LED SMD Rosso a Vista Laterale Serie 57-21 - Dimensioni Package 2.0x1.25x0.7mm - Tensione Diretta 1.75-2.35V - Intensità Luminosa 45-112mcd - Documentazione Tecnica

1. Panoramica del Prodotto

La serie 57-21 rappresenta una famiglia di Diodi Emettitori di Luce (LED) a Montaggio Superficiale (SMD) a vista laterale. Questo documento specifico dettaglia la variante rossa, che utilizza un chip semiconduttore in AlGaInP (Fosfuro di Alluminio Gallio Indio) per produrre una luce rossa brillante. Il dispositivo è caratterizzato dal suo package compatto e a basso profilo, progettato specificamente per applicazioni in cui lo spazio è limitato ed è richiesta un'illuminazione laterale.

1.1 Vantaggi Principali e Posizionamento del Prodotto

I principali vantaggi progettuali di questa serie di LED derivano dalla sua architettura di package. Presenta un ampio angolo di visione, tipicamente di 120 gradi, ottenuto attraverso un design ottimizzato del riflettore interno. Ciò rende il componente eccezionalmente adatto per applicazioni con guide luminose o light pipe, dove l'accoppiamento efficiente e l'illuminazione laterale uniforme sono critici. Inoltre, il dispositivo opera a bassi livelli di corrente, rendendolo ideale per l'elettronica portatile alimentata a batteria e altre applicazioni in cui il consumo energetico è una preoccupazione chiave. Il prodotto è fabbricato senza piombo ed è conforme alla direttiva RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

1.2 Applicazioni Target

La combinazione di un fattore di forma a vista laterale, ampio angolo di visione e basso fabbisogno di potenza definisce il suo mercato target. Le principali aree di applicazione includono l'illuminazione di sfondo per display a cristalli liquidi (LCD) a colori, in particolare in dispositivi elettronici di consumo sottili come telefoni cellulari, tablet e laptop. È anche adatto per indicatori di stato nelle apparecchiature per l'automazione d'ufficio (OA) e come sostituto moderno ed efficiente delle tradizionali lampadine in miniatura in vari dispositivi elettronici.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici specificati per il dispositivo in condizioni di test standard (Ta=25°C).

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Tensione Inversa (V_R):5V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta (I_F):25 mA DC. La massima corrente continua consentita.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):60 mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10 a 1 kHz), utile per il multiplexing o segnali ad alta luminosità brevi.
• Dissipazione di Potenza (P_d):60 mW. La massima potenza che il package può dissipare come calore.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:Rispettivamente -40°C a +85°C e -40°C a +100°C, indicando l'idoneità per intervalli ambientali industriali ed estesi.
• Scarica Elettrostatica (ESD):2000V (Modello del Corpo Umano). Un livello standard che richiede precauzioni di base nella manipolazione ESD durante l'assemblaggio.
• Temperatura di Saldatura:Sono specificate la saldatura a rifusione a 260°C per 10 secondi o la saldatura manuale a 350°C per 3 secondi, definendo i limiti del profilo termico per l'assemblaggio del PCB.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a una corrente di test standard di I_F= 10mA e definiscono le prestazioni del dispositivo.

• Intensità Luminosa (I_v):Varia da 45 mcd (min) a 112 mcd (max), con una tolleranza tipica di ±11%. Questa è la luminosità percepita dell'emissione di luce rossa.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):120 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore massimo, confermando il pattern di emissione ampio e diffuso.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Tra 617.5 nm e 633.5 nm. Questo definisce il colore percepito (tonalità) della luce rossa. È specificata una tolleranza di ±1 nm per un abbinamento cromatico preciso.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):Tipicamente 632 nm, indica il picco spettrale della luce emessa, che può differire leggermente dalla lunghezza d'onda dominante.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Tipicamente 20 nm, descrive l'ampiezza dello spettro emesso attorno alla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta (V_F):Tra 1.75V e 2.35V a 10mA, con una tolleranza di ±0.1V. Questo è fondamentale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 µA a 5V di polarizzazione inversa, indicando una buona qualità della giunzione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in bin di prestazioni. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano requisiti specifici di colore e luminosità.

