Scheda Tecnica LED a Media Potenza con Package EMC 3020 - 3.0x2.0mm - Tensione 3.4V - Potenza 0.5W/0.8W - Bianco Freddo/Neutro/Caldo - Documento Tecnico in Cinese

1. Panoramica del prodotto

Questo documento descrive in dettaglio le specifiche tecniche e le caratteristiche prestazionali dei LED di media potenza della serie 3020, che utilizzano un avanzato incapsulamento EMC (Epoxy Molding Compound). Progettata specificamente per applicazioni di illuminazione generale, questa serie raggiunge il miglior equilibrio tra efficienza luminosa, rapporto costo-efficacia e affidabilità.

1.1 Posizionamento del prodotto e vantaggi chiave

Il LED 3020 è posizionato nel mercato della media potenza, rivolgendosi principalmente a scenari applicativi che richiedono rigorosamente alte prestazioni e un elevato rapporto qualità-prezzo. I suoi vantaggi fondamentali derivano dalla sua tecnologia di incapsulamento e dal design elettrico.

• Confezione EMC con prestazioni termiche potenziate: Rispetto alle plastiche tradizionali PPA o PCT, il materiale EMC offre una conduttività termica e una resistenza alle alte temperature superiori, garantendo così un migliore mantenimento del flusso luminoso e una maggiore durata operativa.
• Alta efficienza luminosa e rapporto costo-prestazioni (lumen/dollaro): Questo prodotto mira a fornire le migliori metriche di lumen per watt e lumen per dollaro nella sua categoria, risultando ideale per progetti di illuminazione ad alto volume e sensibili ai costi.
• Flessibilità di potenza: Sebbene classificata come serie da 0,5W, il suo robusto package consente una potenza operativa fino a 0,8W, offrendo flessibilità di progettazione per diverse esigenze di corrente di pilotaggio.
• Alta qualità del colore: Indice di resa cromatica (CRI) minimo di 80, garantisce un'ottima fedeltà cromatica, adatto per l'illuminazione interna generale che richiede precisione dei colori.
• Elevata capacità di pilotaggio: Supporta una corrente diretta massima (IF) di 240mA e una corrente impulsiva (IFP) di 300mA, in grado di adattarsi a vari schemi di pilotaggio.

1.2 Mercato target e applicazioni chiave

La versatilità del LED 3020 lo rende adatto a un'ampia gamma di applicazioni di illuminazione.

• Apparecchi di sostituzione e lampadine: Sostituire direttamente le lampadine a incandescenza tradizionali, le lampade fluorescenti compatte o i vecchi moduli LED in lampadine, tubi e faretti.
• Illuminazione generale: Principale fonte luminosa per apparecchi di illuminazione residenziali, commerciali e industriali (come pannelli luminosi, plafoniere a griglia, lampade ad alta baia).
• Illuminazione retroilluminata: Illuminazione per segnaletica interna ed esterna, light box e pannelli decorativi.
• Illuminazione architettonica e decorativa: Illuminazione d'accento, illuminazione a canaletta e altre applicazioni che richiedono un'uscita luminosa stabile e una coerenza cromatica.

2. Analisi approfondita dei parametri tecnici

Tutti i parametri sono misurati in condizioni di prova standard: corrente diretta (IF) = 150mA, temperatura ambiente (Ta) = 25°C, umidità relativa (RH) = 60%.

2.1 Caratteristiche fotoelettriche

Definire i principali indicatori di prestazione che determinano l'output luminoso e il colore di un LED.

• Flusso luminoso: A 150mA, il valore tipico varia da 58 lm a 68 lm, a seconda del bin di temperatura di colore correlata (CCT). Ogni bin specifica anche un valore minimo garantito. La tolleranza di misura è ±7%.
• Tensione diretta (VF): A 150mA, la caduta di tensione tipica ai capi del LED è di 3.4V, con un intervallo da 3.1V (minimo) a 3.4V (tipico). La tolleranza è ±0.1V. Questo parametro è cruciale per la progettazione del driver e la gestione termica.
• Angolo di visione (2θ1/2): Il tipico ampio angolo di visione di 110 gradi fornisce una distribuzione della luce ampia e uniforme, ideale per l'illuminazione generale.
• Indice di resa cromatica (CRI/Ra): Il valore Ra minimo è 80, con una tolleranza di misura di ±2. Ciò indica un'ottima fedeltà cromatica.
• Corrente inversa (IR): A una tensione inversa (VR) di 5V, il valore massimo è 10 μA, indicando una buona integrità della giunzione.

