Scheda Tecnica LED SMD LTSA-G6SPVAKTU - Ambra AlInGaP - 140mA - 2.65V - 530mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un LED a montaggio superficiale (SMD) progettato per applicazioni ad alta affidabilità. Il componente utilizza un materiale semiconduttore in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) per produrre emissione di luce ambrata, incapsulato in un package con lente trasparente. È progettato per soddisfare i requisiti stringenti dei moderni processi di assemblaggio elettronico e degli ambienti operativi impegnativi.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I principali vantaggi progettuali di questo LED includono la compatibilità con le attrezzature automatiche pick-and-place e i processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), fondamentali per la produzione di grandi volumi. Il package rispetta le dimensioni standard EIA, garantendo intercambiabilità e facilità di integrazione nei layout PCB esistenti. La sua qualificazione chiave secondo lo standard AEC-Q101, Revisione D, ne evidenzia l'idoneità per l'elettronica automobilistica, rivolgendosi specificamente alle applicazioni accessorie non critiche all'interno dei veicoli. Il componente è inoltre conforme alla direttiva sulla restrizione delle sostanze pericolose (RoHS).

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Le prestazioni del LED sono definite in specifiche condizioni elettriche, ottiche e termiche, tipicamente misurate a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito. I limiti chiave includono una dissipazione di potenza massima di 530mW, una corrente diretta di picco di 400mA (in condizioni pulsate con ciclo di lavoro 1/10 e larghezza di impulso 0.1ms) e un intervallo di corrente diretta continua DC da 5mA a 200mA. Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura di funzionamento e stoccaggio da -40°C a +110°C. Può resistere a scariche elettrostatiche (ESD) fino a 2kV secondo il modello del corpo umano (HBM, Classe 2 per ANSI/ESDA/JEDEC JS-001). Il package può sopportare la saldatura a rifusione IR a una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi, standard per i processi di assemblaggio senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Termiche

La gestione termica è cruciale per le prestazioni e la longevità del LED. La resistenza termica dalla giunzione del semiconduttore all'aria ambiente (RθJA) è tipicamente di 50°C/W quando montato su un PCB FR4 standard con spessore 1.6mm e una piazzola di rame di 16mm². La resistenza termica dalla giunzione al punto di saldatura (RθJS) è tipicamente di 30°C/W, fornendo un percorso più diretto per la dissipazione del calore nella scheda a circuito stampato. La temperatura massima ammissibile della giunzione (Tj) è di 125°C. Superare questa temperatura accelererà il degrado dell'emissione luminosa e può portare a un guasto catastrofico.

2.3 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati in condizioni di test standard (IF = 140mA, Ta=25°C). L'intensità luminosa (Iv) varia da un minimo di 7.1 candela (cd) a un massimo di 11.2 cd. La distribuzione spaziale della luce è caratterizzata da un ampio angolo di visione (2θ½) di 120 gradi, il che significa che l'intensità luminosa è la metà del suo valore di picco a ±60 gradi dall'asse centrale. L'emissione luminosa ha un picco a una lunghezza d'onda (λP) di circa 625 nanometri (nm). La lunghezza d'onda dominante (λd), che definisce il colore percepito, è specificata tra 612 nm e 624 nm. La larghezza di banda spettrale (Δλ), che indica la purezza del colore, è tipicamente di 18 nm. La tensione diretta (VF) richiesta per pilotare il LED a 140mA varia da 1.90V a 2.65V. La corrente di dispersione inversa (IR) è tipicamente di 10 μA quando viene applicata una polarizzazione inversa di 12V, sebbene il dispositivo non sia progettato per funzionare in polarizzazione inversa.

3. Spiegazione del Sistema di Classificazione (Bin)

Per garantire la coerenza nell'applicazione, i LED vengono suddivisi in classi di prestazione (bin) in base a parametri chiave dopo la produzione. Il codice bin, stampato sull'etichetta del prodotto, segue il formato: Vf Rank / Iv Rank / Wd Rank (es. F/EA/3).

3.1 Classificazione della Tensione Diretta (Vf)

I LED sono suddivisi in cinque classi di tensione (da C a G) in base alla loro caduta di tensione diretta a 140mA. La classe C copre da 1.90V a 2.05V, Classe D: da 2.05V a 2.20V, Classe E: da 2.20V a 2.35V, Classe F: da 2.35V a 2.50V e Classe G: da 2.50V a 2.65V. Ogni classe ha una tolleranza di ±0.1V. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con requisiti di tensione coerenti per i circuiti di regolazione della corrente.

