Scheda Tecnica LED Mini Top View Serie 65-21 - Rosso Brillante - 20mA - Angolo di Visione 120° - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie 65-21 rappresenta una famiglia di diodi emettitori di luce (LED) compatti, a montaggio superficiale (SMD) e con emissione dall'alto (top-view). Questi componenti sono progettati per applicazioni che richiedono un ampio angolo di visione e un efficiente accoppiamento della luce. Il modello principale descritto in questo documento emette un colore rosso brillante, ottenuto utilizzando un chip semiconduttore in AlGaInP incapsulato in una resina trasparente. Il design unico del package prevede un orientamento di montaggio dall'alto verso il basso, dove la luce viene emessa attraverso il circuito stampato (PCB), rendendolo particolarmente adatto per l'uso con guide di luce e condotti ottici.

I vantaggi chiave di questa serie includono l'idoneità per processi di assemblaggio automatizzati come la saldatura a rifusione IR, la disponibilità su nastro e bobina per la produzione di grandi volumi e la conformità agli standard ambientali RoHS e privi di piombo. L'ampio angolo di visione di 120 gradi garantisce una buona visibilità da varie angolazioni, aspetto fondamentale per applicazioni di indicatori e retroilluminazione.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I limiti operativi del dispositivo sono definiti a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Il superamento di questi valori può causare danni permanenti.

• Tensione Inversa (V_R):5 V. L'applicazione di una tensione inversa superiore a questo limite rischia di causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):50 mA. Questa è la massima corrente continua che il LED può sopportare in modo continuativo.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100 mA. Questo valore di corrente impulsiva (a ciclo di lavoro 1/10, 1 kHz) consente brevi condizioni di sovracorrente, utili per il multiplexing o la modulazione della luminosità.
• Dissipazione di Potenza (P_d):110 mW. Questa è la massima potenza che il package può dissipare sotto forma di calore, calcolata dalla tensione e corrente dirette.
• Scarica Elettrostatica (ESD) HBM:2000 V. Questo valore secondo il modello del corpo umano indica una moderata sensibilità alle ESD; sono necessarie opportune precauzioni di manipolazione.
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Temperatura di Stoccaggio (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura:Per la saldatura a rifusione, è specificata una temperatura di picco di 260°C per 10 secondi. Per la saldatura manuale, il limite è di 350°C per 3 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le prestazioni sono misurate a Ta=25°C e una corrente di prova standard (I_F) di 20 mA.

• Intensità Luminosa (I_v):Varia da un minimo di 72 mcd a un massimo di 180 mcd, con un valore tipico all'interno di questo intervallo. Si applica una tolleranza di ±11%.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):120 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):632 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Varia da 616.5 nm a 634.5 nm, con una tolleranza di ±1 nm. Questo definisce il colore percepito (rosso brillante).
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):20 nm (tipico). Questa è la larghezza dello spettro emesso a metà della sua potenza massima.
• Tensione Diretta (V_F):Varia da 1.75 V a 2.35 V a 20mA, con una tolleranza di ±0.1 V.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo di 10 μA quando viene applicata una tensione inversa di 5V.

3. Spiegazione del Sistema di Selezione (Binning)

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in codici di selezione (bin) in base a parametri chiave.

3.1 Selezione per Lunghezza d'Onda Dominante (Gruppo A)

Questo definisce il punto colore. I codici sono etichettati da E4 a E7, ciascuno copre un intervallo di 6 nm (es. E4: 616.5-622.5 nm, E5: 620.5-626.5 nm). Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con tonalità di rosso molto specifiche per la loro applicazione.

3.2 Selezione per Intensità Luminosa

Questo definisce l'output di luminosità. I codici sono Q1 (72-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd) e R2 (140-180 mcd). Codici più alti indicano una luminosità maggiore.

3.3 Selezione per Tensione Diretta (Gruppo B)

Questo raggruppa i LED in base alle loro caratteristiche elettriche. I codici sono 0 (1.75-1.95 V), 1 (1.95-2.15 V) e 2 (2.15-2.35 V). L'abbinamento di codici di tensione può semplificare la progettazione della resistenza limitatrice di corrente in circuiti paralleli.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche essenziali per la progettazione.

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

La curva mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. Al punto di lavoro consigliato di 20 mA, la tensione diretta rientra nell'intervallo di selezione 1.75V-2.35V. I progettisti devono utilizzare una resistenza in serie o un driver a corrente costante per limitare la corrente, poiché un piccolo aumento della tensione può causare un grande, e potenzialmente distruttivo, aumento della corrente.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva mostra che l'output luminoso aumenta approssimativamente in modo lineare con la corrente fino alla massima corrente continua nominale. Lavorare sopra i 20mA produrrà una luminosità maggiore ma aumenterà anche la dissipazione di potenza e la temperatura di giunzione, il che influisce sulla longevità.

