SMD LED 17-21 Blue Chip Datasheet - 1.6x0.8x0.6mm - 3.1V Max - 40mW - Documento Tecnico in Inglese

1. Panoramica del Prodotto

La serie 17-21 è un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD) compatto, che utilizza un chip InGaN (Indio Gallio Nitruro) per produrre luce blu. Questo componente è progettato per la moderna produzione elettronica automatizzata, offrendo significativi vantaggi in termini di utilizzo dello spazio sulla scheda e di efficienza di assemblaggio rispetto ai tradizionali package con terminali.

1.1 Vantaggi Principali e Posizionamento del Prodotto

Il vantaggio principale del LED SMD 17-21 è la sua impronta miniaturizzata. Le dimensioni significativamente ridotte rispetto ai LED a telaio portante (lead-frame) offrono numerosi vantaggi chiave per progettisti e produttori di prodotti. Ciò consente progetti di circuiti stampati (PCB) più piccoli, aspetto cruciale per i moderni dispositivi elettronici compatti. Inoltre, supporta una maggiore densità di impacchettamento, il che significa che è possibile posizionare più componenti su una singola scheda, ottimizzando la funzionalità in uno spazio limitato. Ciò si traduce anche in una riduzione delle esigenze di spazio di stoccaggio sia per i componenti che per i prodotti finiti. In definitiva, questi fattori contribuiscono allo sviluppo di apparecchiature finali più piccole, leggere e portatili. La natura leggera del package SMD lo rende particolarmente adatto per applicazioni miniaturizzate e portatili in cui il peso è un fattore critico.

1.2 Conformità e Specifiche Ambientali

Questo prodotto è progettato tenendo conto degli standard ambientali e normativi moderni. È un componente senza piombo (Pb-free), in linea con le restrizioni globali sulle sostanze pericolose. Il prodotto stesso rimane conforme alla direttiva RoHS (Restriction of Hazardous Substances). Conformemente anche al regolamento UE REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals). Inoltre, è classificato come Halogen Free, con limiti rigorosi sul contenuto di bromo (Br) e cloro (Cl): meno di 900 ppm per ciascuno individualmente, e un totale combinato inferiore a 1500 ppm per Br+Cl.

1.3 Produzione e Compatibilità

Il LED viene fornito confezionato in nastro da 8 mm su bobine da 7 pollici di diametro, standard per le linee di assemblaggio automatizzate pick-and-place ad alto volume. Questo formato di confezionamento garantisce la compatibilità con le attrezzature di posizionamento automatico, semplificando il processo produttivo. Il componente è inoltre compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi e a fase di vapore, i metodi predominanti per fissare i componenti SMD sui PCB. È di tipo monocromatico ed emette luce nello spettro del blu.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri elettrici, ottici e termici definiti nella scheda tecnica, spiegandone il significato per la progettazione del circuito e l'affidabilità.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi non sono condizioni per il funzionamento normale, ma piuttosto soglie che non devono mai essere superate.

• Tensione inversa (VR): 5V - L'applicazione di una tensione di polarizzazione inversa superiore a 5V può causare il breakdown della giunzione. Il datasheet nota esplicitamente che il dispositivo non è progettato per il funzionamento inverso; la specifica VR si applica solo durante la condizione di test della corrente inversa (IR).
• Corrente diretta (IF): 10mA - Questa è la massima corrente continua in diretta continua consigliata per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Corrente di Picco in Diretta (IFP): 40mA - Questa specifica si applica in condizioni di impulso con un ciclo di lavoro di 1/10 a 1 kHz. Indica che il dispositivo può gestire impulsi brevi ad alta corrente, che potrebbero essere utilizzati per lampeggi di luminosità o schemi di multiplexing.
• Dissipazione di Potenza (Pd): 40mW - Questa è la potenza massima che il package può dissipare sotto forma di calore a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Superare questo limite comporta il rischio di surriscaldamento e un degrado accelerato del chip LED.
• Scarica Elettrostatica (ESD): 150V (HBM) - Questo specifica la tensione di tenuta ESD secondo il modello del corpo umano (HBM). Indica un livello moderato di sensibilità ESD; sono necessarie procedure di manipolazione adeguate (ad es., postazioni di lavoro messe a terra, braccialetti antistatici) per prevenire danni da elettricità statica.
• Temperatura di funzionamento (Topr): da -40°C a +85°C - Il LED è progettato per funzionare correttamente entro questo ampio intervallo di temperature ambientali, risultando adatto per applicazioni consumer, industriali e alcune applicazioni automotive (escluse le applicazioni critiche per la sicurezza).
• Temperatura di conservazione (Tstg): da -40°C a +90°C Il dispositivo può essere conservato senza degradazione all'interno di questo intervallo di temperatura quando non è alimentato.
• Temperatura di saldatura (Tsol):
  • Saldatura a rifusione: Temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi.
  • Saldatura manuale: Temperatura della punta del saldatore fino a 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in una condizione di prova standard di Ta=25°C e IF=5mA, salvo diversa specificazione. Essi definiscono l'emissione luminosa fondamentale e le prestazioni elettriche.

