Scheda Tecnica LED Mini Top View Serie 65-21 - Pacchetto SMT - 2.35V Max - Giallo Verde Brillante - 60mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie 65-21 rappresenta una famiglia di Diodi Emettitori di Luce (LED) Mini Top View progettati per applicazioni a tecnologia di montaggio superficiale (SMT). Questa specifica variante, identificata dal suffisso del numero di parte che indica il suo binning, emette una luce giallo-verde brillante. La filosofia di progettazione centrale si concentra su una configurazione di montaggio top-down dove la luce viene emessa attraverso il circuito stampato (PCB). Questa architettura unica, combinata con un inter-riflettore integrato, è progettata per ottimizzare l'accoppiamento dell'emissione luminosa, rendendo questi componenti eccezionalmente adatti per applicazioni che utilizzano light pipe o guide luminose.

Il pacchetto è un dispositivo a montaggio superficiale compatto e bianco. Una caratteristica prestazionale chiave è il suo angolo di visione eccezionalmente ampio, caratterizzato come 120 gradi (larghezza totale a metà altezza, 2θ1/2). Questo profilo di emissione ampio garantisce un'elevata visibilità da varie angolazioni, un fattore critico per le applicazioni di indicatori. Il prodotto è conforme alle principali direttive ambientali e di sicurezza, tra cui RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), regolamenti UE REACH, ed è prodotto come privo di alogeni (con Bromo <900ppm, Cloro <900ppm e la loro somma <1500ppm). Viene fornito su nastro e bobina per compatibilità con i processi di assemblaggio automatizzati pick-and-place.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi primari della serie 65-21 derivano dal suo design meccanico e ottico. L'emissione top-view attraverso il PCB è la sua caratteristica distintiva, che consente un efficiente accoppiamento nelle light pipe senza richiedere montaggio laterale o ad angolo retto. Il riflettore integrato all'interno del pacchetto migliora l'estrazione e la direzionalità della luce. L'ampio angolo di visione di 120 gradi fornisce un'eccellente visibilità omnidirezionale. Il pacchetto SMT consente layout PCB ad alta densità ed è compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione.

Le applicazioni target sono varie, focalizzate su aree dove dimensioni compatte, indicazione affidabile e guida efficiente della luce sono fondamentali. Queste includono: indicatori di stato ottici su elettronica di consumo e apparecchiature industriali; retroilluminazione per display a cristalli liquidi (LCD), tastiere, interruttori e pannelli strumenti; illuminazione generale per pubblicità e segnaletica; e illuminazione interna automobilistica, come la retroilluminazione del cruscotto. Il componente è precondizionato secondo gli standard JEDEC J-STD-020D Livello 3, indicando la sua robustezza per i tipici processi di saldatura commerciali.

2. Analisi dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici definiti nella scheda tecnica. Comprendere questi limiti e caratteristiche è essenziale per una progettazione del circuito affidabile e per garantire le prestazioni a lungo termine del LED.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al LED. Queste non sono condizioni per il funzionamento normale.

• Tensione Inversa (V_R):12V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):25mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):60mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro del 10% a 1kHz) e non deve essere utilizzato per il funzionamento in corrente continua.
• Dissipazione di Potenza (P_d):60mW. La massima potenza che il pacchetto può dissipare come calore, calcolata come Tensione Diretta (V_F) × Corrente Diretta (I_F).
• Temperatura di Giunzione (T_j):115°C. La massima temperatura ammissibile del chip semiconduttore stesso.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-40°C a +85°C (funzionamento), -40°C a +90°C (stoccaggio).
• Scarica Elettrostatica (ESD):2000V (Modello del Corpo Umano). Sono richieste procedure di manipolazione ESD appropriate.
• Temperatura di Saldatura:Per la rifusione, è specificato un picco di 260°C per un massimo di 10 secondi. Per la saldatura manuale, è consentito 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in una condizione di test standard di 25°C di temperatura ambiente e una corrente diretta (I_F) di 20mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (I_V):Varia da un minimo di 36 millicandele (mcd) a un massimo di 90 mcd. Il valore tipico non è specificato, poiché le parti sono binnate. Si applica una tolleranza di ±11%.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):120 gradi. Questa è la larghezza angolare in cui l'intensità luminosa è almeno la metà dell'intensità di picco misurata a 0 gradi (sull'asse).
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):Circa 575 nanometri (nm). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Varia da 569.5 nm a 577.5 nm. Questa è la percezione a singola lunghezza d'onda del colore del LED da parte dell'occhio umano ed è il parametro chiave per il binning del colore. La tolleranza è ±1nm.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Circa 20 nm. Questo indica la purezza spettrale; una larghezza di banda più piccola significa un colore più monocromatico.
• Tensione Diretta (V_F):Varia da 1.75V a 2.35V a 20mA. La tolleranza è ±0.1V. Questo è critico per progettare la resistenza limitatrice di corrente in serie con il LED.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo di 10 microampere (μA) quando viene applicato un bias inverso di 12V.

