Scheda Tecnica LED SMD Arancione - 2.0x1.25x1.1mm - 2.5V - 75mW - Tecnologia AlInGaP - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un LED SMD (Surface-Mount Device) arancione ad alta luminosità. Il dispositivo è progettato per i moderni processi di assemblaggio elettronico, caratterizzato da un package compatto standard EIA adatto per apparecchiature di posizionamento automatizzate. Utilizza la tecnologia a semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per produrre una sorgente luminosa arancione vibrante con alta efficienza luminosa. Il prodotto è conforme agli standard di produzione ecologica ed è privo di piombo in accordo con le direttive RoHS.

1.1 Vantaggi Principali

• Compatibile con l'Automazione:Fornito in nastro da 8mm su bobine da 7 pollici, ottimizzato per macchine pick-and-place ad alta velocità.
• Pronto per la Saldatura a Rifusione:Compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) e a fase di vapore, garantendo giunzioni saldate affidabili nella produzione di massa.
• Alta Luminosità:Offre un'intensità luminosa tipica fino a 900 mcd con una corrente di pilotaggio standard di 20mA.
• Ampio Angolo di Visione:Caratterizzato da un angolo di visione di 110 gradi (2θ1/2), garantendo una buona dispersione della luce.
• Costruzione Robusta:Progettato per resistere ai processi standard di assemblaggio e pulizia dei componenti SMD.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I seguenti valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW a Ta=25°C. Questa è la massima potenza che il package del LED può dissipare in sicurezza sotto forma di calore.
• Derating:30 mA continua. La massima corrente in regime stazionario che può essere applicata.
• Corrente Diretta di Picco:80 mA, ammissibile solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms).
• Tensione Inversa (VR):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente per un funzionamento affidabile.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-40°C a +100°C.
• Derating:La corrente diretta continua deve essere ridotta linearmente di 0.46 mA per ogni grado Celsius sopra i 35°C di temperatura ambiente per prevenire il surriscaldamento.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Misurate a Ta=25°C nelle condizioni di test specificate, questi parametri definiscono le prestazioni tipiche.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da 450 mcd (min) a 1120 mcd (max), con un valore tipico di 900 mcd a IF=20mA. Misurata utilizzando un sensore filtrato secondo la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE.
• Tensione Diretta (VF):Tipicamente 2.5V, con un intervallo da 1.7V a 2.5V a IF=20mA. Una tolleranza di ±0.1V si applica all'interno di specifici bin di tensione.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λP):611 nm. La lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale è più forte.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):605 nm. La singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, derivata dal diagramma di cromaticità CIE.
• Larghezza Spettrale a Mezza Altezza (Δλ):15 nm. La larghezza dello spettro di emissione a metà dell'intensità di picco, che indica la purezza del colore.
• Corrente Inversa (IR):Massimo 100 μA a VR=5V.
• Capacità (C):Tipicamente 40 pF misurata a VF=0V, f=1 MHz.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nelle applicazioni, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Due parametri chiave sono soggetti a binning: l'Intensità Luminosa e la Tensione Diretta.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Unità: mcd @ IF=20mA. Ogni bin ha una tolleranza di ±15%.

• U1:450.0 – 560.0 mcd
• U2:560.0 – 710.0 mcd
• V1:710.0 – 900.0 mcd
• V2:900.0 – 1120.0 mcd

3.2 Binning della Tensione Diretta

Unità: V @ IF=20mA. Ogni bin ha una tolleranza di ±0.10V.

• 0:1.7 – 1.8 V
• 1:1.8 – 1.9 V
• 2:1.9 – 2.0 V
• 3:2.0 – 2.1 V
• 4:2.1 – 2.2 V
• 5:2.2 – 2.3 V
• 6:2.3 – 2.4 V
• 7:2.4 – 2.5 V

I progettisti dovrebbero selezionare i codici bin appropriati per soddisfare i requisiti di coerenza di luminosità e tensione della loro applicazione, specialmente quando vengono utilizzati più LED in parallelo.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene le curve grafiche specifiche siano referenziate nella scheda tecnica (Fig.1, Fig.6), le loro implicazioni sono critiche per la progettazione.

4.1 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'emissione luminosa (Iv) è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta (IF) all'interno dell'intervallo operativo raccomandato. Pilotare il LED sopra i 20mA aumenterà la luminosità ma genererà anche più calore, richiedendo un'attenta gestione termica e l'aderenza ai valori massimi assoluti.

4.2 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta

La caratteristica V-I è non lineare. La tensione diretta ha un coefficiente di temperatura positivo, il che significa che diminuisce leggermente all'aumentare della temperatura di giunzione per una data corrente.

