Scheda Tecnica LED CH2525-RGBY0401H-AM - Package Ceramico SMD - Rosso 623nm Verde 527nm Blu 460nm Giallo 590nm - 40mA - Grado Automotive

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce un'analisi tecnica completa del CH2525-RGBY0401H-AM, un LED SMD (Surface-Mount Device) multicolore ad alte prestazioni. Il componente è progettato per affidabilità e prestazioni in ambienti impegnativi, caratterizzato da un robusto package ceramico e quattro emettitori di colore distinti integrati in un'unica unità. Il suo obiettivo progettuale principale sono le applicazioni che richiedono miscelazione precisa dei colori, alta luminosità e stabilità a lungo termine.

Il vantaggio principale di questo LED risiede nella sua integrazione. Combinando diodi Rosso, Verde, Blu e Giallo (RGBY) in un unico package SMD compatto, semplifica il progetto del PCB, riduce il numero di componenti e consente la generazione di colori sofisticati oltre la gamma RGB standard, migliorando in particolare la resa delle tonalità di bianco caldo e ambra. Il dispositivo è specificamente qualificato secondo lo stringente standard AEC-Q101 per semiconduttori discreti, rendendolo una scelta adatta per l'elettronica automotive dove l'affidabilità operativa in condizioni severe è fondamentale.

Il mercato target è principalmente l'industria automotive, in particolare per i sistemi di illuminazione interna come retroilluminazione del cruscotto, illuminazione degli interruttori e illuminazione ambientale d'atmosfera. Applicazioni secondarie includono l'illuminazione decorativa generale, la segnaletica e l'elettronica di consumo dove sono desiderate funzionalità multicolore e alta affidabilità.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Le caratteristiche elettriche e ottiche definiscono i limiti operativi e le aspettative di prestazione del LED.

2.1 Caratteristiche Fotometriche e di Colore

Il LED emette quattro colori distinti, ciascuno con proprietà ottiche definite misurate a una corrente di prova standard di 40mA e una temperatura del pad termico di 25°C. L'intensità luminosa, una misura della luminosità percepita in una data direzione, varia per colore: il Rosso tipicamente emette 1200 millicandele (mcd), il Verde 2300 mcd, il Blu 360 mcd e il Giallo 1300 mcd. È cruciale notare che la tolleranza di misura per l'intensità luminosa è ±8%.

L'angolo di visione, definito come l'angolo fuori asse in cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco, è di 150 gradi per gli emettitori Verde e Blu e di 140 gradi per gli emettitori Rosso e Giallo, con una tolleranza di ±5 gradi. Ciò indica un pattern di radiazione molto ampio, adatto per l'illuminazione d'area.

Il colore è specificato sia dalla lunghezza d'onda di picco (λp) che dalla lunghezza d'onda dominante (λd). Le lunghezze d'onda dominanti tipiche sono: Rosso: 623 nm, Verde: 527 nm, Blu: 460 nm e Giallo: 590 nm, con una tolleranza stretta di ±1 nm per la lunghezza d'onda dominante. Il grafico della distribuzione spettrale mostra picchi distinti e ben separati per ogni colore, essenziale per una miscelazione accurata dei colori.

2.2 Parametri Elettrici

L'intervallo operativo della corrente diretta (I_F) è da 10 mA a 80 mA, con 40 mA come condizione di prova tipica. Non è raccomandato operare al di sotto di 10 mA. La tensione diretta (V_F) a 40 mA differisce per colore a causa delle proprietà del materiale semiconduttore: Rosso tipicamente 2,00V, Verde 2,80V, Blu 3,00V e Giallo 2,40V, con una tolleranza di misura di ±0,05V. Il dispositivo non è progettato per funzionamento in polarizzazione inversa.

2.3 Parametri Termici e di Affidabilità

La gestione termica è fondamentale per le prestazioni e la durata del LED. La resistenza termica dalla giunzione al punto di saldatura (Rth_JS) è fornita sia in valori reali che equivalenti elettrici. Ad esempio, l'emettitore Rosso ha Rth_JS_reale di 33 K/W e Rth_JS_el di 25 K/W. Questi valori sono utilizzati per calcolare l'aumento di temperatura della giunzione in base alla dissipazione di potenza.