2.3 Caratteristiche Termiche

Sebbene non elencate esplicitamente in una tabella separata, la gestione termica è implicita attraverso i valori di Dissipazione di Potenza (P_d) e Temperatura di Giunzione (T_j). La curva di derating della corrente diretta mostra graficamente come la massima corrente diretta continua ammissibile deve essere ridotta all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C per evitare di superare il limite di temperatura di giunzione di 115°C. Un layout PCB efficace con adeguato rilievo termico è necessario per applicazioni ad alta corrente o ad alta temperatura ambiente.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin. La serie 65-21 utilizza bin separati per l'intensità luminosa e la lunghezza d'onda dominante.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'intensità luminosa è suddivisa in quattro bin distinti (N2, P1, P2, Q1) quando misurata a I_F= 20mA. Ogni bin copre un intervallo specifico:

- N2:36 mcd a 45 mcd

- P1:45 mcd a 57 mcd

- P2:57 mcd a 72 mcd

- Q1:72 mcd a 90 mcd

Il numero di parte (es. G6C-AN2Q1/3T) include codici che specificano a quali bin di intensità e lunghezza d'onda appartiene il dispositivo, consentendo ai progettisti di selezionare parti con tolleranze di prestazioni strette per la loro applicazione.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

La lunghezza d'onda dominante, che definisce il colore giallo-verde percepito, è binnata all'interno del Gruppo A. È divisa in quattro codici (C16 a C19), ciascuno che copre un intervallo di 2nm:

- C16:569.5 nm a 571.5 nm

- C17:571.5 nm a 573.5 nm

- C18:573.5 nm a 575.5 nm

- C19:575.5 nm a 577.5 nm

Questo binning preciso garantisce una variazione di colore minima tra i LED in un singolo assemblaggio, il che è cruciale per applicazioni come la retroilluminazione multi-LED o array di indicatori.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del LED in condizioni variabili. Queste sono essenziali per considerazioni di progettazione avanzate.

4.1 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva mostra che l'intensità luminosa non è linearmente proporzionale alla corrente diretta. Mentre l'intensità aumenta con la corrente, la relazione tende a diventare sub-lineare a correnti più elevate a causa dell'aumento della temperatura di giunzione e del calo di efficienza. Operare significativamente al di sopra della corrente di test consigliata di 20mA può produrre rendimenti decrescenti in luminosità e accelerare l'invecchiamento.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Questo grafico dimostra il coefficiente di temperatura negativo dell'emissione luminosa. All'aumentare della temperatura ambiente, l'emissione luminosa del LED diminuisce. Questa è una caratteristica fondamentale delle sorgenti luminose a semiconduttore. La curva consente ai progettisti di stimare la perdita di luminosità in ambienti ad alta temperatura e compensare se necessario.

4.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

La curva I-V è di natura esponenziale, tipica di un diodo. Un piccolo aumento della tensione diretta provoca un grande aumento della corrente diretta. Ciò evidenzia l'importanza critica di utilizzare un dispositivo limitatore di corrente (quasi sempre una resistenza) in serie con il LED quando alimentato da una sorgente di tensione. Pilotare il LED con una tensione costante porterà alla fuga termica e alla distruzione.

