radiante, che indica l'efficienza di conversione della potenza elettrica in potenza ottica, è del 71%. L'angolo di visione (2θ1/2) è di 120 gradi, fornendo un diagramma di radiazione Lambertiano ampio, adatto per un'illuminazione uniforme e diffusa.

2.3 Caratteristiche Elettriche

La tensione diretta (Vf) a 700 mA si attesta tipicamente intorno a 2,15V, con un intervallo di binning da 1,75V (bin U1) a 2,35V (bin U2). Il dispositivo offre una robusta protezione contro le scariche elettrostatiche (ESD), resistendo fino a 8000 V (Modello Corpo Umano), aspetto essenziale per la manipolazione e l'assemblaggio in ambienti industriali.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

3.1 Binning della Potenza Radiante

I LED sono suddivisi in bin di potenza radiante per garantire la coerenza nell'emissione luminosa. Il raggruppamento principale per questa serie include bin in cui la potenza radiante minima è di 1000 mW e quella massima è di 1200 mW. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino specifici requisiti di flusso per la loro applicazione.

3.2 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in due gruppi: U1 (1,75V - 2,05V) e U2 (2,05V - 2,35V). Questo binning è definito alla corrente operativa di 700 mA. La conoscenza del bin Vf è cruciale per progettare il circuito di pilotaggio, al fine di garantire una regolazione di corrente stabile e un consumo energetico prevedibile tra più LED in un sistema.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda (Colore)

L'emissione Rosso Profondo è strettamente controllata attraverso il binning della lunghezza d'onda. I bin disponibili sono D5 (655 nm - 660 nm) e D6 (660 nm - 665 nm). Questo controllo preciso è vitale per le applicazioni orticole, dove specifiche lunghezze d'onda foniche innescano diverse risposte fotomorfogenetiche nelle piante, come la fioritura o l'allungamento del fusto.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Distribuzione Spettrale di Potenza

Il grafico della Distribuzione Spettrale di Potenza Relativa (SPD) mostra un picco dominante e stretto centrato intorno ai 660 nm, con emissione minima in altre parti dello spettro. Questa caratteristica monocromatica è ideale per applicazioni che richiedono luce rosso profondo pura, senza sprecare energia su lunghezze d'onda inutilizzate. La banda stretta garantisce che i fotoni emessi siano altamente efficienti per guidare la fotosintesi, che ha un picco di assorbimento nella regione del rosso.

4.2 Caratteristiche Corrente-Tensione (I-V)

La tipica curva I-V illustra la relazione tra corrente diretta e tensione diretta. Alla corrente di pilotaggio nominale di 700 mA, la tensione è di circa 2,15V. La curva mostra l'attesa relazione esponenziale e la pendenza nella regione operativa fornisce informazioni sulla resistenza dinamica del diodo, importante per la progettazione del driver, specialmente in configurazioni a corrente costante.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni Meccaniche

Il package segue un footprint standard 3535, con dimensioni di 3,5 mm x 3,5 mm in lunghezza e larghezza. L'altezza complessiva è di circa 1,6 mm. Il package presenta un substrato ceramico che offre un'eccellente conduttività termica, aiutando a dissipare efficacemente il calore dalla giunzione LED. La lente è parte integrante del package e la scheda tecnica avverte esplicitamente di non applicare forza su di essa durante la manipolazione, poiché ciò può portare al guasto del dispositivo.

5.2 Configurazione dei Pad e Polarità

Il componente ha tre pad elettrici: il Pad 1 è designato come Anodo (+), il Pad 2 è il Catodo (-) e un pad centrale 'P' è un Pad Termico. È di fondamentale importanza notare che il pad termico è isolato elettricamente dall'anodo e dal catodo. Questo isolamento consente una connessione termica diretta a un dissipatore o a una zona di rame sul PCB per il raffreddamento, senza creare un cortocircuito elettrico. Durante l'assemblaggio deve essere osservata la polarità corretta per prevenire danni.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione (Reflow)

Il componente è progettato per processi standard di Tecnologia a Montaggio Superficiale (SMT) utilizzando saldatura senza piombo (Pb-free). Viene fornito un profilo di reflow dettagliato: Preriscaldamento da 25°C a 150°C a una velocità di 2-3°C/sec, mantenimento tra 150°C e 200°C per 60-120 secondi, quindi salita a una temperatura di picco non superiore a 260°C. Il tempo sopra la temperatura di liquidus (217°C) dovrebbe essere di 60-90 secondi e il tempo entro 5°C dalla temperatura di picco dovrebbe essere di 20-40 secondi. La velocità massima di raffreddamento è di 3-5°C/sec.

