SMD LED 0201 Blu - Scheda Tecnica - Dimensioni 0.6x0.3x0.25mm - Tensione 2.8-3.8V - Potenza 80mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un LED (Diodo Emettitore di Luce) SMD (Dispositivo a Montaggio Superficiale) di dimensioni miniatura nel formato 0201. Questo componente è progettato per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB) ed è ideale per applicazioni con vincoli di spazio. Il LED emette luce blu utilizzando un materiale semiconduttore InGaN (Nitruro di Indio e Gallio), con una lente trasparente per una resa luminosa ottimale.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questo LED includono l'ingombro estremamente compatto, la compatibilità con le attrezzature di posizionamento automatizzato ad alto volume e l'idoneità per i processi di saldatura a rifusione IR (infrarossi) senza piombo. È progettato per essere conforme alla direttiva RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose). Le sue applicazioni target spaziano in un'ampia gamma di elettronica di consumo e industriale, inclusi, ma non limitati a: indicatori di stato, retroilluminazione per pannelli frontali e tastiere, segnalatori luminosi in apparecchiature di telecomunicazione, dispositivi per l'automazione d'ufficio, elettrodomestici e segnaletica interna. Le dimensioni in miniatura lo rendono particolarmente prezioso in dispositivi portatili come smartphone, tablet e tecnologia indossabile.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce una suddivisione dettagliata dei limiti operativi e delle caratteristiche prestazionali del LED in condizioni di test standard.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. La massima corrente continua in diretta (IF) è di 20 mA. È ammessa una corrente di picco in diretta più elevata di 100 mA, ma solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1 ms. La massima dissipazione di potenza è di 80 mW. Il dispositivo è classificato per funzionare entro un intervallo di temperatura da -40°C a +85°C e può essere conservato in ambienti da -40°C a +100°C.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le Caratteristiche Elettro-Ottiche sono misurate a Ta=25°C con una corrente in diretta (IF) di 20 mA, salvo diversa indicazione. L'intensità luminosa (Iv) ha un intervallo tipico da 90.0 mcd a 224.0 mcd, misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta fotopica dell'occhio CIE. L'angolo di visione (2θ1/2), definito come l'angolo totale in cui l'intensità scende alla metà del valore assiale, è tipicamente di 110 gradi, indicando un pattern di emissione ampio. La lunghezza d'onda di picco di emissione (λp) è centrata a 468 nm. La lunghezza d'onda dominante (λd), che definisce il colore percepito, varia da 465 nm a 475 nm. La larghezza di banda spettrale (Δλ) è di circa 25 nm. La tensione in diretta (VF) richiesta per far passare 20 mA attraverso il LED tipicamente è compresa tra 2.8 V e 3.8 V. La corrente inversa (IR) è specificata con un massimo di 10 μA a una tensione inversa (VR) di 5V; è fondamentale notare che il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

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

3.1 Binning della Tensione in Diretta (VF)

I LED sono categorizzati in cinque bin di tensione (da D7 a D11). Ogni bin rappresenta un intervallo di 0.2 V, partendo da 2.8-3.0 V (D7) fino a 3.6-3.8 V (D11). La tolleranza all'interno di ciascun bin è di ±0.10 V. Questo binning aiuta nella progettazione di circuiti driver di corrente stabili, specialmente quando più LED sono collegati in serie.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (IV)

L'output luminoso è suddiviso in quattro bin di intensità: Q2 (90.0-112.0 mcd), R1 (112.0-140.0 mcd), R2 (140.0-180.0 mcd) e S1 (180.0-224.0 mcd). La tolleranza per ciascun bin di intensità è di ±11%. Ciò consente la selezione in base alle esigenze di luminosità dell'applicazione, garantendo coerenza visiva in array multi-LED.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (WD)

Il colore (lunghezza d'onda dominante) è controllato attraverso due bin: AC (465.0-470.0 nm) e AD (470.0-475.0 nm). La tolleranza per ciascun bin di lunghezza d'onda è di ±1 nm. Questo controllo stretto è essenziale per applicazioni in cui sono richiesti punti colore specifici o miscelazione di colori.

4. Analisi delle Curve Prestazionali

Sebbene specifiche curve grafiche siano referenziate nella scheda tecnica (ad es., Figura 1 per la distribuzione spettrale, Figura 5 per l'angolo di visione), le loro implicazioni tipiche sono analizzate qui. La caratteristica corrente in diretta vs. tensione in diretta (I-V) mostrerà la relazione esponenziale tipica di un diodo. L'intensità luminosa è generalmente proporzionale alla corrente in diretta entro l'intervallo operativo specificato. La lunghezza d'onda di picco di emissione può mostrare un leggero spostamento negativo con l'aumento della temperatura di giunzione, il che significa che la luce blu può diventare leggermente più corta in lunghezza d'onda man mano che il dispositivo si riscalda. L'ampia curva dell'angolo di visione di 110 gradi indica un pattern di emissione quasi-Lambertiano, fornendo una buona visibilità fuori asse.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è conforme al profilo del package standard EIA 0201. Le dimensioni chiave includono una lunghezza tipica del corpo di 0.6 mm, una larghezza di 0.3 mm e un'altezza di 0.25 mm. Tutte le tolleranze dimensionali sono di ±0.2 mm salvo diversa specificazione. Il package presenta due terminali anodo/catodo per il montaggio superficiale.