4.4 Distribuzione Spettrale

Il grafico della distribuzione spettrale mostra la potenza ottica relativa emessa attraverso le lunghezze d'onda. Per questo LED giallo-verde brillante, il picco è intorno a 575nm con una tipica larghezza totale a metà altezza (FWHM) di 20nm. Questo grafico è utile per applicazioni sensibili a specifici contenuti spettrali.

4.5 Diagramma di Radiazione

Il diagramma di radiazione polare conferma visivamente l'ampio angolo di visione di 120 gradi. Il pattern è probabilmente Lambertiano o quasi-Lambertiano, il che significa che l'intensità è approssimativamente proporzionale al coseno dell'angolo di visione. Questo pattern è ideale per l'illuminazione di ampie aree e l'accoppiamento con light pipe.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Pacchetto e Land Pattern

La scheda tecnica include un disegno dimensionale dettagliato del pacchetto LED. Le dimensioni chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive, nonché la spaziatura e le dimensioni dei terminali. Viene fornito anche un layout consigliato delle piazzole di saldatura (land pattern) per il PCB. Rispettare questo pattern consigliato è cruciale per ottenere un giunto di saldatura affidabile, garantire il corretto allineamento durante la rifusione e gestire lo stress termico. Il disegno specifica che le tolleranze sono ±0.1mm salvo diversa indicazione.

5.2 Identificazione della Polarità

La polarità deve essere osservata per un funzionamento corretto. Il disegno della scheda tecnica indica i terminali anodo e catodo. Tipicamente, il catodo può essere identificato da una marcatura sul corpo del pacchetto, come un punto, un intaglio o una marcatura verde, o da una forma diversa del terminale (es. terminale più corto). Una connessione di polarità errata durante la saldatura impedirà al LED di illuminarsi quando polarizzato direttamente.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione e saldatura appropriate sono fondamentali per prevenire danni a questi componenti SMT.

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Viene fornito un profilo di temperatura di rifusione specifico senza piombo (Pb-free). Tipicamente include: una rampa di pre-riscaldamento (es. 150-200°C per 60-120s), una rampa controllata fino alla temperatura di picco, un tempo sopra il liquidus (es. sopra 217°C per 60-150s), una temperatura di picco non superiore a 260°C per un massimo di 10 secondi e una fase di raffreddamento controllata. Il profilo enfatizza la minimizzazione dello shock termico e l'esposizione a temperature estreme.

6.2 Precauzioni Critiche

• Limitazione di Corrente:Una resistenza esterna in serie è obbligatoria. Senza di essa, anche un piccolo aumento della tensione di alimentazione può causare un grande e distruttivo aumento della corrente.
• Cicli di Rifusione:Il LED non dovrebbe subire la saldatura a rifusione più di due volte per evitare stress termico eccessivo sul pacchetto e sui bond dei fili.
• Stress Meccanico:Evitare di applicare stress fisico al LED durante il riscaldamento (saldatura) o deformando il PCB dopo l'assemblaggio.
• Saldatura Manuale:Se necessario, utilizzare un saldatore con temperatura della punta <350°C, applicare calore a ciascun terminale per ≤3 secondi e consentire un intervallo di raffreddamento di ≥2 secondi tra i terminali. Utilizzare un saldatore a bassa potenza (≤25W).
• Riparazione:La riparazione dopo la saldatura è sconsigliata. Se inevitabile, dovrebbe essere utilizzato un saldatore specializzato a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, prevenendo lo stress meccanico che solleverebbe una piazzola.

7. Informazioni su Confezionamento e Ordine

7.1 Sensibilità all'Umidità e Stoccaggio

I componenti sono confezionati in una busta barriera resistente all'umidità con un essiccante e una cartina indicatrice di umidità. La busta dovrebbe essere aperta solo immediatamente prima dell'uso in un ambiente controllato a <30°C e <60% di Umidità Relativa. Se la cartina indicatrice mostra un'esposizione eccessiva all'umidità, i componenti devono essere essiccati a 60°C ±5°C per 24 ore prima dell'uso per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto \"popcorn\" durante la rifusione.