6.2 Note Critiche per l'Assemblaggio

Il dispositivo ha un Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) di 1, il che significa che ha una durata illimitata a scaffale in condizioni ≤30°C / 85% di Umidità Relativa e non richiede essiccazione prima dell'uso se conservato correttamente. Tuttavia, si raccomanda vivamente di eseguire la saldatura a rifusione non più di due volte per evitare stress termici sul package e sui legami interni. Dopo la saldatura, il circuito stampato (PCB) non deve essere piegato, poiché lo stress meccanico può fratturare i giunti di saldatura o il package ceramico stesso.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

Il prodotto è identificato da un numero di parte completo che codifica le sue caratteristiche chiave. Viene fornito un esempio di codice d'ordine: HPND3535CZ0112-NDR55651K0X24700-4H(UE). Questo codice specifica la serie, il colore rosso profondo (NDR), il bin di potenza radiante, il bin di lunghezza d'onda (D5/D6), il bin di tensione diretta (U1/U2), la corrente di pilotaggio (700mA) e la marcatura di conformità (UE). I progettisti devono utilizzare il codice d'ordine completo per assicurarsi di ricevere l'esatta combinazione di bin di prestazione richiesta per la loro applicazione.

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Primari

Illuminazione Orticola:Questa è l'applicazione principale. La luce rosso profondo a 660nm è cruciale per il processo di fotosintesi, in particolare per guidare la reazione del fotosistema II. Viene utilizzata nell'illuminazione supplementare per serre, nelle vertical farm e nelle camere di crescita delle piante per accelerare la crescita, controllare la fioritura e aumentare la resa.

Illuminazione Decorativa e per Spettacoli:Il colore rosso puro e saturo è adatto per l'illuminazione d'accento architettonica, l'illuminazione scenica e i locali di intrattenimento a tema dove sono richiesti punti colore specifici.

Illuminazione per Segnali e Simboli:Può essere utilizzato in indicatori di stato, segnali di uscita o altre applicazioni dove è necessaria una sorgente luminosa rossa ad alta luminosità e affidabile.

8.2 Considerazioni di Progetto

Gestione Termica:Con una resistenza termica di 8 °C/W e una temperatura massima di giunzione di 125°C, un efficace dissipazione del calore è fondamentale. Il pad termicamente isolato deve essere collegato a un'area di rame sufficientemente grande sul PCB o a un dissipatore dedicato utilizzando, se necessario, materiali termicamente conduttivi ma elettricamente isolanti. Un raffreddamento inadeguato porterà a una ridotta emissione luminosa, a un'accelerazione del decadimento del flusso e a un potenziale guasto prematuro.

Corrente di Pilotaggio:Sebbene valutato per 700 mA, operare a correnti inferiori può migliorare significativamente l'efficienza (lumen per watt o μmol/J) e la longevità. Il driver dovrebbe essere di tipo a corrente costante, adattato al bin di tensione diretta dei LED utilizzati, per garantire prestazioni stabili e uniformi.

Progetto Ottico:L'angolo di visione di 120 gradi fornisce un'ampia copertura. Per applicazioni che richiedono fasci più focalizzati, possono essere impiegate ottiche secondarie come riflettori o lenti.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

La Serie HPND3535CZ0112 (UE) si differenzia nel mercato dei LED ad alta potenza attraverso diverse caratteristiche chiave. L'uso di un package ceramico, al contrario della plastica, offre prestazioni termiche superiori e affidabilità a lungo termine, specialmente in condizioni di pilotaggio elevato comuni in orticoltura. L'alta efficienza radiante del 71% si traduce in meno energia sprecata come calore, consentendo progetti di apparecchi più compatti. La combinazione di un alto PPF (5,83 μmol/s) a una corrente di pilotaggio standard di 700mA e del targeting preciso della lunghezza d'onda intorno ai 660nm la rende particolarmente ottimizzata per l'efficienza fotosintetica, spesso superando LED rossi a spettro più ampio o meno efficienti in applicazioni dedicate di grow light.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra flusso radiante (mW) e Flusso Fotonico Fotosintetico (PPF)?

R: Il flusso radiante misura la potenza ottica totale emessa in watt. Il PPF misura il numero di fotoni fotosinteticamente attivi (nell'intervallo 400-700 nm) emessi al secondo, in micromoli al secondo (μmol/s). Il PPF è la metrica rilevante per la crescita delle piante, mentre il flusso radiante descrive la potenza luminosa totale.

