Scheda Tecnica LED Rosso PLCC-2 - Angolo Visivo 120° - 2.0V Tip. - 40mW - Grado Automotive - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un LED rosso ad alte prestazioni per montaggio superficiale, incapsulato in un package PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier). Il dispositivo è progettato principalmente per l'ambiente impegnativo dell'elettronica automotive, offrendo una combinazione di elevata emissione luminosa, ampio angolo visivo e robuste certificazioni di affidabilità.

I vantaggi principali di questo componente includono la qualifica allo standard AEC-Q102 per dispositivi optoelettronici discreti, che ne garantisce l'idoneità per applicazioni automotive. Presenta una robustezza allo zolfo classificata come A1, che lo rende resistente ad atmosfere corrosive. Inoltre, il prodotto è conforme alle direttive RoHS, REACH e prive di alogeni, allineandosi con le normative ambientali e di sicurezza globali. I suoi mercati target principali sono i sistemi di illuminazione interna ed esterna per autoveicoli, inclusi, ma non limitati a, cluster cruscotto, spie luminose e varie funzioni di illuminazione all'interno del veicolo.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni fotometriche chiave del LED sono definite con una corrente diretta tipica (I_F) di 20mA. L'intensità luminosa tipica (I_V) è di 1400 millicandele (mcd), con un intervallo specificato da un minimo di 900 mcd a un massimo di 2240 mcd a seconda della selezione del bin. Questa elevata luminosità è ottenuta mantenendo un angolo visivo (φ) molto ampio di 120 gradi, definito come l'angolo fuori asse in cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco. La lunghezza d'onda dominante (λ_d) è nello spettro rosso, compresa tra 612 nm e 627 nm, che determina il colore percepito della luce emessa.

2.2 Parametri Elettrici e Termici

Le caratteristiche elettriche sono incentrate su una tensione diretta tipica (V_F) di 2,00 volt a 20mA, con limiti ammissibili tra 1,75V e 2,75V. I valori massimi assoluti definiscono i limiti operativi: una corrente diretta continua massima (I_F) di 50 mA, una dissipazione di potenza massima (P_d) di 137 mW e una capacità di corrente di sovratensione (I_FM) di 100 mA per impulsi ≤ 10 µs. Il dispositivo non è progettato per funzionamento in polarizzazione inversa.

La gestione termica è fondamentale per le prestazioni e la longevità del LED. La resistenza termica dalla giunzione al punto di saldatura è specificata attraverso due metodi: una misura reale (R_{th JS real}) con un valore tipico di 120 K/W (max 160 K/W) e una misura elettrica (R_{th JS el}) con un valore tipico di 100 K/W (max 120 K/W). La temperatura massima ammissibile della giunzione (T_J) è di 125°C, con un intervallo di temperatura operativa (T_opr) da -40°C a +110°C.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire coerenza nella progettazione dell'applicazione, i LED sono suddivisi in bin in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano specifici requisiti di tolleranza per i loro circuiti.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'intensità luminosa è raggruppata in quattro bin principali: V2 (900-1120 mcd), AA (1120-1400 mcd), AB (1400-1800 mcd) e BA (1800-2240 mcd). Gli intervalli di flusso luminoso corrispondenti sono forniti per riferimento, misurati con una tolleranza di ±8%.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

La lunghezza d'onda dominante, che definisce il punto colore, è suddivisa in bin con passi di 3 nanometri. I bin sono etichettati 1215 (612-615 nm), 1518 (615-618 nm), 1821 (618-621 nm), 2124 (621-624 nm) e 2427 (624-627 nm), con una tolleranza di misura di ±1 nm.

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è categorizzata in quattro bin per aiutare nella progettazione del driver e nell'accoppiamento di corrente in array multi-LED: 1720 (1.75-2.00V), 2022 (2.00-2.25V), 2225 (2.25-2.50V) e 2527 (2.50-2.75V). La tolleranza di misura è ±0.05V.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici essenziali per comprendere il comportamento del LED in diverse condizioni operative.

4.1 Curva IV e Intensità Relativa

Il grafico Corrente Diretta vs. Tensione Diretta mostra la relazione esponenziale tipica dei diodi. La curva Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta dimostra che l'emissione luminosa aumenta in modo super-lineare con la corrente prima di potenzialmente saturarsi, sottolineando l'importanza di un pilotaggio a corrente costante.

4.2 Dipendenza dalla Temperatura

Grafici chiave illustrano la sensibilità del LED alla temperatura. La curva Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura di Giunzione mostra una diminuzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura. Al contrario, il grafico Tensione Diretta Relativa vs. Temperatura di Giunzione mostra un coefficiente di temperatura negativo, dove V_Fdiminuisce linearmente con l'aumento della temperatura. Questa proprietà può talvolta essere utilizzata per il rilevamento della temperatura. Il grafico Spostamento della Lunghezza d'Onda Dominante vs. Temperatura di Giunzione indica uno spostamento verso lunghezze d'onda più lunghe (red shift) all'aumentare della temperatura.

