Scheda Tecnica LED Blu SMD 19-217 - Package 2.0x1.25x0.8mm - Tensione 2.6-2.9V - Potenza 40mW - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 19-217 è un LED blu a montaggio superficiale compatto, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono soluzioni affidabili per indicatori e retroilluminazione. Questo componente utilizza un chip semiconduttore InGaN (Indio Gallio Nitruro) per produrre luce nello spettro blu, con una lunghezza d'onda di picco tipica di 468 nanometri. Il suo vantaggio principale risiede nelle dimensioni ridotte, che consentono un significativo risparmio di spazio sui circuiti stampati (PCB) e facilitano una maggiore densità di impaccamento rispetto ai componenti tradizionali con terminali. Il dispositivo è pienamente conforme agli standard ambientali e di produzione contemporanei, inclusi RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), regolamenti UE REACH, ed è classificato come privo di alogeni.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il design del LED SMD 19-217 offre diversi vantaggi chiave per ingegneri e progettisti. Le sue piccole dimensioni e il peso ridotto lo rendono ideale per applicazioni in cui spazio e peso sono vincoli critici. Il package è fornito su nastro da 8mm avvolto su una bobina da 7 pollici di diametro, rendendolo pienamente compatibile con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place ad alta velocità, semplificando così il processo produttivo. Il LED è anche compatibile con i processi standard di rifusione a infrarossi e a fase di vapore. I suoi mercati target principali includono l'elettronica automobilistica (per la retroilluminazione di cruscotti e interruttori), le apparecchiature di telecomunicazione (per indicatori in telefoni e fax), l'elettronica di consumo per la retroilluminazione LCD e applicazioni generiche di indicazione.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici specificati nella scheda tecnica, cruciali per una corretta progettazione del circuito e la valutazione dell'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. Queste non sono condizioni per il funzionamento normale.

• Tensione Inversa (VR):5V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (IF):10mA. La massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):40mA. Questa è la massima corrente impulsiva ammissibile, specificata con un ciclo di lavoro di 1/10 e una frequenza di 1kHz. È adatta per brevi impulsi ad alta intensità ma non per un funzionamento sostenuto.
• Dissipazione di Potenza (Pd):40mW. La massima potenza che il package può dissipare come calore, calcolata come Tensione Diretta (VF) * Corrente Diretta (IF). Operare vicino a questo limite richiede un'attenta gestione termica.
• Scarica Elettrostatica (ESD) Modello Corpo Umano (HBM):150V. Questa è una tolleranza ESD relativamente bassa, indicando che il dispositivo è sensibile all'elettricità statica. Sono obbligatorie procedure di manipolazione ESD adeguate durante l'assemblaggio e la movimentazione.
• Temperatura di Esercizio (Topr):-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale è garantito che il dispositivo soddisfi le specifiche pubblicate.
• Temperatura di Conservazione (Tstg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura:Il dispositivo può resistere alla rifusione con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi, o alla saldatura manuale a 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di prova standard di Ta=25°C e IF=2mA, salvo diversa indicazione. Definiscono le prestazioni ottiche del LED.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da un minimo di 7,2 mcd a un massimo di 18,0 mcd. Il valore tipico non è specificato, indicando che le prestazioni sono gestite attraverso un sistema di binning (vedi Sezione 3).
• Angolo di Visione (2θ1/2):120 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco. Un angolo di 120° fornisce un pattern di emissione ampio e diffuso, adatto per l'illuminazione d'area e la retroilluminazione.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):468 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale è al massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):465,0 nm a 470,0 nm. Questa è la percezione monocromatica del colore del LED da parte dell'occhio umano ed è il parametro utilizzato per il binning del colore.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):25 nm (tipico). Questa è l'ampiezza dello spettro emesso, misurata a metà dell'intensità massima (Larghezza a Metà Altezza - FWHM).
• Tensione Diretta (VF):2,60V a 2,90V a IF=2mA. Questo intervallo è critico per progettare il circuito limitatore di corrente.
• Corrente Inversa (IR):Massimo 50 μA a VR=5V. La scheda tecnica nota esplicitamente che il dispositivo non è progettato per il funzionamento inverso; questo parametro è solo per scopi di test.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire prestazioni coerenti nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave. Il 19-217 utilizza un sistema di binning tridimensionale.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono categorizzati in quattro bin (K1, K2, L1, L2) in base alla loro intensità luminosa misurata a 2mA.

