Scheda Tecnica LED Rosso 2020 Cube Light - 2.0x2.0x0.8mm - 2.3V - 0.115W - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 2020 Cube Light è un LED a montaggio superficiale (SMD) ad alta affidabilità, progettato principalmente per applicazioni di illuminazione automotive impegnative. Questo componente fa parte di una famiglia di prodotti ingegnerizzata per soddisfare gli stringenti standard del settore automobilistico, inclusa la qualifica AEC-Q102. Il dispositivo presenta un ingombro compatto 2020 (2.0mm x 2.0mm) ed è caratterizzato dall'emissione di luce rossa, rendendolo adatto a varie funzioni di segnalazione, indicazione e illuminazione interna nei veicoli. I suoi vantaggi principali includono una costruzione robusta per ambienti ostili, la conformità alle normative ambientali (RoHS, REACH, senza alogeni) e prestazioni costanti su un'ampia gamma di temperature operative.

2. Analisi dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche ed Elettriche

Le metriche di prestazione chiave del LED sono definite in condizioni operative tipiche di una corrente diretta (IF) di 50mA e una temperatura del pad termico di 25°C. Il flusso luminoso tipico (IV) è di 8 lumen, con un minimo di 5 lm e un massimo di 13 lm, soggetto a una tolleranza di misura dell'8%. La lunghezza d'onda dominante (λd) è tipicamente di 616 nm, collocandola nello spettro rosso, con un intervallo da 612 nm a 627 nm (tolleranza ±1nm). Il dispositivo offre un ampio angolo di visione (φ) di 120°, con una tolleranza di ±5°, garantendo una buona visibilità da posizioni fuori asse. Dal punto di vista elettrico, la tensione diretta tipica (VF) è di 2.3V a 50mA, con un intervallo da 1.75V a 2.75V (tolleranza ±0.05V).

2.2 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente. La corrente diretta massima assoluta (IF) è di 75 mA. Il dispositivo può gestire una corrente di sovratensione (IFM) di 400 mA per impulsi ≤10 μs con un ciclo di lavoro molto basso (D=0.005). La dissipazione di potenza massima (Pd) è di 206.25 mW. La temperatura di giunzione (TJ) non deve superare i 150°C. L'intervallo di temperatura operativa e di stoccaggio è specificato da -40°C a +125°C, confermando l'idoneità per ambienti automotive. Il LED non è progettato per operare con tensione inversa. Ha una sensibilità ESD (HBM) di 2 kV.

2.3 Caratteristiche Termiche

La gestione termica è fondamentale per le prestazioni e la longevità del LED. La scheda tecnica specifica due valori di resistenza termica dalla giunzione al punto di saldatura: una resistenza termica \"reale\" (Rth JS real) di 36 K/W (max 42 K/W) e una resistenza termica \"elettrica\" (Rth JS el) di 25 K/W (max 29 K/W). La differenza probabilmente deriva dal metodo di misurazione. La curva di derating della corrente diretta mostra chiaramente che la corrente diretta massima ammissibile deve essere ridotta all'aumentare della temperatura del pad di saldatura oltre i 25°C per evitare di superare la temperatura di giunzione massima.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il LED viene suddiviso in bin in base a tre parametri chiave per garantire coerenza nelle produzioni e per l'abbinamento in fase di progettazione.

3.1 Binning del Flusso Luminoso

I bin di flusso sono designati con i codici da E2 a E5. Ad esempio, il bin E3 copre un flusso luminoso da 6 lm a 8 lm, mentre il bin E4 copre da 8 lm a 10 lm. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con un intervallo di luminosità specifico per la loro applicazione.