4.3 Distribuzione Spettrale e Derating

Il grafico della Distribuzione Spettrale Relativa conferma l'emissione monocromatica rossa con un picco nella regione di ~625 nm. La Curva di Derating della Corrente Diretta è cruciale per il progetto termico, mostrando la massima corrente continua ammissibile in funzione della temperatura della piazzola di saldatura. Ad esempio, alla temperatura massima della piazzola di 110°C, la corrente diretta deve essere ridotta a 34 mA. Il grafico della Capacità di Gestione degli Impulsi Ammissibili definisce l'area di funzionamento sicura per correnti pulsate a vari cicli di lavoro.

5. Informazioni Meccaniche, di Confezionamento e Montaggio

5.1 Dimensioni Meccaniche e Polarità

Il componente utilizza un package standard PLCC-2 per montaggio superficiale. Il disegno meccanico specifico (implicito dal riferimento alla sezione) dettaglierebbe lunghezza, larghezza, altezza e passo dei terminali. Il codice articolo include una "R" che indica la configurazione di polarità inversa; il catodo è tipicamente indicato da una tacca o un angolo marcato sul package. I progettisti devono consultare il disegno dimensionale dettagliato per le misure esatte e l'impronta.

5.2 Progetto del Piazzola di Saldatura e Profilo di Rifusione

Viene fornito un layout consigliato per la piazzola di saldatura per garantire una corretta formazione del giunto saldato, uno smaltimento termico adeguato e stabilità meccanica. Il profilo di saldatura a rifusione è specificato con una temperatura di picco di 260°C per 30 secondi, coerente con i processi standard di saldatura senza piombo (Pb-free). Il rispetto di questo profilo è necessario per prevenire danni termici al package del LED o all'attacco del die.

5.3 Confezionamento e Precauzioni di Manipolazione

Il dispositivo ha un Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) di 2. Ciò significa che il componente può essere conservato fino a un anno a ≤ 30°C / 60% di umidità relativa prima di richiedere una cottura (baking) prima della saldatura a rifusione. Devono essere osservate le precauzioni standard ESD (Scarica Elettrostatica), poiché il dispositivo è classificato per 2 kV secondo il modello del corpo umano (HBM). Le informazioni di confezionamento dettagliano le specifiche della bobina e del nastro per il montaggio automatizzato.

6. Linee Guida Applicative e Considerazioni di Progetto

6.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED è esplicitamente progettato per applicazioni automotive:
Illuminazione Interna:Retroilluminazione cruscotto, illuminazione interruttori, illuminazione ambientale e indicatori del sistema infotainment.
Illuminazione Esterna:Luci stop centrali montate in alto (CHMSL), luci di posizione laterali e altre funzioni di segnalazione dove alta luminosità e ampio angolo sono vantaggiosi.
Cluster:Spie di avviso, indicatori di segnalazione e illuminazione strumenti.

6.2 Considerazioni Critiche di Progetto

• Pilotaggio della Corrente:Utilizzare sempre un driver a corrente costante o una resistenza limitatrice di corrente. Il punto operativo tipico è 20mA, ma il progetto deve garantire che la corrente non superi mai il massimo assoluto di 50mA in nessuna condizione, considerando il derating per la temperatura.
• Gestione Termica:Il percorso della resistenza termica è attraverso le piazzole di saldatura. Assicurarsi che il PCB abbia un'adeguata area di rame o via termiche per dissipare il calore, specialmente quando si opera ad alte temperature ambientali o correnti.
• Protezione ESD:Implementare misure standard di controllo ESD durante la manipolazione e il montaggio. Sebbene classificato per 2kV HBM, potrebbe essere necessaria una protezione aggiuntiva sul PCB se il LED è esposto a interfacce accessibili all'utente.
• Progetto Ottico:L'angolo visivo di 120 gradi fornisce un fascio molto ampio. Per applicazioni che richiedono un fascio più focalizzato, saranno necessarie ottiche secondarie (lenti).

7. Informazioni per l'Ordine e Decodifica del Codice Articolo

Il codice articolo segue una struttura specifica:67-21R-UR0201H-AM.
67-21:Famiglia di prodotto.
R:Polarità inversa.
UR:Codice colore (Rosso).
020:Corrente di test (20 mA).
1:Tipo di lead frame.
H:Livello di luminosità (Alto). Altri livelli includono M (Medio) e L (Basso).
AM:Indica il grado per applicazioni automotive.