• Bin K1:7,2 - 9,0 mcd
• Bin K2:9,0 - 11,5 mcd
• Bin L1:11,5 - 14,5 mcd
• Bin L2:14,5 - 18,0 mcd

Ai limiti del bin viene applicata una tolleranza di ±11%.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Il colore è controllato all'interno di un singolo bin per questo prodotto.

• Bin X:465,0 - 470,0 nm. È specificata una tolleranza stretta di ±1nm.

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in tre bin per aiutare nella progettazione di driver di corrente coerenti.

• Bin 28:2,60 - 2,70V
• Bin 29:2,70 - 2,80V
• Bin 30:2,80 - 2,90V

Viene applicata una tolleranza di ±0,05V.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici caratteristici essenziali per comprendere il comportamento del LED in diverse condizioni operative.

4.1 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva mostra che l'output luminoso non è lineare con la corrente. Aumenta con la corrente ma alla fine satura. Operare al di sopra della corrente continua raccomandata (10mA) può portare a una ridotta efficienza e a un invecchiamento accelerato.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Questo grafico dimostra il coefficiente di temperatura negativo dell'output luminoso del LED. All'aumentare della temperatura di giunzione, l'intensità luminosa diminuisce. Per il 19-217, l'output può calare significativamente quando la temperatura ambiente si avvicina al limite massimo operativo di 85°C. Questo deve essere preso in considerazione nei progetti che richiedono una luminosità costante su un ampio intervallo di temperature.

4.3 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo è uno dei grafici più critici per l'affidabilità. Mostra la massima corrente diretta continua ammissibile in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la massima corrente sicura diminuisce. A 85°C, la corrente ammissibile è sostanzialmente inferiore al valore nominale di 10mA a 25°C. Il mancato derating della corrente può portare a fuga termica e guasto del dispositivo.

4.4 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta

Questa curva IV (Corrente-Tensione) mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. La tensione aumenta in modo logaritmico con la corrente. La curva è essenziale per selezionare un resistore limitatore di corrente appropriato o progettare un driver a corrente costante.

4.5 Distribuzione Spettrale e Diagramma di Radiazione

Il grafico spettrale conferma l'emissione blu centrata intorno a 468nm con una FWHM di circa 25nm. Il diagramma del pattern di radiazione illustra la distribuzione spaziale della luce, confermando il pattern di emissione di tipo Lambertiano con l'angolo di visione specificato di 120°.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il 19-217 presenta un package SMD standard. Le dimensioni chiave (in millimetri) includono una dimensione del corpo di circa 2,0mm di lunghezza, 1,25mm di larghezza e 0,8mm di altezza. La scheda tecnica fornisce un disegno dettagliato con tolleranze di ±0,1mm salvo diversa specifica. L'anodo e il catodo sono chiaramente marcati, il che è cruciale per il corretto orientamento durante l'assemblaggio.

5.2 Identificazione della Polarità

La polarità corretta è vitale per il funzionamento del LED. Il package include marcatori visivi (tipicamente una tacca o una marcatura verde) per identificare il catodo. I progettisti devono assicurarsi che l'impronta sul PCB corrisponda a questo orientamento.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione e saldatura adeguate sono critiche per la resa e l'affidabilità a lungo termine.

6.1 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono imballati in una busta resistente all'umidità con essiccante. La busta non deve essere aperta finché i componenti non sono pronti per l'uso. Dopo l'apertura, le parti non utilizzate devono essere conservate a ≤30°C e ≤60% di Umidità Relativa (UR) e utilizzate entro 168 ore (7 giorni). Se questo periodo viene superato, è necessario un trattamento di baking a 60±5°C per 24 ore prima della saldatura per prevenire l'effetto "popcorn" (crepe del package dovute alla pressione del vapore durante la rifusione).