I valori massimi assoluti stabiliscono limiti invalicabili: la dissipazione di potenza (P_d) è di 220 mW per Rosso/Giallo e 280 mW per Verde/Blu. La temperatura massima della giunzione (T_J) è di 125°C. L'intervallo di temperatura operativa (T_opr) è da -40°C a +110°C, confermando l'idoneità al grado automotive. Il dispositivo può resistere a scariche elettrostatiche (ESD) fino a 8 kV (Modello del Corpo Umano).

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica include una struttura di binning dell'intensità luminosa per classificare i LED in base alla loro emissione. I bin sono etichettati con codici alfanumerici (L1, L2, M1... R1) che rappresentano un intervallo di intensità luminosa minima e massima. Ad esempio, il bin L1 copre LED con intensità da 11,2 mcd a 14 mcd, mentre il bin R1 inizia da 112 mcd. Questo sistema consente ai progettisti di selezionare componenti con livelli di luminosità coerenti per un aspetto uniforme in un array o sistema. La tabella fornita sembra essere un modello generico; i bin specifici per ogni colore del CH2525-RGBY0401H-AM sarebbero definiti nelle specifiche dettagliate del prodotto o nelle guide d'ordine.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I grafici caratteristici forniscono informazioni vitali sul comportamento del LED in condizioni variabili.

4.1 Curva IV ed Efficienza Luminosa

Il grafico Corrente Diretta vs. Tensione Diretta mostra la relazione esponenziale tipica dei diodi. Ogni traccia di colore ha una diversa tensione di ginocchio. Il grafico Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta mostra che l'emissione aumenta con la corrente ma potrebbe non essere perfettamente lineare, specialmente a correnti più elevate dove l'efficienza cala a causa del riscaldamento.

4.2 Dipendenza dalla Temperatura

Il grafico Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura di Giunzione è fondamentale per il progetto termico. Mostra che l'emissione luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Il tasso di diminuzione (spegnimento termico) varia in base al materiale semiconduttore; ad esempio, i LED Rossi e Gialli tipicamente mostrano una minore sensibilità alla temperatura rispetto ai LED Blu e Verdi. Il grafico Lunghezza d'Onda Dominante vs. Temperatura di Giunzione mostra uno spostamento del colore (tipicamente verso lunghezze d'onda maggiori) all'aumentare della temperatura, aspetto che deve essere considerato in applicazioni critiche per il colore.

La Curva di Derating della Corrente Diretta stabilisce la massima corrente diretta ammissibile in base alla temperatura del pad di saldatura. Per garantire che la temperatura di giunzione rimanga al di sotto di 125°C, la corrente deve essere ridotta all'aumentare della temperatura ambiente/del pad. Il grafico fornisce linee di derating specifiche per i gruppi di colori (Rosso/Giallo, Verde, Blu).

4.3 Distribuzione Spaziale e Spettrale

I Diagrammi Caratteristici Tipici di Radiazione (grafici polari) per ogni colore confermano visivamente gli ampi angoli di visione. Il grafico della Distribuzione Spettrale Relativa traccia l'intensità normalizzata rispetto alla lunghezza d'onda, mostrando chiaramente il picco di emissione primario per ogni diodo di colore, essenziale per comprendere il potenziale di miscelazione dei colori e i requisiti di filtraggio.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