• Intensità Luminosa (Iv): da 11.5 mcd (Min) a 28.5 mcd (Max) - Questa è la luminosità percepita del LED, misurata in millicandele. L'ampio intervallo indica una significativa variazione tra le singole unità, gestita attraverso il sistema di binning descritto in seguito. Il valore tipico non è specificato in tabella.
• Angolo di Visione (2θ1/2): 140° (Tipico) - Questo angolo di visione molto ampio indica che il LED emette luce su un ampio emisfero. L'intensità viene misurata all'angolo in cui scende alla metà del suo valore di picco (da qui 2θ1/2).
• Lunghezza d'onda di picco (λp): 468 nm (Tipico) - La lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale della luce emessa è al suo massimo. Questa è una proprietà fisica del materiale semiconduttore InGaN.
• Lunghezza d'onda dominante (λd): da 465,0 nm a 470,0 nm - Questa è la singola lunghezza d'onda che l'occhio umano percepisce come corrispondente al colore della luce del LED. È il parametro chiave per la specifica del colore. La tolleranza è di ±1 nm.
• Larghezza di banda della radiazione spettrale (Δλ): 25 nm (Tipico) - Questa misura la larghezza dello spettro emesso alla metà della sua potenza massima (Larghezza a Mezza Altezza - FWHM). Un valore di 25nm è caratteristico di un LED blu InGaN, indicando un colore spettrale relativamente puro.
• Tensione Diretta (VF): 2.7V (Min) a 3.1V (Max) - La caduta di tensione ai capi del LED quando conduce la corrente diretta specificata (5mA). Questo parametro è cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente (solitamente una resistenza). La tolleranza è di ±0.1V.
• Corrente Inversa (IR): 50 μA (Max) - La piccola corrente di dispersione che scorre quando viene applicata la tensione inversa massima (5V). Questo test è solo a scopo di caratterizzazione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per gestire le variazioni naturali del processo produttivo, i LED vengono suddivisi in bin di prestazioni. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con caratteristiche coerenti per la loro applicazione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED vengono classificati in base alla loro intensità luminosa misurata a IF=5mA.

• Bin Code L: Minimo 11.5 mcd, Massimo 18.0 mcd.
• Bin Code MMinimo 18.0 mcd, Massimo 28.5 mcd.

La tolleranza per l'intensità luminosa è ±11%. I progettisti che richiedono una luminosità più elevata e uniforme specificherebbero il Bin M.

3.2 Classificazione della Lunghezza d'Onda Dominante

I LED vengono selezionati in base alla loro lunghezza d'onda dominante per garantire la coerenza del colore.

• Bin Code X: Minimo 465.0 nm, Massimo 470.0 nm.

La tolleranza per la lunghezza d'onda dominante è di ±1 nm. Tutte le unità rientrano in un ristretto intervallo di 5 nm, garantendo una tonalità di blu uniforme.

3.3 Forward Voltage Binning

I LED vengono selezionati in base alla loro caduta di tensione diretta a IF=5mA. Ciò è importante per la progettazione dell'alimentazione e per garantire una distribuzione uniforme della corrente quando più LED sono collegati in parallelo.

• Bin Code 10: Minimo 2.7V, Massimo 2.9V.
• Bin Code 11: Minimo 2.9V, Massimo 3.1V.

La tolleranza per la tensione diretta è di ±0.1V. Selezionare LED dallo stesso bin di tensione minimizza le variazioni di luminosità negli array in parallelo.

4. Performance Curve Analysis

Il datasheet fa riferimento alle "Typical Electro-Optical Characteristics Curves". Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, possiamo dedurne il contenuto e il significato standard.

