Scheda Tecnica LED Mid-Power 3020 - Dimensioni 3.0x2.0mm - Tensione 6.6V - Potenza 0.5W - Bianco Freddo/Neutro/Caldo - Documentazione Tecnica in Italiano

Panoramica del Prodotto

La serie 3020 rappresenta una soluzione LED mid-power progettata per applicazioni di illuminazione generale, offrendo un equilibrio ottimale tra efficienza luminosa, rapporto costo-efficacia e affidabilità. Alloggiato in un package in composto epossidico termicamente migliorato (EMC), questo LED è progettato per fornire prestazioni costanti in un ingombro compatto di 3.0mm x 2.0mm. La serie è caratterizzata da elevati rapporti lumen-per-watt e lumen-per-euro, rendendola una scelta convincente per progetti di illuminazione sensibili ai costi ma orientati alle prestazioni.

Il posizionamento principale di questo prodotto è all'interno dei mercati dell'illuminazione generale per retrofit e nuove installazioni, incluse applicazioni indoor e outdoor. I suoi vantaggi principali derivano dal materiale del package EMC, che offre una gestione termica superiore rispetto alle plastiche tradizionali, consentendo correnti di pilotaggio più elevate e una maggiore durata. Il LED è classificato per una potenza nominale di 0.5W ma può essere pilotato fino a 0.8W in condizioni termiche appropriate, offrendo flessibilità di progettazione.

Il mercato target comprende un'ampia gamma di segmenti di illuminazione: sostituzioni dirette per lampade tradizionali a incandescenza e fluorescenti in progetti di retrofit, sorgenti luminose primarie per l'illuminazione generale residenziale e commerciale, retroilluminazione per insegne e illuminazione architettonica o decorativa dove la qualità del colore e l'affidabilità sono fondamentali.

Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Caratteristiche Fotometriche e di Colore

Le prestazioni elettro-ottiche sono specificate in condizioni di test standard di 25°C di temperatura ambiente e 60% di umidità relativa con una corrente di pilotaggio di 80mA. La famiglia di prodotti offre opzioni di Temperatura di Colore Correlata (CCT) che spaziano dal Bianco Caldo (2725K) al Bianco Freddo (7040K), dettagliate nella tabella di selezione prodotto. Tutte le varianti mantengono un Indice di Resa Cromatica (CRI o Ra) minimo di 80, garantendo una buona fedeltà cromatica per l'illuminazione generale. I valori tipici di flusso luminoso vanno da 54 lumen a 66 lumen a 80mA, a seconda del bin CCT. È fondamentale notare le tolleranze di misura dichiarate: ±7% per il flusso luminoso e ±2 per il CRI. La CCT è derivata dal diagramma di cromaticità CIE 1931.

Parametri Elettrici e Termici

I parametri elettrici chiave definiscono l'intervallo operativo del LED. La tensione diretta tipica (VF) è di 6.6V a 80mA, con una tolleranza di ±0.1V. La corrente diretta massima assoluta è 120mA, con una corrente impulsiva (IFP) nominale di 200mA per impulsi ≤100µs e un ciclo di lavoro ≤1/10. La massima dissipazione di potenza (PD) è specificata come 816mW. La capacità di sopportazione della tensione inversa (VR) è di 5V.

Le prestazioni termiche sono cruciali per l'affidabilità. La resistenza termica dalla giunzione al punto di saldatura (RθJ-SP) è tipicamente 21°C/W. Questo parametro collega direttamente la temperatura di giunzione operativa alla temperatura della scheda. La massima temperatura di giunzione ammissibile (Tj) è 115°C. Il dispositivo presenta un ampio angolo di visione (2θ1/2) di 110 gradi, fornendo una distribuzione della luce ampia e uniforme. La protezione dalle scariche elettrostatiche (ESD) è conforme al modello del corpo umano (HBM) fino a 1000V.

Valori Massimi Assoluti

Il rispetto dei Valori Massimi Assoluti è non negoziabile per l'affidabilità del dispositivo. Superare questi limiti può causare danni permanenti. I valori sono: Corrente Diretta (IF): 120mA; Corrente Diretta Impulsiva (IFP): 200mA; Dissipazione di Potenza (PD): 816mW; Tensione Inversa (VR): 5V; Temperatura Operativa (Topr): -40°C a +85°C; Temperatura di Stoccaggio (Tstg): -40°C a +85°C; Temperatura di Giunzione (Tj): 115°C; Temperatura di Saldatura (Tsld): 230°C o 260°C per 10 secondi (dipendente dal profilo di rifusione).

