Scheda Tecnica LED SMD 27-21 Bianco Puro - Package 2.7x2.1mm - Tensione 2.7-3.15V - Potenza 40mW - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LED SMD 27-21 è un diodo emettitore di luce a montaggio superficiale compatto, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono miniaturizzazione e alta affidabilità. Questo componente rappresenta un significativo progresso rispetto ai LED tradizionali a telaio con reofori, consentendo una drastica riduzione dello spazio su scheda, un aumento della densità di impacchettamento e contribuendo infine allo sviluppo di apparecchiature finali più piccole ed efficienti. La sua costruzione leggera lo rende particolarmente adatto per applicazioni in cui spazio e peso sono vincoli critici.

Il LED emette una luce bianca pura, ottenuta tramite un chip in InGaN (Nitruro di Indio e Gallio) incapsulato in una resina diffondente gialla. Questa combinazione fornisce un'emissione luminosa diffusa e uniforme, adatta a una varietà di funzioni di indicazione e retroilluminazione. Il prodotto è pienamente conforme agli standard ambientali e di sicurezza contemporanei, inclusi RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), regolamenti UE REACH, ed è fabbricato come componente privo di alogeni, con contenuto di bromo e cloro mantenuto al di sotto dei limiti specificati.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Obiettiva

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in corrispondenza o oltre queste condizioni non è garantito e dovrebbe essere evitato nella progettazione del circuito.

• Tensione Inversa (V_R):5V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta (I_F):10mA (continua). Questa è la massima corrente DC raccomandata per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate (duty cycle 1/10 @ 1kHz) e non deve essere utilizzato per il pilotaggio continuo.
• Dissipazione di Potenza (P_d):40mW. Questa è la massima potenza che il package può dissipare senza superare i suoi limiti termici, calcolata come Tensione Diretta (V_F) * Corrente Diretta (I_F).
• Scarica Elettrostatica (ESD) Modello Corpo Umano (HBM):150V. Ciò indica una moderata sensibilità all'ESD; sono essenziali procedure di manipolazione adeguate (es. postazioni di lavoro messe a terra, imballaggio anti-ESD).
• Temperatura di Funzionamento (T_opr):-40°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):Compatibile con profili standard di rifusione (picco 260°C per 10 sec) e saldatura manuale (350°C per max 3 sec per terminale).

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di prova standard di 25°C di temperatura ambiente e una corrente diretta di 5mA, che serve come punto di riferimento comune per il confronto e il binning.

• Intensità Luminosa (I_v):57.0 - 112 mcd (millicandela). L'ampio intervallo riflette il processo di binning, in cui i LED sono suddivisi in gruppi di output specifici (P2, Q1, Q2). Il valore tipico non è dichiarato, rientrando in questo intervallo binnato.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):140 gradi (tipico). Questo ampio angolo di visione è caratteristico della resina diffondente gialla, che disperde la luce, rendendo il LED adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia piuttosto che un fascio focalizzato.
• Tensione Diretta (V_F):2.70V - 3.15V. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando pilotato a 5mA. I LED sono anche binnati in specifici intervalli di tensione (codici 15, 16, 17). È indicata una tolleranza di ±0.1V.
• Corrente Inversa (I_R):50 µA (max) a V_R=5V. Questo parametro è solo per scopi di prova; il dispositivo non è destinato a funzionare in polarizzazione inversa.

Nota Importante:La scheda tecnica avverte esplicitamente che la condizione di tensione inversa è solo per prova e il LED non deve essere operato in inversa. I progettisti devono garantire la corretta polarità nel circuito.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono testati e suddivisi in "bin" in base a parametri prestazionali chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con caratteristiche strettamente controllate per le esigenze specifiche della loro applicazione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono categorizzati in tre bin in base alla loro emissione luminosa a 5mA:

• Bin P2:57.0 - 72.0 mcd
• Bin Q1:72.0 - 90.0 mcd
• Bin Q2:90.0 - 112 mcd

È anche specificata una tolleranza generale di ±11% sull'intensità luminosa.

3.2 Binning della Tensione Diretta

Per agevolare la progettazione della regolazione di corrente, i LED sono anche binnati in base alla loro caduta di tensione diretta:

• Bin 15:2.70V - 2.85V
• Bin 16:2.85V - 3.00V
• Bin 17:3.00V - 3.15V

È indicata una tolleranza di ±0.1V per la tensione diretta.