3.2 Classificazione dell'Intensità Luminosa (Iv)

L'emissione luminosa è suddivisa in due classi di intensità. La classe EA ha un intervallo di intensità da 7.1 cd a 9.0 cd (equivalente a 20.0 a 25.2 lumen), mentre la classe EB varia da 9.0 cd a 11.2 cd (da 25.2 a 31.3 lumen). La tolleranza per ogni classe di intensità è dell'±11%. Questa classificazione garantisce una luminosità uniforme nelle applicazioni che richiedono più LED.

3.3 Classificazione della Lunghezza d'Onda Dominante (Wd)

Il colore (lunghezza d'onda dominante) è suddiviso in tre classi per mantenere la coerenza cromatica. Classe 2: da 612 nm a 616 nm, Classe 3: da 616 nm a 620 nm e Classe 4: da 620 nm a 624 nm. La tolleranza per ogni classe di lunghezza d'onda è di ±1 nm. Questo è fondamentale per le applicazioni in cui è richiesta una precisa corrispondenza dei colori, come nei gruppi di indicatori o nell'illuminazione di fondo.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono una visione più approfondita del comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Una curva caratteristica mostra la relazione tra corrente diretta (IF) e intensità luminosa relativa. L'emissione luminosa aumenta con la corrente ma in modo non lineare. Operare significativamente al di sopra della corrente consigliata (es. 200mA) può produrre rendimenti decrescenti nell'emissione luminosa, aumentando drasticamente la generazione di calore e accelerando il degrado. La curva sottolinea l'importanza di un pilotaggio corretto della corrente, tipicamente tramite una sorgente di corrente costante o una resistenza limitatrice di corrente.

4.2 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta

Questa curva IV illustra la relazione esponenziale del diodo tra tensione e corrente. La tensione di "ginocchio", dove la corrente inizia ad aumentare rapidamente, è caratteristica del sistema di materiale AlInGaP. La curva è essenziale per progettare il circuito di pilotaggio, garantendo un margine di tensione sufficiente dall'alimentatore per ottenere la corrente operativa desiderata nell'intervallo VF specificato e con le variazioni di temperatura.

4.3 Distribuzione Spaziale (Diagramma di Radiazione)

Un diagramma polare raffigura il modello di radiazione spaziale, confermando l'angolo di visione di 120 gradi. Il modello è tipicamente lambertiano o quasi-lambertiano, il che significa che l'intensità è proporzionale al coseno dell'angolo di visione. Questa distribuzione ampia e uniforme è ideale per applicazioni che richiedono illuminazione ad ampia area o visibilità ad ampio angolo, come gli indicatori di stato.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni del Package e Polarità

Il LED rispetta un'impronta SMD standard. Disegni meccanici dettagliati specificano lunghezza, larghezza, altezza, passo dei terminali e tolleranze complessive (tipicamente ±0.2mm). È fondamentale notare che il terminale dell'anodo funge anche da dissipatore di calore primario per il dispositivo. Il disegno della piazzola PCB deve collegarsi a questa piazzola dell'anodo per facilitare un'effettiva dissipazione del calore. Il catodo è tipicamente identificato da un marcatore visivo, come una tacca o una marcatura verde sul package.

5.2 Layout Consigliato delle Piazzole PCB

Un diagramma mostra il disegno ottimale delle piazzole di rame sul circuito stampato per la saldatura a rifusione IR. Questo layout garantisce la formazione affidabile del giunto di saldatura, un corretto trasferimento termico dal dissipatore di calore del LED (anodo) al PCB e minimizza il rischio di "tombstoning" (sollevamento di un'estremità durante la rifusione). La dimensione e la forma della piazzola sono progettate per corrispondere ai terminali per massimizzare la saldabilità e la resistenza meccanica.

6. Guida alla Saldatura, Assemblaggio e Manipolazione

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione IR

Un grafico dettagliato temperatura-tempo specifica il profilo di rifusione consigliato per le paste saldanti senza piombo, secondo J-STD-020. I parametri chiave includono la velocità di rampa della temperatura di preriscaldamento, il tempo e la temperatura di stabilizzazione, il tempo sopra il liquidus (TAL), la temperatura di picco (non superiore a 260°C) e la velocità di raffreddamento. Rispettare questo profilo è essenziale per prevenire shock termici, delaminazioni o difetti dei giunti di saldatura, garantendo al contempo che il dispositivo sensibile all'umidità (MSL Livello 2) sia processato correttamente.