2.2 Caratteristiche elettriche e valori massimi assoluti

Questi valori definiscono i limiti operativi il cui superamento può causare danni permanenti.

• Corrente diretta massima (IF_max): 240 mA (DC).
• IFP (Corrente diretta di picco massima)_max): 300 mA in condizioni specifiche (larghezza dell'impulso ≤ 100µs, ciclo di lavoro ≤ 1/10).
• Potenza massima dissipabile (PD_max): 816 mW. Questa è la massima potenza termica dissipabile consentita alla giunzione.
• Tensione inversa massima (VR_max): 5 V.
• Temperatura di giunzione (Tj_max): 115 °C. Temperatura assoluta massima della giunzione del semiconduttore.
• Temperatura operativa e di stoccaggio: Da -40 °C a +85 °C.
• Temperatura di saldatura: Resiste a 230°C o 260°C per 10 secondi, compatibile con le curve di rifusione standard senza piombo.

2.3 Caratteristiche termiche

Una gestione termica efficace è cruciale per le prestazioni e la durata.

• Resistenza termica (Rθ_J-SP): 21 °C/W (tipico). Questa è la resistenza termica dalla giunzione del LED al punto di saldatura. Un valore più basso indica un migliore trasferimento di calore dal chip alla scheda a circuito stampato. Questo parametro è fondamentale per calcolare l'incremento di temperatura della giunzione rispetto al punto di saldatura: ΔTj = PD * Rθ_J-SP。
• Capacità di resistenza alle scariche elettrostatiche (ESD): Può sopportare 1000V (modello del corpo umano), garantendo una buona robustezza operativa.

3. Descrizione del sistema di binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono selezionati e suddivisi in diversi bin. Questa serie adotta un sistema di binning multi-parametro.

3.1 Binning della temperatura di colore e della cromaticità

Questo prodotto offre sei fasce principali di CCT, dal bianco caldo al bianco freddo, in conformità con le definizioni di fascia ENERGY STAR per 2600K-7000K.

• Modello e intervallo CCT:
  • T3427811C-**AA: Bianco caldo (valore tipico 2725K, intervallo 2580K-2870K)
  • T3430811C-**AA: Bianco caldo (valore tipico 3045K, intervallo 2870K-3220K)
  • T3440811C-**AA: Bianco neutro (valore tipico 3985K, intervallo 3710K-4260K)
  • T3450811C-**AA: Bianco neutro (valore tipico 5028K, intervallo 4745K-5311K)
  • T3457811C-**AA: Bianco freddo (valore tipico 5665K, intervallo 5310K-6020K)
  • T3465811C-**AA: Bianco freddo (valore tipico 6530K, intervallo 6020K-7040K)
• Struttura di binning cromatico (Tabella 5): Ogni bin CCT (ad es. 27M5, 30M5) è definito da un'ellisse sul diagramma cromatico CIE 1931. La tabella specifica le coordinate del centro dell'ellisse (x, y), il semiasse maggiore (a), il semiasse minore (b) e il suo angolo di rotazione (Φ). L'incertezza di misura della coordinata cromatica è ±0.007.

3.2 Classificazione del flusso luminoso

All'interno di ogni bin di cromaticità, i LED vengono ulteriormente selezionati in base alla loro emissione luminosa a 150mA.

• Codice del flusso luminoso: Codici come E7, E8, E9, F1, F2 rappresentano specifici intervalli di lumen. Ad esempio, nella classificazione cromatica 27M5:
  • Codice E7: da 54 lm (minimo) a 58 lm (massimo)
  • Codice E8: da 58 lm a 62 lm
  • Codice E9: da 62 lm a 66 lm
• I codici di flusso luminoso disponibili variano in base al bin di cromaticità; generalmente, bin di CCT più alti offrono codici di flusso luminoso più elevati (ad esempio, fino a F2: 70-72 lm).

