Scheda Tecnica LED SMD Blu a Montaggio Inverso - Package EIA - 5mA - 45mcd - Documento Tecnico in Inglese

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD) e montaggio inverso, che utilizza un materiale semiconduttore al nitruro di indio e gallio (InGaN) per produrre luce blu. Il dispositivo è dotato di una lente trasparente come l'acqua ed è confezionato in un formato standard conforme agli standard EIA. È progettato per processi di assemblaggio automatizzati, inclusi apparecchiature pick-and-place e saldatura a rifusione a infrarossi (IR), rendendolo adatto alla produzione di grandi volumi. Il LED è classificato come prodotto ecologico, in conformità con le direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

1.1 Vantaggi Principali

• Progettazione a Montaggio Inverso: Il chip è montato in un orientamento specifico ottimizzato per determinati layout di PCB e per l'estrazione della luce.
• Compatibilità con l'Automazione: Fornito su nastro da 8 mm su bobine da 7 pollici, completamente compatibile con le attrezzature standard per il posizionamento e la saldatura automatizzati.
• Alta tolleranza ESD: Presenta una soglia di scarica elettrostatica (ESD) di 8000V testata secondo il modello del corpo umano (HBM), offrendo una buona robustezza alla manipolazione.
• Compatibile con IC: Le caratteristiche elettriche consentono la guida diretta da uscite di circuiti integrati a livello logico standard.
• Compatibile con Processo Senza Piombo: Resiste ai profili di saldatura a rifusione a infrarossi richiesti per l'assemblaggio senza piombo.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

La sezione seguente fornisce una dettagliata suddivisione dei limiti assoluti e delle caratteristiche operative del dispositivo. Tutti i parametri sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C, salvo diversa indicazione.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento entro o a tali limiti non è garantito.

• Dissipazione di potenza (Pd): 76 mW. La massima potenza totale che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore.
• Corrente di Picco in Diretta (I_FP): 100 mA. Ammissibile in condizioni di impulso (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1 ms).
• Corrente continua diretta (I_F): 20 mA. La massima corrente diretta continua per un funzionamento affidabile.
• Intervallo di temperatura di esercizio (T_opr): Da -20°C a +80°C.
• Intervallo di temperatura di stoccaggio (T_stg): Da -30°C a +100°C.
• Condizioni di Saldatura a Infrarossi: Resiste a una temperatura di picco di 260°C per 10 secondi, tipica dei processi di rifusione senza piombo.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Questi sono i parametri di prestazione tipici in condizioni di prova standard (I_F = 5 mA, Ta=25°C).

• Intensità Luminosa (I_V): Varia da un minimo di 11,2 mcd a un massimo di 45,0 mcd. Il valore tipico dipende dal bin specifico (vedere Sezione 3). Misurata con un sensore filtrato secondo la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): 130 gradi. Questo ampio angolo di visione indica un pattern di emissione luminosa diffuso e non focalizzato, adatto per applicazioni di indicatori e retroilluminazione che richiedono una visibilità angolare ampia.
• Picco della Lunghezza d'Onda di Emissione (λ_P): 468 nm. La lunghezza d'onda specifica alla quale l'output di potenza spettrale è massimo.
• Lunghezza d'onda dominante (λ_d): Da 465,0 nm a 475,0 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano per definire il colore. È derivata dal diagramma di cromaticità CIE.
• Larghezza a metà altezza della linea spettrale (Δλ): 25 nm. Questo parametro indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa. Un valore di 25 nm è tipico per un LED blu standard InGaN.
• Forward Voltage (V_F): 2,65 V a 3,15 V. La caduta di tensione ai capi del LED quando è pilotato a 5 mA. Questo intervallo deve essere considerato per il calcolo della resistenza di limitazione della corrente nella progettazione del circuito.
• Reverse Current (I_R): 10 μA massimi quando viene applicata una tensione inversa (V_R) di 0,55V. Nota Importante: Il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa; questa condizione di test è solo per la caratterizzazione della dispersione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione, i LED vengono suddivisi in categorie in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino requisiti specifici dell'applicazione per uniformità di colore e luminosità.

3.1 Binning della Tensione Diretta

Le categorie garantiscono che i LED abbiano cadute di tensione simili, il che può semplificare la progettazione dell'alimentazione in array paralleli. La tolleranza per categoria è di ±0,1V.

