Scheda Tecnica LED SMD 0201 Blu - Dimensioni 0.6x0.3x0.25mm - Tensione 2.4-3.3V - Potenza 99mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un Diodo Emettitore di Luce (LED) a Montaggio Superficiale (SMD) miniaturizzato in formato 0201. Il dispositivo è progettato per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB) ed è ideale per applicazioni con vincoli di spazio. Utilizza un materiale semiconduttore InGaN (Nitruro di Indio e Gallio) per produrre luce blu con una lente trasparente, offrendo un ampio angolo di visione adatto a vari scopi di indicazione e retroilluminazione.

1.1 Caratteristiche

• Conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).
• Confezionato su nastro da 12mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place.
• Impronta del package standardizzata EIA (Electronic Industries Alliance).
• Ingresso compatibile con i livelli logici standard dei circuiti integrati (IC).
• Progettato per la compatibilità con le attrezzature automatizzate di posizionamento a montaggio superficiale.
• Adatto per l'uso nei processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR).
• Precondizionato per accelerare al Livello di Sensibilità all'Umidità 3 secondo JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council).

1.2 Applicazioni

Questo LED è destinato a un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche dove è richiesta un'indicazione di stato affidabile e compatta. Le aree applicative tipiche includono:

• Dispositivi di telecomunicazione (es. telefoni cordless, telefoni cellulari).
• Apparecchiature per l'automazione d'ufficio (es. computer portatili, sistemi di rete).
• Elettrodomestici ed elettronica di consumo.
• Apparecchiature di controllo e monitoraggio industriale.
• Indicatori di stato e di alimentazione.
• Illuminazione di segnale e simbolica.
• Retroilluminazione di pannelli frontali e tastiere.

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I seguenti parametri definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Dissipazione di Potenza (Pd):99 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il package LED può dissipare come calore senza superare la sua massima temperatura di giunzione.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms) per prevenire il surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua (I_F):30 mA. Questa è la massima corrente diretta continua raccomandata per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento (T_opr):-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è progettato per funzionare correttamente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per conservare il dispositivo quando non alimentato.

2.2 Caratteristiche Elettriche / Ottiche

Questi parametri sono misurati a una temperatura ambiente standard (T_a) di 25°C e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Intensità Luminosa (I_V):400 - 1040 mcd (millicandela) a I_F= 20mA. Questa misura la luminosità percepita del LED dall'occhio umano, filtrata per corrispondere alla curva di risposta fotopica CIE. L'ampio intervallo indica che viene utilizzato un sistema di binning.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):110 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa è la metà del suo valore assiale di picco. Un angolo di 110° fornisce un pattern di emissione molto ampio.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):466 nm (tipico). La lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):466 - 476 nm a I_F= 20mA. Questa è la singola lunghezza d'onda che meglio rappresenta il colore percepito della luce, derivata dal diagramma di cromaticità CIE.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):35 nm (tipico). La larghezza di banda spettrale misurata a metà dell'intensità massima (Full Width at Half Maximum - FWHM). Un valore di 35nm è caratteristico dei LED blu InGaN.
• Tensione Diretta (V_F):2.4 - 3.3 V a I_F= 20mA. La caduta di tensione ai capi del LED quando opera alla corrente specificata. L'intervallo indica diversi bin di tensione.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (max) a V_R= 5V. La piccola corrente di dispersione quando viene applicata una polarizzazione inversa. Il dispositivo non è progettato per il funzionamento inverso; questo parametro è principalmente per la validazione del test IR.

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 soddisfano requisiti specifici per colore, luminosità e tensione diretta.

3.1 Classificazione della Tensione Diretta (V_F)

Classificato a una corrente di test di 20mA. La tolleranza per ogni bin è di ±0.1V.

• Bin F4:2.4V (Min) a 2.7V (Max)
• Bin F5:2.7V (Min) a 3.0V (Max)
• Bin F6:3.0V (Min) a 3.3V (Max)

3.2 Classificazione dell'Intensità Luminosa (I_V)

Classificato a una corrente di test di 20mA. La tolleranza su ogni bin di intensità è di ±11%.

• Bin T2:400.0 mcd (Min) a 540.0 mcd (Max)
• Bin U1:540.0 mcd (Min) a 750.0 mcd (Max)
• Bin U2:750.0 mcd (Min) a 1040.0 mcd (Max)

3.3 Classificazione della Tinta (Lunghezza d'Onda Dominante)

Classificato a una corrente di test di 20mA. La tolleranza per ogni bin è di ±1nm.

• Bin AC:466.0 nm (Min) a 471.0 nm (Max)
• Bin AD:471.0 nm (Min) a 476.0 nm (Max)

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve di prestazione tipiche essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Sebbene grafici specifici non siano riprodotti nel testo, le loro implicazioni sono analizzate di seguito.

