Scheda Tecnica LED EHP-C04 - LED Bianco ad Alta Potenza - 160lm @ 1000mA - CCT 5700K - Package 2.04x1.64mm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'EHP-C04/NT01A-P01/TR è un LED bianco ad alta potenza a montaggio superficiale, progettato per applicazioni di illuminazione impegnative. Utilizza la tecnologia a chip InGaN per produrre luce bianca, offrendo un equilibrio tra elevata emissione luminosa e fattore di forma compatto. Questo dispositivo è classificato per la produzione di massa, indicando la sua maturità e affidabilità per la produzione in volumi.

La proposta di valore principale di questo LED risiede nella combinazione di alta efficienza in un package ridotto. È progettato per applicazioni in cui lo spazio è limitato ma è richiesta un'elevata emissione luminosa. Il dispositivo incorpora una protezione integrata contro le scariche elettrostatiche (ESD), migliorando la sua robustezza durante la manipolazione e i processi di assemblaggio.

1.1 Caratteristiche Principali e Applicazioni

Il LED vanta diverse caratteristiche chiave che ne definiscono le prestazioni. Fornisce un flusso luminoso tipico di 160 lumen quando alimentato con una corrente diretta di 1000mA. La temperatura di colore correlata (CCT) tipica a questa corrente di pilotaggio è di 5700 Kelvin, collocandola nello spettro del "bianco freddo". La sua efficienza ottica è valutata a 45 lumen per watt nelle stesse condizioni.

Dal punto di vista dell'affidabilità, offre una protezione ESD fino a 8KV (Modello Corpo Umano) ed è classificato per il Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) Classe 1, il che significa che ha una durata illimitata a scaffale in condizioni ≤30°C/85% UR e non richiede pre-essiccazione prima della saldatura a rifusione in condizioni standard. Il dispositivo è anche conforme alla RoHS ed è privo di piombo.

I parametri di raggruppamento primari per la produzione sono il flusso luminoso totale e le coordinate cromatiche, garantendo coerenza nelle prestazioni ottiche.

Applicazioni Target:

• Flash Fotocamera per Dispositivi Mobili:L'applicazione principale è come flash fotocamera o luce stroboscopica per telefoni cellulari e altri dispositivi portatili, richiedendo un'elevata emissione luminosa istantanea.
• Torcia per Video Digitale (DV):Utilizzata per l'illuminazione costante nelle applicazioni di registrazione video.
• Illuminazione Generale:Adatto per vari apparecchi di illuminazione interna.
• Illuminazione Architetturale e di Sicurezza:Può essere utilizzato in luci segnaletiche per gradini, vie di uscita e altre segnaletiche.
• Retroilluminazione TFT:Fornisce illuminazione per pannelli display.
• Illuminazione Automobilistica:Applicabile sia per l'illuminazione esterna che interna automobilistica, previo soddisfacimento di specifiche qualifiche di grado automobilistico.
• Illuminazione Decorativa e per Intrattenimento:Utilizzato in illuminazione d'accento ed effetti.

2. Valori Massimi Assoluti e Caratteristiche Termiche

Comprendere i valori massimi assoluti è cruciale per garantire un funzionamento affidabile e prevenire danni permanenti al LED. Tutti i valori sono specificati a una temperatura del pad di saldatura (T_{pad di saldatura}) di 25°C.

2.1 Limiti Elettrici e Termici

Corrente Diretta Continua (I_F):La massima corrente continua DC è 350 mA. Superare questo limite rischia surriscaldamento e degrado accelerato.

Corrente di Picco Impulsiva (I_impulso):Per il funzionamento impulsivo, è consentita una corrente di picco di 1500 mA in condizioni specifiche: larghezza d'impulso di 400ms ON e 3600ms OFF. Per impulsi più brevi, la scheda tecnica specifica che la corrente di picco impulsiva deve essere applicata con una durata massima di 50ms e un ciclo di lavoro massimo del 10%. Questo è particolarmente rilevante per le applicazioni flash.