4.3 Distribuzione Spettrale

Lo spettro di emissione è centrato attorno a 611 nm (picco) con una larghezza a mezza altezza relativamente stretta di 15 nm, caratteristica della tecnologia AlInGaP, che fornisce un colore arancione saturo.

4.4 Considerazioni Termiche

Il fattore di derating di 0.46 mA/°C sopra i 35°C è cruciale per l'affidabilità. In ambienti ad alta temperatura o su PCB progettati male, la massima corrente continua ammissibile deve essere ridotta per prevenire il superamento del limite di temperatura di giunzione e un'accelerata della riduzione del flusso luminoso.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è conforme a un profilo standard del package SMD. Le dimensioni chiave (in millimetri) definiscono la sua impronta: circa 2.0mm di lunghezza, 1.25mm di larghezza e 1.1mm di altezza. I disegni dettagliati specificano la spaziatura dei pad, l'altezza del componente e la geometria della lente.

5.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è chiaramente contrassegnato. L'orientamento corretto durante l'assemblaggio è essenziale. Viene fornito il layout consigliato dei pad di attacco sul PCB per garantire una corretta saldatura e stabilità meccanica durante la rifusione.

5.3 Confezionamento in Nastro e Bobina

• Nastro:I componenti sono alloggiati in nastro portante goffrato da 8mm di larghezza.
• Bobina:Il nastro è avvolto su una bobina standard da 7 pollici (178mm) di diametro.
• Quantità:4000 pezzi per bobina piena.
• Confezionamento:Conforme alle specifiche EIA-481-1-B. Sono ammessi al massimo due componenti mancanti consecutivi (tasche vuote).

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Si raccomanda un profilo di rifusione senza piombo conforme a J-STD-020B.

• Preriscaldamento:120–150°C per un massimo di 120 secondi.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido:Massimo 30 secondi all'interno della zona di temperatura di picco.
• Velocità controllate di riscaldamento e raffreddamento sono necessarie per prevenire shock termici.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale:

• Temperatura del Saldatore:Massimo 300°C.
• Tempo di Saldatura:Massimo 3 secondi per terminale.
• Questa operazione dovrebbe essere eseguita una sola volta per evitare di danneggiare il package in plastica.

6.3 Pulizia

Dovrebbero essere utilizzati solo agenti di pulizia specificati. È accettabile immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare la lente in epossidico o il package.

6.4 Sensibilità all'Umidità & Conservazione

Questo prodotto è classificato come Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) 3 secondo JEDEC J-STD-020.

• Busta Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤90% UR. Utilizzare entro un anno dalla data di sigillatura della busta.
• Busta Aperta:Conservare a ≤30°C e ≤60% UR. Deve essere saldato entro 168 ore (7 giorni) dall'esposizione alle condizioni ambientali di fabbrica.
• Essiccazione (Baking):Se la scheda indicatrice di umidità diventa rosa (≥10% UR) o se viene superata la durata di 168 ore, essiccare a 60°C per almeno 48 ore prima dell'uso. Rispedire le parti non utilizzate con nuovo essiccante.

7. Raccomandazioni per la Progettazione Applicativa

7.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per prestazioni consistenti:

• Resistore Limitante di Corrente:Utilizzare sempre un resistore in serie con ogni LED per impostare la corrente operativa, anche quando pilotato da una sorgente di corrente costante. Questo aiuta a compensare le piccole variazioni nella tensione diretta dei singoli LED (spread del bin Vf).
• Evitare il Collegamento Diretto in Parallelo:Non è raccomandato collegare più LED direttamente in parallelo senza limitazione di corrente individuale (Modello di Circuito B nella scheda tecnica). Piccole differenze nelle caratteristiche di tensione diretta possono causare uno squilibrio significativo della corrente, portando a luminosità non uniforme e potenziale sovraccarico del LED con la Vf più bassa.
• Circuito Raccomandato (Modello A):Utilizzare una sorgente di tensione (Vcc), un resistore per impostare la corrente (R = (Vcc - Vf_LED) / I_LED) e il LED in serie. Ripetere questo circuito per ogni ramo di LED in parallelo.

7.2 Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

Il LED è sensibile alle scariche elettrostatiche. Devono essere prese precauzioni durante la manipolazione e l'assemblaggio:

• Gli operatori devono indossare braccialetti a terra o guanti antistatici.
• Tutte le postazioni di lavoro, le attrezzature e le strutture di stoccaggio devono essere correttamente messe a terra.
• Utilizzare ionizzatori per neutralizzare la carica statica che può accumularsi sulla lente in plastica.
• Seguire le procedure standard di controllo ESD secondo ANSI/ESD S20.20.

