Scheda Tecnica LED 3030 Mid-Power - Dimensione 3.0x3.0mm - Tensione 3.1V - Potenza 0.5W - Bianco Freddo 6000K

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un LED mid-power con fattore di forma 3030 che utilizza un package in resina epossidica modellata (EMC). Il prodotto è progettato per offrire un equilibrio ottimale tra efficienza luminosa (lm/W) e rapporto costo-efficacia (lm/$) nel segmento mid-power. È ingegnerizzato per applicazioni che richiedono prestazioni affidabili e un'emissione luminosa di alta qualità.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questa serie di LED includono il design del package EMC termicamente migliorato, che favorisce la dissipazione del calore e l'affidabilità a lungo termine. Colma il divario tra applicazioni mid-power e high-power, essendo in grado di gestire fino a 0,8W. Con una corrente di pilotaggio massima di 240mA e un Indice di Resa Cromatica (CRI) minimo di 70, è adatto per applicazioni che richiedono una buona qualità del colore. Il dispositivo è compatibile con processi di saldatura a rifusione senza piombo. Un'applicazione target chiave identificata è quella delle luci di marcia diurna (DRL).

2. Analisi dei Parametri Tecnici

Tutte le misurazioni sono specificate in condizioni di test standard di Corrente Diretta (IF) = 150mA, Temperatura Ambiente (Ta) = 25°C e Umidità Relativa (RH) = 60%, salvo diversa indicazione.

2.1 Caratteristiche Fotometriche e di Colore

La variante Bianco Freddo ha un intervallo di temperatura di colore correlata (CCT) da 5300K a 6488K, con un valore tipico di 6018K. Il CRI minimo (Ra) è 70, con un valore tipico di 71,5. Il flusso luminoso in uscita ha una tolleranza di misura di ±7%, mentre la tolleranza di misura del CRI è ±2. La CCT è derivata dal diagramma di cromaticità CIE 1931. È importante notare che la tabella di mantenimento del flusso luminoso è solo a titolo di riferimento.

2.2 Parametri Elettrici e Termici

La tensione diretta (VF) misura tipicamente 3,1V, con un intervallo da 2,8V (Min) a 3,4V (Max) a 150mA. La corrente inversa (IR) è al massimo di 10 µA con una tensione inversa (VR) di 5V. L'angolo di visione (2θ½), definito come l'angolo fuori asse in cui l'intensità luminosa è la metà dell'intensità di picco, è tipicamente di 120°. La resistenza termica da giunzione a punto di saldatura (Rth j-sp) è tipicamente di 11 °C/W. Il dispositivo ha una capacità di sopportazione delle scariche elettrostatiche (ESD) di 2000V.

2.3 Valori Massimi Assoluti

L'utilizzo del dispositivo oltre questi limiti può causare danni permanenti. I valori massimi assoluti sono: Corrente Diretta Continua (IF): 240 mA; Corrente Diretta Impulsiva (IFP): 300 mA (Larghezza Impulso ≤ 100µs, Ciclo di Lavoro ≤ 1/10); Dissipazione di Potenza (PD): 816 mW; Tensione Inversa (VR): 5 V; Temperatura di Esercizio (Topr): -40°C a +105°C; Temperatura di Magazzinaggio (Tstg): -40°C a +105°C; Temperatura di Giunzione (Tj): 125 °C; Temperatura di Saldatura (Tsld): 230°C o 260°C per 10 secondi. È necessario prestare attenzione per garantire che la dissipazione di potenza non superi il valore massimo assoluto.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

3.1 Distribuzione Spettrale e Angolare

La distribuzione spettrale di potenza relativa (Fig. 1) definisce le caratteristiche di colore del LED Bianco Freddo. La distribuzione dell'angolo di visione (Fig. 2) mostra il tipico pattern di fascio di 120°, confermando il profilo di emissione Lambertiano o quasi-Lambertiano comune per questo tipo di package.

3.2 Caratteristiche della Corrente Diretta

La relazione tra corrente diretta e flusso luminoso relativo (Fig. 3) mostra che l'emissione luminosa aumenta con la corrente, ma alla fine si satura e degrada a correnti più elevate a causa degli effetti termici. La curva tensione diretta vs. corrente diretta (Fig. 4) dimostra il caratteristico comportamento esponenziale del diodo, con VF che aumenta logaritmicamente con IF.

3.3 Dipendenza dalla Temperatura

Lo spostamento delle coordinate cromatiche CIE (x, y) con la temperatura ambiente (Fig. 5) è fondamentale per applicazioni critiche per il colore, mostrando come il punto bianco possa spostarsi. Il flusso luminoso relativo diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente (Fig. 6), una considerazione chiave per la progettazione della gestione termica. Allo stesso modo, la tensione diretta tipicamente diminuisce con l'aumentare della temperatura (Fig. 7).

3.4 Derating e Corrente Massima

La Figura 8 illustra la corrente diretta massima ammissibile in funzione della temperatura ambiente per due diversi valori di resistenza termica giunzione-ambiente (Rth j-a): 30°C/W e 35°C/W. Questo grafico è essenziale per determinare la corrente di esercizio sicura in un dato ambiente termico. Ad esempio, a una temperatura ambiente di 85°C con Rth j-a=35°C/W, la corrente massima è significativamente ridotta rispetto al massimo assoluto di 240mA.

