Scheda Tecnica LED SMD 17-21/BHC-AP1Q2/3T - Blu - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 75mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un LED blu compatto a montaggio superficiale, progettato per applicazioni elettroniche moderne. Il dispositivo utilizza un chip semiconduttore InGaN (Nitruro di Indio e Gallio) per produrre luce blu con una lunghezza d'onda dominante tipica di 468 nm. I suoi principali vantaggi derivano dal suo minuscolo package SMD (Surface Mount Device), che consente riduzioni significative dell'ingombro sul PCB (Printed Circuit Board), permette una maggiore densità di componenti e contribuisce alla miniaturizzazione complessiva dell'apparecchiatura. La natura leggera del package lo rende inoltre adatto per applicazioni portatili e con vincoli di spazio.

1.1 Caratteristiche Principali e Conformità

Il LED è fornito su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, risultando pienamente compatibile con le attrezzature automatiche di assemblaggio pick-and-place. È progettato per essere utilizzato con processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi e a fase di vapore. Il dispositivo è di tipo monocromatico (blu). Dal punto di vista dei materiali e della conformità ambientale, è privo di piombo (Pb-free), conforme alla direttiva RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), conforme alle normative UE REACH e soddisfa gli standard alogeni-free con limiti di Bromo (Br) < 900 ppm, Cloro (Cl) < 900 ppm e la loro somma (Br+Cl) < 1500 ppm.

1.2 Applicazioni Tipiche

Le applicazioni tipiche per questo LED includono l'illuminazione di sfondo per quadranti strumenti, interruttori e simboli. Nel campo delle telecomunicazioni, funge da indicatore o retroilluminazione in dispositivi come telefoni e fax. È inoltre adatto come sorgente di retroilluminazione piatta per LCD e per uso generico come indicatore laddove sia richiesta una sorgente di luce blu compatta e affidabile.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento continuo. I valori massimi assoluti sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Tensione Inversa (VR):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (IF):20 mA.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):40 mA, ammissibile solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 a 1 kHz.
• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore.
• Scarica Elettrostatica (ESD) Modello Corpo Umano (HBM):150 V. Devono essere seguite le corrette procedure di manipolazione ESD.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento (Topr):-40°C a +85°C.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione (Tstg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura (Tsol):Per la saldatura a rifusione, è specificata una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi. Per la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore non deve superare i 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali, tipicamente misurate a Ta=25°C e una corrente diretta (IF) di 20 mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da un minimo di 45,0 mcd a un massimo di 112,0 mcd. Il valore tipico non è specificato nella tabella, rientrando in questo intervallo dipendente dal bin.
• Angolo di Visione (2θ1/2):L'angolo a metà intensità è tipicamente di 140 gradi, indicando un cono di visione ampio.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):Tipicamente 468 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):Varia da 464,5 nm a 476,5 nm. Questa è la lunghezza d'onda del colore percepito.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Tipicamente 25 nm, misurata a metà dell'intensità massima (FWHM).
• Tensione Diretta (VF):Varia da 2,7 V (min) a 3,7 V (max), con un valore tipico di 3,3 V a IF=20mA.
• Corrente Inversa (IR):Massimo di 50 µA quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 5V. Il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa.

Note Importanti:Le tolleranze sono specificate come ±11% per l'intensità luminosa, ±1 nm per la lunghezza d'onda dominante e ±0,1V per la tensione diretta. Il valore della tensione inversa si applica solo alla condizione di test IR.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri prestazionali chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino specifici requisiti di luminosità e colore.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I bin sono definiti dai codici P1, P2, Q1 e Q2, ciascuno dei quali copre un intervallo specifico di intensità luminosa misurata in millicandele (mcd) a IF=20mA.

• P1:45,0 – 57,0 mcd
• P2:57,0 – 72,0 mcd
• Q1:72,0 – 90,0 mcd
• Q2:90,0 – 112,0 mcd

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

I bin di lunghezza d'onda sono definiti dai codici A9 ad A12, ciascuno dei quali copre un intervallo di 3 nm, garantendo un controllo stretto del colore.

• A9:464,5 – 467,5 nm
• A10:467,5 – 470,5 nm
• A11:470,5 – 473,5 nm
• 473,5 – 476,5 nm4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche cruciali per la progettazione del circuito e la gestione termica.

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

Questa curva mostra la relazione non lineare tra la corrente che attraversa il LED e la tensione ai suoi capi. La tensione diretta (VF) aumenta con la corrente. I progettisti utilizzano questa curva per determinare il valore necessario della resistenza limitatrice di corrente per una data tensione di alimentazione, al fine di ottenere la corrente operativa desiderata (es. 20 mA). Il tipico VF di 3,3V è un parametro di progettazione chiave.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra come l'emissione luminosa scala con la corrente di pilotaggio. Sebbene l'aumento della corrente incrementi la luminosità, la relazione non è lineare ed è limitata dalla corrente massima nominale e dagli effetti termici. Operare oltre i valori massimi assoluti ridurrà la durata di vita e può causare guasti.