3.3 Classificazione della tensione diretta

I LED vengono anche raggruppati in base alla loro caduta di tensione diretta, per semplificare la progettazione dell'alimentazione e garantire un comportamento uniforme delle stringhe quando collegate in serie.

• Codice di tensione:
  • Codice 1: VF = da 2.8V a 3.0V
  • Codice 2: VF = da 3.0V a 3.2V
  • Codice 3: VF = da 3.2V a 3.4V
• La tolleranza di misura per VF è ±0.1V.

4. Analisi della curva di prestazione

Il grafico fornito offre intuizioni cruciali sul comportamento del LED in diverse condizioni operative.

4.1 Caratteristiche IV e flusso luminoso relativo

Figura 3 (IF vs. flusso luminoso relativo): Mostra la relazione tra corrente di pilotaggio e output luminoso. Il flusso luminoso aumenta in modo sublineare con la corrente. Sebbene pilotare a correnti più elevate (ad es. 240mA) generi una quantità totale di luce maggiore, l'efficienza luminosa (lumen per watt) tipicamente diminuisce a causa dell'aumento delle perdite termiche ed elettriche. I progettisti devono bilanciare i requisiti di output con l'efficienza luminosa e il carico termico.

Figura 4 (IF vs VF): Illustra la curva IV del diodo. La tensione diretta aumenta con l'aumentare della corrente. Questa curva è cruciale per calcolare la dissipazione di potenza (PD = IF * VF) in qualsiasi punto di lavoro, che influisce direttamente sul progetto termico.

4.2 Dipendenza dalla temperatura

Figura 6 (Ta vs. flusso luminoso relativo): Mostra l'impatto negativo dell'aumento della temperatura ambiente/del punto di saldatura sull'output luminoso. Quando la temperatura sale da 25°C a 85°C, il flusso luminoso può diminuire di circa il 20-30%. Ciò sottolinea la necessità di un efficace design termico della PCB e di dissipatori di calore.

Figura 7 (Ta vs. Tensione diretta): Mostra che la tensione diretta diminuisce linearmente con l'aumento della temperatura (circa -2mV/°C per un tipico LED InGaN). Questa caratteristica può talvolta essere utilizzata per stimare la temperatura di giunzione.

Figura 8 (IF massimo vs. Temperatura ambiente): Una curva di derating cruciale. È necessario ridurre la corrente diretta continua massima consentita all'aumentare della temperatura ambiente, per prevenire il superamento della temperatura di giunzione massima (115°C). Ad esempio, a una temperatura ambiente di 85°C, la corrente massima consentita è significativamente inferiore a 240mA.

4.3 Comportamento spettrale e cromatico

Figura 1 (Distribuzione Spettrale): Spettro tipico di un LED a luce bianca, ottenuto dalla combinazione di un chip a luce blu e di un fosforo. Il grafico mostra il picco di luce blu proveniente dal chip e l'emissione più ampia del fosforo giallo. La forma esatta determina la CCT e il CRI.

Figura 5 (Ta vs. spostamento CIE x, y): Viene illustrato come le coordinate cromatiche variano con la temperatura a corrente costante. Le coordinate si spostano lungo una traiettoria specifica. Comprendere questo spostamento è fondamentale per le applicazioni che richiedono una rigorosa stabilità del colore su un intervallo di temperature.

Figura 2 (Distribuzione dell'angolo di visione): È stato confermato il modello di emissione quasi-Lambertiana associato all'angolo di visione di 110°, che mostra la variazione dell'intensità rispetto all'angolo centrale.

5. Linee guida applicative e considerazioni progettuali

5.1 Gestione termica

Questo è il fattore più importante per garantire prestazioni e durata.

• Progettazione PCB: Utilizzare un substrato metallico (MCPCB) o una scheda FR4 standard con sufficienti fori termici sotto il pad termico del LED per dissipare il calore dal punto di saldatura.
• Calcolo della temperatura di giunzione: Monitorare e controllare continuamente Tj. Può essere stimata: Tj ≈ Tsp + (PD * Rθ_J-SP), dove Tsp è la temperatura misurata nel punto di saldatura. Mantenere sempre Tj al di sotto di 115°C e, per una maggiore durata, preferibilmente ben al di sotto di questo valore.
• Seguire la curva di derating: Rispettare rigorosamente la curva corrente massima vs. temperatura ambiente (Figura 8).

