LED Rosso 3.0x3.0x0.55mm – Tensione Diretta 2.3V – Potenza 1.09W – Lunghezza d'Onda Dominante 612.5-625nm – Scheda Tecnica Italiana

1. Panoramica del Prodotto

Il RF-A4E31-R15H-S1 è un diodo a emissione luminosa (LED) rosso ad alte prestazioni progettato per applicazioni di illuminazione automobilistica interna ed esterna impegnative. Utilizza una struttura epitassiale avanzata AlGaInP (fosfuro di alluminio gallio indio) cresciuta su un substrato, offrendo eccellente luminosità e affidabilità. Il dispositivo è alloggiato in un package EMC (composto epossidico stampato) compatto di dimensioni 3,0 mm × 3,0 mm × 0,55 mm, che garantisce una gestione termica superiore e una robusta resistenza meccanica.

Questo LED è qualificato secondo la qualifica AEC‑Q102 per semiconduttori discreti di grado automobilistico, rendendolo adatto ad ambienti ostili. Offre un angolo di visione estremamente ampio di 120°, assicurando una distribuzione uniforme della luce. Il prodotto è conforme alla direttiva RoHS e ha un livello di sensibilità all'umidità 2 (MSL‑2). Viene fornito in nastro e bobina (4000 pezzi/bobina) per un montaggio superficiale efficiente.

2. Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Elettriche e Ottiche (a Ts=25 °C, IF=350 mA)

La tabella seguente riassume i principali parametri elettrici e ottici misurati in condizioni pulsate a 25 °C:

• Tensione Diretta (V_F): Min 2,0 V, Tip 2,3 V, Max 2,6 V a IF=350 mA (tolleranza di misura ±0,1 V).
• Corrente Inversa (I_R): ≤10 µA a V_R=5 V.
• Flusso Luminoso (Φ): Min 55,3 lm, Max 93,2 lm a IF=350 mA (tolleranza ±10%).
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_D): Min 612,5 nm, Max 625 nm a IF=350 mA.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): Tip 120°.
• Resistenza Termica (Giunzione a Saldatura): R_{th JS real}Tip 12 °C/W (Max 19 °C/W); R_th JS elTip 6 °C/W (Max 10 °C/W) – misurata a 350 mA, 25 °C.

A 25 °C, l'efficienza di conversione fotoelettrica η_eè del 47% (modalità impulsiva). La dissipazione massima di potenza è 1092 mW e la corrente diretta massima è 420 mA (700 mA di picco con ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 10 ms). La temperatura di giunzione non deve superare 150 °C.

2.2 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo deve essere utilizzato entro i seguenti limiti:

• Dissipazione di Potenza (P_D): 1092 mW
• Corrente Diretta (I_F): 420 mA
• Corrente Diretta di Picco (I_FP): 700 mA
• Tensione Inversa (V_R): 5 V
• ESD (HBM): 2000 V
• Temperatura Operativa (T_OPR): −40 a +125 °C
• Temperatura di Stoccaggio (T_STG): −40 a +125 °C
• Temperatura di Giunzione (T_J): 150 °C

3. Sistema di Binning

3.1 Bin di Tensione Diretta e Flusso Luminoso (IF=350 mA)

Il LED è classificato in bin basati sulla tensione diretta (V_F) e sul flusso luminoso (Φ):

• V_Fbin (V): C0 (2,0–2,2), D0 (2,2–2,4), E0 (2,4–2,6).
• Bin di flusso luminoso (lm): PA (55,3–61,2), PB (61,2–67,8), QA (67,8–75,3), QB (75,3–83,7), RA (83,7–93,2).
• Bin di lunghezza d'onda (nm): C2 (612,5–615), D1 (615–617,5), D2 (617,5–620), E1 (620–622,5), E2 (622,5–625).

I clienti possono specificare le combinazioni di bin richieste per garantire prestazioni uniformi nelle loro applicazioni.

4. Curve di Prestazione

Le seguenti caratteristiche ottiche tipiche sono fornite come riferimento per il progetto. Tutte le curve sono misurate a 25 °C salvo diversa indicazione.

4.1 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta (Fig. 1‑6)

A bassa corrente, la tensione diretta aumenta rapidamente da circa 1,6 V a 0 mA fino a 2,0 V a 50 mA; oltre 100 mA la curva diventa quasi lineare. La tensione diretta tipica a 350 mA è 2,3 V.

4.2 Corrente Diretta vs. Flusso Luminoso Relativo (Fig. 1‑7)

Il flusso luminoso relativo aumenta quasi linearmente con la corrente diretta fino a 350 mA, raggiungendo il 100% del flusso relativo a 350 mA. Oltre 350 mA, la pendenza si appiattisce gradualmente a causa degli effetti termici.