4.1 Curva Corrente vs. Tensione (I-V)

Una tipica curva I-V mostra la relazione tra corrente diretta (IF) e tensione diretta (VF). Dimostra la natura esponenziale del diodo. La curva consente ai progettisti di determinare la VF per qualsiasi corrente operativa data all'interno dell'intervallo nominale, il che è essenziale per calcolare il valore corretto della resistenza di limitazione di corrente in serie: R = (Vsupply - VF) / IF.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Iv-IF)

Questa curva mostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente diretta. È tipicamente lineare in un certo intervallo, ma satura a correnti più elevate a causa di effetti termici e di efficienza. Questo grafico aiuta i progettisti a scegliere un punto di lavoro che bilanci luminosità, consumo energetico e durata del dispositivo.

4.3 Distribuzione Spettrale

Un grafico di distribuzione spettrale mostrerebbe la potenza ottica relativa emessa in funzione della lunghezza d'onda. Sarebbe centrato attorno alla tipica lunghezza d'onda di picco di 468nm con una FWHM di circa 25nm, confermando l'emissione monocromatica blu.

4.4 Dipendenza dalla Temperatura

Le curve che mostrano la variazione della tensione diretta e dell'intensità luminosa con la temperatura di giunzione sono fondamentali per comprendere le prestazioni in ambienti reali. Tipicamente, VF diminuisce all'aumentare della temperatura (coefficiente di temperatura negativo), mentre anche l'intensità luminosa diminuisce con l'aumento della temperatura.

5. Informazioni Meccaniche e di Package

5.1 Package Dimensions

Il LED SMD 17-21 ha un ingombro molto compatto. Le dimensioni chiave (in mm) includono una lunghezza del corpo di 1.6, una larghezza di 0.8 e un'altezza di 0.6. Il package presenta due terminali saldabili (anodo e catodo) sul fondo. Un segno del catodo è indicato sulla parte superiore del corpo del package per consentire il corretto orientamento della polarità durante l'assemblaggio e l'ispezione. Tutte le tolleranze non specificate sono ±0.1mm.

5.2 Polarity Identification

La polarità corretta è essenziale per il funzionamento del LED. Il package include un marcatore visivo per identificare il catodo (terminale negativo). Questo è tipicamente un punto verde, un intaglio o un angolo smussato sulla parte superiore del corpo del LED. Il design dell'impronta sul PCB deve allinearsi a questa marcatura per garantire una corretta connessione elettrica.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione e una saldatura corrette sono fondamentali per mantenere l'affidabilità e le prestazioni dei LED SMD.

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il profilo di rifusione senza piombo consigliato è fornito:

• Preriscaldamento: Rampa da temperatura ambiente a 150-200°C in 60-120 secondi.
• Soak/RifusioneIl tempo al di sopra di 217°C (temperatura di liquidus per la saldatura senza piombo) deve essere compreso tra 60 e 150 secondi. La temperatura di picco non deve superare i 260°C e il tempo a o sopra i 255°C non deve superare i 30 secondi.
• RaffreddamentoLa velocità massima di raffreddamento deve essere di 6°C al secondo.
• ImportanteNon eseguire la saldatura a rifusione più di due volte sullo stesso dispositivo.

6.2 Precauzioni per la Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, occorre prestare estrema attenzione:

• Utilizzare un saldatore con una temperatura della punta inferiore a 350°C.
• Applicare calore a ciascun terminale per un massimo di 3 secondi.
• Utilizzare un saldatore con una potenza di 25W o inferiore.
• Lasciare un intervallo di almeno 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per evitare l'accumulo di calore.
• Il datasheet avverte che i danni si verificano spesso durante la saldatura manuale.

6.3 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in sacchetti barriera resistenti all'umidità con essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità atmosferica, che può causare "popcorning" (crepe nel package) durante il reflow.

• Non aprire la busta anti-umidità fino a quando i prodotti non sono pronti per l'uso.
• Dopo l'apertura: Conservare a ≤30°C e ≤60% di Umidità Relativa.
• Floor Life: Utilizzare entro 168 ore (7 giorni) dall'apertura. I LED non utilizzati devono essere sigillati nuovamente in una confezione impermeabile.
• BakingSe l'indicatore del disidratante ha cambiato colore o la durata di conservazione a pavimento è stata superata, cuocere i LED a 60 ±5°C per 24 ore per rimuovere l'umidità prima della saldatura.

