Scheda Tecnica LED Serie 2820-C03501H-AM - Dimensioni 2.8x2.0mm - Tensione 3.25V - Potenza 1.14W - Bianco - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie 2820-C03501H-AM è un LED ad alta luminosità a montaggio superficiale (SMD) progettato principalmente per applicazioni automotive impegnative. È realizzato in un compatto package 2820 (ingombro 2.8mm x 2.0mm) ed emette una luce bianca fredda. Una caratteristica chiave di questa serie è la sua conformità allo standard AEC-Q102 Rev A, che rappresenta la qualifica ai test di stress per semiconduttori optoelettronici discreti in applicazioni automotive. Ciò garantisce l'affidabilità in condizioni ambientali automotive severe. Ulteriori qualifiche includono la resistenza allo zolfo (Classe A1), la conformità a RoHS, REACH e ai requisiti senza alogeni, rendendolo adatto per progetti moderni ed ecologicamente consapevoli.

1.1 Vantaggi Principali

• Affidabilità di Grado Automotive:La qualifica AEC-Q102 garantisce le prestazioni in condizioni estreme di temperatura, umidità e stress meccanico.
• Elevata Emissione Luminosa:Fornisce un flusso luminoso tipico di 110 lumen con una corrente di pilotaggio di 350 mA, offrendo un'ottima luminosità per le sue dimensioni.
• Ampio Angolo di Visione:Un angolo di visione di 120 gradi offre un'illuminazione ampia e uniforme.
• Costruzione Robusta:Caratterizzato da protezione ESD da 8 kV (HBM) e un Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) pari a 2, migliorando la robustezza nella manipolazione e nell'assemblaggio.
• Conformità Ambientale:Soddisfa le direttive RoHS, REACH e senza alogeni, supportando le iniziative di produzione ecologica.

1.2 Mercato di Riferimento

L'applicazione primaria per questa serie di LED èl'illuminazione automotive. Ciò include l'illuminazione interna (luci plafoniera, luci di lettura, illuminazione ambientale), l'illuminazione esterna di segnalazione (luci laterali indicatori di posizione, fanali posteriori combinati dove è richiesta alta luminosità in un package piccolo) e potenzialmente altre funzioni di illuminazione all'interno del veicolo che richiedono una sorgente di luce bianca luminosa e affidabile.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche ed Elettriche

I parametri operativi chiave sono definiti con una corrente diretta tipica (I_F) di 350 mA e una temperatura del pad termico di 25°C.

• Flusso Luminoso (I_V):100 lm (Min), 110 lm (Tip), 130 lm (Max). La tolleranza di misura è ±8%.
• Tensione Diretta (V_F):3.00 V (Min), 3.25 V (Tip), 3.75 V (Max) a 350 mA. La tolleranza di misura è ±0.05V.
• Angolo di Visione (φ):120 gradi (Tipico).
• Coordinate di Cromaticità (CIE):x = 0.3227 (Tip), y = 0.3351 (Tip). La tolleranza per entrambe x e y è ±0.005, posizionandolo nella regione del bianco freddo.
• Corrente Diretta (I_F):Intervallo operativo da 50 mA a 500 mA.

2.2 Caratteristiche Termiche

Una gestione termica efficace è fondamentale per le prestazioni e la longevità del LED.

• Resistenza Termica (R_{th JS}):Sono forniti due valori: una resistenza termica reale (giunzione-punto di saldatura) di 20 K/W (Tip) a 22 K/W (Max), e una resistenza termica elettrica di 16 K/W (Max). La resistenza termica reale è il parametro chiave per calcolare la temperatura di giunzione nella progettazione termica.
• Temperatura di Giunzione (T_J):La temperatura massima ammissibile della giunzione è 150°C.

3. 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.

• Dissipazione di Potenza (P_d):1750 mW
• Corrente Diretta (I_F):500 mA (Continua), 1000 mA (Surge, t<=10 μs, ciclo di lavoro 0.5%)
• Tensione Inversa (V_R):Non progettato per funzionamento inverso.
• Temperatura Operativa & di Stoccaggio:-40°C a +125°C
• Sensibilità ESD (HBM):8 kV
• Temperatura di Saldatura a Rifusione:Picco di 260°C per un massimo di 30 secondi.

4. Spiegazione del Sistema di Binning

I LED sono suddivisi in bin in base a parametri prestazionali chiave per garantire la coerenza nella produzione di massa.

