LED SMD Arancione a Montaggio Inverso 611nm - Package EIA - 30mA - 75mW - Scheda Tecnica Italiana

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un LED SMD (Surface Mount Device) ad alta luminosità a montaggio inverso. Il dispositivo utilizza un chip semiconduttore in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP), noto per la sua efficienza e prestazioni nello spettro delle lunghezze d'onda arancione-rosso. Il LED è alloggiato in un package standard conforme EIA con lente trasparente, progettato per applicazioni che richiedono un'illuminazione arancione affidabile e uniforme. I suoi principali vantaggi progettuali includono la compatibilità con i sistemi di assemblaggio automatizzati pick-and-place e l'idoneità per i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) ad alta temperatura, rendendolo ideale per la moderna produzione elettronica di volume.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Specifiche Massime Assolute

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):75 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare in sicurezza sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):80 mA. Questa corrente è ammessa solo in condizioni pulsate, specificamente con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1 ms, consentendo brevi lampi ad alta intensità.
• Corrente Diretta Continua (I_F):30 mA. Questa è la corrente massima consigliata per il funzionamento continuo in DC, che definisce il punto operativo standard per le misure di intensità luminosa.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Applicare una tensione inversa oltre questo limite può danneggiare la giunzione PN del LED.
• Intervallo di Temperatura Operativa e di Conservazione:-55°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per una resilienza termica di grado industriale.
• Temperatura di Picco per Saldatura a Rifusione IR:260°C per un massimo di 10 secondi, conforme ai requisiti di assemblaggio senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

I parametri di prestazione chiave sono misurati a Ta=25°C con una corrente diretta (I_F) di 20 mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (I_V):Varia da un minimo di 45.0 mcd a un valore tipico di 90.0 mcd. L'intensità è misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta fotopica (CIE) dell'occhio umano.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi. Questo ampio angolo di visione, definito come l'angolo totale in cui l'intensità scende alla metà del valore assiale, indica un pattern di emissione Lambertiano o quasi-Lambertiano adatto per l'illuminazione d'area o indicatori che richiedono ampia visibilità.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P):611 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza raggiunge il suo massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):605 nm. Derivata dalle coordinate di cromaticità CIE, questa singola lunghezza d'onda rappresenta al meglio il colore percepito (arancione) del LED.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):17 nm. Questa stretta larghezza di banda è caratteristica della tecnologia AlInGaP, fornendo un'elevata purezza di colore saturo.
• Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 2.4 V, con un massimo di 2.4 V a I_F=20mA. I progettisti devono tenere conto di questa caduta di tensione quando calcolano le resistenze di limitazione della corrente in serie.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 μA a V_R=5V, indicando una buona qualità della giunzione.
• Capacità (C):40 pF a polarizzazione 0V e 1 MHz. Questo parametro è rilevante per applicazioni di commutazione ad alta frequenza o multiplexing.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base all'intensità luminosa misurata a 20mA.

• Codice Bin P:45.0 – 71.0 mcd
• Codice Bin Q:71.0 – 112.0 mcd
• Codice Bin R:112.0 – 180.0 mcd
• Codice Bin S:180.0 – 280.0 mcd

Una tolleranza di +/-15% è applicata all'interno di ciascun bin di intensità. La scheda tecnica non specifica bin separati per lunghezza d'onda o tensione diretta per questo numero di parte, suggerendo un controllo stretto su quei parametri o un'offerta a bin singolo.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene specifiche curve grafiche siano menzionate ma non visualizzate nel testo fornito, le relazioni tipiche per tali LED possono essere dedotte e sono critiche per il progetto:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):Presenta la caratteristica esponenziale standard del diodo. La tensione diretta ha un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che V_Fdiminuisce leggermente all'aumentare della temperatura di giunzione.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:L'intensità è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta nel normale intervallo operativo, ma si satura a correnti molto elevate a causa dello svenimento termico e di efficienza.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Per i LED AlInGaP, l'intensità luminosa tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente (e di giunzione). Questo degrado termico deve essere considerato in ambienti ad alta temperatura.
• Distribuzione Spettrale:Una curva stretta, simile a una Gaussiana, centrata attorno a 611 nm (picco) con una semilarghezza di 17 nm, confermando la sua emissione monocromatica arancione.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Polarità

Il LED è conforme a un profilo di package standard EIA. Le note dimensionali chiave includono:

• Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri, con una tolleranza generale di ±0.10 mm salvo diversa specifica.
• La designazione "montaggio inverso" indica tipicamente che il LED è montato con la sua superficie primaria di emissione della luce rivolta verso il circuito stampato (PCB), con la luce che esce attraverso un'apertura o viene riflessa. Il disegno meccanico esatto chiarirebbe l'orientamento della lente rispetto alle piazzole.
• La polarità è indicata sul package del dispositivo (ad es., un segno del catodo, una tacca o un punto) e deve essere allineata correttamente con l'impronta sul PCB.