3.3 Binning delle Coordinate di Cromaticità

Per la coerenza del colore, l'emissione di luce bianca è binnata in base alle sue coordinate sul diagramma di cromaticità CIE 1931. La scheda tecnica definisce sei bin (da 1 a 6), ciascuno dei quali specifica una regione quadrilatera sul grafico delle coordinate colore x,y con una tolleranza di ±0.01. Questo binning preciso garantisce che tutti i LED all'interno di un bin scelto mostreranno punti di colore bianco quasi identici, il che è fondamentale per applicazioni come array di retroilluminazione dove l'uniformità del colore è di primaria importanza.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene il PDF faccia riferimento a "Curve delle Caratteristiche Elettro-Ottiche Tipiche", i grafici specifici (es. I_Vvs. I_F, I_Vvs. Temperatura, Distribuzione Spettrale) non sono dettagliati nel testo fornito. Tipicamente, tali curve mostrerebbero:

• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (I_V-I_F):Una relazione non lineare in cui l'output luminoso aumenta con la corrente ma può saturare o degradare a correnti più elevate oltre il massimo nominale.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_V-T_a):L'output luminoso generalmente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. La curva quantifica questa derating, che è cruciale per la gestione termica nell'applicazione.
• Tensione Diretta vs. Temperatura di Giunzione (V_F-T_j): V_Ftipicamente ha un coefficiente di temperatura negativo, diminuendo all'aumentare della temperatura.
• Distribuzione di Potenza Spettrale:Un grafico che mostra l'intensità relativa della luce attraverso lo spettro di lunghezze d'onda visibili, definendo la qualità del colore "bianco" (es. bianco freddo, bianco caldo).

I progettisti dovrebbero consultare queste curve quando operano il LED al di fuori della condizione di prova standard di 5mA/25°C per prevedere accuratamente le prestazioni.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED SMD 27-21 ha un ingombro compatto. Il disegno dimensionale indica una dimensione del package con tolleranze di ±0.1mm salvo diversa specificazione. Le caratteristiche chiave visibili nel disegno includono il contorno del componente, le posizioni dei pad degli elettrodi e la marcatura di polarità (probabilmente un indicatore del catodo). Le dimensioni precise (lunghezza, larghezza, altezza) sono critiche per la progettazione del land pattern del PCB e per garantire il corretto posizionamento da parte delle apparecchiature automatizzate.

5.2 Identificazione della Polarità

Il package include una marcatura per identificare il terminale catodo (negativo). La corretta polarità deve essere osservata durante il montaggio per prevenire la polarizzazione inversa, che può danneggiare il dispositivo.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profilo di Rifusione

Il LED è compatibile con processi di rifusione a infrarossi e a fase di vapore. Viene fornito un profilo di rifusione consigliato senza piombo:

• Preriscaldamento:150-200°C per 60-120 secondi.
• Tempo Sopra Liquido (217°C):60-150 secondi.
• Temperatura di Picco:260°C massimo, mantenuta per non più di 10 secondi.
• Velocità di Riscaldamento:Massimo 6°C/sec.
• Tempo Sopra 255°C:Massimo 30 secondi.
• Velocità di Raffreddamento:Massimo 3°C/sec.

Regola Critica:La rifusione non deve essere eseguita più di due volte sullo stesso assemblaggio LED.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale:

• Utilizzare un saldatore con temperatura della punta inferiore a 350°C.
• Limitare il tempo di contatto a 3 secondi per terminale.
• Utilizzare un saldatore con capacità di 25W o inferiore.
• Lasciare un intervallo di almeno 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per gestire lo stress termico.

La scheda tecnica avverte che i danni spesso si verificano durante la saldatura manuale, quindi è richiesta particolare attenzione.

6.3 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono imballati in materiali resistenti all'umidità (nastro portacomponenti in una busta di alluminio anti-umidità con essiccante).

• Prima dell'Apertura:Conservare a ≤30°C e ≤90% di Umidità Relativa (UR).
• Dopo l'Apertura:La "vita a scaffale" è di 1 anno in condizioni di ≤30°C e ≤60% UR. I componenti non utilizzati dovrebbero essere richiusi in un imballaggio anti-umidità.
• Essiccazione:Se l'essiccante indica saturazione o il tempo di conservazione è superato, essiccare i LED a 60 ±5°C per 24 ore prima dell'uso per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" durante la rifusione.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti in imballaggio standard del settore per il montaggio automatizzato:

• Nastro:Nastro largo 8mm su bobina da 7 pollici di diametro.
• Quantità:3000 pezzi per bobina.
• Sono forniti disegni dimensionali dettagliati per il nastro portacomponenti e la bobina, con tolleranze standard di ±0.1mm.