3.2 Binning della Tensione Diretta

I bin di tensione, codificati come 1720, 2022, 2225 e 2527, categorizzano i LED in base alla loro caduta di tensione diretta. Il bin 2022, ad esempio, include LED con una VF compresa tra 2.0V e 2.25V. Questo è cruciale per progettare circuiti di pilotaggio efficienti e garantire una distribuzione uniforme della corrente in array multi-LED.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

I bin di lunghezza d'onda, codificati da 1215 a 2427, raggruppano i LED in base alla loro specifica tonalità di rosso. Il bin 1518, ad esempio, include LED con una lunghezza d'onda dominante tra 615 nm e 618 nm. Ciò garantisce la coerenza del colore nelle applicazioni in cui l'abbinamento preciso della tonalità è importante.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici che dettagliano le prestazioni in condizioni variabili.

4.1 Curva IV e Flusso Luminoso Relativo

Il grafico Corrente Diretta vs. Tensione Diretta mostra una relazione non lineare, tipica dei LED. La tensione aumenta con la corrente. Il grafico Flusso Luminoso Relativo vs. Corrente Diretta indica che l'output luminoso aumenta in modo sub-lineare con la corrente, sottolineando l'importanza di operare alla corrente di test consigliata (50mA) o vicino ad essa per un'efficienza ottimale.

4.2 Dipendenza dalla Temperatura

Il grafico Tensione Diretta Relativa vs. Temperatura di Giunzione mostra che VF diminuisce linearmente all'aumentare della temperatura (coefficiente di temperatura negativo), il che può essere utilizzato per la stima della temperatura di giunzione. Il grafico Flusso Luminoso Relativo vs. Temperatura di Giunzione dimostra che l'output luminoso diminuisce all'aumentare della temperatura, un fattore critico per il design termico. Il grafico Spostamento della Lunghezza d'Onda Dominante vs. Temperatura di Giunzione mostra uno spostamento positivo (verso lunghezze d'onda maggiori) con l'aumentare della temperatura.

4.3 Distribuzione Spettrale e Gestione degli Impulsi

Il grafico Caratteristiche di Lunghezza d'Onda mostra un singolo picco stretto nella regione rossa (~616 nm), confermando una sorgente monocromatica. Il grafico Capacità di Gestione degli Impulsi Ammissibili definisce la corrente di sovratensione massima ammissibile per varie larghezze di impulso e cicli di lavoro, il che è vitale per progettare circuiti che possono sperimentare condizioni transitorie.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni Fisiche

Il disegno meccanico specifica le dimensioni del package del LED. La dimensione del corpo è 2.0mm x 2.0mm con un'altezza tipica di 0.8mm. Le tolleranze sono generalmente ±0.1mm salvo diversa indicazione. Il disegno include dettagli sulla forma della lente e sulla posizione del pad termico e dei terminali elettrici.

5.2 Layout Consigliato del Pad di Saldatura

Un disegno separato fornisce l'impronta ottimale per il design del PCB. Dettaglia le dimensioni dei pad per l'anodo, il catodo e il pad termico centrale. Rispettare questo layout è essenziale per una saldatura affidabile, una buona conduzione termica verso il PCB e per prevenire l'effetto 'tombstoning' durante il reflow.

5.3 Identificazione della Polarità

Sebbene non dettagliato esplicitamente nel testo fornito, i LED SMD utilizzano tipicamente una marcatura (come un punto, un intaglio o una dimensione/forma diversa del pad) sul package o nel disegno dell'impronta per indicare il catodo. Il progettista deve consultare il disegno meccanico completo per questa informazione critica.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Riflusso

Il dispositivo è classificato per una temperatura di saldatura a riflusso di 260°C per 30 secondi. Ciò si riferisce alla temperatura di picco alle giunzioni saldate. Deve essere seguito un profilo di riflusso corretto con fasi di preriscaldamento, stabilizzazione, riflusso e raffreddamento per evitare shock termici e garantire giunzioni saldate affidabili senza danneggiare il chip LED o il package.