5.2 Azionamento elettrico

• Alimentazione a corrente costante: Utilizzare sempre un driver LED a corrente costante. A causa del coefficiente di temperatura negativo della VF, l'utilizzo di un'alimentazione a tensione costante causerà fuga termica e guasto.
• Selezione della corrente: Sebbene i LED possano gestire correnti fino a 240mA, operare a correnti di prova di 150mA o inferiori offre generalmente il miglior equilibrio tra efficienza luminosa, durata e carico termico. Utilizzare le curve nella Figura 3 per selezionare la corrente appropriata corrispondente all'output luminoso desiderato.
• Configurazione Serie/Parallelo: Quando si collegano più LED in serie, assicurarsi che la tensione di compliance del driver sia sufficiente per la somma delle VF della stringa. Per stringhe in parallelo, utilizzare una limitazione di corrente separata o un'attenta corrispondenza dei bin di VF per prevenire una distribuzione non uniforme della corrente.

5.3 Progettazione ottica

• L'ampio angolo di visione di 110 gradi è adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione diffusa senza l'uso di ottiche secondarie. Per un fascio focalizzato, sarà necessario un'appropriata lente o riflettore.
• Quando si mescolano LED di diversi lotti di produzione, considerare il binning cromatico per mantenere l'uniformità del colore all'interno del corpo illuminante.

5.4 Saldatura e Operazioni

• Riflusso: Compatibile con profili standard di riflusso senza piombo con temperature di picco di 230°C o 260°C per una durata non superiore a 10 secondi. Seguire le velocità di riscaldamento, mantenimento e raffreddamento consigliate per evitare stress sul package.
• Precauzioni contro l'ESD: Nonostante sia classificato per 1000V HBM, durante le operazioni e l'assemblaggio devono essere osservate le normali precauzioni contro l'ESD (postazione di lavoro messa a terra, braccialetto).
• Conservazione: Conservare in un ambiente asciutto e controllato, entro l'intervallo di temperatura specificato (-40°C a +85°C).

6. Confronto Tecnico e Differenziazione

Sebbene il datasheet non fornisca un confronto diretto fianco a fianco con componenti specifici della concorrenza, si possono dedurre i principali vantaggi differenzianti di questo package 3020 EMC:

• Confronto tra EMC e incapsulamento plastico (PPA/PCT): Rispetto alle plastiche standard, l'incapsulamento EMC offre prestazioni termiche superiori e una maggiore resistenza all'ingiallimento/imbrunimento in condizioni di alta temperatura ed esposizione ai raggi UV. Ciò si traduce in un migliore mantenimento del flusso luminoso (vita L70/L90) e in una maggiore stabilità del colore nel tempo.
• Densità di potenza: Può funzionare in modo affidabile fino a 0,8 W all'interno del package 3020, offrendo una densità di potenza superiore rispetto a molti LED di media potenza tradizionali, potenzialmente riducendo il numero di LED necessari per un dato output di lumen.
• Binning completo: Il binning multi-parametro (cromaticità, flusso luminoso, tensione) fornisce ai produttori uno strumento per ottenere un'elevata uniformità di colore e luminosità nei loro prodotti finali, un requisito chiave per apparecchi di illuminazione di alta qualità.

7. Domande Frequenti (basate sui parametri tecnici)

Domanda: Posso pilotare questo LED in modo continuo alla corrente massima di 240mA?
Risposta: Sì, a condizione che si possa garantire che la temperatura di giunzione (Tj) rimanga al di sotto dei 115°C. Ciò richiede un'eccezionale gestione termica (una resistenza termica molto bassa dal giunto all'ambiente). Per la maggior parte dei progetti pratici, si consiglia di operare a correnti inferiori (ad esempio 150mA) per ottenere la massima efficienza luminosa e affidabilità.

Domanda: Qual è il consumo di potenza effettivo nel punto di lavoro tipico?
Risposta: Con IF=150mA e VF=3.4V (valori tipici), la potenza elettrica in ingresso è P = 0.15A * 3.4V = 0.51W (510mW). La differenza tra questo valore e la potenza massima dissipabile nominale (816mW) rappresenta il margine di progettazione termica.