7.2 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene diversi codici chiave per la tracciabilità e la specifica:

• P/N:Numero di Prodotto (es. 27-21/T3D-AP2Q2HY/3C).
• QTY:Quantità di Imballaggio.
• CAT:Classe di Intensità Luminosa (es. P2, Q1, Q2).
• HUE:Coordinate di Cromaticità & Classe di Lunghezza d'Onda Dominante (es. Bin 1-6).
• REF:Classe di Tensione Diretta (es. 15, 16, 17).
• LOT No:Numero di Lotto di Produzione per la tracciabilità.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

La scheda tecnica elenca diverse applicazioni primarie, sfruttando le piccole dimensioni, la luce diffusa e l'affidabilità del LED:

• Retroilluminazione:Per cruscotti di strumentazione, interruttori e tastiere.
• Apparecchiature di Telecomunicazione:Come indicatori di stato e retroilluminazione in telefoni e fax.
• Display LCD:Fornendo una retroilluminazione piatta e uniforme per piccoli pannelli LCD, legende di interruttori e simboli.
• Uso Generale come Indicatore:Qualsiasi applicazione che richieda una luce indicatrice bianca, luminosa e compatta.

8.2 Considerazioni e Precauzioni di Progettazione

La scheda tecnica include avvertimenti critici per un funzionamento affidabile:

• La Limitazione di Corrente è Obbligatoria:Una resistenza limitatrice di corrente esterna deve essere sempre utilizzata in serie con il LED. La tensione diretta ha un leggero coefficiente di temperatura negativo, il che significa che quando il LED si riscalda, V_Fdiminuisce leggermente. Senza una resistenza, ciò può portare a un significativo aumento della corrente (fuga termica), potenzialmente bruciando il LED. La resistenza stabilizza la corrente.
• Evitare Stress Meccanici:Non applicare stress al corpo del LED durante la saldatura o nell'assemblaggio finale. Evitare di deformare il PCB dopo la saldatura.
• Riparazione:Si sconsiglia vivamente di riparare o rielaborare una scheda dopo che i LED sono stati saldati. Se assolutamente necessario, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a doppia punta specializzato per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, minimizzando lo stress termico. Il riscaldamento a punto singolo può causare danni.
• Protezione ESD:Implementare precauzioni ESD standard durante la manipolazione e il montaggio a causa della classificazione HBM di 150V del dispositivo.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sebbene un confronto diretto con altri modelli specifici di LED non sia fornito nella scheda tecnica, il package 27-21 offre chiari vantaggi in contesti specifici:

• vs. LED con Reofori:Il vantaggio principale è la drastica riduzione dello spazio su scheda e del peso, consentendo elettronica moderna e miniaturizzata. Elimina anche la necessità di piegare e inserire i reofori, semplificando il montaggio automatizzato.
• vs. LED SMD più grandi (es. 3528, 5050):Il 27-21 offre un ingombro più piccolo per design ultra-compatti, sebbene potenzialmente a scapito dell'output luminoso totale o della capacità di dissipazione del calore rispetto a package più grandi.
• vs. LED con Lente Trasparente:La resina diffondente gialla fornisce un angolo di visione molto più ampio (140°) e un aspetto più morbido e uniforme, rendendolo superiore per applicazioni in cui il LED è visto direttamente, al contrario di una lente trasparente che produce un fascio più focalizzato.

La sua conformità agli standard RoHS, REACH e privi di alogeni è un'aspettativa di base per i componenti moderni, ma rimane un differenziatore chiave rispetto a stock più vecchi e non conformi.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Perché una resistenza in serie è assolutamente necessaria?

I LED sono dispositivi pilotati in corrente, non in tensione. La loro curva V-I è molto ripida. Una piccola variazione nella tensione diretta (che può verificarsi a causa di cambiamenti di temperatura o variazioni di produzione) provoca una grande variazione nella corrente. Una resistenza in serie funge da semplice regolatore di corrente lineare, stabilizzando il punto di lavoro e prevenendo la fuga termica e la distruzione del LED.

10.2 Cosa significano i codici di binning (P2, Q1, 15, 16, ecc.) per il mio progetto?

Il binning garantisce coerenza. Se il tuo progetto richiede una luminosità uniforme su più LED (es. in un array di retroilluminazione), dovresti specificare LED dello stesso bin di intensità luminosa (CAT). Se il tuo alimentatore ha margini di tensione stretti, specificare un bin di tensione diretta più stretto (REF) può aiutare. Per applicazioni critiche per il colore, specificare il bin di cromaticità (HUE) è essenziale. L'uso di LED non binnati o di bin misti può risultare in variazioni visibili di luminosità o colore nel prodotto finale.

10.3 Posso pilotare questo LED a 10mA in modo continuo?

Sì, 10mA è la massima corrente diretta continua nominale. Tuttavia, operare al massimo assoluto può ridurre l'affidabilità a lungo termine e aumentare la temperatura di giunzione. Per una durata e stabilità ottimali, si raccomanda di pilotare il LED alla corrente di prova di 5mA o al di sotto, specialmente se la gestione termica è limitata.