Spiegazione del Sistema di Binning

Binning del Colore / CCT

I LED sono suddivisi in bin di colore precisi per garantire la coerenza all'interno di un apparecchio di illuminazione. La struttura di binning per le coordinate di colore segue un sistema ellittico sul diagramma di cromaticità CIE 1931. Ogni bin (es. 27M5, 30M5) è definito da un punto centrale (coordinate x, y), semiasse maggiore (a), semiasse minore (b) e un angolo di rotazione (Φ). Il sistema è allineato con i requisiti del programma Energy Star per l'intervallo da 2600K a 7000K. L'incertezza di misura per le coordinate di colore è ±0.007. Questo binning stretto minimizza le differenze di colore visibili tra i singoli LED in un array.

Binning del Flusso Luminoso

Per gestire l'uniformità della luminosità, i LED sono anche suddivisi in bin in base alla loro emissione di flusso luminoso a 80mA. Il flusso è categorizzato in codici (E7, E8, E9, F1), ciascuno dei quali rappresenta un intervallo specifico di lumen (es. E8: 58-62 lm, E9: 62-66 lm, F1: 66-70 lm). Il bin di flusso applicabile per un dato LED dipende dal suo bin di colore. Questo binning bidimensionale (colore e flusso) consente ai progettisti di selezionare LED che soddisfino sia i requisiti di cromaticità che di luminosità della loro applicazione.

Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in tre bin per aiutare nella progettazione del driver e nell'accoppiamento di corrente in stringhe parallele. I bin sono: Codice C (5.5V - 6.0V), Codice D (6.0V - 6.5V) e Codice E (6.5V - 7.0V), misurati a 80mA con una tolleranza di ±0.1V. Selezionare LED dallo stesso bin di tensione può aiutare a garantire una distribuzione di corrente e prestazioni termiche più uniformi nei sistemi multi-LED.

Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici chiave per l'analisi di progetto. Il grafico della Distribuzione Spettrale Relativa mostra lo spettro di emissione, tipico di un LED bianco a conversione di fosforo, con un picco di pompa blu e un'ampia emissione gialla del fosforo. La Distribuzione dell'Angolo di Visione conferma il pattern di emissione di tipo Lambertiano con il semiangolo di 110 gradi.

Le Caratteristiche della Corrente Diretta sono critiche. La curva IF vs. Flusso Luminoso Relativo mostra che l'emissione luminosa aumenta in modo sub-lineare con la corrente, con l'efficienza che tipicamente diminuisce a correnti più elevate a causa dell'aumento del calore e del droop. La curva Tensione Diretta vs. Corrente Diretta (IV) è essenziale per la progettazione del driver, mostrando la relazione esponenziale V-I del diodo.

Le caratteristiche di temperatura sono vitali per le prestazioni nel mondo reale. Il grafico della Temperatura Ambiente (Ta) vs. Flusso Luminoso Relativo illustra la riduzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura ambiente (e di conseguenza della giunzione). La curva Ta vs. Tensione Diretta mostra il coefficiente di temperatura negativo della VF. Il grafico della Temperatura di Giunzione che traccia Ta rispetto al flusso relativo e alla tensione diretta chiarisce ulteriormente queste dipendenze termiche. Forse la più importante, la curva di derating della Corrente Diretta Massima vs. Temperatura Ambiente detta la massima corrente operativa sicura a temperature ambiente elevate per evitare di superare la Tj max di 115°C.

Il Diagramma di Cromaticità CIE rappresenta visivamente i bin di colore (27M5, 30M5, ecc.) come ellissi sul luogo del corpo nero, fornendo un riferimento chiaro per la selezione del colore e i confini del binning.

Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

Il LED utilizza un package per montaggio superficiale (SMD) con dimensioni di circa 3.0mm di lunghezza e 2.0mm di larghezza. Il disegno meccanico fornisce dimensioni dettagliate, inclusa la spaziatura dei pad, l'altezza del componente e la geometria dei pad di saldatura. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza non definita di ±0.2mm. Il disegno è presentato in scala 1:1 per un riferimento accurato. Il package presenta due terminali anodo e due catodo, facilitando la formazione di giunti di saldatura robusti e un migliorato trasferimento termico al PCB. La polarità è chiaramente indicata sul package stesso, tipicamente con un indicatore di catodo come una tacca o una marcatura verde.

Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il componente è adatto per processi di saldatura a rifusione senza piombo. La massima temperatura di saldatura è specificata come 230°C o 260°C di picco per una durata di 10 secondi, a seconda del profilo di rifusione specifico utilizzato (es. saldatura SnAgCu). È imperativo seguire un profilo di rifusione raccomandato con velocità di riscaldamento e raffreddamento controllate per minimizzare lo shock termico e prevenire la rottura o delaminazione del package. Il livello di sensibilità all'umidità (MSL) non è esplicitamente dichiarato nel contenuto fornito, ma per i package EMC, è generalmente raccomandato di preriscaldare i componenti se sono stati esposti a condizioni ambientali per periodi prolungati prima della rifusione per evitare il "popcorning". Lo stoccaggio deve avvenire in un ambiente asciutto e controllato entro l'intervallo di temperatura specificato da -40°C a +85°C.

Raccomandazioni per l'Applicazione

Scenari Applicativi Tipici

• Retrofit Lamps: Ideal for LED bulbs and tubes designed to replace incandescent, halogen, or fluorescent lamps, leveraging its efficacy and cost structure.
• General Lighting: Suitable for downlights, panel lights, troffers, and other fixtures in residential, office, and commercial spaces.
• Signage and Backlighting: Effective for indoor and outdoor sign illumination due to its good color rendering and reliability.
• Architectural/Decorative Lighting: Can be used in coves, shelves, and accent lighting where consistent color and smooth beam are important.

Considerazioni di Progettazione

• Thermal Management: The 21°C/W thermal resistance necessitates an effective PCB thermal design. Use of metal-core PCBs (MCPCBs) or thermally enhanced FR4 with sufficient copper area is recommended to keep the solder point temperature low, thereby maintaining light output, color stability, and long-term reliability.
• Current Driving: While rated up to 120mA, operating at or below 80mA is typical for balancing efficacy, lifetime, and thermal load. Use a constant-current LED driver for stable operation.
• Optics: The 110-degree viewing angle is quite broad. Secondary optics (lenses, reflectors) may be required to achieve specific beam patterns.
• Binning Selection: For multi-LED fixtures, specify tight color and flux bins (e.g., within a single ellipse code) to ensure visual uniformity. Consider voltage binning if LEDs are placed in parallel strings.

Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai tradizionali LED mid-power in package PPA (Poliftalammide) o PCT (Tereftalato di Policicloesilendimetilene), il differenziatore chiave di questa serie 3020 EMC è la sua prestazione termica superiore. Il materiale EMC ha una maggiore conduttività termica e può sopportare temperature di giunzione più elevate senza ingiallire o degradarsi. Ciò consente di:

• Higher Drive Capability: Ability to be driven at higher currents (up to 0.8W) while maintaining reliability.
• Improved Lumen Maintenance: Better resistance to lumen depreciation (L70, L90) over time due to reduced thermal stress on the phosphor and die.
• Longer Lifespan: The enhanced thermal path slows the rate of internal degradation mechanisms.
• Cost-Effectiveness: Provides a performance level closer to high-power LEDs but at a mid-power price point and with simpler drive requirements.

Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

Q: What is the actual power consumption at the typical operating point?
A: At the test condition of 80mA and a typical VF of 6.6V, the power consumption is 0.528W (80mA * 6.6V).

Q: How does light output change with temperature?
A: Luminous flux decreases as junction temperature increases. The derating curve (Fig. 6) quantifies this relationship. Proper heatsinking is essential to minimize output loss in warm environments.

Q: Can I drive this LED at 120mA continuously?
A: While 120mA is the absolute maximum rating, continuous operation at this current requires exceptional thermal management to keep the junction temperature below 115°C. For most designs, operating at or below 80-100mA is recommended for optimal lifetime and efficacy.