Dissipazione di Potenza (P_d):In modalità impulso, la massima dissipazione di potenza consentita è di 6,5 Watt. Questo valore è strettamente legato alla gestione termica.

Temperatura di Giunzione (T_J):La massima temperatura consentita alla giunzione del semiconduttore è di 125°C. La durata e le prestazioni del dispositivo si degradano significativamente man mano che ci si avvicina o si supera questa temperatura.

Resistenza Termica (R_θ):La resistenza termica dalla giunzione al terminale è specificata come 10 °C/W. Questo parametro è vitale per calcolare l'innalzamento di temperatura della giunzione in base alla potenza dissipata (P_d= V_F* I_F). È necessario un efficace dissipatore di calore per mantenere T_Jentro limiti sicuri, specialmente a correnti più elevate.

Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:Il dispositivo può funzionare a temperature ambiente da -40°C a +85°C e può essere stoccato a temperature da -40°C a +110°C.

Saldatura:Il LED può sopportare una temperatura massima di saldatura di 260°C ed è classificato per un massimo di 2 cicli di rifusione, che è lo standard per i componenti SMD.

2.2 Note Critiche di Progettazione

La scheda tecnica include diversi importanti avvertimenti:

• Il LED non è progettato per funzionamento in polarizzazione inversa.
• Evitare di far funzionare il LED alla sua massima temperatura operativa per periodi superiori a un'ora per garantire l'affidabilità a lungo termine.
• Tutte le specifiche sono garantite da un test di affidabilità di 1000 ore, con degrado della tensione diretta garantito inferiore al 30%.
• I test di affidabilità a 1500mA sono stati condotti con una buona gestione termica utilizzando un PCB a nucleo metallico (MCPCB) da 1.0cm x 1.0cm. I test a 1000mA hanno utilizzato un PCB FR4 da 1.0cm x 1.0cm.
• Far funzionare il LED continuamente ai valori massimi causerà danni permanenti. Non è consentito applicare contemporaneamente più parametri al loro valore massimo.

3. Caratteristiche Elettro-Ottiche

Queste caratteristiche definiscono le prestazioni attese del LED in condizioni operative normali, misurate a T_{pad di saldatura}= 25°C e tipicamente in condizioni di impulso di 50ms per minimizzare gli effetti di auto-riscaldamento.

3.1 Parametri di Prestazione Chiave

Flusso Luminoso (Ф_v):L'emissione luminosa. Il minimo è 140 lm, il tipico è 160 lm, senza massimo specificato nella tabella riassuntiva. La tolleranza di misura è ±10%.

Tensione Diretta (V_F):La caduta di tensione ai capi del LED a una corrente specificata. A I_F=1000mA, V_Fha un minimo di 2.95V e un massimo di 4.35V, con una tolleranza di misura di ±0.1V. Il valore tipico non è dichiarato nella tabella principale ma è definito all'interno degli intervalli di bin.

Temperatura di Colore Correlata (CCT):Varia da 4500K a 7000K, con un valore tipico di 5700K a 1000mA.

Angolo di Visione (2θ_1/2):L'angolo totale a cui l'intensità luminosa è metà del valore di picco è di 120 gradi, con una tolleranza di ±5 gradi. Il diagramma di radiazione è Lambertiano, il che significa che l'intensità decresce con il coseno dell'angolo di visione.

4. Spiegazione del Sistema di Binning

Per gestire le variazioni di produzione e consentire ai progettisti di selezionare LED con prestazioni coerenti, i dispositivi vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave.

4.1 Binning della Tensione Diretta (V_F)

I LED sono categorizzati in cinque bin di tensione a I_F=1000mA:

- Bin 2932: da 2.95V a 3.25V

- Bin 3235: da 3.25V a 3.55V

- Bin 3538: da 3.55V a 3.85V

- Bin 3841: da 3.85V a 4.15V

- Bin 4143: da 4.15V a 4.35V

Ciò consente una migliore corrispondenza della corrente quando più LED sono utilizzati in serie o per prevedere i requisiti dell'alimentatore.