4.3 Temperatura di Giunzione vs. Flusso Luminoso Relativo (Fig. 1‑8)

All'aumentare della temperatura di giunzione da −40 °C a 150 °C, il flusso luminoso relativo diminuisce di circa il 40%. A 125 °C, il flusso scende a circa il 70% del valore a 25 °C.

4.4 Temperatura di Saldatura vs. Corrente Diretta (Fig. 1‑9)

Per evitare di superare la temperatura massima di giunzione, la corrente diretta deve essere ridotta quando la temperatura di saldatura supera 25 °C. A una temperatura di saldatura di 125 °C, la corrente massima consentita è di circa 150 mA.

4.5 Variazione di Tensione vs. Temperatura di Giunzione (Fig. 1‑10)

La variazione della tensione diretta (ΔV_F) è approssimativamente lineare con la temperatura: circa −0,3 V a 150 °C e +0,3 V a −40 °C rispetto a 25 °C.

4.6 Diagramma di Irraggiamento (Fig. 1‑11)

Il LED emette luce con un'ampia distribuzione di tipo Lambertiano. L'intensità luminosa relativa a ±60° è circa il 50% dell'intensità sull'asse, corrispondente a una larghezza a metà altezza (FWHM) di 120°.

4.7 Variazione della Lunghezza d'Onda Dominante vs. Temperatura di Giunzione (Fig. 1‑12)

La lunghezza d'onda dominante si sposta verso lunghezze d'onda maggiori all'aumentare della temperatura. A 150 °C, lo spostamento è di circa +8 nm rispetto a 25 °C; a −40 °C, lo spostamento è di circa −7 nm.

4.8 Distribuzione Spettrale (Fig. 1‑13)

La lunghezza d'onda di emissione di picco è di circa 620 nm con una larghezza a metà altezza (FWHM) stretta di circa 20 nm. Lo spettro mostra picchi secondari trascurabili, garantendo un colore rosso puro.

5. Informazioni sul Package Meccanico

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è un package per montaggio superficiale di 3,0 mm × 3,0 mm con un'altezza totale di 0,55 mm. La superficie superiore è in silicone otticamente trasparente, mentre la parte inferiore ha un pad metallico per il collegamento termico ed elettrico. La polarità è indicata da un intaglio su un angolo (catodo).

5.2 Schema Consigliato per i Pad di Saldatura

Per ottenere buone prestazioni termiche ed elettriche, il pattern consigliato del PCB è di 2,4 mm × 2,3 mm per il pad anodico e 1,5 mm × 0,65 mm per il pad catodico, con un gap di 0,55 mm. Tutte le dimensioni sono ±0,2 mm.

6. Linee Guida per l'Assemblaggio e la Saldatura

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il LED è compatibile con la saldatura a rifusione SMT standard. Sono consentiti al massimo due cicli di rifusione. I parametri del profilo consigliato sono:

• Pre-riscaldamento: 150 °C → 200 °C, 60–120 s
• Tempo sopra 217 °C (T_L): max 60 s
• Temperatura di picco (T_P): 260 °C, tempo di mantenimento ≤10 s (entro 5 °C dal picco, max 30 s)
• Velocità di rampa: ≤3 °C/s (da T_Smaxa T_P)
• Velocità di raffreddamento: ≤6 °C/s
• Tempo totale da 25 °C a T_P: ≤8 min

Se trascorrono più di 24 h tra due rifusioni, i LED devono essere ri-cotti per prevenire danni da umidità.

6.2 Manipolazione e Pulizia

L'incapsulamento in silicone è morbido; evitare pressioni meccaniche sulla lente. Utilizzare solo alcol isopropilico per la pulizia. La pulizia a ultrasuoni non è consigliata. Non utilizzare adesivi che rilasciano vapori organici, poiché possono scolorire il silicone.

7. Informazioni su Imballaggio e Ordinazione

I LED sono confezionati in sacchetti antistatici barriera all'umidità. Ogni bobina contiene 4000 pezzi. Il nastro portante (larghezza 8 mm) ha dimensioni: A₀= 3,30 mm, B₀= 3,50 mm, K₀= 0,90 mm. Il diametro della bobina è 180 mm. Le etichette includono numero parte, lotto, codice bin, quantità e data. Le condizioni di conservazione prima dell'apertura del sacchetto: ≤30 °C e ≤75% UR per un massimo di 1 anno. Dopo l'apertura, utilizzare entro 24 h o cuocere a 60±5 °C per ≥24 h.

8. Note Applicative

8.1 Applicazioni Tipiche

Questo LED rosso è ideale per l'illuminazione automobilistica interna (strumentazione, illuminazione ambientale) ed esterna (fanali posteriori, luci di stop, indicatori di direzione). L'elevata luminosità e l'ampio angolo di visione lo rendono adatto anche per applicazioni generiche di indicatori e segnaletica dove è critica la purezza del colore rosso.