4.3 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

L'intensità luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. La curva mostra il derating, fondamentale per le applicazioni che operano in ambienti a temperatura elevata. L'output del LED è specificato a 25°C; a 85°C, l'output sarà significativamente inferiore.

4.4 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo grafico definisce la massima corrente diretta continua consentita in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la corrente massima sicura diminuisce per prevenire il surriscaldamento. A 85°C, la corrente massima è inferiore al valore massimo assoluto di 50mA a 25°C.

4.5 Distribuzione Spettrale

Lo spettro è una curva stretta simile a una Gaussiana centrata attorno a 632 nm (picco) con una larghezza di banda di 20 nm, confermando l'emissione monocromatica rossa brillante.

4.6 Diagramma di Radiazione

Il diagramma polare illustra l'angolo di visione di 120 gradi. La distribuzione dell'intensità è relativamente lambertiana (simile al coseno), fornendo un aspetto uniforme attraverso il cono di visione ampio, ideale per indicatori.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni del Package

Il package SMD ha dimensioni specifiche di lunghezza, larghezza e altezza (in millimetri) con tolleranze tipiche di ±0.1mm salvo diversa indicazione. Il disegno dettaglia la forma in vista dall'alto, il profilo laterale e il footprint (land pattern) PCB consigliato per la saldatura.

5.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente contrassegnato, spesso da una tacca, una marcatura verde o una dimensione diversa del pad sul fondo del package. La polarità corretta deve essere osservata durante l'assemblaggio.

5.3 Specifiche del Nastro e della Bobina (Tape and Reel)

Il componente è fornito su nastro portante per macchine pick-and-place automatizzate. Le dimensioni chiave includono la dimensione della tasca (per contenere il LED), la larghezza del nastro, il passo (distanza tra le tasche) e il diametro della bobina. La bobina standard contiene 2000 pezzi.

5.4 Imballaggio Resistente all'Umidità

Le bobine sono sigillate in sacchetti di alluminio anti-umidità con essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità, fondamentale per evitare il "popcorning" (crepe del package) durante la saldatura a rifusione.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione (Reflow)

Il profilo consigliato include una fase di preriscaldamento, una zona di stabilizzazione, una zona di rifusione con una temperatura di picco non superiore a 260°C per 10 secondi e una fase di raffreddamento controllato. Il profilo deve rispettare il valore massimo Tsol.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore non deve superare i 350°C e il tempo di contatto deve essere limitato a 3 secondi per pad. Se possibile, utilizzare un dissipatore di calore.

6.3 Precauzioni per lo Stoccaggio e la Manipolazione

• Protezione ESD:Utilizzare postazioni di lavoro e braccialetti collegati a terra.
• Sensibilità all'Umidità:Non aprire il sacchetto anti-umidità fino al momento dell'uso. Se il sacchetto viene aperto, utilizzare i componenti entro il tempo di vita specificato (floor life) o ricuocerli secondo le procedure appropriate.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare i sacchetti non aperti a 30°C o meno e con un'umidità relativa del 90% o inferiore.

7. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Indicatori Ottici:Luci di stato su elettronica di consumo, apparecchiature industriali e cruscotti automobilistici.
• Accoppiamento con Guide di Luce:L'emissione top-view attraverso il PCB è ideale per iniettare luce in guide di luce in acrilico o policarbonato per la retroilluminazione di pulsanti o l'illuminazione di pannelli.
• Retroilluminazione:Per LCD, tastiere, interruttori e pannelli a membrana.
• Illuminazione Decorativa Generale:In cartellonistica, illuminazione d'accento e pubblicità illuminata.
• Illuminazione Interna Automobilistica:Retroilluminazione del cruscotto, illuminazione degli interruttori, ecc.

7.2 Considerazioni Critiche di Progetto

• La Limitazione di Corrente è Obbligatoria:DEVE essere utilizzata una resistenza in serie esterna o un driver a corrente costante. La tensione diretta ha una tolleranza e un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che diminuisce quando la giunzione si riscalda. Senza limitazione di corrente, può verificarsi una fuga termica, portando a un guasto rapido.
• Gestione Termica:Sebbene il package sia piccolo, la dissipazione di potenza (fino a 110mW) genera calore. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB (pad di sfiato termico) per condurre via il calore, specialmente quando si opera ad alte correnti o in ambienti caldi.
• Progettazione Ottica:Per applicazioni con guide di luce, la distanza tra il LED e il punto di ingresso della guida, nonché la geometria della guida stessa, devono essere ottimizzate per massimizzare l'efficienza di accoppiamento.
• Selezione (Binning) per la Coerenza:Per applicazioni che richiedono colore e luminosità uniformi su più LED, specificare codici di selezione stretti (es. un singolo codice per Lunghezza d'Onda Dominante e un singolo codice per Intensità Luminosa).