4.2 Binning del Flusso Luminoso

L'emissione luminosa è suddivisa in tre categorie a I_F=1000mA:

- Bin J3: da 140 lm a 160 lm

- Bin J4: da 160 lm a 180 lm

- Bin J5: da 180 lm a 200 lm

Ciò aiuta a ottenere una luminosità uniforme in un array o applicazione.

4.3 Binning del Colore (Bianco)

Le coordinate di cromaticità (CIE x, y) sono raggruppate in tre bin principali definiti dalla loro CCT target e da un'area quadrilatera sul diagramma di cromaticità:

1. Bin Colore (1) - 4550K:Target 4500K-5000K. Definita dalle coordinate (0.3738, 0.4378), (0.3524, 0.4061), (0.3440, 0.3420), (0.3620, 0.3720).

2. Bin Colore (2) - 5057K:Target 5000K-5700K. Definita dalle coordinate (0.3300, 0.3200), (0.3300, 0.3730), (0.3440, 0.3420), (0.3524, 0.4061).

3. Bin Colore (3) - 5770K:Target 5700K-7000K. Definita dalle coordinate (0.3030, 0.3330), (0.3300, 0.3730), (0.3300, 0.3200), (0.3110, 0.2920).

La tolleranza di misura della coordinata di colore è ±0.01. I bin sono definiti a I_F= 1000mA in funzionamento a impulsi di 50ms.

5. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici che illustrano le tendenze delle prestazioni, tutti testati con un'ottima gestione termica utilizzando un MCPCB da 1.0x1.0 cm².

5.1 Distribuzione Spettrale

La curva di Distribuzione Spettrale Relativa mostra un ampio spettro di emissione caratteristico di un LED bianco a conversione di fosforo, con un picco nella regione blu (dal chip InGaN) e un picco più ampio nella regione giallo-verde (dal fosforo). Questa combinazione produce luce bianca.

5.2 Tensione Diretta vs. Corrente

Questa curva mostra la relazione non lineare tra tensione diretta (V_F) e corrente diretta (I_F). V_Faumenta con I_F, ma il tasso di aumento non è lineare. Questo grafico è essenziale per la progettazione del driver, specialmente per i driver a corrente costante.

5.3 Flusso Luminoso vs. Corrente

La curva del Flusso Luminoso Relativo dimostra che l'emissione luminosa aumenta in modo super-lineare con la corrente a correnti basse, ma tende a diventare più lineare o addirittura sub-lineare a correnti molto elevate a causa dell'efficienza droop e degli effetti termici. Ciò evidenzia l'importanza della gestione termica per mantenere l'efficienza.

5.4 Temperatura di Colore vs. Corrente

Il grafico della Temperatura di Colore Correlata (CCT) vs. Corrente Diretta mostra come la temperatura di colore si sposti con la corrente di pilotaggio. Tipicamente, la CCT può aumentare (la luce diventa più fredda) con correnti più elevate a causa dei cambiamenti nell'efficienza di conversione del fosforo rispetto all'emissione del die blu.

5.5 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo è uno dei grafici più critici per una progettazione affidabile. Mostra la massima corrente diretta consentita in funzione della temperatura del pad di saldatura. All'aumentare della temperatura del pad, la massima corrente sicura diminuisce significativamente. Ad esempio, a una temperatura del pad di saldatura di 100°C, la massima corrente continua consentita è deratata a circa 100mA per mantenere la temperatura di giunzione sotto i 125°C. Questa curva impone un efficace dissipatore di calore per il funzionamento ad alta corrente.