8.2 Gestione Termica

Poiché l'emissione luminosa e la lunghezza d'onda del LED dipendono dalla temperatura di giunzione, è essenziale un adeguato dissipatore di calore. La resistenza termica del PCB e di eventuali dissipatori aggiuntivi deve essere progettata per mantenere T_Jal di sotto di 150 °C nelle condizioni operative peggiori. Il pad di saldatura deve essere collegato a una grande area di rame.

8.3 Riduzione della Corrente

Quando si opera a temperature ambiente elevate, la corrente diretta deve essere ridotta secondo la curva temperatura di saldatura vs. corrente diretta. Ad esempio, a T_s= 100 °C, la corrente diretta massima consentita è di circa 200 mA.

9. Confronto Tecnico

Rispetto ai LED rossi standard basati su AlGaAs o GaAsP, la tecnologia AlGaInP utilizzata in questo dispositivo offre una maggiore efficienza luminosa e una migliore stabilità termica. L'ampio angolo di visione di 120° è significativamente più ampio rispetto a molti LED rossi 3,0 mm × 3,0 mm concorrenti che hanno tipicamente un semi-angolo di 90°–100°. La qualifica AEC‑Q102 fornisce una maggiore affidabilità per uso automobilistico, con test di stress più severi rispetto agli equivalenti di grado commerciale.

10. Domande Frequenti

D1: È possibile utilizzare questo LED a correnti superiori a 420 mA?
No. Il valore massimo assoluto per la corrente diretta è 420 mA (700 mA di picco con ciclo di lavoro). Operare al di sopra di questo limite causerà danni permanenti.

D2: Qual è la durata tipica di questo LED?
Sebbene non sia specificato direttamente nella scheda tecnica, i LED qualificati AEC‑Q102 hanno tipicamente durate molto lunghe (>50.000 h) se utilizzati entro i limiti e con una corretta gestione termica.

D3: Come devo gestire la sensibilità alle scariche elettrostatiche (ESD)?
Il dispositivo è classificato per 2 kV HBM. Utilizzare le precauzioni standard ESD: cinturini da polso a terra, postazioni di lavoro conduttive e imballaggio antistatico.

D4: Posso mescolare diversi bin di flusso nella stessa applicazione?
Mescolare i bin può causare differenze visibili di luminosità. Si consiglia di utilizzare un singolo bin per un aspetto uniforme, a meno che l'applicazione non tolleri variazioni.

11. Caso Studio di Progettazione

Gruppo Ottico Posteriore Automobilistico (RCL)
Un cliente ha progettato un modulo LED rosso per una luce di stop utilizzando 6 pezzi di RF‑A4E31‑R15H‑S1. I LED sono stati disposti in 3 stringhe seriali di 2 in parallelo (3S2P) per ottenere compatibilità a 12 V. Ogni stringa è stata pilotata a 350 mA totali (175 mA per LED) con un driver a corrente costante dedicato. È stato utilizzato un PCB con nucleo in rame (spessore 1,6 mm, 2 oz di rame) per mantenere la temperatura di saldatura al di sotto di 85 °C. Il modulo ha superato test di shock termico (−40 °C a 125 °C, 1000 cicli) e test di umidità (85 °C/85% UR, 1000 h) senza guasti.

12. Principio di Funzionamento

Il LED è basato su uno strato attivo a doppia eterostruttura AlGaInP cresciuto su un substrato trasparente (GaAs). Quando viene applicata una polarizzazione diretta, elettroni e lacune si ricombinano radiativamente nella regione attiva, emettendo fotoni con energia corrispondente al bandgap del materiale (~2,0 eV, dando luce rossa ~620 nm). Il package EMC incapsula il chip e fornisce una lente per estrarre la luce in modo efficiente. La dissipazione termica avviene attraverso il grande pad inferiore e le piste di rame del PCB.

13. Tendenze Tecnologiche e Prospettive Future

La tecnologia AlGaInP continua a migliorare in efficienza e stabilità termica. Le tendenze future includono bin di flusso più elevati grazie a una migliore crescita epitassiale e a un design del chip migliorato (ad esempio substrati strutturati). Per le applicazioni automobilistiche, l'adozione della qualifica AEC‑Q102 sta diventando la norma, e questo LED soddisfa già tale standard. La miniaturizzazione (ad esempio package 2,0 mm × 2,0 mm) è una tendenza in corso, ma il formato 3,0 mm × 3,0 mm rimane popolare per i LED rossi ad alta potenza grazie al suo equilibrio tra gestione della potenza e area di estrazione della luce.