6.4 Stress di Progettazione e Assemblaggio

• Limitazione della CorrenteÈ obbligatorio utilizzare una resistenza esterna di limitazione della corrente. La caratteristica esponenziale I-V del LED implica che un piccolo aumento di tensione provoca un grande aumento di corrente, portando a un guasto immediato senza una resistenza.
• Sollecitazioni MeccanicheNon applicare sollecitazioni meccaniche al LED durante il riscaldamento (saldatura) o deformando il circuito stampato dopo l'assemblaggio.
• Riparazione: Non è consigliabile effettuare riparazioni dopo la saldatura. Se inevitabile, utilizzare un saldatore a doppia punta per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali e rimuovere il componente senza sollecitare un solo lato. Verificare le caratteristiche del dispositivo dopo qualsiasi tentativo di riparazione.

7. Informazioni su Imballaggio e Ordinazione

7.1 Specifiche di Nastro e Bobina

I LED sono forniti in nastro portatore goffrato per la movimentazione automatizzata.

• Larghezza del Nastro Portatore: 8mm.
• Diametro del rocchetto: 7 pollici.
• Quantità per rocchetto3000 pezzi.
• Le dimensioni dettagliate per le tasche del nastro portante e per la bobina sono fornite nei disegni del datasheet.

7.2 Spiegazione dell'Etichetta

Le etichette delle bobine e dei sacchetti contengono informazioni critiche per la tracciabilità e la corretta applicazione:

• CPN: Customer's Product Number (come assegnato dall'acquirente).
• P/N: Numero di prodotto del produttore.
• QTY: Quantità di imballaggio (es., 3000).
• CAT: Classe di Intensità Luminosa (ad es., L o M).
• HUE: Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank (e.g., X).
• REFClasse della Tensione Diretta (es., 10 o 11).
• LOT No: Numero di lotto di produzione per la tracciabilità.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Il datasheet elenca diverse applicazioni chiave adatte alle caratteristiche del LED blu 17-21:

• Retroilluminazione: Per cruscotti di strumentazione, interruttori a membrana e pannelli di controllo dove è necessario un indicatore piccolo e luminoso.
• Apparecchiature di Telecomunicazione: Come indicatori di stato o retroilluminazione per i pulsanti su telefoni, fax e apparecchiature di rete.
• Retroilluminazione PiattaPer piccoli display LCD, legende degli interruttori e simboli, spesso in combinazione con una guida luminosa.
• Uso Generale dell'IndicatorePer qualsiasi applicazione che richieda una luce di stato o indicatore blu compatta e affidabile.

8.2 Considerazioni e Note di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio della CorrenteUtilizzare sempre una resistenza in serie. Calcolarla in base alla massima VF del bin (es. 3.1V) per garantire una sufficiente limitazione di corrente nelle condizioni peggiori.
• Gestione Termica:
• Angolo di VisioneL'angolo di visione di 140° offre una visibilità molto ampia, eccellente per indicatori su pannelli, ma potrebbe richiedere guide della luce o diffusori se si desidera un fascio luminoso più concentrato.
• Protezione ESDImplementare la protezione ESD sulle linee di ingresso se il LED è collegato a porte accessibili all'utente, oppure garantire controlli ESD rigorosi durante la manipolazione e l'assemblaggio.

8.3 Restrizioni dell'Applicazione

Il datasheet include un disclaimer critico riguardante le applicazioni ad alta affidabilità. Questo prodotto potrebbe non essere adatto per l'uso in:

• Sistemi militari/aerospaziali.
• Sistemi di sicurezza automobilistica (ad esempio, controlli airbag, luci freno).
• Apparecchiature mediche di supporto vitale o terapia intensiva.

Per queste applicazioni, sono necessari componenti con qualifiche diverse, tolleranze più strette e valutazioni di affidabilità superiori. I progettisti devono contattare il produttore per discutere l'idoneità per qualsiasi applicazione al di là dell'uso standard consumer/industriale.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Sebbene un confronto diretto con altri prodotti non sia presente nel datasheet, possiamo evidenziare oggettivamente i principali fattori di differenziazione della serie 17-21 in base alle sue specifiche.

9.1 Vantaggi Differenzianti Chiave

• Miniaturizzazione Estrema: L'ingombro di 1.6x0.8mm è tra i più piccoli per i pacchetti SMD LED, consentendo design ultra-compatti.
• Ampio Angolo di VisualeL'angolo di visuale di 140° è eccezionalmente ampio, garantendo un'eccellente visibilità fuori asse rispetto a molti LED con fasci più stretti.
• Conformità Senza AlogeniSoddisfa i severi requisiti di alogeni liberi, aspetto sempre più importante per progetti attenti all'ambiente e per alcune normative di mercato.
• Binning CompletoOffre binning per intensità, lunghezza d'onda e tensione, consentendo un'elevata coerenza nelle applicazioni di produzione di massa.