6.2 Precauzioni per l'Uso

Le precauzioni generali includono evitare stress meccanici sulla lente, prevenire la contaminazione e utilizzare procedure di manipolazione appropriate per dispositivi sensibili all'ESD. Le condizioni di stoccaggio sono allineate all'intervallo di temperatura operativa (-40°C a +125°C) in un ambiente a bassa umidità. Il Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) è classificato a Livello 2, il che significa che il package può essere esposto alle condizioni del pavimento di fabbrica fino a un anno prima di richiedere la cottura (baking) prima del riflusso.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Informazioni sull'Imballaggio

I LED sono forniti su nastro e bobina per l'assemblaggio automatizzato. I dettagli dell'imballaggio (larghezza del nastro, dimensioni delle tasche, dimensione della bobina, quantità per bobina) sarebbero specificati nella sezione completa delle informazioni di imballaggio, garantendo la compatibilità con le attrezzature standard pick-and-place.

7.2 Sistema di Numerazione dei Parti

Il numero di parte 2020-UR050DL-AM è decodificato come segue:2020: Famiglia di prodotto/Dimensione del case.UR: Colore (Rosso).050: Corrente di Test (50 mA).D: Tipo di Lead Frame (Au + colla bianca).L: Livello di Luminosità (Basso).AM: Applicazione automotive. Questo sistema consente l'identificazione precisa degli attributi specifici del componente.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

L'applicazione principale è l'illuminazione automotive. Ciò include applicazioni interne come indicatori del cruscotto, retroilluminazione degli interruttori e illuminazione ambientale. Può anche essere adatto per funzioni di segnalazione esterne come le luci di stop centrali montate in alto (CHMSL) o altre applicazioni non-fanali dove è richiesta una segnalazione rossa, a condizione che il design ottico soddisfi i requisiti fotometrici normativi.

8.2 Considerazioni di Progettazione

Circuito di Pilotaggio:Un driver a corrente costante è obbligatorio per garantire un output luminoso stabile e prevenire la fuga termica. Il driver deve essere progettato per operare entro i Valori Massimi Assoluti, considerando il derating ad alte temperature.
Gestione Termica:Il PCB deve essere progettato per condurre efficacemente il calore lontano dal pad termico del LED. Ciò può comportare l'uso di via termiche, un riempimento in rame o il collegamento a un nucleo metallico o dissipatore più grande.
Design Ottico:Ottiche secondarie (lenti, guide luminose) possono essere necessarie per modellare il fascio di 120° per l'applicazione specifica.
Protezione ESD:Sebbene classificato a 2kV HBM, incorporare una protezione ESD di base sul PCB è una buona pratica per la robustezza.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED commerciali standard, la variante AM del 2020 Cube Light si distingue per la suaqualifica automotive (AEC-Q102), che comporta test rigorosi per cicli termici, umidità, funzionamento ad alta temperatura e altri stress. Presenta ancheresistenza allo zolfo (Classe A1), fondamentale negli ambienti automotive dove i gas contenenti zolfo possono corrodere componenti a base d'argento. L'ampio intervallo di temperatura operativa (-40°C a +125°C) e la struttura dettagliata di binning lo distinguono ulteriormente come un componente progettato per applicazioni ad alta affidabilità e lunga durata, dove la coerenza delle prestazioni è fondamentale.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra la resistenza termica \"reale\" e quella \"elettrica\"?
R: La resistenza termica \"reale\" (Rth JS real) è probabilmente misurata utilizzando un metodo di rilevamento diretto della temperatura sulla giunzione. La resistenza termica \"elettrica\" (Rth JS el) è tipicamente calcolata utilizzando la variazione della tensione diretta con la temperatura (metodo del fattore K). Il metodo elettrico è spesso più basso poiché potrebbe non catturare tutti i percorsi termici. Per un design termico conservativo, dovrebbe essere utilizzato il valore \"reale\" più alto.

D: Posso pilotare questo LED con una sorgente a tensione costante?
R: È fortemente sconsigliato. I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Una piccola variazione della tensione diretta (dovuta a temperatura o variazione di bin) può causare una grande variazione della corrente con una sorgente a tensione costante, potenzialmente portando a sovracorrente, surriscaldamento e guasto. Utilizzare sempre un driver a corrente costante o una resistenza limitatrice di corrente con un'alimentazione a tensione strettamente regolata.