6.2 Stoccaggio e Sensibilità all'Umidità

Il LED è classificato come Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) 2 secondo JEDEC J-STD-020. Nella sua busta barriera all'umidità sigillata con essiccante, ha una durata di conservazione di un anno se stoccato a ≤30°C e ≤70% UR. Una volta aperta la busta, i componenti devono essere utilizzati entro un tempo di vita specifico (tipicamente 168 ore per MSL2 a ≤30°C/60% UR) o essere ricotti (es. 60°C per 48 ore) prima della rifusione per prevenire danni da "popcorning" causati dall'umidità assorbita che evapora durante la saldatura.

6.3 Pulizia

Se è necessaria una pulizia post-saldatura, utilizzare solo solventi specificati. È accettabile immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Prodotti chimici aggressivi o non specificati possono danneggiare la lente epossidica o le marcature del package.

7. Specifiche di Imballaggio e Ordine

7.1 Imballaggio in Nastro e Bobina

Per l'assemblaggio automatico, i LED sono forniti in nastro portacomponenti goffrato, sigillato con nastro coprente. Le dimensioni del nastro, la dimensione delle tasche e la direzione di alimentazione sono specificate secondo gli standard EIA-481. I componenti sono avvolti su bobine standard da 7 pollici (178mm) di diametro. Una bobina completa contiene 1000 pezzi. Le bobine parziali (resti) hanno una quantità d'ordine minima di 500 pezzi. La specifica di imballaggio definisce anche il numero massimo consentito di tasche vuote consecutive (due).

7.2 Dimensioni della Bobina

Disegni meccanici dettagliano il diametro del mozzo della bobina, il diametro della flangia, la larghezza complessiva e le caratteristiche di chiave per garantire la compatibilità con le attrezzature standard di alimentazione SMT.

8. Linee Guida Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Scenari Applicativi di Riferimento

Il dominio applicativo principale è l'elettronica automobilistica, specificamente per funzioni accessorie. Ciò include l'illuminazione interna, l'illuminazione di fondo del cruscotto per indicatori non critici, l'illuminazione della console centrale e altre applicazioni di segnalazione non critiche per la sicurezza all'interno del veicolo. La sua qualificazione AEC-Q101 fornisce garanzia per la temperatura, l'umidità e lo stress operativo tipici degli ambienti automobilistici.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Pilotaggio della Corrente:Utilizzare sempre un driver a corrente costante o una resistenza limitatrice di corrente in serie. Calcolare il valore della resistenza in base alla tensione di alimentazione (Vcc), alla massima tensione diretta del LED (VF max dalla classe) e alla corrente operativa desiderata (IF). Utilizzare la formula: R = (Vcc - VF) / IF. Assicurarsi che la potenza nominale della resistenza sia sufficiente (P = (Vcc - VF) * IF).
• Gestione Termica:L'anodo è la piazzola termica. Progettare il PCB con un'adeguata zona di rame collegata a questa piazzola per fungere da dissipatore di calore. Per funzionamenti ad alta corrente o ad alta temperatura ambiente, i via termici verso gli strati interni o inferiori possono migliorare significativamente la dissipazione del calore e mantenere una temperatura di giunzione più bassa.
• Protezione ESD:Sebbene classificato per 2kV HBM, per una maggiore affidabilità si consiglia di implementare diodi di protezione ESD sulle linee di ingresso sensibili o di utilizzare pratiche di manipolazione conduttive nell'area di assemblaggio.
• Progetto Ottico:L'angolo di visione di 120 gradi fornisce un'ampia copertura. Per luce focalizzata, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie esterne (lenti). La lente trasparente è adatta per applicazioni in cui si desidera il vero colore ambrato del chip.

9. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Rispetto ai LED standard a foro passante, questo componente SMD offre vantaggi significativi: impronta molto più piccola, profilo ridotto per design sottili, maggiore idoneità per l'assemblaggio automatizzato e migliori prestazioni termiche tramite il PCB. All'interno del segmento dei LED SMD ambrati, i suoi principali fattori di differenziazione sono l'esplicita qualificazione AEC-Q101 per uso automobilistico, l'ampio angolo di visione di 120 gradi e il dettagliato sistema di classificazione per la coerenza di colore e intensità. L'uso della tecnologia AlInGaP offre tipicamente un'efficienza più elevata e una migliore stabilità termica rispetto a tecnologie più vecchie come il GaAsP per i colori ambrati.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?

La lunghezza d'onda di picco (λP) è la singola lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale è massima. La lunghezza d'onda dominante (λd) è derivata dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda di una luce monocromatica pura che corrisponderebbe al colore percepito del LED. λd è più rilevante per la specifica del colore nelle applicazioni.

