Scheda Tecnica LED SMD a Montaggio Inverso Blu InGaN - Package EIA - Tensione 2.8-3.8V - Intensità Luminosa 28-180mcd - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un LED SMD (Surface Mount Device) ad alta luminosità a montaggio inverso. Il dispositivo utilizza un chip semiconduttore InGaN (Indio Gallio Nitruro) per produrre luce blu ed è alloggiato in un package con lente trasparente conforme agli standard EIA (Electronic Industries Alliance). Progettato per processi di assemblaggio automatizzati, è compatibile con la saldatura a rifusione a infrarossi. Le caratteristiche principali del prodotto includono la conformità alle direttive RoHS, la classificazione come prodotto verde e un'elevata soglia di scarica elettrostatica (ESD).

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I limiti operativi del dispositivo sono definiti a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Superare questi valori può causare danni permanenti.

• Dissipazione di Potenza (Pd):76 mW. Questa è la potenza massima continua che il package può dissipare sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100 mA. Questo valore è consentito solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1 ms per prevenire il surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua (I_F):20 mA. Questa è la massima corrente di funzionamento in DC consigliata per prestazioni affidabili a lungo termine.
• Soglia di Scarica Elettrostatica (ESD):8000 V (Modello Corpo Umano). Questo elevato valore indica una robusta protezione contro l'elettricità statica incontrata durante la manipolazione.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento (T_opr):-20°C a +80°C. Il dispositivo è funzionale all'interno di questo intervallo di temperatura ambiente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione (T_stg):-30°C a +100°C.
• Condizione di Saldatura a Rifusione a Infrarossi:Resiste a una temperatura di picco di 260°C per 10 secondi, adatta per processi di assemblaggio senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Le prestazioni tipiche sono misurate a Ta=25°C e I_F=20 mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (I_V):28.0 - 180.0 mcd (millicandela). Misurata utilizzando un sensore filtrato secondo la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE. L'ampio intervallo è gestito attraverso il binning.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi. Questo è l'angolo totale in cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore assiale (sull'asse), indicando un ampio pattern di visione.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):468 nm. La lunghezza d'onda specifica alla quale l'emissione spettrale è più forte.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):465.0 - 475.0 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano per definire il colore, derivata dal diagramma di cromaticità CIE.
• Larghezza a Metà Altezza della Linea Spettrale (Δλ):25 nm. La larghezza di banda dello spettro di luce emessa a metà della sua intensità massima (Full Width at Half Maximum - FWHM).
• Tensione Diretta (V_F):2.80 - 3.80 V a I_F=20 mA. La caduta di tensione ai capi del LED quando conduce corrente.
• Tensione Inversa (V_R):0.6 - 1.2 V a I_R=20 mA. Questa è solo una condizione di test; il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i dispositivi vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave. Il numero di parte include tipicamente codici che specificano il suo bin.

3.1 Binning della Tensione Diretta

Le unità sono in Volt (V) misurati a 20 mA. La tolleranza per bin è di ±0.1V.
Bin D7: 2.80 - 3.00V
Bin D8: 3.00 - 3.20V
Bin D9: 3.20 - 3.40V
Bin D10: 3.40 - 3.60V
Bin D11: 3.60 - 3.80V

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa

Le unità sono in millicandela (mcd) misurate a 20 mA. La tolleranza per bin è di ±15%.
Bin N: 28.0 - 45.0 mcd
Bin P: 45.0 - 71.0 mcd
Bin Q: 71.0 - 112.0 mcd
Bin R: 112.0 - 180.0 mcd

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Le unità sono in nanometri (nm) misurate a 20 mA. La tolleranza per bin è di ±1nm.
Bin AC: 465.0 - 470.0 nm
Bin AD: 470.0 - 475.0 nm

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve di prestazione tipiche essenziali per la progettazione. Sebbene grafici specifici non siano riprodotti nel testo, includono tipicamente:

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (Curva I_V/ I_F):Mostra come l'emissione luminosa aumenta con la corrente, solitamente con una relazione non lineare che si satura a correnti più elevate.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta (Curva V_F/ I_F):Illustra la caratteristica I-V del diodo, cruciale per progettare circuiti limitatori di corrente.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Dimostra la diminuzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura di giunzione, un fattore chiave per la gestione termica.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che mostra la potenza relativa emessa su diverse lunghezze d'onda, centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco di 468 nm con un FWHM di 25 nm.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Dispositivo

Il LED è conforme a un contorno di package EIA standard. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.10 mm salvo diversa specifica. Il package presenta un design a montaggio inverso, il che significa che l'emissione luminosa principale avviene attraverso il lato del substrato, influenzando il layout dei pad del PCB e il design ottico.