4.3 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

L'emissione luminosa del LED dipende dalla temperatura. Questa curva mostra tipicamente che l'intensità luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Comprendere questa derating è essenziale per le applicazioni che operano ad alte temperature ambiente per garantire che venga mantenuta una luminosità sufficiente.

4.4 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo è un grafico critico per l'affidabilità. Mostra la massima corrente diretta continua ammissibile in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la corrente sicura massima diminuisce per prevenire il surriscaldamento e garantire le prestazioni a lungo termine. I progettisti devono assicurarsi che il loro punto di lavoro rientri in questa regione derated.

4.5 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale traccia la potenza radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma l'emissione di colore blu con un picco attorno a 468 nm e una larghezza di banda spettrale tipica (Δλ) di 25 nm, indicando la purezza del colore.

4.6 Diagramma di Radiazione

Questo grafico polare visualizza la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa, confermando l'ampio angolo di visione di 140 gradi. L'intensità è normalizzata al suo valore massimo (tipicamente a 0 gradi, perpendicolare alla superficie emittente).

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è racchiuso in un package compatto a montaggio superficiale. Le dimensioni chiave (in mm, con una tolleranza tipica di ±0,1 mm salvo diversa indicazione) includono una lunghezza del corpo di 2,0 mm, una larghezza di 1,25 mm e un'altezza di 0,8 mm. La scheda tecnica fornisce un disegno dettagliato che mostra il layout dei pad, la spaziatura dei terminali e la posizione del marchio di identificazione del catodo, essenziale per il corretto orientamento del PCB durante l'assemblaggio.

5.2 Identificazione della Polarità

La polarità corretta è obbligatoria. Il package presenta un marchio distintivo del catodo. Collegare il dispositivo in polarizzazione inversa può danneggiarlo, poiché la tensione inversa massima è di soli 5V.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

È specificato un profilo di temperatura per saldatura a rifusione senza piombo. I parametri chiave includono: una fase di pre-riscaldamento tra 150°C e 200°C per 60-120 secondi; un tempo sopra il liquido (217°C) di 60-150 secondi; una temperatura di picco non superiore a 260°C, mantenuta per un massimo di 10 secondi; e velocità controllate di riscaldamento e raffreddamento (es. riscaldamento max 3°C/sec, raffreddamento max 6°C/sec). La rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte.

6.2 Precauzioni per la Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è richiesta estrema cura. La temperatura della punta del saldatore deve essere inferiore a 350°C e il tempo di contatto per terminale non deve superare i 3 secondi. Si consiglia un saldatore a bassa potenza (<25W). Dovrebbe essere consentito un intervallo di raffreddamento di almeno 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per prevenire shock termici.

6.3 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in sacchetti resistenti all'umidità con essiccante. Il sacchetto non deve essere aperto finché i componenti non sono pronti per l'uso. Dopo l'apertura, i LED non utilizzati devono essere conservati a ≤ 30°C e ≤ 60% di Umidità Relativa. La "vita a banco" dopo l'apertura è di 168 ore (7 giorni). Se questo tempo viene superato o l'indicatore dell'essiccante ha cambiato colore, è necessario un trattamento di baking a 60 ± 5°C per 24 ore prima dell'uso per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il "popcorning" durante la rifusione.

7. Informazioni su Confezionamento e Ordine

7.1 Specifiche di Bobina e Nastro

I componenti sono forniti su nastro portante goffrato su bobine da 7 pollici di diametro. La larghezza del nastro è di 8 mm. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Sono fornite le dimensioni dettagliate per la bobina, le tasche del nastro portante e il nastro di copertura per garantire la compatibilità con gli alimentatori automatici.

7.2 Spiegazione delle Etichette

Le etichette di confezionamento includono diversi codici: CPN (Numero Prodotto Cliente), P/N (Numero Prodotto), QTY (Quantità di Confezionamento), CAT (Codice Bin Intensità Luminosa), HUE (Codice Bin Cromaticità/Lunghezza d'Onda Dominante), REF (Classe Tensione Diretta) e LOT No (Numero di Lotto per tracciabilità).

8. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

8.1 La Limitazione di Corrente è Obbligatoria

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Una resistenza limitatrice di corrente in serie è assolutamente essenziale nella progettazione del circuito. Senza di essa, anche un piccolo aumento della tensione di alimentazione può causare un grande, potenzialmente distruttivo, aumento della corrente diretta a causa della caratteristica esponenziale I-V del diodo.

8.2 Gestione Termica

Sebbene il package sia piccolo, devono essere considerati la dissipazione di potenza (fino a 75 mW) e il coefficiente di temperatura negativo dell'emissione luminosa. Per prestazioni e longevità ottimali, assicurarsi di utilizzare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche per dissipare il calore, specialmente quando si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima.