Il LED utilizza un package ceramico SMD (Surface-Mount Device). I package ceramici offrono una conduttività termica e una robustezza meccanica superiori rispetto ai package plastici, il che è vantaggioso per applicazioni ad alta potenza o alta affidabilità. Le dimensioni meccaniche specifiche, inclusa lunghezza, larghezza, altezza e spaziatura dei terminali/pad, sono dettagliate nella sezione "Dimensioni Meccaniche" (riferita a pagina 17). Viene fornito un layout consigliato per i pad di saldatura (pagina 18) per garantire una corretta formazione del giunto saldato, trasferimento termico e stabilità meccanica durante il reflow e l'operazione. La polarità o l'assegnazione dei pin per i quattro canali di colore e qualsiasi configurazione a catodo/anodo comune sarebbe definita in questa sezione.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il dispositivo è classificato per la saldatura a rifusione con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 30 secondi, compatibile con i processi standard di saldatura senza piombo (Pb-free). È necessario consultare un grafico dettagliato del profilo di rifusione (pagina 18), che tipicamente mostra le fasi di riscaldamento, pre-riscaldo, liquidus, picco e raffreddamento. Il rispetto di questo profilo è necessario per prevenire shock termici, difetti di saldatura o danni al chip LED o al package. Il Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) è classificato a Livello 2, indicando che il package può essere esposto alle condizioni del piano di fabbrica fino a un anno prima di richiedere una cottura (baking) prima della saldatura a rifusione. Le precauzioni per l'uso (pagina 21) probabilmente includono la manipolazione per evitare ESD, le condizioni di stoccaggio e le raccomandazioni per la pulizia.

7. Informazioni su Imballaggio e Ordini

Le informazioni sull'imballaggio (pagina 19) specificano come i LED sono forniti, tipicamente su nastro e bobina (tape-and-reel) per il montaggio automatizzato pick-and-place. I dettagli includono le dimensioni della bobina, la spaziatura delle tasche e l'orientamento. Il numero di parte "CH2525-RGBY0401H-AM" segue un probabile sistema di codifica interno dove "CH2525" potrebbe indicare il tipo/dimensione del package, "RGBY" i colori, "0401" potrebbe riferirsi a un bin di prestazione o versione, e "AM" potrebbe denotare Grado Automotive. Le informazioni per l'ordine (pagina 16) dettaglierebbero come specificare diversi bin o varianti.

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

Le applicazioni principali dichiarate sono l'illuminazione interna automotive e l'illuminazione ambientale. Nell'interno automotive, questo LED può essere utilizzato per la retroilluminazione multicolore dei gruppi strumenti, dei controlli infotainment e per creare zone di illuminazione ambientale personalizzabili all'interno dell'abitacolo. Per l'illuminazione ambientale, la sua capacità RGBY consente di generare una gamma più ampia di colori, inclusi bianchi più saturi e caldi, rispetto ai LED RGB standard.

Considerazioni di Progetto:

• Circuito di Pilotaggio:Richiede un driver a corrente costante in grado di controllare indipendentemente quattro canali. Le diverse tensioni dirette devono essere considerate, potenzialmente richiedendo regolatori di corrente separati o un sofisticato circuito integrato driver LED multicanale.
• Gestione Termica:La dissipazione di potenza, specialmente quando più colori sono pilotati simultaneamente, richiede un'adeguata area di rame sul PCB (pad termico) e possibilmente un collegamento a un dissipatore per mantenere bassa la temperatura di giunzione, ottimizzando l'emissione luminosa, la stabilità del colore e la longevità.
• Ottica:L'ampio angolo di visione potrebbe richiedere ottiche secondarie (lenti, diffusori) per modellare il fascio luminoso per applicazioni specifiche.
• Miscelazione e Controllo del Colore:Ottenere colori desiderati e consistenti richiede calibrazione e potenzialmente un feedback a ciclo chiuso del colore utilizzando sensori, poiché l'emissione di ogni canale varia con corrente e temperatura.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED RGB SMD standard in plastica, i fattori chiave di differenziazione di questo componente sono il suo package ceramico (per una migliore dissipazione del calore e affidabilità) e l'aggiunta di un emettitore Giallo dedicato. Il chip Giallo migliora significativamente l'Indice di Resa Cromatica (CRI) della luce bianca generata e consente la creazione diretta di colori ambra senza miscelare Rosso e Verde, operazione spesso inefficiente e che può produrre un colore sporco. La qualifica AEC-Q101 è un differenziatore importante per le applicazioni automotive, poiché convalida le prestazioni in test di temperatura, umidità e vita operativa che i LED di grado commerciale standard non subiscono.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Perché l'intensità luminosa dell'emettitore Blu (360 mcd) è molto inferiore a quella del Verde (2300 mcd) alla stessa corrente di 40mA?