• Bin 1: 2,65V - 2,75V
• Bin 2: 2,75V - 2,85V
• Bin 3: 2.85V - 2.95V
• Bin 4: 2.95V - 3.05V
• Bin 5: 3.05V - 3.15V

3.2 Luminous Intensity Binning

Questa classificazione raggruppa i LED in base alla loro luminosità a 5 mA. La tolleranza per ogni bin è ±15%.

• L1: 11.2 mcd - 14.0 mcd
• L2: 14.0 mcd - 18.0 mcd
• M1: 18.0 mcd - 22.4 mcd
• M2: 22.4 mcd - 28.0 mcd
• N1: 28.0 mcd - 35.5 mcd
• N2: 35.5 mcd - 45.0 mcd

3.3 Dominant Wavelength Binning

Questo controlla il colore percepito (tonalità) della luce blu. La tolleranza per ogni bin è di ±1 nm.

• Bin AC: 465.0 nm - 470.0 nm (blu leggermente più verdastro)
• Bin AD: 470.0 nm - 475.0 nm (blu leggermente più puro)

4. Analisi della Curva di Prestazione

Sebbene nel datasheet vengano citate curve grafiche specifiche (ad es. Fig.1, Fig.6), le loro implicazioni sono cruciali per la progettazione.

4.1 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'emissione luminosa (I_V) è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta (I_F) nell'intervallo di funzionamento. Pilotare il LED oltre 5 mA aumenterà la luminosità ma incrementerà anche la dissipazione di potenza e la temperatura di giunzione, il che può influenzare longevità e lunghezza d'onda. Il massimo di 20 mA in DC fornisce un margine di luminosità significativo rispetto al punto di test a 5 mA.

4.2 Tensione Diretta vs. Forward Current & Temperature

La V_F di un diodo ha un coefficiente di temperatura negativo; diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa caratteristica è importante per i progetti di pilotaggio a corrente costante, poiché una sorgente di tensione fissa potrebbe portare a una fuga termica se non adeguatamente limitata in corrente. L'intervallo V_F specificato a 25°C deve essere utilizzato come linea guida, tenendo presente che si sposterà con la temperatura di esercizio.

4.3 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale di riferimento (Fig.1) mostrerebbe una distribuzione di tipo Gaussiano centrata sulla lunghezza d'onda di picco di 468 nm, con una larghezza a metà altezza (FWHM) di 25 nm. Questa larghezza spettrale è rilevante per applicazioni sensibili a specifiche lunghezze d'onda, come sensori o sistemi di illuminazione a miscela cromatica.

5. Mechanical & Package Information

5.1 Package Dimensions and Polarity

Il dispositivo è conforme a un profilo standard del package EIA. La designazione "montaggio inverso" è cruciale per il design dell'impronta sul PCB. Il catodo e l'anodo si trovano su lati specifici del package. Il disegno meccanico fornisce le dimensioni esatte (in mm) per il design del land pattern, incluse le dimensioni dei pad e la spaziatura per garantire una corretta saldatura e allineamento. La tolleranza per la maggior parte delle dimensioni è ±0,10 mm.

5.2 Layout Consigliato per i Pad di Saldatura

Viene fornito un land pattern PCB consigliato (geometria dei pad di saldatura) per garantire la formazione affidabile dei giunti saldati durante il reflow. Rispettare questo pattern aiuta a prevenire l'effetto "tombstoning" (componente che si solleva verticalmente) e assicura una corretta connessione termica ed elettrica.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 Profilo di Rifusione a IR

È incluso un profilo di rifusione suggerito per processi senza piombo (Pb-free). I parametri chiave includono:

• Pre-riscaldo: Intervallo 150–200°C.
• Tempo di Preriscaldamento: Massimo 120 secondi per consentire la stabilizzazione della temperatura e l'attivazione del flux.
• Temperatura di Picco: Massimo 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido: Il dispositivo può resistere alla temperatura di picco per un massimo di 10 secondi. Il reflow deve essere eseguito al massimo due volte.

Nota: Il profilo deve essere caratterizzato per il specifico assemblaggio PCB, poiché lo spessore del circuito, la densità dei componenti e la pasta saldante influenzano il trasferimento termico.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale:

• Temperatura del Saldatore: Massimo 300°C.
• Tempo di Saldatura: Massimo 3 secondi per terminale.
• Frequenza: Dovrebbe essere eseguita una sola volta per evitare stress termico.