3.1 Binning per Lunghezza d'Onda Dominante

I bin di lunghezza d'onda sono raggruppati sotto il codice 'A' e divisi in quattro sub-bin (E4, E5, E6, E7), ciascuno che copre un intervallo di 4 nm da 617.5 nm a 633.5 nm. Ciò consente la selezione di LED con tonalità di rosso molto specifiche, cruciale per applicazioni che richiedono un aspetto cromatico coerente tra più unità.

3.2 Binning per Intensità Luminosa

La luminosità è suddivisa in quattro gruppi: P1 (45-57 mcd), P2 (57-72 mcd), Q1 (72-90 mcd) e Q2 (90-112 mcd). Ciò consente la selezione in base ai livelli di luminosità richiesti, potenzialmente ottimizzando il consumo energetico o soddisfacendo specifici requisiti fotometrici.

3.3 Binning per Tensione Diretta

La tensione diretta è raggruppata sotto il codice 'B' con tre bin: 0 (1.75-1.95V), 1 (1.95-2.15V) e 2 (2.15-2.35V). La conoscenza del bin V_Fpuò essere importante per progettare circuiti di pilotaggio efficienti, specialmente in dispositivi alimentati a batteria, per minimizzare la caduta di tensione e la perdita di potenza.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche che forniscono una visione più approfondita del comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Questa curva mostra la relazione esponenziale tra corrente e tensione per un diodo semiconduttore. Per questo LED, a 25°C, la tensione sale da circa 1.6V a correnti molto basse fino a circa 2.8V a 40mA. La curva è essenziale per determinare il punto di lavoro e progettare un resistore di limitazione della corrente o un driver a corrente costante appropriato.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra che l'emissione luminosa aumenta con la corrente ma non in modo lineare. Tende a saturarsi a correnti più elevate. Inoltre, mostra l'effetto del funzionamento pulsato (ciclo di lavoro 1/10), dove correnti di picco più elevate possono essere utilizzate per ottenere una luminosità momentaneamente più alta senza superare i limiti di dissipazione di potenza media.

4.3 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo è un grafico critico per la gestione termica. Mostra la massima corrente diretta continua consentita in funzione della temperatura ambiente (T_a). All'aumentare della temperatura, la corrente massima deve essere ridotta per prevenire il surriscaldamento. Ad esempio, a 85°C, la massima corrente continua è significativamente inferiore al valore nominale di 25mA a 25°C.

4.4 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale conferma la natura monocromatica del LED, mostrando un singolo picco attorno a 632 nm con una larghezza di banda tipica di 20 nm. C'è un'emissione minima in altre parti dello spettro visibile, caratteristica di un LED rosso AlGaInP ad alta purezza.

4.5 Diagramma di Radiazione (Diagramma Polare)

Questo diagramma rappresenta visivamente l'angolo di visione di 120 gradi. L'intensità è tracciata su un grafico polare, mostrando un pattern di emissione ampio, simile a Lambertiano, dove l'intensità è massima a 0 gradi (perpendicolare al chip) e diminuisce gradualmente al 50% a ±60 gradi dal centro.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni del Package e Impronta

Il dispositivo ha un package SMD a vista laterale compatto. Le dimensioni chiave includono una lunghezza del corpo di circa 2.0 mm, una larghezza di 1.25 mm e un'altezza di 0.7 mm. I disegni meccanici dettagliati specificano tutte le dimensioni critiche, comprese le posizioni dei pad e le tolleranze (tipicamente ±0.1mm), essenziali per il layout del PCB e per garantire una corretta saldatura e allineamento.

5.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente identificato da un angolo contrassegnato o da una tacca sul package. La polarità corretta deve essere osservata durante il posizionamento per garantire il corretto funzionamento.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Il componente è classificato per processi di saldatura a rifusione senza piombo con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi. Ciò è in linea con i profili standard IPC/JEDEC J-STD-020. È consentita anche la saldatura manuale con saldatore a 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale, richiedendo una tecnica attenta per evitare danni termici.