9.2 Considerazioni rispetto ai Pacchetti più Grandi

Rispetto ai LED SMD di dimensioni maggiori (ad es., 3528, 5050):

• Potenza Massima Inferiore: La potenza dissipata nominale di 40mW è inferiore rispetto ai pacchetti di dimensioni maggiori, limitando la luminosità massima.
• Prestazioni Termiche: Le dimensioni ridotte possono comportare una maggiore resistenza termica, rendendo la dissipazione del calore più critica a correnti di pilotaggio più elevate.
• Difficoltà di ManipolazioneLe dimensioni ridotte rendono più impegnativa la prototipazione e la modifica manuale.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

Q1: Quale valore di resistenza devo utilizzare con un'alimentazione da 5V? A: Utilizzando la VF massima di 3,1V (Bin 11) e una corrente target di 5mA: R = (5V - 3,1V) / 0,005A = 380 Ohm. Il valore standard più vicino è 390 Ohm. Ricalcolare con la VF minima (2,7V) per verificare la corrente: I = (5-2,7)/390 ≈ 5,9mA, che è sicuro. Una resistenza da 390Ω è un buon punto di partenza.

Q2: Posso pilotare questo LED a 20mA per una luminosità maggiore? A: No. Il valore di Absolute Maximum Rating per la corrente diretta continua (IF) è 10mA. Operare a 20mA supererebbe questo rating, riducendo significativamente la durata di vita e causando probabilmente un guasto immediato. Per una luminosità maggiore, selezionare un LED classificato per correnti più elevate o utilizzare un funzionamento impulsivo entro il rating IFP (40mA con duty cycle 1/10).

Q3: Il LED funziona dopo la saldatura manuale ma è debole. Perché? A: Questo è un classico segno di danno termico dovuto a calore o tempo di saldatura eccessivi. L'alta temperatura può degradare il chip semiconduttore o i fili di collegamento all'interno del package. Rispettare sempre rigorosamente le linee guida per la saldatura manuale (massimo 350°C, massimo 3 secondi per terminale).

Q4: Il mio lotto di LED ha colori blu leggermente diversi. È normale? A: Sì, esiste una variazione intrinseca. Questo è il motivo per cui esiste la classe di lunghezza d'onda dominante (HUE=X, 465-470nm). Per applicazioni che richiedono una perfetta corrispondenza dei colori (ad es. display multi-LED), è necessario specificare e utilizzare LED dello stesso lotto di produzione e assicurarsi che il fornitore fornisca una classificazione stretta.

11. Progettazione Pratica e Caso d'Uso

11.1 Case Study: Low-Power Status Indicator Panel

ScenarioProgettazione di un pannello di controllo compatto con 12 indicatori di stato blu. Lo spazio è estremamente limitato e la luminosità/colore uniforme è importante per l'esperienza utente. Decisioni di Progettazione: Selezione dei Componenti: Scegliere il LED 17-21 per la sua impronta minima. Specifica di BinningOrdinare tutti i LED dal Bin M (intensità superiore) e dal Bin X per la lunghezza d'onda. Specificare tutti dallo stesso bin di tensione (es. 10) per garantire un assorbimento di corrente uniforme in parallelo. Progettazione del CircuitoUtilizzare un'alimentazione a 5V. Con VF~2.8V (Bin 10 tipico), scegliere una resistenza da 430Ω per ~5mA: (5-2.8)/0.005=440Ω, 430Ω è un valore standard. Ciò fornisce ~11-18 mcd per LED. Layout del PCBPosizionare i LED con orientamento coerente rispetto al segno del catodo. Assicurarsi che il design dei pad di saldatura corrisponda all'impronta consigliata nel datasheet per evitare l'effetto "tombstoning" durante il reflow. AssemblyUtilizzare il profilo di reflow fornito. Mantenere la busta sigillata fino a quando la linea di produzione è pronta. Utilizzare tutti i LED entro 7 giorni dall'apertura della bobina. Risultato: Un pannello denso e dall'aspetto professionale con indicatori uniformi di un blu brillante, ottenuto in modo affidabile grazie all'aderenza ai parametri del datasheet.

Terminologia delle Specifiche LED

Spiegazione completa dei termini tecnici LED