4.1 Bin del Flusso Luminoso

I bin sono definiti dai valori minimi e massimi del flusso luminoso alla condizione di test (I_F=350mA, pad termico a 25°C).

• J1:100 lm a 110 lm
• J2:110 lm a 120 lm
• J3:120 lm a 130 lm

4.2 Bin della Tensione Diretta

I bin sono definiti dall'intervallo di tensione diretta alla corrente di test.

• 3032:3.00 V a 3.25 V
• 3235:3.25 V a 3.50 V
• 3537:3.50 V a 3.75 V

4.3 Bin del Colore (Cromaticità)

La scheda tecnica fornisce un diagramma di cromaticità dettagliato con bin definiti per il bianco freddo (es., 56M, 58M, 61M, 63M). Ogni bin è un'area quadrilatera sul diagramma di cromaticità CIE 1931, definita da quattro serie di coordinate (x, y). Ciò consente la selezione di LED con una coerenza di colore molto stretta, fondamentale per l'illuminazione automotive dove spesso è richiesta una corrispondenza di colore tra più LED.

5. Analisi delle Curve di Prestazione

I grafici forniscono informazioni essenziali sul comportamento del LED in diverse condizioni operative.

5.1 Distribuzione Spettrale

Il grafico della Distribuzione Spettrale Relativa mostra un picco nella regione delle lunghezze d'onda blu (intorno a 450-460nm) con un'ampia emissione gialla convertita dal fosforo, risultando in una luce bianca fredda. L'assenza di un'uscita significativa nelle regioni del rosso profondo o dell'infrarosso è tipica dei LED bianchi a conversione di fosforo.

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

Questo grafico mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. A 350 mA, la tensione diretta si raggruppa intorno al valore tipico di 3.25V. I progettisti utilizzano questa curva per la progettazione del driver e i calcoli della dissipazione di potenza.

5.3 Flusso Luminoso Relativo vs. Corrente Diretta

L'uscita luminosa aumenta in modo sub-lineare con la corrente. Sebbene pilotare a correnti più elevate produca più luce, genera anche più calore, il che può ridurre l'efficienza e la durata. Il grafico aiuta nella selezione di un punto operativo ottimale.

5.4 Dipendenza dalla Temperatura

• Flusso Luminoso Relativo vs. Temperatura di Giunzione:All'aumentare della temperatura di giunzione (T_J), l'emissione luminosa diminuisce. Questo grafico quantifica la diminuzione, aspetto critico per la progettazione termica per mantenere una luminosità costante.
• Tensione Diretta Relativa vs. Temperatura di Giunzione:La tensione diretta ha un coefficiente di temperatura negativo, diminuendo all'aumentare della temperatura. Ciò può essere utilizzato per il monitoraggio indiretto della temperatura in alcune applicazioni.
• Spostamento della Cromaticità vs. Temperatura di Giunzione & Corrente:Questi grafici mostrano come il punto bianco (coordinate CIE x, y) si sposti con i cambiamenti della corrente di pilotaggio e della temperatura di giunzione. Gli spostamenti sono relativamente piccoli ma devono essere considerati in applicazioni critiche per il colore.

5.5 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo è un grafico cruciale per un funzionamento affidabile. Mostra la massima corrente diretta continua ammissibile in funzione della temperatura del pad di saldatura (T_S). All'aumentare di T_S, la corrente massima ammissibile deve essere ridotta per evitare che la temperatura di giunzione superi i 150°C. Ad esempio, alla massima T_S operativa di 125°C, la massima corrente continua è 500 mA.

5.6 Capacità di Gestione degli Impulsi Ammissibili

Questo grafico definisce la capacità di corrente di sovratensione per il funzionamento in impulsi. Mostra la corrente di picco dell'impulso ammissibile (I_F) in funzione della larghezza dell'impulso (t_p) per diversi cicli di lavoro (D). Consente l'uso di correnti superiori al massimo di 500 mA in CC per brevi durate, utile per applicazioni come luci stroboscopiche o lampeggianti.

6. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

6.1 Dimensioni Meccaniche

La scheda tecnica include un disegno dimensionale dettagliato del package SMD 2820. Le dimensioni chiave includono una dimensione del corpo di 2.8mm (lunghezza) x 2.0mm (larghezza). Il disegno specifica la posizione del marchio del catodo, la geometria della lente e le posizioni dei pad. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa indicazione.