D: Perché c'è una nota \"Non utilizzare corrente al di sotto di 5mA\" sulla curva di derating?
R: A correnti molto basse, l'output luminoso del LED diventa estremamente non lineare e instabile. I parametri fotometrici e colorimetrici specificati (flusso luminoso, lunghezza d'onda dominante) sono garantiti solo alla corrente di test di 50mA o vicino ad essa. Il funzionamento al di sotto di 5mA può produrre prestazioni imprevedibili e incoerenti.

D: Come interpreto i codici bin quando ordino?
R: La combinazione specifica di Bin di Flusso (es. E4), Bin di Tensione (es. 2022) e Bin di Lunghezza d'Onda (es. 1518) che ricevi su una bobina è determinata dalla distribuzione produttiva del produttore. Per applicazioni critiche di abbinamento colore o luminosità, potresti dover specificare requisiti di \"bin stretto\" o \"bin abbinato\", il che può influenzare disponibilità e costo.

11. Caso di Studio di Progettazione

Scenario:Progettazione di un array multi-LED per l'illuminazione ambientale della maniglia interna della portiera di un'automobile.
Requisiti:Bagliore rosso uniforme, luminosità stabile da -40°C a 85°C di temperatura abitacolo, durata di 10 anni.
Processo di Progettazione:
1. Selezione del LED:Il 2020-UR050DL-AM è scelto per la sua conformità AEC-Q102, resistenza allo zolfo e ampio intervallo di temperatura.
2. Binning:Per garantire uniformità di colore e luminosità, vengono richiesti LED dello stesso o di bin adiacenti di Flusso e Lunghezza d'Onda (es. tutti dal Bin di Flusso E3/E4 e dal Bin di Lunghezza d'Onda 1518).
3. Progettazione del Circuito:Un singolo circuito integrato driver a corrente costante alimenta tutti i LED in serie. La configurazione in serie garantisce una corrente identica attraverso ciascun LED, promuovendo una luminosità uniforme. La corrente del driver è impostata a 50mA (tipica) o leggermente inferiore (es. 45mA) per migliorare la longevità e fornire un margine termico.
4. Design Termico:Il PCB è una scheda a 2 strati con un'ampia area di rame sullo strato superiore collegata al pad termico di ciascun LED tramite multiple via termiche allo strato inferiore, che funge da dissipatore.
5. Validazione:L'assemblaggio viene testato per l'uniformità dell'output luminoso a 25°C, 85°C e -30°C. Vengono eseguiti test di cicli termici per validare l'affidabilità delle giunzioni saldate e dei componenti.

12. Principio di Funzionamento

Questo LED è un dispositivo a semiconduttore basato su una giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale di barriera della giunzione (circa 1.75-2.75V per questo LED rosso), gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva del materiale semiconduttore (tipicamente basato su Fosfuro di Alluminio Gallio Indio - AlGaInP per i LED rossi), l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica degli strati semiconduttori determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. La lente in epossidica incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e modella il fascio luminoso in uscita.

13. Trend Tecnologici

Il trend nei LED SMD automotive come il 2020 Cube Light è versoun'efficienza più elevata(più lumen per watt), consentendo un consumo energetico inferiore e un carico termico ridotto.Il miglioramento della coerenza del colore e un binning più strettosono priorità in corso per applicazioni estetiche. C'è anche una spinta versoun'affidabilità più elevata e una durata di vita più lungain condizioni operative sempre più severe, inclusi rating di temperatura di giunzione più elevati. Inoltre, l'integrazione concontrollo intelligente(modulazione a larghezza di impulso per la regolazione della luminosità, LED indirizzabili) sta diventando più comune. I materiali semiconduttori sottostanti e le tecnologie di packaging continuano a evolversi per supportare queste richieste, con progressi nel design del chip, nella tecnologia dei fosfori (per il bianco e altri colori) e in composti di stampaggio avanzati per migliori prestazioni termiche e ambientali.