R: Ciò è principalmente dovuto alla curva di sensibilità fotopica dell'occhio umano (V(λ)). L'occhio è più sensibile alla luce verde (~555 nm) e meno sensibile alla luce blu (~460 nm). Pertanto, per la stessa potenza radiante (watt ottici), la luce verde apparirà molto più luminosa in termini di unità fotometriche (lumen, candele). Anche la differenza nell'efficienza quantica interna dei materiali semiconduttori gioca un ruolo.

D: Posso pilotare questo LED con una sorgente a tensione costante?

R: È fortemente sconsigliato. I LED sono dispositivi pilotati a corrente. La loro tensione diretta ha una tolleranza e varia con la temperatura. Una sorgente a tensione costante potrebbe portare a corrente eccessiva, surriscaldamento e guasto rapido. Utilizzare sempre un driver a corrente costante o un circuito limitatore di corrente.

D: Qual è la differenza tra Rth_JS_reale e Rth_JS_el menzionati nei parametri di resistenza termica?

R: Rth_JS_reale è la resistenza termica effettiva misurata dalla giunzione del semiconduttore al punto di saldatura. Rth_JS_el è un valore equivalente "elettrico" spesso derivato dal parametro della tensione diretta sensibile alla temperatura. I progettisti utilizzano tipicamente Rth_JS_reale per la modellazione termica, mentre Rth_JS_el potrebbe essere utilizzato per tecniche di stima della temperatura di giunzione in circuito.

11. Esempi Pratici di Progetto e Utilizzo

Esempio 1: Controllore per Illuminazione Ambientale Automotive:Un modulo utilizza quattro di questi LED, uno in ogni angolo del vano piedi di un'auto. Un microcontrollore con uscite PWM pilota un driver a corrente costante a quattro canali. Il firmware consente all'utente di selezionare tra colori preimpostati (es. bianco freddo, bianco caldo, blu, arancione) o creare colori personalizzati regolando il duty cycle di ogni canale. Il package ceramico garantisce l'affidabilità nonostante le potenziali alte temperature ambientali vicino al pavimento del veicolo.

Esempio 2: Faretti Architettonici a Colore Regolabile:In un faretto incassato, un array di questi LED è montato su un PCB a nucleo metallico per lo smaltimento del calore. Viene utilizzato un driver avanzato con calibrazione del colore e compensazione della temperatura. Il sistema può spostare dinamicamente il punto di bianco da un bianco freddo ed energizzante (alta miscela Blu/Verde) al mattino a un bianco caldo e rilassante (alta miscela Rosso/Giallo) alla sera, mantenendo sempre un'alta resa cromatica.

12. Principio di Funzionamento

Il dispositivo opera sul principio dell'elettroluminescenza nei materiali semiconduttori. Quando viene applicata una tensione di polarizzazione diretta che supera l'energia della banda proibita del diodo, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia della banda proibita del materiale semiconduttore utilizzato per ogni chip: vengono impiegati diversi semiconduttori composti (es. AlInGaP per Rosso/Giallo, InGaN per Verde/Blu) per ottenere i colori desiderati. I quattro chip sono alloggiati in un unico package ceramico con connessioni elettriche separate per il controllo indipendente.

13. Tendenze e Contesto Tecnologico

L'integrazione di più emettitori di colore (oltre l'RGB) in un unico package è una tendenza in crescita, guidata dalla domanda di luce di qualità superiore e controllo del colore più flessibile nelle applicazioni automotive, di illuminazione professionale e display. L'inclusione di un emettitore bianco o ambra dedicato, o in questo caso Giallo, migliora la resa cromatica e l'efficienza per certi colori. C'è anche una continua spinta verso una maggiore densità di potenza ed efficienza (più lumen per watt), che pone maggiore enfasi sulla gestione termica, rendendo i materiali di packaging avanzati come la ceramica più diffusi. Inoltre, l'integrazione dell'elettronica di controllo (es. circuiti integrati driver) direttamente con il package LED è una tendenza emergente per semplificare il progetto del sistema.