Quando si ordina, potrebbero essere necessari codici bin specifici per intensità luminosa, lunghezza d'onda e tensione diretta per ottenere le caratteristiche di prestazione desiderate.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED PLCC-2 di grado commerciale standard, i principali elementi di differenziazione di questo dispositivo sono le sue qualifiche automotive. La certificazione AEC-Q102 comporta rigorosi test di stress per cicli termici, umidità, vita operativa ad alta temperatura e altre condizioni specifiche degli ambienti automotive. La robustezza allo zolfo (Classe A1) è un'altra caratteristica critica per l'uso automotive, dove l'esposizione a gas contenenti zolfo da pneumatici, carburanti o inquinamento atmosferico può corrodere componenti argentati e portare a guasti. L'ampio intervallo di temperatura operativa (-40°C a +110°C) supera anche le specifiche commerciali tipiche.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la corrente diretta minima per questo LED?
R: La scheda tecnica specifica una corrente diretta minima di 5 mA. Il funzionamento al di sotto di questa corrente non è raccomandato nel grafico di derating.

D: Posso pilotare questo LED con un'alimentazione da 3.3V senza una resistenza?
R: No. Con una V_Ftipica di 2.0V, collegarlo direttamente a 3.3V causerebbe un flusso di corrente eccessivo, probabilmente superando il valore massimo e distruggendo il LED. È sempre richiesta una resistenza limitatrice di corrente in serie o un driver a corrente costante.

D: Come cambia l'intensità luminosa con la temperatura?
R: Come mostrato nei grafici di prestazione, l'intensità luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Alla temperatura massima di giunzione di 125°C, l'intensità luminosa relativa è significativamente inferiore rispetto a 25°C. Il progetto termico è cruciale per mantenere la luminosità.

D: Cosa significa "MSL: 2" per il mio processo produttivo?
R: MSL 2 significa che i componenti sono confezionati in una busta barriera all'umidità con una scheda indicatrice di umidità. Una volta aperta la busta, i componenti devono essere saldati entro 1 anno se conservati a ≤ 30°C/60% UR. Se esposti a umidità più elevata o superata la durata di vita a terra, è richiesta una cottura (baking) prima della rifusione per prevenire danni da "popcorning" durante la saldatura.

10. Studio di Caso: Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Indicatore di Avviso per Cruscotto ad Alta Affidabilità.
Un progettista necessita di una spia di avviso rossa "Controllo Motore" chiaramente visibile da un'ampia gamma di posizioni del guidatore, che operi in modo affidabile per l'intera vita del veicolo (15 anni) e funzioni in climi estremi.

Selezione del Componente:Questo LED qualificato AEC-Q102 è scelto per la sua affidabilità, l'ampio angolo visivo di 120° che garantisce visibilità e la costruzione robusta.
Progetto del Circuito:Il LED è pilotato dal sistema a 12V del veicolo tramite un driver IC a corrente costante impostato a 20mA. Il driver fornisce protezione contro i transitori di load dump e gli eventi di polarità inversa comuni nei sistemi elettrici automotive.
Progetto Termico:Il PCB è progettato con una piazzola termica collegata a un'ampia area di rame per dissipare il calore, mantenendo la temperatura della piazzola di saldatura ben al di sotto di 110°C anche in un ambiente abitacolo caldo.
Progetto Ottico:Una semplice lente diffusore è posizionata sopra il LED per ammorbidire il punto luce e integrarlo esteticamente nel pannello del cluster.
Questo approccio sfrutta le specifiche chiave del LED per creare una soluzione duratura e ad alte prestazioni che soddisfa gli standard automotive.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Questo dispositivo è un Diodo Emettitore di Luce (LED), un diodo a semiconduttore a giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia del diodo, gli elettroni dalla regione di tipo n si ricombinano con le lacune dalla regione di tipo p all'interno dello strato attivo. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione materiale del semiconduttore (tipicamente basata su Fosfuro di Alluminio Gallio Indio - AlGaInP per LED rossi) determina la lunghezza d'onda, e quindi il colore, della luce emessa. Il package PLCC-2 ospita il die semiconduttore, fornisce le connessioni elettriche tramite lead frame e include una lente in epossidico modellata che modella l'emissione luminosa e protegge il die.

12. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

La tendenza nell'illuminazione a LED automotive continua verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), una maggiore densità di potenza e una maggiore integrazione. Sebbene questo componente sia un dispositivo discreto, c'è un uso crescente di package multi-die e moduli LED che integrano elettronica di pilotaggio e ottiche. Inoltre, i progressi nella tecnologia dei fosfori e nei semiconduttori ad emissione diretta stanno espandendo le gamme di colori e migliorando la resa cromatica per l'illuminazione ambientale interna. La domanda di maggiore affidabilità, durata di vita più lunga e prestazioni sotto cofani a temperature più elevate (per applicazioni esterne) continua a guidare l'innovazione nella scienza dei materiali e nel confezionamento per i LED di grado automotive.