8.3 Progettazione Ottica

L'ampio angolo di visione di 140 gradi rende questo LED adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia o visibilità da più angoli. Per luce focalizzata, sarebbero necessarie ottiche secondarie (lenti). La resina trasparente come l'acqua consente una buona estrazione della luce.

9. Confronto Tecnico e Posizionamento

Rispetto ai LED tradizionali a foro passante, questo tipo SMD offre vantaggi significativi in termini di velocità di assemblaggio (compatibile con pick-and-place), risparmio di spazio sulla scheda e flessibilità di progettazione. All'interno della categoria dei LED SMD blu, i suoi principali fattori distintivi sono le dimensioni specifiche del package (2,0x1,25mm), la tipica tensione diretta di 3,3V, l'ampio angolo di visione e la struttura di binning definita per la coerenza di luminosità e colore. La tecnologia del chip InGaN fornisce un'emissione blu efficiente.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Che valore di resistenza devo usare con un'alimentazione da 5V?

R: Utilizzando la Legge di Ohm (R = (Valimentazione - Vf) / If) e i valori tipici: R = (5V - 3,3V) / 0,020A = 85 Ohm. Utilizzare il valore standard più vicino (es. 82 o 91 Ohm) e considerare il Vf min/max per garantire che la corrente rimanga entro i limiti.

D: Posso pilotare questo LED a 30 mA per una maggiore luminosità?

R: No. La corrente diretta continua massima assoluta è di 20 mA. Superare questo valore nominale compromette l'affidabilità e può causare un guasto immediato o prematuro. Utilizzare la curva di derating se si opera ad alta temperatura.

D: Il LED è molto debole. Cosa potrebbe essere sbagliato?

R: Primo, controllare la polarità. Secondo, verificare la corrente diretta utilizzando la caduta di tensione sulla resistenza limitatrice. Terzo, assicurarsi che la temperatura ambiente non sia eccessivamente alta, poiché l'emissione luminosa diminuisce con la temperatura.

D: Devo sottoporre i LED a baking prima della saldatura?

R: Solo se il sacchetto a prova di umidità è stato aperto per più di 168 ore (7 giorni) o se l'indicatore dell'essiccante mostra esposizione all'umidità. Seguire la procedura di baking specificata (60°C per 24 ore).

11. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore di stato con più LED blu.

Un progettista necessita di 10 indicatori blu uniformi su un pannello di controllo. Dovrebbe:

1. Selezionare LED dallo stesso bin di intensità luminosa (es. Q1) e bin di lunghezza d'onda dominante (es. A10) per garantire coerenza visiva.

2. Progettare il PCB con una resistenza limitatrice di corrente per ogni LED (calcolata per un Vf tipico di 3,3V) per prevenire l'"accaparramento" di corrente.

3. Disporre la scheda per fornire un po' di rame attorno ai pad del LED per una minore dissipazione del calore.

4. Specificare per l'assemblatore di utilizzare il profilo di rifusione senza piombo fornito e di manipolare i dispositivi sensibili all'umidità secondo le linee guida (conservare in sacchetti sigillati, utilizzare entro la vita a banco).

Questo approccio garantisce un funzionamento affidabile, un aspetto uniforme e prestazioni a lungo termine.

12. Principio di Funzionamento

Questo LED opera sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttrice. La regione attiva è realizzata in InGaN. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale interno della giunzione, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica energia del bandgap del materiale InGaN determina la lunghezza d'onda dei fotoni emessi, che in questo caso si trova nella regione blu dello spettro visibile (~468 nm). La resina epossidica trasparente come l'acqua protegge il chip e aiuta a modellare il fascio luminoso in uscita.

13. Tendenze Tecnologiche

I LED blu basati sulla tecnologia InGaN rappresentano una tecnologia matura e fondamentale nell'illuminazione a stato solido. Sono componenti critici non solo per indicatori blu, ma anche come sorgente di pompaggio per generare luce bianca nei LED bianchi a conversione di fosforo, che dominano il mercato dell'illuminazione generale. Lo sviluppo in corso in questo campo si concentra sull'aumento dell'efficienza luminosa (più luce emessa per watt elettrico), sul miglioramento della coerenza e stabilità del colore nel tempo, sul potenziamento dell'affidabilità in condizioni di alta temperatura e alta corrente e sull'abilitazione di dimensioni del package ancora più piccole per applicazioni ultra-miniaturizzate. La spinta verso una maggiore efficienza e un minor costo per lumen continua ad essere una tendenza chiave del settore.

Blue LEDs based on InGaN technology represent a mature and foundational technology in solid-state lighting. They are critical components not only for blue indicators but also as the pump source for generating white light in phosphor-converted white LEDs, which dominate the general lighting market. Ongoing development in this field focuses on increasing luminous efficacy (more light output per electrical watt), improving color consistency and stability over lifetime, enhancing reliability under high-temperature and high-current operation, and enabling even smaller package sizes for ultra-miniature applications. The drive for higher efficiency and lower cost per lumen continues to be a key industry trend.