7.3 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, una corretta progettazione del PCB ne migliora la longevità:

• Utilizzare un'adeguata area di rame sul PCB collegata ai pad termici del LED (catodo e anodo) per fungere da dissipatore di calore.
• Assicurarsi che il LED non sia posizionato vicino ad altre significative sorgenti di calore.
• Attenersi rigorosamente alla curva di derating della corrente nelle applicazioni ad alta temperatura.

8. Scenari Applicativi Tipici

Questo LED arancione è adatto per un'ampia gamma di applicazioni che richiedono un indicatore o una sorgente luminosa compatta, luminosa e affidabile, incluse ma non limitate a:

• Indicatori di Stato:Indicatori di accensione, standby, carica e guasto nell'elettronica di consumo, elettrodomestici e pannelli di controllo industriali.
• Retroilluminazione:Illuminazione laterale per piccoli display LCD, illuminazione tastiere e illuminazione decorativa in dispositivi compatti.
• Illuminazione Interna Automobilistica:Indicatori del cruscotto, illuminazione interruttori e illuminazione ambientale (soggetto a qualifica per specifici standard automobilistici).
• Insegne & Decorazione:Sorgenti luminose puntiformi in array decorativi e insegne semplici.
• Sistemi di Sensori:Come sorgente luminosa in opto-sensori e rilevatori di interruzione.

9. Domande Frequenti (FAQ)

9.1 Posso pilotare questo LED direttamente da un'uscita logica a 3.3V o 5V?

No, non direttamente. Devi sempre utilizzare un resistore limitatore di corrente in serie. Ad esempio, per pilotarlo a 20mA da un'alimentazione a 5V con una Vf tipica di 2.5V: R = (5V - 2.5V) / 0.020A = 125 Ohm. Un resistore da 120 Ohm o 130 Ohm sarebbe appropriato. Senza il resistore, scorrerà una corrente eccessiva, potenzialmente distruggendo il LED.

9.2 Perché esiste un sistema di binning per tensione e intensità?

I processi di produzione causano variazioni naturali nelle caratteristiche dei semiconduttori. Il binning suddivide i LED in gruppi con prestazioni strettamente corrispondenti. Per applicazioni in cui più LED devono apparire ugualmente luminosi (es. un array), specificare lo stesso bin di intensità (es. V1) è cruciale. Allo stesso modo, utilizzare LED dello stesso bin di tensione può semplificare i calcoli del resistore di impostazione della corrente nei circuiti paralleli.

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

Lunghezza d'Onda di Picco (λP)è la lunghezza d'onda fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica.Lunghezza d'Onda Dominante (λd)è un valore calcolato basato sulla percezione del colore umana (grafico CIE); è la singola lunghezza d'onda che meglio corrisponde al colore che effettivamente vediamo. Per LED monocromatici come questo arancione, sono spesso vicine ma non identiche.

9.4 Quanto è critica la durata di 168 ore dopo l'apertura della busta barriera all'umidità?

Molto critica per i componenti MSL 3. L'esposizione oltre questo tempo permette all'umidità di essere assorbita nel package in plastica. Durante la saldatura a rifusione, questa umidità può espandersi rapidamente in vapore, causando delaminazione interna, crepe ("popcorning") o guasto dei fili di collegamento (wire bond). Se il tempo viene superato, l'essiccazione è obbligatoria per rimuovere l'umidità.

10. Introduzione alla Tecnologia e Tendenze

10.1 Tecnologia AlInGaP

Questo LED si basa sul materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) cresciuto su un substrato trasparente. Questa tecnologia è particolarmente efficiente nelle regioni di lunghezza d'onda del rosso, arancione, ambra e giallo, offrendo una luminosità più elevata e una migliore stabilità termica rispetto a tecnologie più vecchie come il Fosfuro di Arseniuro di Gallio (GaAsP). L'uso di un substrato trasparente permette a più luce di fuoriuscire dal chip, migliorando l'efficienza quantica esterna.

10.2 Tendenze del Settore

La tendenza generale nei LED SMD è verso:

• Aumento dell'Efficienza:Più lumen o millicandele per watt, riducendo il consumo energetico e il carico termico.
• Miniaturizzazione:Dimensioni del package più piccole (es. 0402, 0201) per progetti PCB ad alta densità, mantenendo o migliorando l'emissione luminosa.
• Maggiore Affidabilità:Materiali e tecniche di packaging migliorati per estendere la durata operativa, specialmente in condizioni di alta temperatura e umidità.
• Binning più Stretto:Ordinamento più preciso per fornire ai progettisti componenti con colore e luminosità estremamente consistenti, essenziali per applicazioni come display a colori completi e illuminazione automobilistica.
• Integrazione:Crescita di moduli LED che incorporano circuiti integrati di pilotaggio (driver IC), componenti di protezione e ottica in un unico package, semplificando la progettazione del prodotto finale.