6.2 Profilo di Rifusione

È specificato un profilo di rifusione senza piombo:

• Preriscaldamento:150-200°C per 60-120 secondi.
• Tempo Sopra Liquido (TAL):Sopra 217°C per 60-150 secondi.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C, mantenuta per un massimo di 10 secondi.
• Velocità di Rampa:Massimo 6°C/sec in riscaldamento, 3°C/sec in raffreddamento.

La rifusione non deve essere eseguita più di due volte. Deve essere evitato lo stress sul corpo del LED durante il riscaldamento e l'imbarcamento del PCB dopo la saldatura.

6.3 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore deve essere inferiore a 350°C, applicata per non più di 3 secondi per terminale, utilizzando un saldatore con potenza nominale inferiore a 25W. Dovrebbe essere consentito un intervallo di raffreddamento di almeno 2 secondi tra i terminali. La rilavorazione è fortemente sconsigliata. Se inevitabile, deve essere utilizzato un saldatore a doppia testa specializzato per riscaldare contemporaneamente entrambi i terminali e prevenire stress meccanico sulle giunzioni saldate.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I componenti sono forniti in nastro portante goffrato con dimensioni fornite nella scheda tecnica. Il nastro è largo 8mm e avvolto su una bobina standard da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi.

7.2 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene informazioni critiche per la tracciabilità e la corretta applicazione:

• P/N:Numero di Prodotto (es., 19-217/BHC-XK1L2B11X/3T).
• QTY:Quantità di Imballo (3000 pz).
• CAT:Classe di Intensità Luminosa (es., K1, L2).
• HUE:Classe di Cromaticità/Lunghezza d'Onda Dominante (X).
• REF:Classe di Tensione Diretta (es., 28, 29, 30).
• LOT No:Numero di Lotto di Produzione per la tracciabilità.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Illuminazione Interna Automobilistica:Retroilluminazione per gruppi strumenti, pulsanti e interruttori. L'ampio angolo di visione e il colore blu sono adatti per creare effetti estetici moderni.
• Elettronica di Consumo:Indicatori di stato e retroilluminazione per tasti su telecomandi, elettrodomestici e apparecchi audio.
• Apparecchiature di Telecomunicazione e Rete:Indicatori di attività del collegamento, alimentazione e stato su router, switch e modem.
• Indicatori Generali su Pannelli:Qualsiasi applicazione che richieda una piccola, affidabile e luminosa luce indicatrice blu.

8.2 Considerazioni di Progettazione Critiche

1. La Limitazione di Corrente è Obbligatoria:Un resistore limitatore di corrente esterno o un driver a corrente costante DEVONO essere usati in serie con il LED. La tensione diretta ha un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che diminuisce all'aumentare della temperatura. Senza limitazione di corrente, un piccolo aumento di tensione o temperatura può causare un grande, potenzialmente distruttivo, aumento della corrente.
2. Gestione Termica:Considerare l'ambiente operativo. Utilizzare la curva di derating per selezionare una corrente operativa appropriata, specialmente se la temperatura ambiente è alta o il PCB ha una scarsa dissipazione del calore.
3. Protezione ESD:Implementare protezione ESD sulle linee di ingresso se il LED è accessibile all'utente, e far rispettare procedure di manipolazione sicure ESD durante l'assemblaggio.
4. Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 120° fornisce un'ampia copertura. Per luce focalizzata, potrebbe essere necessario un obiettivo esterno o una guida luminosa.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Sebbene esistano molti LED blu SMD, la combinazione di parametri del 19-217 lo posiziona per casi d'uso specifici. Rispetto a package più piccoli (es., 0402), offre un output luminoso più elevato e una potenzialmente migliore dissipazione del calore grazie alle dimensioni maggiori. Rispetto ai LED ad alta potenza, opera a correnti molto più basse e richiede circuiti di pilotaggio più semplici, rendendolo conveniente per applicazioni di indicazione. La sua esplicita conformità agli standard privi di alogeni e REACH è un differenziatore chiave per i mercati con normative ambientali severe, come l'Unione Europea.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Perché una resistenza limitatrice di corrente è assolutamente necessaria?

I LED sono dispositivi pilotati a corrente, non a tensione. La caratteristica V-I è esponenziale. Alla tipica tensione diretta di ~2,8V, una piccolissima variazione della tensione di alimentazione o un calo della Vf del LED dovuto al riscaldamento può causare un aumento drammatico della corrente, superando il valore massimo nominale e distruggendo il dispositivo. Un resistore imposta una corrente fissa basata sulla Legge di Ohm (I = (Valimentazione - Vf) / R).