6.2 Layout Consigliato del Pad di Saldatura

Un disegno separato fornisce l'impronta consigliata per la progettazione del PCB. Ciò include la dimensione e la spaziatura dei pad elettrici e del pad termico centrale. Rispettare questo layout è essenziale per una corretta saldatura, le prestazioni termiche e la stabilità meccanica. Il pad termico è fondamentale per dissipare il calore dalla giunzione del LED al PCB.

7. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

7.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il LED è classificato per una temperatura di picco massima di rifusione di 260°C per 30 secondi. Dovrebbe essere seguito un tipico profilo di rifusione con fasi di preriscaldamento, stabilizzazione, rifusione e raffreddamento, assicurando che la temperatura non superi il limite specificato. Il Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) è 2, il che significa che il dispositivo deve essere utilizzato entro un anno dall'apertura della confezione di fabbrica e potrebbe richiedere l'essiccazione se esposto a condizioni ambientali oltre la sua durata di vita a scaffale.

7.2 Precauzioni per l'Uso

• Protezione ESD:Sebbene classificato per 8 kV HBM, durante la manipolazione e l'assemblaggio dovrebbero essere osservate le normali precauzioni ESD.
• Pulizia:Utilizzare solventi di pulizia appropriati che non danneggino la lente del LED o il materiale del package.
• Stress Meccanico:Evitare di applicare forza diretta o vibrazioni alla lente del LED.
• Controllo della Corrente:Pilotare sempre il LED con una sorgente di corrente costante, non una sorgente di tensione costante, per garantire un funzionamento stabile e prevenire la fuga termica.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Illuminazione Interna Automotive:Luci della console superiore, luci di lettura mappe, illuminazione vano piedi e strisce di illuminazione ambientale.
• Illuminazione Esterna Automotive:Luci diurne (DRL), luci laterali indicatori di posizione, terzo stop luce alto (CHMSL) e luci targa dove è necessaria alta luminosità in un package piccolo.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Gestione Termica:Questo è l'aspetto più critico. Utilizzare la resistenza termica (R_{th JS}= 20 K/W) e la curva di derating per progettare un adeguato percorso termico. Ciò implica l'uso di un PCB con un'area di rame sufficiente (si consiglia vivamente l'uso di via termici sotto il pad termico) e possibilmente un PCB a nucleo di alluminio (MCPCB) per applicazioni ad alta potenza o ad alta temperatura ambiente.
• Selezione del Driver:Scegliere un driver LED di grado automotive in grado di fornire una corrente stabile di 350 mA (o altra corrente desiderata) dal sistema elettrico del veicolo (tipicamente 12V o 24V). Il driver dovrebbe includere protezioni contro sovratensioni, polarità inversa e transitori di load dump comuni negli ambienti automotive.
• Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 120° è adatto per un'illuminazione diffusa. Per fasci focalizzati, saranno necessarie ottiche secondarie (lenti o riflettori). Le piccole dimensioni della sorgente di questo LED sono vantaggiose per il controllo ottico.
• Coerenza del Colore:Per applicazioni che utilizzano più LED, specificare il bin di colore richiesto (es., 61M) per garantire un colore bianco uniforme su tutto l'assemblaggio.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Qual è il consumo di potenza tipico?

Al punto operativo tipico di 350 mA e 3.25V, la potenza elettrica in ingresso è di circa 1.14 Watt (P = I_F* V_F= 0.35A * 3.25V).

9.2 Come calcolo la temperatura di giunzione?

La temperatura di giunzione (T_J) può essere stimata utilizzando la formula: T_J= T_S+ (P_d* R_{th JS}), dove T_Sè la temperatura misurata del pad di saldatura, P_dè la dissipazione di potenza (in Watt), e R_{th JS}è la resistenza termica reale (20 K/W). Per un funzionamento affidabile, T_Jdeve essere mantenuta al di sotto di 150°C, e valori più bassi sono sempre migliori per la longevità.

9.3 Posso pilotarlo direttamente con una sorgente a 12V?

No.Collegarlo direttamente a una sorgente a 12V distruggerebbe istantaneamente il LED a causa dell'eccessiva corrente. È obbligatorio un driver LED a corrente costante o un circuito limitatore di corrente.

9.4 Cosa significa la qualifica AEC-Q102 per il mio progetto?

Significa che il componente LED ha superato una rigorosa serie di test di stress che simulano le condizioni ambientali automotive (cicli di temperatura estesi, alta umidità con polarizzazione, stoccaggio ad alta temperatura, ecc.). L'uso di componenti qualificati AEC-Q102 semplifica il processo di qualifica a livello di sistema e aumenta significativamente la fiducia nell'affidabilità a lungo termine del modulo di illuminazione.