6. Informazioni Meccaniche e sul Package

6.1 Dimensioni del Package

Il LED è fornito in un package compatto a montaggio superficiale. Le dimensioni chiave dal disegno includono:

- Dimensioni complessive del package: circa 2.04 mm di lunghezza e 1.64 mm di larghezza.

- Sono indicate la posizione del chip e il centro ottico.

- I pad dell'anodo e del catodo sono chiaramente marcati per l'identificazione della polarità.

- Le dimensioni sono in millimetri, con tolleranze standard di ±0.1mm salvo diversa indicazione.

La vista dall'alto mostra i pad dell'anodo e del catodo, cruciali per un corretto layout PCB e saldatura. Il centro ottico è spostato rispetto al centro geometrico, il che può essere importante per un preciso progetto ottico in applicazioni come i flash fotocamera.

7. Linee Guida per Saldatura, Assemblaggio e Manipolazione

7.1 Sensibilità all'Umidità e Rifusione

Essendo un dispositivo MSL Livello 1, ha una durata illimitata a scaffale a ≤30°C/85% UR. Le condizioni standard di condizionamento per la rifusione sono 168 ore (+5/-0) a 85°C/85% UR se richiesto da altri componenti sulla scheda. Il dispositivo può sopportare una temperatura di picco di saldatura di 260°C per un profilo di rifusione standard ed è classificato per un massimo di 2 cicli di rifusione.

7.2 Stoccaggio e Manipolazione

Lo stoccaggio deve avvenire nell'intervallo di temperatura specificato da -40°C a +110°C. Nonostante la protezione ESD da 8KV, durante la manipolazione devono essere comunque osservate le normali precauzioni ESD per prevenire potenziali danni latenti.

8. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

8.1 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta di imballaggio include diversi codici essenziali per la tracciabilità e la selezione:

- CPN:Numero di Prodotto del Cliente.

- P/N:Numero di Prodotto del Produttore (es., EHP-C04/NT01A-P01/TR).

- LOT NO:Numero di Lotto di Produzione per la tracciabilità.

- QTY:Quantità di dispositivi nella confezione.

- CAT:Codice Bin del Flusso Luminoso (Luminosità) (es., J3, J4, J5).

- HUE:Codice Bin del Colore (es., 1, 2, 3).

- REF:Codice Bin della Tensione Diretta (es., 2932, 3235).

- MSL-X:Livello di Sensibilità all'Umidità.

9. Considerazioni di Progettazione per l'Applicazione

9.1 Gestione Termica

Questo è il fattore singolo più critico per un funzionamento e prestazioni affidabili. La curva di derating mostra chiaramente la necessità di mantenere bassa la temperatura del pad di saldatura. I progettisti devono:

1. Utilizzare un PCB con adeguata conducibilità termica (es., MCPCB per applicazioni ad alta corrente come il flash, come utilizzato nei test di affidabilità).

2. Garantire un percorso a bassa resistenza termica dal pad del LED al dissipatore di calore o all'ambiente.

3. Considerare la temperatura ambiente operativa.

4. Per il funzionamento impulsivo (come il flash fotocamera), la massa termica del sistema e il ciclo di lavoro determineranno l'innalzamento di temperatura medio.

9.2 Pilotaggio Elettrico

Il LED deve essere pilotato da una sorgente di corrente costante, non da una sorgente di tensione costante, per garantire un'emissione luminosa stabile e prevenire la fuga termica. Il driver deve essere progettato per:

- Fornire la corrente richiesta (es., 1000mA per la massima luminosità).

- Accogliere l'intervallo del bin di tensione diretta (da 2.95V a 4.35V) per garantire una corretta regolazione della corrente su tutte le unità.

- Per applicazioni flash, fornire l'alta corrente di picco (fino a 1500mA in condizioni di impulso specificate) con un appropriato controllo della larghezza d'impulso e del ciclo di lavoro.