5.2 Piazzola PCB Raccomandata

Viene fornito un disegno del land pattern per una saldatura affidabile. Il layout delle piazzole raccomandato è ottimizzato per processi di rifusione a infrarossi o a fase di vapore, garantendo la corretta formazione del filetto di saldatura e la stabilità meccanica. L'aderenza a questo pattern è cruciale per prevenire l'effetto "tombstoning" (il componente si solleva su un'estremità) durante la rifusione, specialmente per un componente così piccolo.

5.3 Identificazione della Polarità

La polarità deve essere osservata durante l'assemblaggio. Si deve consultare la scheda tecnica per la marcatura specifica o la struttura interna del die che identifica il catodo. Una connessione di polarità errata impedirà l'accensione del LED e l'applicazione di una tensione inversa oltre il valore massimo può danneggiare il dispositivo.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione IR

Viene fornito un profilo di rifusione suggerito conforme a J-STD-020B per processi senza piombo (Pb-free). I parametri chiave includono una zona di preriscaldamento (tipicamente 150-200°C per un massimo di 120 secondi), una rampa controllata fino a una temperatura di picco non superiore a 260°C e un tempo sopra il liquidus (TAL) appropriato per la pasta saldante utilizzata. Il tempo totale alla temperatura di picco dovrebbe essere limitato a un massimo di 10 secondi. Si sottolinea che il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dalla pasta saldante e dal forno, quindi è raccomandata una caratterizzazione a livello di scheda.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è necessario prestare estrema attenzione. La temperatura della punta del saldatore non deve superare i 300°C e il tempo di contatto con il terminale del LED deve essere limitato a un massimo di 3 secondi per un singolo evento di saldatura. Un calore eccessivo può danneggiare il die semiconduttore o il package in plastica.

6.3 Condizioni di Conservazione e Manipolazione

I LED sono sensibili all'umidità. Quando conservati nella loro confezione originale sigillata a tenuta di umidità con essiccante, dovrebbero essere mantenuti a ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR) e utilizzati entro un anno. Una volta aperta la busta, la "vita a banco" è di 168 ore (7 giorni) in condizioni di ≤30°C e ≤60% UR. I componenti esposti oltre questo tempo richiedono una procedura di baking (circa 60°C per almeno 48 ore) per rimuovere l'umidità assorbita prima della rifusione, per prevenire l'effetto "popcorning" o la rottura del package durante la saldatura.

6.4 Pulizia

Se è richiesta la pulizia dopo la saldatura, dovrebbero essere utilizzati solo solventi specificati. È accettabile immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. L'uso di sostanze chimiche non specificate o aggressive può danneggiare il materiale del package, la lente o i legami interni.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti confezionati per l'assemblaggio automatizzato. Sono montati su nastro portacomponenti goffrato da 12 mm di larghezza. Questo nastro è avvolto su una bobina standard da 7 pollici (178 mm) di diametro. Ogni bobina piena contiene 4000 pezzi. Per quantità inferiori a una bobina piena, è disponibile una confezione minima di 500 pezzi. Il confezionamento è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481.

7.2 Interpretazione del Codice Articolo

Il codice articolo tipicamente codifica attributi chiave. Sebbene la convenzione di denominazione completa possa essere proprietaria, generalmente include la dimensione del package (0201), il colore (Blu, indicato da "B") e potenzialmente i codici dei bin di prestazione. Il prodotto esatto è identificato dal codice articolo completo come elencato nell'intestazione della scheda tecnica.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il LED deve essere pilotato con una sorgente di corrente costante, non una tensione costante, per un funzionamento stabile e affidabile. Un semplice resistore in serie è il metodo di limitazione della corrente più comune. Il valore del resistore (R) si calcola come R = (Vsupply - VF) / IF, dove VF è la tensione in diretta dalla scheda tecnica (utilizzando il valore massimo per un progetto conservativo) e IF è la corrente in diretta desiderata (es. 20 mA). Ad esempio, con un'alimentazione di 5V e una VF di 3.8V, R = (5 - 3.8) / 0.02 = 60 Ω. Un resistore di valore standard da 62 Ω o 68 Ω sarebbe adatto. Per applicazioni di precisione o alimentate a batteria, sono raccomandati driver IC dedicati per LED.