10.4 L'angolo di visione è di 140 gradi. L'emissione luminosa è uniforme su questo angolo?

L'"angolo di visione" (2θ_1/2) è definito come l'angolo in cui l'intensità luminosa è la metà dell'intensità a 0 gradi (direttamente sull'asse). La resina diffondente gialla crea un pattern di emissione simile a Lambertiano, dove l'intensità è massima sull'asse e diminuisce verso i bordi. Fornisce una buona uniformità per la visione ad ampio angolo rispetto a un LED con lente trasparente, ma non si ottiene una perfetta uniformità su tutti i 140°.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello a membrana retroilluminato.

1. Selezione:Il LED 27-21 è scelto per le sue piccole dimensioni (si adatta dietro le icone degli interruttori), la luce diffusa (illuminazione uniforme) e la compatibilità a montaggio superficiale (adatto al montaggio automatizzato sul PCB dell'interruttore).
2. Progettazione del Circuito:Viene scelta una corrente costante di 5mA per un equilibrio tra luminosità e longevità. Utilizzando un'alimentazione a 3.3V e assumendo una V_Fdal Bin 16 (tip. 2.93V), la resistenza in serie è calcolata: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F= (3.3V - 2.93V) / 0.005A = 74 Ohm. Viene selezionata una resistenza standard da 75 ohm.
3. Layout del PCB:Il land pattern è progettato esattamente secondo il disegno dimensionale del package. Viene mantenuta un'adeguata distanza tra il LED e lo strato a membrana.
4. Acquisto:I LED sono ordinati specificando il Bin Q1 per la luminosità e il Bin 2 o 3 per un punto di colore bianco coerente su tutti gli interruttori del pannello.
5. Montaggio:I componenti sono conservati in buste sigillate fino all'uso. Il PCB subisce un unico passaggio di rifusione utilizzando il profilo specificato. Lo stress sui LED è evitato durante la manipolazione.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il LED 27-21 è una sorgente di luce a stato solido basata su una giunzione p-n semiconduttrice. La regione attiva utilizza un semiconduttore composto InGaN (Nitruro di Indio e Gallio). Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia di accensione del diodo (la tensione diretta, V_F), elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. In un semiconduttore a bandgap diretto come l'InGaN, questa ricombinazione rilascia energia principalmente sotto forma di fotoni (luce). La specifica energia di bandgap della lega InGaN determina la lunghezza d'onda della luce emessa. Per produrre luce bianca da un chip InGaN che emette blu/UV, viene utilizzato un fosforo giallo (contenuto all'interno dell'incapsulamento in resina diffondente gialla). Parte della luce blu del chip viene assorbita dal fosforo e riemessa come luce gialla. La miscela della luce blu rimanente e della luce gialla convertita è percepita dall'occhio umano come bianca. La resina diffondente contiene particelle di scattering che randomizzano la direzione dei fotoni emessi, creando l'ampio e uniforme angolo di visione.

13. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

LED SMD come il 27-21 rappresentano una tecnologia matura e ampiamente adottata. Le tendenze attuali del settore si concentrano su diverse aree chiave che si basano su queste fondamenta:

• Aumento dell'Efficienza (Lumen per Watt):Miglioramenti continui nella crescita epitassiale, nel design del chip e nella tecnologia dei fosfori continuano a spingere più in alto l'efficienza luminosa, consentendo un output luminoso più brillante alla stessa corrente o lo stesso output luminoso con un consumo energetico inferiore e una minore generazione di calore.
• Miglioramento della Qualità e Coerenza del Colore:Progressi nelle formulazioni dei fosfori e tecniche di binning più precise (es. utilizzando ellissi MacAdam a 3-5 passi per un controllo del colore più stretto) consentono LED con un Indice di Resa Cromatica (CRI) superiore e punti di colore più coerenti da lotto a lotto.
• Miniaturizzazione:La spinta verso dispositivi più piccoli continua, portando a dimensioni di package ancora più ridotte (es. 2016, 1515) mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche.
• Affidabilità e Durata Migliorate:La ricerca su materiali di incapsulamento migliori e tecniche di gestione termica mira ad aumentare la durata operativa e la stabilità dei LED, specialmente in condizioni di alta temperatura o alta umidità.
• Soluzioni Integrate:La tendenza si sta spostando verso LED con driver integrati, controller o persino chip multicolore (RGB) in un unico package, semplificando la progettazione del circuito per l'utente finale.

Il LED 27-21, con il suo package standardizzato e le caratteristiche ben definite, funge da componente affidabile e robusto all'interno di questo panorama tecnologico in evoluzione.