5.2 Layout Consigliato dei Pad di Saldatura

Viene fornito un land pattern (impronta) suggerito per il PCB per garantire una corretta saldatura, stabilità meccanica e dissipazione termica. Rispettare questo pattern è fondamentale per ottenere giunzioni saldate affidabili durante la rifusione.

5.3 Identificazione della Polarità

Come tutti i diodi, il LED ha un anodo (+) e un catodo (-). La polarità corretta deve essere osservata durante l'assemblaggio. Il disegno del package nella scheda tecnica indica la marcatura di polarità sul dispositivo, che deve essere allineata con la corrispondente marcatura sull'impronta del PCB.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Viene fornito un profilo di rifusione a infrarossi (IR) suggerito per processi senza piombo. I parametri chiave includono:
- Preriscaldamento:150-200°C.
- Tempo di Preriscaldamento:Massimo 120 secondi per riscaldare gradualmente il circuito e i componenti, attivando il flussante e minimizzando lo shock termico.
- Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
- Tempo Sopra il Liquido:Il profilo deve garantire che la pasta saldante si sciolga correttamente. Il componente può resistere alla temperatura di picco per un massimo di 10 secondi e la rifusione deve essere eseguita al massimo due volte.

Nota:Il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dalla pasta saldante e dal forno. Si raccomanda una caratterizzazione per l'applicazione specifica.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale (ad es. per riparazioni), utilizzare un saldatore con una temperatura non superiore a 300°C. Il tempo di saldatura deve essere limitato a un massimo di 3 secondi per giunto, e questo deve essere fatto una sola volta per prevenire danni al package.

6.3 Condizioni di Conservazione

Una corretta conservazione è vitale per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare \"popcorning\" (crepe nel package) durante la rifusione.
- Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤90% di Umidità Relativa (UR). Utilizzare entro un anno.
- Confezione Aperta:Per i componenti rimossi dalla loro busta anti-umidità, l'ambiente di conservazione non deve superare i 30°C o il 60% di UR. Si raccomanda di completare la rifusione IR entro 672 ore (28 giorni, MSL 2a).
- Conservazione Prolungata (Aperta):Conservare in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto.
- Ribaking:Se i componenti sono stati esposti oltre le 672 ore, eseguire il baking a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura.

6.4 Pulizia

Non utilizzare prodotti chimici non specificati. Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Solventi aggressivi possono danneggiare il materiale del package o la lente.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il dispositivo è fornito confezionato in nastro portacomponenti goffrato da 8 mm di larghezza avvolto su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro. Questo è il formato standard per le macchine pick-and-place automatizzate.
- Pezzi per Bobina: 3000.
- Quantità Minima di Imballaggio:500 pezzi per quantità residue.
- Nastro di Copertura:Le tasche vuote nel nastro portacomponenti sono sigillate con un nastro di copertura superiore.
- Componenti Mancanti:È consentito un massimo di due LED mancanti consecutivi (tasche vuote) per specifica della bobina.
- Standard:L'imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

8.1 Uso Previsto

Questo LED è progettato per applicazioni in apparecchiature elettroniche ordinarie, inclusi apparecchi per ufficio, dispositivi di comunicazione ed elettrodomestici. Non è classificato per applicazioni critiche per la sicurezza in cui un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute (ad es., aviazione, supporto vitale medico, sistemi di sicurezza dei trasporti) senza preventiva consultazione e qualificazione.

8.2 Progettazione del Circuito

È obbligatorio un resistore limitatore di corrente esterno o un circuito driver a corrente costante. La tensione diretta ha un intervallo (2.8-3.8V), quindi i progetti non devono presupporre un V_F fisso. Il circuito deve essere progettato per limitare I_F a 20 mA DC o meno in tutte le condizioni operative, considerando le variazioni dell'alimentazione e gli effetti della temperatura.

8.3 Gestione Termica

Sebbene il package possa dissipare 76 mW, un efficace dissipazione del calore attraverso i pad del PCB è essenziale per mantenere bassa la temperatura di giunzione. Un'alta temperatura di giunzione riduce l'emissione luminosa (deprezzamento dei lumen) e accorcia la durata operativa. Assicurarsi che il layout del PCB fornisca adeguati via termici e area di rame, specialmente quando si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima.