Q: What is the difference between the "Typ." and "Min." luminous flux values?
A: The "Typical" value represents the average or expected output for that bin. The "Minimum" value is the lowest output guaranteed for LEDs sorted into that specific flux bin code (e.g., E9). Designers should use the minimum value for conservative system lumen calculations.

Q: How do I interpret the color bin code, e.g., '30M5'?
A: The code defines a specific ellipse on the CIE chart. The first two digits often relate to the CCT (e.g., '30' approximates 3000K nominal), while the letter and number define the ellipse size and position relative to the black-body locus. Refer to Table 5 for the exact center coordinates and ellipse parameters.

Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Designing a 1200lm LED Panel Light for Office Use.
A designer targets a 600mm x 600mm panel light with a neutral white color (4000K, CRI >80) and an efficacy of 100 lm/W. Using the 3020 LED from the 40M5 color bin with a typical flux of 66 lm at 80mA (0.528W), the single-LED efficacy is approximately 125 lm/W. To achieve 1200lm, approximately 19 LEDs are needed (1200 lm / 66 lm per LED). Allowing for system losses (optics, thermal), 24 LEDs might be used in a 6x4 array.

I LED verrebbero montati su un MCPCB in alluminio. La potenza totale del sistema sarebbe approssimativamente 24 * 0.528W = ~12.7W. Verrebbe selezionato un driver a corrente costante che eroga 80mA con un intervallo di tensione che copre 24 LED in serie (24 * ~6.6V = ~158V). Verrebbe eseguita una simulazione termica per garantire che il progetto del MCPCB mantenga la temperatura del punto di saldatura del LED sufficientemente bassa per mantenere >90% dell'emissione luminosa iniziale alla temperatura operativa nominale dell'apparecchio. Specificando tutti i LED dal bin di colore 40M5 e un singolo bin di flusso (es. F1), si otterrebbe un'eccellente uniformità di colore e luminosità su tutto il pannello.

Introduzione al Principio di Funzionamento

Questo è un LED bianco a conversione di fosforo. Il funzionamento fondamentale coinvolge un chip semiconduttore, tipicamente realizzato in nitruro di gallio e indio (InGaN), che emette luce blu quando polarizzato direttamente (elettroluminescenza). Questa luce blu è parzialmente assorbita da uno strato di fosforo a base di granato di alluminio e ittrio drogato con cerio (YAG:Ce) depositato sul chip. Il fosforo converte in bassa frequenza una parte dei fotoni blu in un ampio spettro di luce gialla. La combinazione della luce blu residua e della luce gialla emessa risulta nella percezione di luce bianca. L'esatta Temperatura di Colore Correlata (CCT) è controllata variando la composizione e lo spessore del fosforo. Il package EMC serve a proteggere il delicato die semiconduttore e il fosforo, fornire struttura meccanica e, soprattutto, offrire un percorso primario per la conduzione del calore dalla giunzione ai pad di saldatura e alla scheda a circuito stampato.

Tendenze Tecnologiche

Il segmento dei LED mid-power, in particolare con package EMC, continua ad evolversi. Le tendenze chiave osservabili in questo prodotto e nel mercato più ampio includono:

• Increased Efficacy: Ongoing improvements in internal quantum efficiency of the blue die and phosphor conversion efficiency drive higher lm/W outputs.
• Enhanced Color Quality: Beyond CRI (Ra), there is a focus on improving metrics like R9 (saturated red) and TM-30 (Rf, Rg) for better color rendition, especially in retail and museum lighting.
• Higher Power Density: Packages like the 3020 are being driven harder (e.g., 0.8W) while maintaining reliability, blurring the line between mid-power and high-power segments.
• Improved Thermal Materials: Development of EMC compounds with even higher thermal conductivity and better resistance to harsh environments (UV, humidity).
• Miniaturization and Integration: The drive for smaller, denser light sources for applications like automotive lighting and ultra-slim fixtures.
• Smart and Tunable Lighting: While this is a static white LED, the industry is moving towards LEDs that can dynamically adjust CCT and intensity, often requiring more complex multi-chip or phosphor designs.

Il LED 3020 EMC si colloca saldamente all'interno di queste tendenze, offrendo una piattaforma termicamente robusta, efficiente e conveniente per l'attuale generazione di soluzioni di illuminazione generale.