4. Struttura dei Bin di Colore

I LED vengono suddivisi in bin in base alle loro coordinate cromatiche per garantire la coerenza del colore all'interno di un'applicazione. La Figura 9 mostra il diagramma di cromaticità CIE 1931 con la struttura dei bin definita. La Tabella 5 fornisce una descrizione dettagliata dei codici bin. L'incertezza di misura per le coordinate di colore è ± 0,007. Tutta la classificazione viene eseguita in condizioni standard (IF=150mA, Ta=25°C).

5. Linee Guida Applicative e Considerazioni di Progettazione

5.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED è ben adatto a una varietà di applicazioni di illuminazione generale grazie al suo equilibrio tra efficienza, costo e qualità. La scheda tecnica menziona specificamente le luci di marcia diurna (DRL). Altre potenziali applicazioni includono illuminazione interna (lampadine, tubi, pannelli), illuminazione architetturale, segnaletica e retroilluminazione per display dove è desiderata una temperatura di colore bianco freddo.

5.2 Gestione Termica

Una gestione termica efficace è fondamentale per ottenere le prestazioni nominali e la longevità. La tipica resistenza termica di 11 °C/W da giunzione a punto di saldatura significa che il progetto del PCB deve fornire un percorso a bassa impedenza termica verso l'ambiente. Per funzionamenti ad alta corrente o ad alta temperatura ambiente, si consiglia l'uso di via termici appropriati, area di rame e possibilmente un PCB a nucleo metallico (MCPCB). Fare sempre riferimento alla curva di derating (Fig. 8) per selezionare la corrente di pilotaggio appropriata.

5.3 Considerazioni sull'Alimentazione Elettrica

Si raccomanda vivamente un driver a corrente costante rispetto a una sorgente a tensione costante per garantire un'emissione luminosa stabile e prevenire la fuga termica. Il driver deve essere selezionato per operare nell'intervallo di corrente specificato (fino a 240mA in continuo). La variazione della tensione diretta (da 2,8V a 3,4V) deve essere considerata nella tensione di compliance del driver. Per il funzionamento impulsivo (IFP), è necessario rispettare rigorosamente i limiti di larghezza dell'impulso (≤100µs) e ciclo di lavoro (≤1/10).

5.4 Saldatura e Manipolazione

Il dispositivo è compatibile con profili di saldatura a rifusione senza piombo. La temperatura massima di saldatura è di 230°C o 260°C per 10 secondi. Dovrebbero essere seguite le linee guida standard IPC/JEDEC J-STD-020 per la sensibilità all'umidità e i profili di rifusione. Devono essere osservate le precauzioni standard ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio, poiché il dispositivo è classificato per 2000V HBM.

6. Confronto e Differenziazione

Rispetto ai tradizionali LED mid-power in package plastico, il package EMC offre prestazioni termiche superiori e resistenza all'ingiallimento da esposizione ai raggi UV, portando a un migliore mantenimento del flusso luminoso e a una maggiore durata di vita. L'impronta 3030 fornisce un pad termico più grande rispetto ai package più piccoli (es. 2835), consentendo una maggiore dissipazione di potenza (fino a 0,8W) mantenendo un fattore di forma moderato. Il CRI specificato di 70+ offre una migliore qualità del colore rispetto a molti LED mid-power standard, rendendolo adatto per applicazioni in cui la resa cromatica è una considerazione.

7. Domande Frequenti (FAQ)

Q: What is the main advantage of the EMC package?
A: The EMC package provides enhanced thermal conductivity compared to standard PPA plastic, leading to lower junction temperature, higher maximum drive current capability, and improved long-term reliability and lumen maintenance.

Q: How do I interpret the derating curve (Fig. 8)?
A: The curve shows the maximum continuous current you can safely apply at a given ambient temperature for a specific thermal resistance (Rth j-a) of your system. You must know your system's effective Rth j-a to use the correct curve. Exceeding these limits risks overheating and premature failure.

Q: Can I drive this LED at 240mA continuously?
A: You can only drive it at 240mA if the junction temperature is kept at or below 125°C. In most practical applications, especially at higher ambient temperatures, the current will need to be derated according to Fig. 8 to stay within the Tj limit.

Q: What is the purpose of the color binning?
A: Manufacturing variations cause slight differences in chromaticity between individual LEDs. Binning groups LEDs with very similar color coordinates together. Using LEDs from the same or adjacent bins in a fixture ensures uniform white color appearance without visible color differences (color mismatch).

8. Principi di Funzionamento e Tendenze

8.1 Principio di Funzionamento di Base

Questa è una sorgente luminosa a stato solido basata su un diodo a semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia del diodo, elettroni e lacune si ricombinano all'interno della regione attiva del chip semiconduttore (tipicamente basato su InGaN per LED blu/bianchi), rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La luce bianca fredda è generata dalla combinazione di un chip LED blu e un rivestimento di fosfori. La luce blu del chip eccita i fosfori gialli (e talvolta rossi/verdi), e la miscela di luce blu e gialla viene percepita come bianca.

8.2 Tendenze del Settore

Il segmento dei LED mid-power, in particolare nei package come 3030 e 2835, continua a essere una forza dominante nell'illuminazione generale grazie al suo eccellente rapporto costo-prestazioni. Le tendenze includono continui miglioramenti nell'efficienza luminosa (lm/W) attraverso progressi nella tecnologia dei chip e dei fosfori, la spinta verso CRI più elevati e una migliore coerenza cromatica (classificazione più stretta), e lo sviluppo di package con resistenza termica ancora più bassa per consentire correnti di pilotaggio e densità di potenza più elevate dalla stessa impronta. Il passaggio dall'uso di plastiche standard a materiali per package ad alte prestazioni come l'EMC è una chiara tendenza per una maggiore affidabilità in applicazioni impegnative.