8.4 Precauzioni ESD

Nonostante l'elevato rating di 8000V HBM, dovrebbero essere sempre seguite le precauzioni standard di manipolazione ESD. Utilizzare braccialetti a terra, tappetini antistatici e apparecchiature correttamente messe a terra quando si maneggiano questi dispositivi.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Questo dispositivo offre diversi vantaggi distintivi nella sua categoria:
1. Design a Montaggio Inverso:Consente un'integrazione ottica unica in cui la luce viene emessa dal lato montato contro il PCB, permettendo design di prodotto più sottili o un accoppiamento specifico con guide luminose.
2. Alta Luminosità (Fino a 180 mcd):Fornisce un'elevata intensità luminosa da un package piccolo, adatto per applicazioni indicatrici che richiedono alta visibilità.
3. Ampio Angolo di Visione (130°):Offre un'illuminazione ampia e uniforme ideale per pannelli di retroilluminazione o indicatori di stato visibili da più angolazioni.
4. Robusta Protezione ESD:Il rating di 8000V HBM supera i livelli tipici del settore, offrendo una maggiore robustezza nella manipolazione e nell'applicazione.
5. Compatibilità con Rifusione Senza Piombo:Certificato per processi di assemblaggio standard senza piombo con un rating di temperatura di picco di 260°C.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?
R: La lunghezza d'onda di picco (λ_P=468 nm) è il punto fisico di massima emissione spettrale. La lunghezza d'onda dominante (λ_d=465-475 nm) è un valore calcolato basato sulla percezione del colore umana (grafico CIE) ed è ciò che definisce il colore \"blu\" che vedi.

D: Posso pilotare questo LED con un'alimentazione da 3.3V senza resistore?
R: No. La tensione diretta varia tra 2.8V e 3.8V. Collegarlo direttamente a 3.3V potrebbe risultare in una corrente eccessiva se il V_F è inferiore a 3.3V, potenzialmente distruggendo il LED. Utilizzare sempre un meccanismo limitatore di corrente.

D: Cosa significa \"MSL 2a\" nella sezione sulla conservazione?
R: Il Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) 2a indica che il componente può essere esposto alle condizioni del pavimento di fabbrica (≤30°C/60% UR) per 4 settimane (672 ore) prima di richiedere il baking prima della saldatura a rifusione.

D: Questo LED è adatto per un funzionamento continuo a 20 mA?
R: Sì, 20 mA è la corrente diretta continua DC nominale. Tuttavia, la gestione termica tramite il PCB è cruciale per mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri per l'affidabilità a lungo termine.

11. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Retroilluminazione per un Pannello a Membrana
Un progettista deve retroilluminare un grande pannello a membrana curvo con un'illuminazione blu uniforme. Il design a montaggio inverso di questo LED è ideale. I LED sono posizionati sul PCB flessibile (circuito flessibile) con la superficie emittente rivolta verso il basso verso uno strato guida luce. L'angolo di visione di 130 gradi garantisce che la luce si diffonda uniformemente attraverso la guida. Il progettista seleziona bin dall'intervallo superiore di intensità luminosa (ad es., Bin Q o R) per ottenere la luminosità richiesta e specifica un bin di lunghezza d'onda dominante stretto (ad es., AC o AD) per la coerenza del colore su tutto il pannello. L'imballaggio automatizzato a nastro e bobina consente un posizionamento rapido e affidabile da parte della macchina di assemblaggio. L'elevato rating ESD fornisce protezione durante la manipolazione del circuito flessibile.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

Questo LED si basa sulla tecnologia semiconduttore InGaN. In un Diodo Emettitore di Luce, la luce viene prodotta attraverso un processo chiamato elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n del semiconduttore (InGaN), gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Quando questi elettroni e lacune si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda specifica (colore) della luce è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. L'InGaN ha un bandgap adatto a produrre luce nelle regioni blu e verde dello spettro. La lente \"trasparente\" è tipicamente realizzata in epossidico o silicone ed è progettata per estrarre efficientemente la luce generata all'interno del chip semiconduttore.

13. Tendenze e Sviluppi del Settore

Il mercato dei LED SMD continua a evolversi verso una maggiore efficienza, package più piccoli e una maggiore integrazione. Le tendenze rilevanti per questo tipo di dispositivo includono:
1. Aumento dell'Efficienza (lm/W):Miglioramenti continui nella crescita epitassiale e nel design del chip producono più luce per unità di potenza elettrica, riducendo il consumo energetico e il carico termico.
2. Miniaturizzazione:La spinta verso prodotti finali più piccoli richiede LED in package con impronte sempre più ridotte, mantenendo o aumentando l'emissione luminosa.
3. Migliore Coerenza del Colore:Progressi nel controllo di produzione e strategie di binning più granulari consentono tolleranze di colore più strette nelle produzioni, importanti per array multi-LED.
4. Affidabilità Migliorata:Miglioramenti nei materiali del package (ad es., siliconi ad alta temperatura) e nelle tecnologie di attacco del die portano a durate operative più lunghe e prestazioni migliori in condizioni ambientali severe.
5. Integrazione Intelligente:Sebbene questo sia un componente discreto, la tendenza più ampia è verso moduli integrati che combinano LED con driver, controller e sensori in un unico package.