9.3 Integrazione Ottica

Il diagramma di radiazione Lambertiano e l'angolo di visione di 120 gradi lo rendono adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia. Per fasci focalizzati (es., torcia), saranno necessarie ottiche secondarie (lenti o riflettori). Lo spostamento del centro ottico rispetto al centro geometrico del package deve essere considerato in allineamenti ottici precisi.

10. Confronto e Guida alla Selezione

Quando si seleziona questo LED, confrontare i suoi parametri chiave con i requisiti dell'applicazione:

- Flusso Luminoso & Efficienza:160 lm @ 1A e 45 lm/W sono competitivi per le dimensioni del package e l'epoca della scheda tecnica. LED più recenti possono offrire un'efficacia maggiore.

- Temperatura di Colore:La CCT tipica di 5700K è un bianco freddo standard. La disponibilità di bin da 4500K a 7000K offre flessibilità.

- Dimensioni del Package:L'ingombro di 2.04x1.64mm è compatto, adatto per progetti con spazio limitato come i telefoni cellulari.

- Corrente di Pilotaggio:Le sue prestazioni sono caratterizzate a 1000mA, che è una corrente di pilotaggio comune per LED flash ad alta potenza. La capacità di gestire impulsi di 1500mA è un vantaggio chiave per le applicazioni flash rispetto a LED classificati solo per correnti inferiori.

- Prestazioni Termiche:La resistenza termica giunzione-terminale di 10 °C/W richiede un'attenta progettazione termica. Confrontare questo valore con alternative; un numero più basso indica un package migliore nel trasferire calore.

11. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED con un alimentatore da 3.3V?

R: Dipende dal bin di tensione diretta del tuo LED specifico e dalla corrente desiderata. Per un pilotaggio a 1000mA, la V_Fvaria da 2.95V a 4.35V. Un alimentatore da 3.3V sarebbe sufficiente solo per LED nei bin V_Fpiù bassi (es., 2932) e richiederebbe un driver a corrente costante con dropout molto basso. Un alimentatore a tensione più alta (es., 5V) con un regolatore di corrente è più affidabile.

D: Come posso ottenere i 160 lumen nominali nella mia applicazione?

R: Devi pilotare il LED a 1000mA DC o a una corrente impulsiva equivalente mantenendo la temperatura del pad di saldatura a o vicino a 25°C. In un'applicazione reale con temperatura ambiente più alta e dissipazione di calore limitata, l'emissione luminosa sarà inferiore a causa del derating termico e dell'efficienza droop.

D: Qual è la differenza tra le condizioni di test a 1000mA e 1500mA?

R: La condizione a 1000mA è utilizzata per caratterizzare le prestazioni tipiche (flusso, V_F, CCT). La classificazione a 1500mA è per impulsi di breve durata (max 50ms, ciclo di lavoro 10%), tipici per il funzionamento del flash fotocamera. I test di affidabilità sono stati eseguiti diversamente: i test a 1500mA hanno utilizzato un MCPCB per un migliore raffreddamento, mentre i test a 1000mA hanno utilizzato FR4.

D: Perché la tolleranza dell'angolo di visione è di ±5 gradi?

R: Questa tolleranza tiene conto di piccole variazioni nel posizionamento del chip, nel rivestimento di fosforo e nella geometria della lente durante la produzione, che possono alterare leggermente il diagramma di radiazione.

12. Esempi di Progettazione e Casi d'Uso

12.1 Flash Fotocamera per Telefono Mobile

Scenario:Progettazione di un flash a LED singolo per una fotocamera di smartphone.

Implementazione:

1. Circuito di Pilotaggio:Utilizzare un driver IC dedicato per flash LED in grado di fornire impulsi di 1500mA con un controllo preciso della larghezza d'impulso (es., 400ms max per la luce di assistenza per foto). Il driver dovrebbe avere un convertitore boost ad alta tensione per generare tensione sufficiente (es., >5V) per coprire la V_F bin.