Domanda: Come si interpreta il codice di binning "T3450811C-**AA, 50M5, F1, 2"?
Risposta: Questo specifica un LED a luce bianca neutra (5028K tipico, binning 50M5), con flusso luminoso nel range F1 (66-70 lm a 150mA) e tensione diretta codice 2 (3.0V-3.2V). I caratteri "**" nel numero di modello potrebbero rappresentare un codice specifico per flusso luminoso/tensione.

Domanda: Perché l'output luminoso diminuisce con l'aumento della temperatura?
Risposta: Due ragioni principali: 1) Riduzione dell'efficienza quantica interna del chip a semiconduttore a temperature più elevate. 2) Riduzione dell'efficienza di conversione dello strato di fosforo e possibile thermal quenching. Un raffreddamento efficace può mitigare questo calo.

Domanda: È necessario un dissipatore di calore?
答：对于任何运行在低电流以上（例如>60mA）或在密闭/封闭式灯具中的应用，散热器或具有优异热扩散性能的PCB对于管理结温是绝对必要的。

8. Introduzione al principio di funzionamento

Il LED 3020 è una sorgente luminosa a stato solido basata sulla fisica dei semiconduttori. Il componente centrale è un chip realizzato in materiale nitruro di gallio e indio (InGaN). Quando viene applicata una tensione diretta superiore alla tensione di soglia del diodo, gli elettroni e le lacune si ricombinano nella regione attiva del chip, rilasciando energia sotto forma di fotoni. In questo LED bianco, il chip emette principalmente luce blu. Uno strato di fosforo (tipicamente YAG drogato con cerio) è depositato sul chip. Parte della luce blu viene assorbita dal fosforo e riemessa come luce gialla. La luce blu residua si combina con la luce gialla convertita, creando la percezione visiva della luce bianca. Il rapporto preciso tra luce blu e gialla e la specifica composizione del fosforo determinano la temperatura di colore correlata (CCT) e le caratteristiche di resa cromatica (CRI) della luce bianca emessa. La funzione del package EMC è proteggere il delicato chip semiconduttore e il fosforo, fornire stabilità meccanica, formare la lente ottica primaria e, soprattutto, fornire un percorso efficace per la conduzione del calore dalla giunzione ad alta temperatura.

9. Tendenze tecnologiche

Il settore dei LED di media potenza, rappresentato da package come il 3020, continua a svilupparsi. Le principali tendenze del settore rilevanti per questo prodotto includono:

• Efficienza luminosa in costante aumento: I continui progressi nell'epitassia dei chip, nella tecnologia dei fosfori e nel design del packaging spingono costantemente verso l'aumento dei lumen per watt, riducendo così il consumo energetico a parità di flusso luminoso.
• Qualità e uniformità del colore migliorate: 对于高端照明应用，对更高CRI（Ra > 90，R9 > 50）和更严格的色度分档（例如，麦克亚当椭圆步长2或3）的需求正在增长。荧光粉和分档技术正在进步以满足这一需求。
• Affidabilità e durata migliorate: Concentrarsi sul potenziamento dei materiali (come l'EMC) e dei processi produttivi per aumentare la resistenza allo stress termico, all'umidità e al degrado fotometrico, prolungando così la vita utile L90.
• Miniaturizzazione e maggiore densità di potenza: La tendenza è verso l'integrazione di una maggiore potenza luminosa in package più piccoli (ad esempio, passando dal 3528 al 3030 e poi al 2835, o gestendo wattaggi più elevati a parità di dimensioni), guidata dalla domanda di apparecchi di illuminazione più compatti ed eleganti.
• Illuminazione intelligente e dimmerabile: Sebbene questo sia un LED a luce bianca standard, il mercato più ampio si sta orientando verso LED in grado di regolare dinamicamente la CCT (luce bianca regolabile) o di integrare elettronica di controllo, sebbene queste funzionalità siano solitamente implementate a livello di modulo o sistema, piuttosto che nel package del singolo chip.

La serie di LED EMC 3020 si posiziona in questo panorama in evoluzione come un "cavallo di battaglia" collaudato, efficiente in termini di costi e affidabile, soddisfacendo le esigenze fondamentali dell'illuminazione generale con una solida base tecnologica.