10.2 Posso pilotare questo LED direttamente da un'uscita logica a 3.3V o 5V?

No, non direttamente.Un pin GPIO di un microcontrollore tipicamente non può erogare in modo sicuro e costante corrente sufficiente (spesso limitata a 20-25mA) per un LED, e manca di regolazione di corrente. È necessario utilizzare un resistore in serie. Per un'alimentazione di 3.3V e una corrente target di 5mA con una Vf di 2,8V, il valore del resistore sarebbe R = (3,3V - 2,8V) / 0,005A = 100 Ohm. Verificare sempre la capacità di erogazione di corrente del pin del microcontrollore.

10.3 Cosa significa l'angolo di visione di 120° per il mio progetto?

Significa che la luce è emessa in un ampio cono. Se hai bisogno che il LED sia visibile da molti angoli (es., un indicatore su pannello), questo è ideale. Se hai bisogno di un fascio di luce focalizzato (es., per illuminare un punto specifico), questo LED da solo non è adatto e richiederebbe ottiche secondarie.

10.4 Quanto è critica la "floor life" di 7 giorni dopo l'apertura della busta barriera all'umidità?

Molto critica per la rifusione. L'umidità assorbita nel package plastico può trasformarsi in vapore durante il ciclo di rifusione ad alta temperatura, causando delaminazione interna o crepe ("popcorn"), che porta a guasti immediati o latenti. Se la busta è stata aperta per più di 168 ore, deve essere seguita la procedura di baking.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un indicatore di stato per un router consumer.Il LED deve mostrare "alimentazione accesa" e "attività WAN" (lampeggiante). Il sistema utilizza una linea a 3.3V. Per garantire lunga vita ed evitare stress eccessivo sul microcontrollore, viene utilizzato un transistor esterno (es., un piccolo NPN o un NFET) per commutare il LED. Un resistore in serie è posizionato tra la linea a 3.3V e l'anodo del LED, e il transistor commuta il catodo a massa. Scegliendo una corrente conservativa di 5mA per l'indicazione continua di "potenza" e utilizzando la Vf massima di 2,9V per il calcolo si garantisce la luminosità in tutte le condizioni: R = (3,3V - 2,9V) / 0,005A = 80 Ohm (usare un resistore standard da 82 Ohm). La dissipazione di potenza nel LED è Pd = Vf * If = 2,9V * 0,005A = 14,5mW, ben al di sotto del massimo di 40mW, garantendo un'eccellente affidabilità anche in un contenitore potenzialmente caldo.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il LED 19-217 opera sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttrice. La regione attiva è composta da InGaN. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale di barriera della giunzione, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione della lega InGaN determina l'energia del bandgap, che corrisponde direttamente alla lunghezza d'onda (colore) della luce emessa—in questo caso, blu (~468 nm). Il package in resina epossidica serve a proteggere il die semiconduttore, fornire stabilità meccanica e agire come una lente primaria per modellare l'output luminoso.

13. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Questo dispositivo rappresenta un segmento maturo e ottimizzato per il costo della tecnologia LED. L'uso dell'InGaN per l'emissione blu è ben consolidato. Le tendenze attuali nei LED SMD per indicatori si concentrano su diverse aree: 1)Miniaturizzazione:Sono disponibili package ancora più piccoli del 19-217 (es., 0402, 0201) per schede ad altissima densità. 2)Maggiore Efficienza:Nuovi design di chip e materiali continuano a migliorare i lumen per watt, consentendo correnti operative più basse e un consumo energetico ridotto. 3)Affidabilità e Coerenza Migliorate:Tecniche di produzione e binning avanzate producono distribuzioni di parametri più strette. 4)Ampia Conformità Ambientale:Come si vede con questo componente, la conformità agli standard RoHS, REACH e privi di alogeni è ora un'aspettativa di base per l'accesso al mercato globale. Il 19-217 si inserisce in applicazioni in cui è preferito un componente collaudato, affidabile e standardizzato rispetto alle prestazioni all'avanguardia.