7.2 Specifiche di Nastro e Bobina

I LED sono forniti su nastro portatore avvolto su bobine per l'assemblaggio automatizzato. Le specifiche chiave includono: dimensioni della bobina (diametro, larghezza, dimensione del mozzo), dimensioni delle tasche del nastro portatore e passo (distanza tra le tasche). La quantità standard caricata è di 3000 pezzi per bobina. Nella scheda tecnica sono forniti disegni dettagliati per la bobina, il nastro portatore e il processo di confezionamento in busta impermeabile.

7.3 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene diversi codici:

- P/N:Il numero di prodotto completo.

- CAT:Il codice del bin di intensità luminosa (es. Q1).

- HUE:Il codice del bin di lunghezza d'onda dominante (es. C18).

- REF:Il grado di tensione diretta.

- LOT No:Numero di lotto per tracciabilità.

8. Considerazioni di Progettazione per l'Applicazione

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il circuito più basilare ed essenziale è una sorgente di tensione (V_CC), una resistenza limitatrice di corrente (R_S), e il LED in serie. Il valore della resistenza è calcolato usando la Legge di Ohm: R_S= (V_CC- V_F) / I_F, dove V_Fe I_Fsono i punti di funzionamento desiderati. Utilizzare sempre il massimo V_Fdalla scheda tecnica (2.35V) per un progetto nel caso peggiore per garantire che la corrente non superi i limiti. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V e un target I_Fdi 20mA: R_S= (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5Ω. Una resistenza standard da 130Ω o 150Ω sarebbe appropriata, con potenza nominale P = I_F²× R_S.

8.2 Accoppiamento con Light Pipe e Guide

Per applicazioni con light pipe, l'emissione top-view attraverso il PCB è ideale. Il LED dovrebbe essere posizionato direttamente sotto la superficie di ingresso della light pipe. L'ampio angolo di visione aiuta a catturare una grande parte della luce emessa nella pipe. Il gap tra la cupola del LED e la light pipe dovrebbe essere minimizzato e possono essere utilizzati materiali di accoppiamento ottico (es. silicone, adesivo trasparente) per ridurre le perdite per riflessione di Fresnel nel traferro.

8.3 Gestione Termica nel Layout PCB

Sebbene sia un dispositivo a piccolo segnale, la gestione termica migliora la longevità. Utilizzare le dimensioni consigliate delle piazzole di saldatura. Collegare la piazzola termica (se presente) o le piazzole del catodo/anodo a aree di rame più grandi sul PCB aiuta a dissipare il calore. Via termiche sotto il pacchetto possono trasferire calore agli strati interni o inferiori. Evitare di posizionare il LED vicino ad altri componenti che generano calore.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

La serie 65-21 si differenzia principalmente attraverso il suopercorso ottico top-view attraverso il PCB. Rispetto ai LED standard side-view o ad angolo retto, questo design semplifica l'integrazione meccanica con le light pipe, eliminando la necessità di curve complesse o giri di 90 gradi nella guida luminosa. L'inter-riflettore integrato è una caratteristica mirata a migliorare l'efficienza ottica specificamente per questo metodo di accoppiamento. L'angolo di visione di 120 gradi è eccezionalmente ampio per un pacchetto top-view, offrendo una migliore visibilità fuori asse rispetto a molti concorrenti. La sua conformità con gli ultimi standard di saldatura senza alogeni e ad alta temperatura (senza piombo) lo rende adatto per la moderna produzione elettronica attenta all'ambiente.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3.3V o 5V?

R: No. Devi sempre utilizzare una resistenza limitatrice di corrente in serie. La curva I-V mostra che una piccola variazione di tensione causa una grande variazione di corrente. La tensione di uscita di un pin di microcontrollore può variare e collegare il LED direttamente probabilmente lo distruggerebbe.

D2: Perché il mio LED è meno luminoso del previsto quando lo uso in un ambiente ad alta temperatura?

R: Questo è un comportamento normale. Fare riferimento alla curva \"Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente\". L'emissione luminosa del LED diminuisce all'aumentare della temperatura. Potrebbe essere necessario selezionare un bin di luminosità più alto (es. Q1) o aumentare leggermente la corrente di pilotaggio (entro i limiti assoluti) per compensare, assicurandosi di non superare i limiti termici.