6.2 Sensibilità all'Umidità e Stoccaggio

I LED sono confezionati in sacchetti barriera resistenti all'umidità con essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare \"popcorning\" (crepe del package) durante la rifusione. Una volta aperto il sacchetto sigillato, i componenti dovrebbero essere utilizzati entro un periodo di tempo specificato (non esplicitamente dichiarato ma implicito dalla confezione) o sottoposti a essiccazione secondo le procedure standard MSL (Livello di Sensibilità all'Umidità) prima della saldatura.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Per l'assemblaggio automatizzato, i componenti sono forniti su nastro portante goffrato avvolto su bobine. La larghezza del nastro, la spaziatura delle tasche e le dimensioni della bobina sono specificate per essere compatibili con le attrezzature standard pick-and-place per SMD. Ogni bobina contiene 500 pezzi.

7.2 Spiegazione dell'Etichetta e Numerazione del Pezzo

L'etichetta della bobina contiene informazioni critiche per la tracciabilità e la corretta applicazione: Numero di Parte (PN), Numero di Parte del Cliente (CPN), quantità (QTY), numero di lotto (LOT NO) e i bin di prestazione specifici per Intensità Luminosa (CAT), Lunghezza d'Onda Dominante (HUE) e Tensione Diretta (REF). Il numero di parte 57-21/R6C-AP1Q2B/BF probabilmente codifica la serie, il colore e i codici bin specifici.

8. Test di Affidabilità e Qualifica

Il prodotto è sottoposto a una serie di test di affidabilità condotti con un livello di confidenza del 90% e una Percentuale di Difettosi Tollerata per Lotto (LTPD) del 10%. I test chiave includono:

• Saldatura a Rifusione:Verifica la sopravvivenza attraverso il profilo termico di assemblaggio.
• Ciclo Termico & Shock Termico:Testa la robustezza contro le sollecitazioni da dilatazione termica da -40°C a +100°C.
• Stoccaggio ad Alta/Bassa Temperatura:Valuta la stabilità a lungo termine in condizioni estreme di non funzionamento.
• Vita Operativa in DC:Un test di vita di 1000 ore a 20mA per valutare il degrado delle prestazioni nel tempo.
• Alta Temperatura/Umidità (85°C/85% UR):Testa la resistenza al caldo umido, che può causare corrosione o altri guasti.

9. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

9.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il metodo di pilotaggio più comune è un semplice resistore in serie. Il valore del resistore (R) è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzando il V_Fmassimo (2.35V) per il calcolo si garantisce che la corrente non superi il livello desiderato anche con variazioni da parte a parte. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V e un I_Ftarget di 10mA: R = (5V - 2.35V) / 0.01A = 265 Ω. Un resistore standard da 270 Ω sarebbe adatto. Per applicazioni che richiedono luminosità stabile o funzionamento da una sorgente di tensione variabile (come una batteria), è consigliato un driver a corrente costante.

9.2 Progettazione per l'Accoppiamento con Light Pipe

L'ampio angolo di visione e il design del package sono ottimizzati per le light pipe. Per i migliori risultati, il LED dovrebbe essere posizionato il più vicino possibile all'ingresso della guida luminosa. Il materiale e la finitura della light pipe (es. acrilico, policarbonato) e qualsiasi curva o caratteristica influenzeranno l'uniformità e l'efficienza finale dell'emissione luminosa. La simulazione ottica o la prototipazione sono spesso necessarie per progetti complessi.

9.3 Considerazioni sulla Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, il funzionamento continuo ad alte temperature ambientali o ad alte correnti richiede attenzione. La curva di derating deve essere seguita. Garantire un'adeguata area di rame attorno ai pad del PCB aiuta a dissipare il calore e a mantenere le prestazioni e la longevità del LED.