5.2 Progetto Consigliato dei Piazzole di Saldatura

Viene fornito un modello di piazzola di saldatura suggerito per garantire una corretta saldatura, stabilità meccanica e sollievo termico durante la rifusione. Seguire questa impronta è cruciale per prevenire l'effetto "tombstoning" (componente che si solleva) o la formazione di giunti di saldatura scadenti.

6. Linee Guida per l'Assemblaggio e la Manipolazione

6.1 Processo di Saldatura

Il dispositivo è completamente compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) utilizzando saldatura senza piombo (Pb-free). Viene fornito un profilo di rifusione suggerito, conforme agli standard JEDEC.

• Preriscaldamento:150–200°C per un massimo di 120 secondi per riscaldare gradualmente il circuito e attivare il flussante.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C. Il dispositivo non deve superare questa temperatura.
• Tempo Sopra il Liquido:Il profilo dovrebbe limitare il tempo in cui il dispositivo rimane sopra il punto di fusione della saldatura a quanto necessario per un giunto affidabile, tipicamente circa 10 secondi massimo alla temperatura di picco.
• Saldatore a Stagno:Se è necessaria la saldatura manuale per riparazioni, si consiglia una temperatura massima della punta di 300°C con un tempo di contatto di 3 secondi o meno, e una sola volta.

6.2 Pulizia

Se è richiesta la pulizia post-saldatura, devono essere utilizzati solo solventi specificati. Gli agenti consigliati sono alcol etilico o alcol isopropilico a temperatura ambiente, con un tempo di immersione inferiore a un minuto. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare la lente epossidica o il package.

6.3 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono sensibili all'umidità (MSL 2a).

• Busta Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤90% UR. La durata di conservazione è di un anno quando la busta barriera all'umidità originale con essiccante non è aperta.
• Busta Aperta:Dopo l'apertura, l'ambiente di conservazione non deve superare 30°C / 60% UR. I componenti devono essere sottoposti a rifusione IR entro 672 ore (28 giorni).
• Esposizione Prolungata:Per conservazione oltre le 672 ore fuori dalla busta originale, eseguire un trattamento termico (baking) a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" (crepe nel package durante la rifusione).

6.4 Precauzioni contro le Scariche Elettrostatiche (ESD)

I LED sono suscettibili ai danni da scariche elettrostatiche. Le precauzioni di manipolazione includono l'uso di braccialetti a terra, guanti antistatici e assicurarsi che tutte le attrezzature e le superfici di lavoro siano correttamente messe a terra.

7. Confezionamento e Ordinazione

• Nastro e Bobina:I dispositivi sono forniti su nastro portacomponenti goffrato da 8 mm di larghezza avvolto su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro.
• Quantità per Bobina:3000 pezzi.
• Quantità Minima d'Ordine (MOQ):500 pezzi per quantità residue.
• Standard di Confezionamento:Conforme alle specifiche ANSI/EIA-481. Il nastro ha una copertura sigillante ed è consentito un massimo di due tasche vuote consecutive.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED arancione è adatto per un'ampia gamma di applicazioni di indicazione e illuminazione, tra cui ma non limitate a:

• Indicatori di stato su elettronica di consumo, pannelli di controllo industriali e apparecchiature di rete.
• Retroilluminazione per scritte su interruttori, tastiere o pannelli a membrana.
• Illuminazione interna automobilistica (non critica).
• Insegne e illuminazione decorativa dove è richiesto il colore arancione.

Avviso Importante:Il dispositivo è destinato a equipaggiamenti elettronici standard. Le applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale dove un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute (ad es., aviazione, supporto vitale medico, sistemi di sicurezza dei trasporti) richiedono una consultazione e una qualifica preliminare.

8.2 Progetto del Circuito di Pilotaggio

Un LED è un dispositivo pilotato in corrente. Una resistenza di limitazione della corrente in serie è obbligatoria quando si pilota da una sorgente di tensione per impostare la corrente operativa desiderata e prevenire la fuga termica. Il valore della resistenza (R_s) può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R_s= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per un funzionamento stabile su temperatura, sono consigliati piloti a corrente costante, specialmente per progetti che operano vicino ai valori massimi o in ambienti termici variabili.