10.2 Posso pilotare questo LED con un'alimentazione da 3.3V senza una resistenza?

No. La tensione diretta arriva fino a 2.65V. Collegarlo direttamente a una sorgente da 3.3V forzerebbe una corrente limitata solo dalla resistenza dinamica del diodo e dalla resistenza interna della sorgente, probabilmente superando la corrente massima assoluta e distruggendo istantaneamente il LED. È sempre necessaria una resistenza limitatrice di corrente o un regolatore.

10.3 Questo LED è adatto per applicazioni critiche per la sicurezza come luci freno o indicatori di direzione?

La scheda tecnica afferma esplicitamente che è destinato ad "applicazioni accessorie" e consiglia di consultare il produttore per applicazioni in cui un guasto potrebbe compromettere la sicurezza. Per funzioni critiche per la sicurezza come la segnalazione esterna, dovrebbero essere selezionati componenti con qualificazioni più rigorose (es. AEC-Q102 per LED discreti) e potenzialmente diversi gradi di affidabilità.

10.4 Come interpreto il codice bin F/EA/3 sull'etichetta?

Questo indica un sottoinsieme specifico di prestazioni: F = Tensione Diretta tra 2.35V e 2.50V. EA = Intensità Luminosa tra 7.1 cd e 9.0 cd. 3 = Lunghezza d'Onda Dominante tra 616 nm e 620 nm. Ciò consente un abbinamento preciso dei LED all'interno di un singolo lotto di produzione o progetto.

11. Esempio Pratico di Progetto e Utilizzo

Scenario:Progettazione di un indicatore di stato per una manopola di controllo dell'infotainment automobilistico. L'indicatore deve essere visibile da un ampio angolo, funzionare dal sistema a 12V del veicolo (regolato localmente a 5V) e mantenere colore e luminosità costanti.

Implementazione:

1. Selezione:Scegliere un LED della classe F/EB/3 per una luminosità più elevata (EB) e un colore arancio-ambrato coerente (Classe 3). La classe di tensione (F) viene annotata per il progetto del driver.
2. Schema Elettrico:Utilizzare un'alimentazione da 5V. Calcolare la resistenza in serie: R = (5V - 2.5V_max) / 0.14A ≈ 17.9Ω. Selezionare una resistenza standard da 18Ω con una potenza nominale di almeno (5V-2.5V)*0.14A = 0.35W; si consiglia una resistenza da 0.5W.
3. Layout PCB:Progettare l'impronta secondo il layout consigliato delle piazzole. Collegare la piazzola dell'anodo a una grande zona di rame sul lato superiore, collegata con più via termici a un piano di massa interno per la dissipazione del calore. Posizionare la resistenza limitatrice di corrente vicino al LED.
4. Assemblaggio:Seguire il profilo di rifusione IR specificato. Assicurarsi che la bobina venga utilizzata entro il suo tempo di vita utile dopo l'apertura della busta barriera all'umidità.
5. Risultato:Un indicatore ambrato affidabile, costantemente luminoso e ad ampio angolo, adatto all'ambiente dell'abitacolo automobilistico.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

Questo LED si basa su materiale semiconduttore in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) cresciuto su un substrato. Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni. Il rapporto specifico di alluminio, indio e gallio nel reticolo cristallino determina l'energia della banda proibita, che corrisponde direttamente alla lunghezza d'onda (colore) della luce emessa - in questo caso, ambrata (~615nm). L'incapsulamento epossidico trasparente protegge il die semiconduttore, funge da lente per modellare l'emissione luminosa e può contenere fosfori o coloranti (sebbene per un LED AlInGaP ambrato puro, sia tipicamente trasparente). I terminali dell'anodo e del catodo forniscono la connessione elettrica e il fissaggio meccanico, con il telaio dell'anodo progettato per condurre efficientemente il calore lontano dalla giunzione attiva.

13. Tendenze e Sviluppi del Settore

La tendenza generale nei LED SMD per applicazioni automobilistiche e industriali è verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), una maggiore densità di potenza, un'affidabilità migliorata in condizioni di temperatura e umidità più severe e una coerenza cromatica migliorata attraverso classificazioni più strette. C'è anche una spinta verso la miniaturizzazione mantenendo o migliorando le prestazioni termiche. L'adozione di materiali e tecniche di packaging avanzati, come i design flip-chip e i substrati ceramici, continua a spingere questi confini. Inoltre, l'integrazione con driver e circuiti di controllo in moduli "LED intelligenti" è una tendenza emergente per sistemi di illuminazione complessi. Il componente qui descritto rappresenta una soluzione matura e affidabile all'interno del più ampio ecosistema dell'optoelettronica a montaggio superficiale, bilanciando prestazioni, costo e producibilità per le sue applicazioni target.