6.3 Pulizia

Se è richiesta la pulizia post-saldatura:

• Utilizzare solo solventi specificati: alcol etilico o alcol isopropilico a temperatura ambiente normale.
• Il tempo di immersione deve essere inferiore a un minuto.
• Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare il materiale del package LED (lente in epossidico).

7. Storage & Handling

7.1 ESD Precautions

Nonostante la classificazione di 8000V HBM, si raccomandano le precauzioni ESD standard: utilizzare braccialetti a terra, tappetini antistatici e apparecchiature correttamente messe a terra durante la manipolazione.

7.2 Sensibilità all'Umidità

Il dispositivo ha un livello di sensibilità all'umidità (MSL) classificato come 2a.

• Sacchetto Sigillato: Conservare a ≤30°C e ≤90% UR. La durata di conservazione è di un anno quando immagazzinato nella confezione originale a barriera di umidità con essiccante.
• Dopo l'apertura: Conservare a ≤30°C e ≤60% UR. I dispositivi devono essere sottoposti a rifusione IR entro 672 ore (28 giorni) dall'esposizione alle condizioni ambientali di fabbrica.
• Conservazione Prolungata (Confezione Aperta): Conservare in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto.
• Riscottatura: Se esposto per più di 672 ore, riscaldare a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" durante il reflow.

8. Packaging & Ordering

8.1 Tape and Reel Specifications

• Larghezza del Nastro Portante: 8 mm.
• Diametro del rocchetto: 7 pollici.
• Quantità per rocchetto: 3000 pezzi.
• Quantità minima d'ordine (MOQ): 500 pezzi per le quantità residue.
• Copertura della Tasca: Le tasche vuote sono sigillate con nastro coprente.
• Componenti Mancanti: Secondo le specifiche (ANSI/EIA 481), è consentito un massimo di due LED mancanti consecutivi.

9. Application Notes & Considerazioni di Progettazione

9.1 Scenari Applicativi Tipici

• Indicatori di Stato: Sui dispositivi elettronici di consumo, elettrodomestici e pannelli di controllo industriali, grazie all'ampio angolo di visuale.
• Retroilluminazione: Per piccoli display LCD, tastierini o interruttori a membrana.
• Illuminazione Decorativa: In illuminazione d'accento a basso consumo o segnaletica.
• Attivazione del Sensore: Come sorgente luminosa per sensori ottici (prossimità, rilevamento oggetti).

Importante dichiarazione di non responsabilità: Questo LED è destinato a normali apparecchiature elettroniche. Non è classificato né raccomandato per applicazioni critiche per la sicurezza (ad es. aviazione, supporto vitale medico, controllo dei trasporti) in cui un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute.

9.2 Considerazioni sulla Progettazione del Circuito

1. Limitazione della Corrente: Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante. Calcolare il valore della resistenza utilizzando la massima V_F dal bin (ad esempio, 3.15V) e la tensione di alimentazione minima per garantire che la corrente non superi mai il valore massimo assoluto, anche nelle condizioni peggiori.
2. Gestione Termica: Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o un percorso termico se si opera vicino alla corrente massima o in alte temperature ambientali, per mantenere la temperatura di giunzione entro i limiti.
3. Protezione da Tensione Inversa: Poiché il dispositivo non è progettato per il funzionamento in polarizzazione inversa, considerare l'aggiunta di un diodo di protezione in parallelo (catodo verso anodo) se il LED potrebbe essere esposto a transitori di tensione inversa nel circuito.

10. Frequently Asked Questions (FAQs)

10.1 Cosa significa "reverse mount"?

Il montaggio inverso si riferisce all'orientamento fisico del chip semiconduttore a LED all'interno del package. In un LED standard, la luce viene emessa principalmente dalla parte superiore. In un design a montaggio inverso, il chip è orientato per ottimizzare l'emissione di luce dai lati o attraverso il PCB, spesso utilizzato quando il LED è montato in una cavità o richiede un percorso ottico specifico. L'impronta sul PCB sarà diversa da quella di un LED standard a vista dall'alto.