8.2 Considerazioni e Note di Progettazione

Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa (80 mW max), garantire un'adeguata area di rame sul PCB attorno alle piazzole aiuta a dissipare il calore, mantenendo l'efficienza e la longevità del LED, specialmente in ambienti ad alta temperatura.
Protezione ESD:Come tutti i dispositivi semiconduttori, i LED sono sensibili alle Scariche Elettrostatiche (ESD). Dovrebbero essere seguite le corrette procedure di manipolazione ESD durante l'assemblaggio.
Progettazione Ottica:La lente trasparente fornisce una sorgente puntiforme luminosa. Per un output luminoso diffuso o sagomato, guide della luce, diffusori o lenti esterne possono essere incorporati nell'involucro del prodotto.
Derating della Corrente:Far funzionare il LED a correnti inferiori al valore massimo nominale (es. 15 mA invece di 20 mA) può migliorare significativamente la sua durata operativa e ridurre lo stress termico.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il package 0201 rappresenta uno dei footprint SMD LED più piccoli disponibili commercialmente, offrendo un significativo vantaggio dimensionale rispetto ai package 0402 o 0603 per design ultra-miniaturizzati. L'uso della tecnologia InGaN fornisce un'emissione di luce blu ad alta efficienza. La combinazione di un ampio angolo di visione di 110 gradi e una lente trasparente lo differenzia dalle varianti ad angolo più stretto o con lente diffusa, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono ampia visibilità. La sua compatibilità con i profili di rifusione senza piombo standard lo allinea con i moderni processi produttivi conformi RoHS.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED con un'alimentazione da 3.3V?
R: Sì, ma è necessario un progetto attento. Poiché la tensione in diretta (2.8-3.8V) è vicina alla tensione di alimentazione, il valore del resistore limitatore di corrente sarà molto piccolo, rendendo la corrente altamente sensibile alle variazioni di VF e Vsupply. Per un funzionamento stabile da un'alimentazione da 3.3V, è raccomandato un driver a corrente costante dedicato a bassa caduta (low-dropout).
D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?
R: La lunghezza d'onda di picco (λp) è la lunghezza d'onda nel punto più alto della curva di output spettrale del LED. La lunghezza d'onda dominante (λd) è un valore calcolato che rappresenta la singola lunghezza d'onda di una luce monocromatica pura che apparirebbe dello stesso colore all'occhio umano. λd è più rilevante per la percezione e l'abbinamento del colore.
D: Perché c'è una specifica della corrente inversa se il dispositivo non è per il funzionamento inverso?
R: La corrente inversa (IR) è una specifica di dispersione testata sotto una polarizzazione inversa controllata di 5V. È un test di qualità e parametro, non una condizione operativa. Applicare tensione inversa in circuito può danneggiare il dispositivo.
D: Come interpreto i codici bin quando ordino?
R: Puoi specificare i codici bin desiderati per VF, IV e WD (es. D9, R2, AC) per assicurarti di ricevere LED con caratteristiche strettamente raggruppate per la tua applicazione, anche se ciò potrebbe influenzare la disponibilità e il costo.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Indicatore di Stato su PCB di Dispositivo Indossabile
Un progettista sta creando un fitness tracker compatto. Lo spazio sulla scheda è estremamente limitato. È necessario un singolo LED blu per indicare lo stato di accoppiamento Bluetooth e la batteria scarica. Il LED 0201 è selezionato per il suo footprint minimo. Il progettista sceglie un bin di intensità R1 (112-140 mcd) per una visibilità adeguata. Il LED è pilotato da un pin GPIO del microcontrollore di sistema attraverso un resistore in serie da 100Ω (calcolato per una batteria da 3.0V e una VF tipica). Il layout del PCB segue la geometria delle piazzole raccomandata. Durante l'assemblaggio, il produttore utilizza il profilo di rifusione senza piombo fornito. I componenti sensibili all'umidità vengono sottoposti a baking prima dell'uso poiché i PCB sono stati conservati per oltre una settimana dopo l'apertura della bobina. Il prodotto finale ha un indicatore di stato affidabile e luminoso che consuma spazio e potenza minimi.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un LED è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione in diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni (luce). Il colore (lunghezza d'onda) della luce emessa è determinato dal bandgap del materiale semiconduttore. Questo specifico LED utilizza un semiconduttore composto InGaN (Nitruro di Indio e Gallio), che ha un bandgap corrispondente all'emissione di luce blu. La lente epossidica trasparente incapsula il die semiconduttore, fornisce protezione meccanica e modella il pattern di output luminoso.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza nei LED per indicatori e retroilluminazione continua verso un'ulteriore miniaturizzazione, un'efficienza aumentata (più output luminoso per unità di potenza elettrica, misurato in lumen per watt) e un'affidabilità più elevata. I design dei package si stanno evolvendo per migliorare le prestazioni termiche, consentendo correnti di pilotaggio più elevate in package piccoli. C'è anche uno sviluppo continuo nella stabilità della lunghezza d'onda in funzione della temperatura e della durata di vita. L'adozione di materiali semiconduttori avanzati e tecniche di crescita epitassiale consente un controllo più stretto sui punti colore e una luminosità più elevata da chip di dimensioni sempre più piccole. L'integrazione, come l'incorporazione di resistori limitatori di corrente o diodi di protezione all'interno del package LED stesso, è un'altra tendenza per semplificare il design del circuito e risparmiare spazio sulla scheda.