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

La serie 65-21 si differenzia attraverso la sua specifica combinazione di attributi:

• vs. LED Side-View Standard:L'emissione top-view attraverso il PCB è un vantaggio distinto per le applicazioni con guide di luce, poiché consente al LED di essere montato piatto sulla scheda direttamente sotto la guida, semplificando il design meccanico.
• vs. LED ad Angolo Stretto:L'angolo di visione di 120 gradi offre una visibilità molto più ampia, rendendolo superiore per indicatori su pannelli frontali dove la posizione di visione non è fissa.
• vs. Package Non Automatizzabili:Il package SMT e la disponibilità su nastro e bobina lo rendono altamente adatto per moderne linee di assemblaggio automatizzate ad alta velocità, riducendo i costi di produzione rispetto ai LED a foro passante.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un'alimentazione logica a 3.3V o 5V?

R: No. Devi sempre utilizzare una resistenza limitatrice di corrente in serie. Il valore della resistenza si calcola come R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizza la V_Fmassima dal datasheet (2.35V) per un progetto conservativo per garantire che la corrente non superi i 20mA.

D: Cosa succede se faccio funzionare il LED a 30mA invece che a 20mA?

R: L'intensità luminosa sarà maggiore, ma aumenteranno la dissipazione di potenza e la temperatura di giunzione. Devi controllare la curva di derating per assicurarti che 30mA sia sicuro alla tua massima temperatura ambiente. L'affidabilità a lungo termine potrebbe ridursi.

D: Come interpreto il codice del componente per l'ordine?

R: Il codice (es. dalla spiegazione dell'etichetta: CAT/HUE/REF) specifica le selezioni di binning. Ordinerai in base ai codici di Intensità Luminosa (CAT), Lunghezza d'Onda Dominante (HUE) e Tensione Diretta (REF) richiesti.

D: È necessario un dissipatore di calore?

R: Tipicamente no per un singolo LED a 20mA. Tuttavia, se più LED sono posizionati vicini o operano ad alte correnti/temperature ambiente, il calore collettivo potrebbe richiedere una gestione termica sul PCB.

10. Esempio Pratico di Progetto

Scenario:Progettazione di un indicatore di stato per un dispositivo alimentato da una linea a 5V. Il LED deve essere pilotato alla corrente standard di 20mA.

1. Calcolo della Resistenza in Serie:Utilizzando una V_Ftipica di 2.0V per la stima: R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 Ω. Per robustezza contro la variazione di V_F, utilizzare la V_Fminima (1.75V) per calcolare la corrente massima: I_max= (5V - 1.75V) / 150Ω ≈ 21.7mA, che è sicuro. Una resistenza standard da 150Ω, 1/10W è adatta.
2. Layout PCB:Posizionare il LED secondo il land pattern consigliato. Includere un po' di area di rame attorno ai pad per la dissipazione del calore. Assicurarsi che la marcatura di polarità sulla serigrafia corrisponda all'indicatore del catodo del LED.
3. Interfaccia Ottica:Se si utilizza una guida di luce, modellare la distanza e l'allineamento. Un piccolo spazio d'aria o l'uso di un gel di silicone trasparente può migliorare l'efficienza di accoppiamento della luce.

11. Principio di Funzionamento

Questo LED si basa su un chip semiconduttore in AlGaInP (Fosfuro di Alluminio Gallio Indio). Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale di giunzione del diodo, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. Nei materiali AlGaInP, questa ricombinazione rilascia energia principalmente sotto forma di fotoni nella porzione rossa-ambra dello spettro visibile (circa 590-650 nm). La composizione specifica degli strati di AlGaInP determina la lunghezza d'onda dominante, che è di 632 nm per questa variante rossa brillante. La resina epossidica trasparente che incapsula il chip lo protegge, fornisce stabilità meccanica e modella il fascio luminoso in uscita per ottenere l'ampio angolo di visione di 120 gradi.

12. Tendenze Tecnologiche

I LED SMD miniaturizzati top-view come la serie 65-21 fanno parte di una tendenza più ampia nell'optoelettronica verso la miniaturizzazione, una maggiore efficienza e una maggiore integrazione con la produzione automatizzata. I principali sviluppi in corso nel settore che influenzano tali componenti includono:

• Aumento dell'Efficienza:I continui miglioramenti nella scienza dei materiali mirano a produrre più lumen per watt (maggiore efficacia) dalla stessa dimensione del chip, consentendo un output più luminoso o un consumo energetico inferiore.
• Migliore Coerenza del Colore:I progressi nella crescita epitassiale e nei processi di binning continuano a restringere le tolleranze sulla lunghezza d'onda dominante e l'intensità luminosa, fornendo ai progettisti sorgenti luminose più uniformi.
• Affidabilità Migliorata:La ricerca su materiali di incapsulamento migliori e tecniche di packaging porta a una maggiore durata operativa e a una migliore resistenza ai cicli termici, all'umidità e ad altri stress ambientali.
• Integrazione con i Driver:Una tendenza di mercato è l'integrazione dei circuiti di controllo (driver a corrente costante, controller PWM) direttamente nei package LED, semplificando la progettazione del circuito per l'utente finale.