10. Studio di Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Progettazione di una luce plafoniera interna per un'autovettura. Il requisito è un'illuminazione bianca uniforme e luminosa.

Passaggi di Progettazione:

1. Selezione del LED:La serie 2820-C03501H-AM è scelta per la sua luminosità, grado automotive e dimensioni compatte.
2. Quantità & Disposizione:In base al livello di luce richiesto (lumen), calcolare il numero di LED necessari. Ad esempio, per 500 lumen potrebbero servire 5 LED del bin J2 (110-120 lm ciascuno). Verrebbero disposti linearmente o in un cluster sul PCB.
3. Progettazione Termica:Il PCB è progettato con uno strato di rame da 2 once. Viene utilizzato un pattern termico dedicato corrispondente alla raccomandazione della scheda tecnica, con un array di via termici che lo collegano a un'ampia zona di rame sul lato inferiore per fungere da dissipatore. Viene verificata la curva di derating: se l'ambiente dell'abitacolo può raggiungere 85°C, la temperatura del pad di saldatura (T_S) potrebbe essere stimata a 95°C. La curva di derating mostra che la corrente ammissibile è ancora superiore a 350 mA, quindi il progetto è termicamente valido.
4. Progettazione Elettrica:Viene selezionato un IC driver LED buck qualificato automotive per convertire la tensione della batteria del veicolo di 12V in un'uscita costante di 350 mA per la stringa in serie di 5 LED. La tensione diretta totale della stringa è di circa 16.25V (5 * 3.25V), che rientra nell'intervallo operativo di un tipico convertitore buck da ingresso 12V.
5. Progettazione Ottica:Una lente diffusore o un coperchio viene posizionato sopra l'array di LED per fondere le singole sorgenti in una luce d'area uniforme, sfruttando l'angolo di visione di 120° di ciascun LED.

11. Principio di Funzionamento

Questo LED è un LED bianco a conversione di fosforo. Il nucleo è un chip semiconduttore, tipicamente realizzato in nitruro di gallio e indio (InGaN), che emette luce blu quando polarizzato direttamente (la corrente elettrica lo attraversa). Questa luce blu viene parzialmente assorbita da uno strato di materiale fosforo (es., granato di alluminio e ittrio drogato con cerio, YAG:Ce) depositato sul chip o intorno ad esso. Il fosforo assorbe alcuni dei fotoni blu e riemette luce su un ampio spettro nella regione gialla. La combinazione della luce blu residua e della luce gialla convertita è percepita dall'occhio umano come luce bianca. La tonalità esatta (bianco freddo, come in questa scheda tecnica, o bianco caldo) è determinata dalla composizione e dallo spessore dello strato di fosforo.

12. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo dei LED per l'illuminazione automotive segue diverse tendenze chiare:

• Aumento dell'Efficienza Luminosa (lm/W):Miglioramenti continui nella progettazione del chip, nell'efficienza del fosforo e nella gestione termica del package portano a una maggiore emissione luminosa per watt di ingresso elettrico, riducendo il consumo energetico e il carico termico.
• Maggiore Densità di Potenza & Miniaturizzazione:Prodotti come il package 2820 che fornisce oltre 100 lumen rappresentano la tendenza a concentrare più prestazioni in ingombri più piccoli, consentendo design di illuminazione più eleganti e compatti.
• Affidabilità e Robustezza Migliorate:Standard come AEC-Q102 stanno diventando requisiti di base. Ulteriori sviluppi si concentrano sul miglioramento della resistenza a stressor automotive specifici come atmosfere contenenti zolfo (affrontato dalla Classe A1 del Test Zolfo in questa scheda tecnica) e corrosione galvanica.
• Illuminazione Intelligente e Adattiva:Sebbene questo sia un LED componente di base, il settore si sta muovendo verso moduli integrati con driver integrati, controller e interfacce di comunicazione (come LIN o CAN) per sistemi di illuminazione anteriore adattiva (AFS) e illuminazione interna dinamica.
• Regolazione del Colore e Qualità:C'è un focus sul raggiungimento di valori più alti dell'Indice di Resa Cromatica (CRI) e un controllo più preciso del punto colore (bin più stretti) per una migliore qualità estetica e sicurezza negli ambienti automotive.