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

La caratteristica I-V è non lineare, tipica di un diodo. La tensione diretta (V_F) ha un coefficiente di temperatura positivo, il che significa che diminuisce leggermente all'aumentare della temperatura di giunzione per una data corrente. I progettisti devono tenerne conto quando progettano circuiti limitatori di corrente per garantire un funzionamento stabile nell'intervallo di temperatura.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'intensità luminosa è generalmente proporzionale alla corrente diretta entro l'area di funzionamento sicuro. Tuttavia, l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento della generazione di calore (effetto droop). Operare a o al di sotto dei 20mA raccomandati garantisce efficienza e longevità ottimali.

4.3 Distribuzione Spettrale

La curva di emissione spettrale è centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco di 466nm con una FWHM di circa 35nm. Questo definisce la purezza del colore blu. La lunghezza d'onda dominante, utilizzata per il binning, è calcolata da questo spettro ponderato dalla sensibilità dell'occhio umano.

4.4 Caratteristiche di Temperatura

Le prestazioni del LED dipendono dalla temperatura. L'intensità luminosa tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Gli intervalli di temperatura di funzionamento e conservazione (-40°C a +85°C e -100°C rispettivamente) garantiscono che l'integrità del materiale semiconduttore e del package sia mantenuta.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è conforme allo standard di package 0201. Le dimensioni chiave (in millimetri) includono una lunghezza del corpo di circa 0.6mm, una larghezza di 0.3mm e un'altezza di 0.25mm. Tutte le tolleranze dimensionali sono di ±0.2mm salvo diversa specificazione. I terminali anodo e catodo sono chiaramente designati per il corretto orientamento sul PCB.

5.2 Piazzola di Montaggio PCB Raccomandata

Viene fornito un land pattern (impronta) per la saldatura a rifusione a infrarossi o a fase di vapore. Rispettare questo layout di piazzola raccomandato è cruciale per ottenere giunzioni saldate affidabili, un corretto auto-allineamento durante la rifusione e un'effettiva dissipazione del calore dal die del LED.

5.3 Confezionamento su Nastro e Bobina

I LED sono forniti su nastro portatore goffrato con una larghezza di 12mm. Il nastro è avvolto su bobine con un diametro di 7 pollici (178mm). Le quantità standard per bobina sono di 4000 pezzi, con una quantità minima di imballaggio di 500 pezzi per lotti residui. Il confezionamento segue le specifiche ANSI/EIA-481 per garantire la compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatizzate.

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. I parametri chiave includono:

• Preriscaldamento:150-200°C massimo.
• Tempo di Preriscaldamento:120 secondi massimo.
• Temperatura di Picco:260°C massimo.
• Tempo Sopra il Liquido:10 secondi massimo (raccomandato per un massimo di due cicli di rifusione).

È fondamentale notare che il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dalla pasta saldante e dal forno. Il profilo fornito serve come obiettivo generico basato sugli standard JEDEC.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è necessario prestare estrema attenzione a causa delle dimensioni miniaturizzate. Le raccomandazioni includono:

• Temperatura del Saldatore:300°C massimo.
• Tempo di Saldatura:3 secondi massimo per giunto.
• Applicare calore alla piazzola del PCB, non direttamente al corpo del LED.

6.3 Pulizia

Se è richiesta la pulizia post-saldatura, dovrebbero essere utilizzati solo solventi specificati. Immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto è accettabile. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare la lente epossidica o il package.

6.4 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono sensibili all'umidità (MSL 3).

• Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR). Utilizzare entro un anno dalla data di confezionamento.
• Confezione Aperta:Conservare a ≤30°C e ≤60% UR. Si raccomanda di completare la rifusione IR entro 168 ore (7 giorni) dall'apertura.
• Conservazione Prolungata (Aperta):Conservare in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto.
• Esposizione >168 ore:I LED devono essere sottoposti a baking a circa 60°C per almeno 48 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il \"popcorning\" durante la rifusione.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Questo LED richiede un meccanismo di limitazione della corrente quando è pilotato da una sorgente di tensione superiore alla sua tensione diretta. Il metodo più semplice è una resistenza in serie. Il valore della resistenza (R_s) può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R_s= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V, una V_Fdi 3.0V (tipico) e una I_Fdesiderata di 20mA, R_s= (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 Ω. La potenza nominale della resistenza dovrebbe essere almeno I_F²* R_s.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Pilotaggio della Corrente:Pilotare sempre il LED con una corrente costante o una sorgente di tensione con una resistenza in serie. Il collegamento diretto a una sorgente di tensione che supera V_Fcauserà una corrente eccessiva e un rapido guasto.
• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, garantire un'adeguata area di rame sul PCB attorno alle piazzole aiuta a dissipare il calore, specialmente in ambienti ad alta temperatura o quando pilotati a correnti più elevate.
• Protezione ESD:Sebbene non dichiarato esplicitamente come sensibile, è buona pratica maneggiare tutti i dispositivi semiconduttori con le opportune precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica).
• Progettazione Ottica:L'ampio angolo di visione di 110° lo rende adatto per applicazioni che richiedono un'ampia visibilità. Per luce focalizzata, potrebbero essere necessarie lenti esterne o guide luminose.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

I principali fattori di differenziazione per questo LED sono la sua impronta estremamente compatta 0201 e il suo specifico punto di colore blu (lunghezza d'onda dominante 466-476nm). Rispetto a package più grandi (es. 0603, 0805), il 0201 offre significativi risparmi di spazio sul PCB, consentendo design a maggiore densità. La tecnologia InGaN fornisce un'emissione blu efficiente. La combinazione di un ampio angolo di visione e una lente trasparente risulta in una sorgente luminosa luminosa e diffusa, ideale per indicatori di stato dove l'angolo di visione non è limitato. Il dettagliato sistema di binning consente una selezione precisa nelle applicazioni che richiedono una corrispondenza stretta di colore o luminosità tra più LED.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?