8.3 Gestione Termica

Sebbene il package sia piccolo, gestire la dissipazione di potenza massima di 75mW è importante per la longevità e il mantenimento dell'output luminoso. Un'adeguata area di rame sul PCB collegata alle piazzole termiche (se presenti) o ai giunti di saldatura del LED aiuta a condurre il calore lontano dalla giunzione. Operare a correnti inferiori ai 30mA massimi riduce significativamente la dissipazione di potenza e la temperatura di giunzione, prolungando la vita operativa.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

I principali vantaggi di questa specifica piattaforma LED includono:

• Capacità di Montaggio Inverso:Offre flessibilità progettuale per creare effetti ottici specifici o ottenere un'installazione a basso profilo dove la sorgente luminosa è nascosta.
• Tecnologia AlInGaP:Fornisce un'efficienza più elevata e una migliore stabilità termica per i colori arancione/rosso rispetto a tecnologie più vecchie come il GaAsP.
• Ampio Angolo di Visione (130°):Fornisce un'illuminazione ampia e uniforme, ideale per indicatori su pannelli.
• Robusta Compatibilità di Assemblaggio:Certificato per il posizionamento automatizzato e profili standard di rifusione IR senza piombo, riducendo la complessità e il costo di produzione.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco (611nm) e lunghezza d'onda dominante (605nm)?

R1: La lunghezza d'onda di picco è il picco fisico dello spettro di luce emesso. La lunghezza d'onda dominante è un valore calcolato basato sulla percezione del colore umano (grafico CIE) che meglio corrisponde alla tonalità percepita. Per LED monocromatici come questo, sono vicine ma non identiche.

D2: Posso pilotare questo LED a 30mA in modo continuo?

R2: Sì, 30mA è la corrente diretta continua massima in DC. Tuttavia, per una durata e affidabilità ottimali, è spesso consigliato pilotare a una corrente inferiore (ad es., 20mA), poiché riduce la temperatura di giunzione e lo stress.

D3: Perché esiste un sistema di binning per l'intensità luminosa?

R3: Le variazioni di produzione causano lievi differenze nell'output luminoso. Il binning suddivide i LED in gruppi con prestazioni simili, consentendo ai progettisti di selezionare un bin che soddisfi i loro requisiti di luminosità e garantisca coerenza tra più unità in un prodotto.

D4: Quanto è critica la durata di conservazione di 672 ore dopo l'apertura della busta?

R4: È molto importante per una saldatura affidabile. Superare questo tempo di esposizione senza un ciclo di trattamento termico può portare all'evaporazione dell'umidità assorbita durante la rifusione, causando potenzialmente delaminazione interna o crepe nel package del LED.

11. Caso di Studio: Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Pannello Indicatori di Stato per un Router Industriale.

Un progettista necessita di più LED arancioni "Attività" su un pannello frontale. Sceglie questo LED per la sua luminosità, ampio angolo di visione e compatibilità con l'assemblaggio automatizzato. Il progetto utilizza un'alimentazione a 3.3V. Mirando a una corrente operativa standard di 20mA, la resistenza in serie è calcolata: R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 Ohm. Viene selezionata una resistenza standard da 47 ohm. Il layout del PCB utilizza l'impronta della piazzola di saldatura consigliata e include una piccola connessione di sollievo termico a un piano di massa per la dissipazione del calore. I LED sono specificati dal Codice Bin Q (71-112 mcd) per garantire una luminosità adeguata e uniforme. I circuiti assemblati passano attraverso un forno a rifusione senza piombo standard utilizzando il profilo conforme JEDEC, ottenendo giunti di saldatura affidabili senza danni termici ai componenti.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

Questo LED si basa su materiale semiconduttore di Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) cresciuto su un substrato. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione PN, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva, rilasciando energia sotto forma di fotoni - un processo chiamato elettroluminescenza. Il rapporto specifico di alluminio, indio e gallio nel reticolo cristallino determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa - in questo caso, arancione (~605-611 nm). La lente epossidica trasparente incapsula il chip, fornendo protezione meccanica, modellando il fascio di luce in uscita (angolo di visione di 130°) e migliorando l'efficienza di estrazione della luce.

13. Tendenze e Sviluppi del Settore

La tendenza nei LED indicatori SMD continua verso una maggiore efficienza (più output luminoso per unità di input elettrico), un miglioramento della coerenza del colore attraverso binning più stretto e un'affidabilità migliorata in condizioni di saldatura e funzionamento a temperature più elevate. C'è anche una spinta verso la miniaturizzazione mantenendo o aumentando le prestazioni ottiche. Inoltre, l'integrazione con elettronica a bordo (come resistenze di limitazione della corrente integrate o circuiti integrati driver) in package più avanzati sta diventando più comune per semplificare il progetto. L'uso di AlInGaP per i colori arancione/rosso/ambra rimane la tecnologia ad alte prestazioni dominante, sebbene la ricerca in corso su nuovi materiali come le perovskiti possa offrire alternative future.