2. Gestione Termica:Il LED dovrebbe essere montato su un pad termico dedicato sul PCB, collegato a piani di massa interni o a un telaio metallico intermedio per la diffusione del calore. Il ciclo di lavoro del flash deve essere limitato dal software per prevenire il surriscaldamento.

3. Ottica:Una lente in plastica o una guida luminosa è posizionata sopra il LED per diffondere la luce e ridurre i punti caldi, allineando il centro ottico spostato con l'asse della lente.

12.2 Luce Video Portatile

Scenario:Una torcia a luce costante per una videocamera digitale.

Implementazione:

1. Circuito di Pilotaggio:Un driver a corrente costante impostato a 350mA (il massimo rating DC) o inferiore per privilegiare efficienza e longevità. Può essere utilizzato un semplice regolatore lineare o un convertitore switching.

2. Gestione Termica:Un piccolo dissipatore di calore in alluminio è fissato all'area del PCB dietro il LED. L'alloggiamento deve consentire una certa circolazione d'aria.

3. Ottica:Un riflettore poco profondo o una lente smerigliata crea un fascio ampio e uniforme adatto per l'illuminazione video.

13. Principi Tecnici

L'EHP-C04 è un LED bianco a conversione di fosforo. Il principio fondamentale coinvolge un chip semiconduttore in Nitruro di Gallio e Indio (InGaN) che emette luce blu quando una corrente elettrica lo attraversa (elettroluminescenza). Questa luce blu è parzialmente assorbita da uno strato di fosforo di granato di alluminio e ittrio drogato con cerio (YAG:Ce) che riveste il chip. Il fosforo converte alcuni dei fotoni blu in lunghezze d'onda più lunghe, principalmente nella regione gialla. La miscela della luce blu residua e della luce gialla emessa è percepita dall'occhio umano come luce bianca. L'esatto rapporto tra emissione blu e gialla, controllato dalla composizione e dallo spessore del fosforo, determina la Temperatura di Colore Correlata (CCT). Il package compatto integra il die, il fosforo e una lente primaria in silicone che modella il diagramma di radiazione iniziale.

14. Contesto e Tendenze del Settore

Questa scheda tecnica, con data di rilascio 2015, rappresenta una generazione matura di LED bianchi ad alta potenza. All'epoca, un'efficacia di 45 lm/W a 1A di corrente di pilotaggio era competitiva per la sua classe di package. Le principali tendenze del settore da allora che i progettisti dovrebbero considerare quando valutano questo componente per nuovi progetti includono:

- Efficacia Aumentata:I moderni LED bianchi ad alta potenza possono superare i 150-200 lm/W, riducendo significativamente il consumo energetico e il carico termico per la stessa emissione luminosa.

- Qualità del Colore Migliorata:I LED più recenti spesso offrono valori di Indice di Resa Cromatica (CRI) più alti e un controllo del punto colore più coerente tra i bin.

- Packaging Avanzato:Le tendenze includono package chip-scale (CSP) senza telaio di piombo, che possono offrire migliori prestazioni termiche e dimensioni ridotte. Inoltre, package progettati per densità di corrente più elevate e migliore estrazione della luce.

- Soluzioni Integrate:Per applicazioni come il flash fotocamera, i LED sono sempre più integrati con driver, sensori e ottiche in moduli completi.

- Affidabilità e Durata:Mentre questo LED garantisce meno del 30% di deprezzamento del lumen dopo 1000 ore, i prodotti più recenti spesso citano durate L70 o L90 (tempo per il 70% o 90% dell'emissione luminosa iniziale) di decine di migliaia di ore in condizioni specifiche.

Quando si selezionano i componenti, gli ingegneri devono valutare l'affidabilità consolidata e il costo di parti consolidate come l'EHP-C04 rispetto ai benefici prestazionali delle nuove generazioni, considerando i requisiti specifici e il ciclo di vita del loro prodotto.