D3: La busta è stata aperta ieri. Posso usare i LED rimanenti oggi senza essiccarli?

R: Dipende dalle condizioni dell'ambiente di lavoro e dal livello di sensibilità all'umidità (MSL) del componente, implicato dalle istruzioni di essiccazione. Se l'ambiente era controllato (<30°C/60% UR) e il tempo di esposizione era breve (probabilmente inferiore alla vita utile specificata MSL, es. 168 ore per MSL 3), è probabilmente sicuro. In caso di dubbio, o se la cartina indicatrice di umidità mostra livelli di allarme, essiccare i componenti come specificato.

D4: Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?

R: La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p) è la lunghezza d'onda fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) è una singola lunghezza d'onda calcolata che sarebbe percepita dall'occhio umano come avente lo stesso colore dell'ampio spettro del LED. λ_dè più rilevante per l'abbinamento dei colori nelle applicazioni visive.

11. Studio di Caso di Progettazione

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore di stato con light pipe per un controller industriale.

1. Requisito:Diversi LED di stato giallo-verde devono essere visibili dal pannello frontale tramite singole light pipe.

2. Selezione del Componente:La serie 65-21 è scelta per la sua emissione top-view, semplificando il design meccanico. La light pipe può essere un elemento verticale e diritto posizionato direttamente sopra il LED sul PCB.

3. Binning:Per garantire una luminosità uniforme su tutto il pannello, vengono specificati LED dello stesso bin di intensità luminosa (es. tutti P2 o Q1). Per garantire un colore uniforme, vengono specificati LED dello stesso bin di lunghezza d'onda dominante (es. tutti C18).

4. Progettazione del Circuito:Viene utilizzata una rail comune a 5V. Utilizzando il V_Fmax di 2.35V e un target I_Fdi 20mA, viene scelta una resistenza in serie da 150Ω per ogni LED, dissipando 60mW (0.06W) per resistenza. Una resistenza da 1/8W o 1/10W è sufficiente.

5. Layout PCB:I LED sono posizionati secondo le posizioni delle light pipe. Viene utilizzato il land pattern consigliato. Vengono utilizzate piccole connessioni di rilievo termico sulle piazzole per facilitare la saldatura mantenendo una certa conduzione termica verso il piano di massa/alimentazione.

6. Risultato:Un sistema indicatore pulito e affidabile con luminosità e colore consistenti, reso possibile dai specifici vantaggi di accoppiamento ottico del LED 65-21.

12. Principio di Funzionamento

Il LED è basato su un chip semiconduttore AlGaInP (Fosfuro di Alluminio Gallio Indio). Quando viene applicata una tensione diretta che supera la tensione di soglia del diodo (circa 1.8-2.0V), elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva del semiconduttore. Questi portatori di carica si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlGaInP determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina la lunghezza d'onda della luce emessa, in questo caso, nello spettro giallo-verde (intorno a 575nm). Il chip è incapsulato in un pacchetto plastico bianco riflettente con una cupola epossidica trasparente. La plastica bianca riflette la luce emessa lateralmente verso l'alto e la cupola funge da lente, modellando il diagramma di radiazione e fornendo protezione ambientale.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nei LED indicatori e di retroilluminazione è verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), dimensioni del pacchetto più piccole che consentono densità più elevate e una migliore affidabilità in condizioni difficili (temperatura, umidità più elevate). C'è anche una forte spinta per un'adozione più ampia di materiali (senza alogeni, senza piombo) e processi rispettosi dell'ambiente. Il design specifico top-view attraverso il PCB esemplificato dalla serie 65-21 risponde a un'esigenza persistente nel design dell'interfaccia uomo-macchina (HMI) per una guida efficiente della luce, una tendenza che continua man mano che i dispositivi diventano più compatti e integrati. Gli sviluppi futuri potrebbero includere pacchetti ancora più sottili, circuiti di pilotaggio integrati o opzioni di colore regolabili all'interno di un singolo footprint del pacchetto.