10.2 Posso pilotare questo LED a 20 mA in modo continuo?

Sì, 20 mA è la corrente diretta continua massima assoluta. Per garantire longevità ottimale e prestazioni stabili, è pratica comune pilotare i LED al di sotto del loro massimo assoluto, spesso a 10-15 mA. Fare sempre riferimento alle curve di derating (se disponibili) per il funzionamento ad alte temperature ambientali.

10.3 Come interpreto il valore dell'intensità luminosa?

L'intensità luminosa (mcd) è una misura della luminosità percepita in una direzione specifica (lungo l'asse). L'angolo di visione di 130 gradi significa che questa luminosità è mantenuta su un cono molto ampio. Per applicazioni che richiedono un fascio focalizzato, sarebbero necessarie ottiche secondarie (lenti). Il sistema di binning (da L1 a N2) consente di selezionare una luminosità minima per il proprio progetto.

10.4 Perché le condizioni di conservazione sono così importanti?

I componenti SMD assorbono umidità dall'aria. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, l'umidità intrappolata può vaporizzarsi rapidamente, causando delaminazione interna, crepe o "popcorning", che distrugge il componente. La classificazione MSL e le istruzioni di baking sono fondamentali per la resa e l'affidabilità dell'assemblaggio.

11. Esempio Pratico di Progettazione

Scenario: Progettazione di un semplice indicatore di accensione per un circuito a 5V.

1. Seleziona Bin: Scegli un bin di intensità (ad esempio, M1 per 18-22.4 mcd) e un bin di tensione (ad esempio, Bin 3 per ~2.9V) per il calcolo.
2. Calcola la Resistenza in Serie: Target I_F = 10 mA per un equilibrio tra luminosità e durata.
   R = (V_supply - V_F) / I_F = (5V - 2.9V) / 0.01A = 210 Ω.
   Utilizzare un resistore standard da 220 Ω. Verificare la potenza nominale: P_R = I²R = (0.01)² * 220 = 0.022W, quindi è sufficiente un resistore da 1/10W o 1/8W.
3. Layout del PCB: Utilizzare le dimensioni consigliate per le piazzole di saldatura riportate nel datasheet. Assicurarsi che la polarità sia corretta secondo il diagramma di marcatura del package.
4. Assemblaggio: Seguire il profilo di rifusione IR consigliato. Se le schede vengono assemblate in un ambiente umido e non utilizzate immediatamente, considerare di sottoporre i LED a un processo di baking prima dell'assemblaggio se sono stati fuori dalla busta sigillata per oltre 28 giorni.

12. Introduzione alla Tecnologia

Questo LED si basa sulla tecnologia a semiconduttore InGaN (nitruro di indio e gallio) cresciuta su un substrato, tipicamente zaffiro o carburo di silicio. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni e le lacune si ricombinano nella regione attiva del pozzo quantico, rilasciando energia sotto forma di fotoni. Il rapporto specifico tra indio e gallio nella lega determina l'energia del bandgap e quindi la lunghezza d'onda di picco della luce emessa, che in questo caso rientra nello spettro blu (~468 nm). La lente in epossidico trasparente come l'acqua incapsula il chip, fornendo protezione meccanica, modellando l'emissione luminosa (angolo di visione di 130 gradi) e migliorando l'efficienza di estrazione della luce.

13. Tendenze del Settore

Lo sviluppo dei LED blu, per il quale è stato assegnato il Premio Nobel per la Fisica 2014, è stata una svolta fondamentale che ha reso possibili i LED bianchi (tramite conversione del fosforo) e i display a colori completi. Le tendenze attuali per i LED SMD come questo si concentrano su:

• Maggiore Efficienza: Maggiore efficienza luminosa (più luce prodotta per ogni watt elettrico in ingresso).
• Miniaturizzazione: Dimensioni del package più ridotte (ad es. 0201, 01005) per elettronica più compatta.
• Migliore Coerenza Cromatica: Tolleranze di binning più strette per la lunghezza d'onda dominante e l'intensità, cruciali per applicazioni come l'illuminazione di fondo dei display.
• Affidabilità Migliorata: Temperature operative massime più elevate e migliore resistenza all'umidità per applicazioni automobilistiche e industriali.
• Confezionamento Avanzato: Integrazione di più chip LED (RGB, bianco) in un singolo package, o package con resistenze limitatrici di corrente o circuiti integrati di controllo integrati ("LED intelligenti").