D: Posso pilotare questo LED con una sorgente a tensione costante?

R: No. I LED sono dispositivi pilotati in corrente. La loro tensione diretta ha un coefficiente di temperatura negativo e varia da unità a unità (come si vede nel binning). Una sorgente a tensione costante può portare a una fuga termica e alla distruzione del LED. Utilizzare sempre un driver a corrente costante.

D: Perché il pad termico è isolato elettricamente?

R: L'isolamento elettrico consente al pad di essere saldato direttamente a una grande area di rame sul PCB per la massima dissipazione del calore, senza creare un cortocircuito elettrico tra anodo e catodo. Ciò semplifica il progetto termico e migliora l'efficienza di raffreddamento.

D: In che modo la lunghezza d'onda di 660nm avvantaggia le piante rispetto ad altri rossi?

R: L'assorbimento della clorofilla ha picchi nelle regioni rossa e blu dello spettro. La lunghezza d'onda di 660nm si allinea strettamente con un picco principale per la clorofilla a e b, rendendola altamente efficiente per guidare le reazioni luminose della fotosintesi, influenzando processi mediati dal fitocromo come la fioritura.

11. Studio di Caso di Applicazione Pratica

Scenario: Progettazione di un Modulo di Illuminazione Supplementare per Ortaggi a Foglia in una Vertical Farm.

Un lighting engineer sta progettando una barra LED a profilo sottile da montare tra i livelli di una vertical farm che coltiva lattuga. L'obiettivo è fornire luce intensa ed energeticamente efficiente per massimizzare il tasso di crescita in uno spazio confinato.

Scelte di Progetto:L'ingegnere seleziona la Serie HPND3535CZ0112 (UE) per il suo alto output di PPF e la lunghezza d'onda di 660nm, ideale per promuovere la crescita fogliare. Sceglie componenti dal bin di potenza radiante più alto (S3, 1100-1200mW) per massimizzare l'intensità luminosa. Una matrice densa di questi LED è posizionata su un PCB a nucleo di alluminio (MCPCB) per gestire efficacemente il carico termico derivante dalla corrente di pilotaggio di 700mA. L'ampio angolo di fascio di 120 gradi garantisce una distribuzione uniforme della luce sulla chioma delle piante senza bisogno di ottiche aggiuntive, mantenendo il modulo sottile. Il driver è selezionato come tipo a corrente costante in grado di fornire la corrente richiesta accettando l'intervallo di tensione di ingresso del sistema elettrico della farm. Il risultato è una barra luminosa compatta e ad alta emissione che fornisce fotoni in modo efficiente dove sono più necessari per la fotosintesi.

12. Introduzione al Principio Tecnico

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce quando una corrente elettrica li attraversa. Questo fenomeno, chiamato elettroluminescenza, si verifica quando gli elettroni si ricombinano con le lacune elettroniche all'interno del dispositivo, rilasciando energia sotto forma di fotoni. Il colore della luce (la sua lunghezza d'onda) è determinato dal band gap del materiale semiconduttore utilizzato. Per i LED rosso profondo come l'HPND3535CZ0112, materiali come il Fosfuro di Alluminio Gallio Indio (AlGaInP) sono tipicamente utilizzati per ottenere l'emissione a 660nm. Il package ceramico funge sia da involucro protettivo che da percorso termico critico, conducendo il calore dal minuscolo chip semiconduttore (la giunzione) all'ambiente esterno, mantenendo così prestazioni e affidabilità.

13. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

Il settore dell'illuminazione orticola sta guidando significativi progressi nella tecnologia LED. La tendenza si sta muovendo verso efficacie foniche ancora più elevate (μmol/J), riducendo il costo dell'elettricità per unità di crescita vegetale. C'è anche un focus sullo sviluppo di LED con output spettrali specifici oltre al semplice rosso profondo e blu, incluso il rosso lontano (730nm) per influenzare la morfologia e la fioritura delle piante, e lunghezze d'onda ultraviolette per il controllo di parassiti/malattie. I miglioramenti nel design del package continuano a ridurre la resistenza termica, consentendo correnti di pilotaggio più elevate e una maggiore emissione luminosa da un singolo emettitore. Inoltre, l'integrazione di più chip monocromatici (es. rosso, blu, rosso lontano) in un unico package per creare uno spettro personalizzato è un'area di sviluppo attivo, offrendo ai lighting designer un controllo senza precedenti sulla 'ricetta luminosa' per diverse colture e fasi di crescita.