La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P) è la lunghezza d'onda fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) è un valore calcolato che rappresenta la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che apparirebbe avere lo stesso colore dell'output del LED per l'occhio umano. λ_dè quindi più rilevante per la specifica del colore e il binning.

9.2 Posso pilotare questo LED con 30mA in modo continuo?

Sebbene il Valore Massimo Assoluto per la Corrente Diretta Continua sia 30mA, la condizione di test tipica e il punto operativo raccomandato per le specifiche ottiche pubblicate è 20mA. Operare a 30mA può produrre una maggiore emissione luminosa ma genererà più calore, potenzialmente riducendo la durata e spostando il colore. Per un funzionamento affidabile a lungo termine, è consigliabile progettare il circuito per 20mA o meno.

9.3 Perché c'è una specifica della corrente inversa se il dispositivo non è per il funzionamento inverso?

La specifica della Corrente Inversa (I_R) è un parametro di controllo qualità misurato durante i test di produzione (test IR). Garantisce l'integrità della giunzione semiconduttrice. Nell'applicazione, una tensione inversa non dovrebbe mai essere applicata intenzionalmente, poiché non è progettato per bloccare una tensione inversa significativa e potrebbe essere danneggiato.

9.4 Come interpreto i codici bin quando ordino?

Per assicurarti di ricevere LED con prestazioni coerenti, dovresti specificare i codici bin per la Tensione Diretta (F4/F5/F6), l'Intensità Luminosa (T2/U1/U2) e la Lunghezza d'Onda Dominante (AC/AD) in base ai tuoi requisiti di progetto. Ad esempio, un ordine potrebbe specificare componenti dal bin F5, U1, AC per tensione media, luminosità medio-alta e una tonalità più blu.

10. Caso d'Uso Pratico

Scenario: Progettazione di un indicatore di stato per un dispositivo indossabile compatto.Il dispositivo ha un piccolo PCB con spazio limitato. È richiesto un indicatore blu di accensione. Il LED 0201 è selezionato per la sua impronta minima. Il progetto utilizza un pin GPIO di un microcontrollore a 3.3V per controllare il LED. Una resistenza in serie è calcolata utilizzando la V_Fmassima dal bin di tensione scelto (es. Bin F6 max di 3.3V) per garantire una corrente sufficiente anche con la V_Fnel caso peggiore: R_s= (3.3V - 3.3V) / 0.020A = 0 Ω. Questo non è fattibile. Pertanto, deve essere selezionato un bin V_Finferiore (F4 o F5), o aumentata la tensione di alimentazione. Scegliendo il Bin F5 (V_Fmax =3.0V) e aggiungendo un piccolo convertitore boost per fornire 3.6V permette R_s= (3.6V - 3.0V) / 0.020A = 30 Ω. Il layout del PCB fornisce modeste aree di rame sulle piazzole del LED per lo smaltimento termico. Il LED è posizionato sulla scheda utilizzando il pick-and-place automatizzato dal nastro bobina da 12mm.

11. Introduzione al Principio

Questo LED è un dispositivo fotonico a semiconduttore. Si basa su una struttura a eterogiunzione di Nitruro di Indio e Gallio (InGaN). Quando viene applicata una tensione di polarizzazione diretta, elettroni e lacune vengono iniettati rispettivamente nella regione attiva dagli strati semiconduttori di tipo n e p. Questi portatori di carica si ricombinano in modo radiativo, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La specifica composizione della lega InGaN determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa - in questo caso, blu. La lente epossidica trasparente incapsula il die semiconduttore, fornisce protezione meccanica e modella il pattern di emissione luminosa per ottenere l'angolo di visione specificato di 110 gradi.

12. Tendenze di Sviluppo

La tendenza nei LED SMD per applicazioni di indicazione continua verso la miniaturizzazione, l'aumento dell'efficienza e l'affidabilità. Le dimensioni dei package sono progredite da 0603 a 0402, e ora a 0201 e anche equivalenti metrici più piccoli come 01005. I miglioramenti di efficienza (più lumen per watt) consentono una luminosità adeguata a correnti di pilotaggio inferiori, riducendo il consumo energetico e il carico termico. I progressi nei materiali di incapsulamento e nelle tecnologie di attacco del die migliorano l'affidabilità a lungo termine e la resistenza ai cicli termici. Inoltre, c'è una crescente enfasi su tolleranze di binning più strette e capacità di miscelazione del colore più sofisticate per applicazioni che richiedono una resa cromatica precisa o luce bianca regolabile, sebbene questo particolare dispositivo sia un emettitore blu monocromatico.