10. Confronto Tecnico e Differenziazione

I principali fattori di differenziazione di questa serie di LED a vista laterale sono la sua specifica combinazione di attributi: il fattore di forma a emissione laterale, il larghissimo angolo di visione di 120 gradi facilitato dal riflettore integrato e l'uso della tecnologia AlGaInP per la luce rossa ad alta efficienza. Rispetto ai LED a vista dall'alto, fornisce un'illuminazione parallela al piano del PCB, essenziale per l'illuminazione laterale dei display. Rispetto ad altri LED a vista laterale, il suo riflettore interno ottimizzato mira a una maggiore efficienza di accoppiamento nelle guide luminose. La bassa tensione diretta del chip AlGaInP contribuisce anche a una maggiore efficienza elettrica complessiva rispetto ad alcune tecnologie più vecchie.

11. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED a 20mA in modo continuo?

R: Sì, il Valore Massimo Assoluto per la corrente diretta continua è 25mA, quindi 20mA è all'interno dell'area di funzionamento sicuro, a condizione che la temperatura ambiente sia entro i limiti (fare riferimento alla curva di derating).

D: Perché c'è un intervallo così ampio nell'Intensità Luminosa (45-112 mcd)?

R: Questa è la dispersione completa della produzione. Attraverso il sistema di binning (P1, P2, Q1, Q2), produttori e clienti possono selezionare parti all'interno di un intervallo di luminosità molto più stretto per garantire la coerenza nel loro prodotto finale.

D: Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda Dominante e di Picco?

R: La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p) è il singolo punto di massima potenza spettrale. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) è un valore calcolato che rappresenta al meglio il colore percepito dall'occhio umano, tenendo conto dell'intero spettro di emissione e della sensibilità dell'occhio. λ_dè più rilevante per la specifica del colore.

D: È sempre necessario un resistore di limitazione della corrente?

R: Sì. Un LED è un dispositivo pilotato a corrente. La sua tensione diretta è relativamente costante, ma la corrente può aumentare rapidamente con piccoli aumenti di tensione. Un resistore o un circuito attivo a corrente costante è essenziale per prevenire la fuga termica e la distruzione del LED.

12. Esempio Pratico di Caso d'Uso

Scenario: Progettazione di un indicatore di stato per un dispositivo medico portatile.

Il dispositivo richiede un indicatore rosso \"standby/caricamento\" visibile lateralmente. Viene selezionato un LED della serie 57-21 nel bin di luminosità Q1 (72-90 mcd) per una visibilità adeguata. Il dispositivo è alimentato da un'alimentazione stabilizzata a 3.3V. Puntando a un I_Fconservativo di 8mA per una lunga durata della batteria e utilizzando il V_Fmax di 2.35V per un calcolo nel caso peggiore: R = (3.3V - 2.35V) / 0.008A = 118.75 Ω. Viene scelto un resistore da 120 Ω. Il LED è posizionato sul bordo del PCB, allineato con una light pipe in acrilico stampata che indirizza la luce verso una piccola finestra sul telaio del dispositivo. L'ampio angolo di visione garantisce che l'indicatore sia visibile anche quando il dispositivo è visto da un angolo obliquo.

13. Introduzione al Principio Operativo

L'emissione di luce in questo LED si basa sull'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttrice realizzata in AlGaInP. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. L'energia rilasciata durante questa ricombinazione viene emessa come fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlGaInP determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa, in questo caso nello spettro rosso (~632 nm). Il riflettore interno e la lente in epossidico trasparente modellano l'emissione luminosa nel pattern ad ampio angolo desiderato.

14. Tendenze Tecnologiche e Contesto

LED SMD a vista laterale come la serie 57-21 rappresentano una soluzione matura e ottimizzata per l'illuminazione di sfondo e l'indicazione in spazi ristretti. La tendenza in questo segmento continua verso dimensioni di package ancora più piccole (es. altezza di 1.0mm o meno), maggiore efficienza (più lumen per watt) e migliore coerenza cromatica attraverso binning più stretto. Inoltre, c'è integrazione con altri componenti, come LED con resistori di limitazione della corrente integrati o driver IC. Mentre tecnologie più recenti come i Micro-LED e gli OLED avanzati stanno emergendo per applicazioni di visualizzazione diretta, la semplicità, l'affidabilità e la convenienza dei LED discreti a vista laterale ne assicurano la continua rilevanza nei ruoli di illuminazione secondaria e indicazione di stato per il futuro prevedibile.