Scheda Tecnica LED SMD 0603 Blu - Dimensioni 1.6x0.8x0.8mm - Tensione 2.8-3.8V - Potenza 80mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un Diodo Emettitore di Luce (LED) a montaggio superficiale (SMD) in un package standard di dimensioni 0603. Il dispositivo emette luce blu utilizzando un materiale semiconduttore a Nitruro di Gallio e Indio (InGaN). È progettato per processi di assemblaggio automatizzati ed è compatibile con la saldatura a rifusione a infrarossi, rendendolo adatto per la produzione elettronica ad alto volume.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il LED offre diverse caratteristiche chiave che ne migliorano l'usabilità e l'affidabilità nei moderni progetti elettronici. È conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), classificandolo come prodotto ecologico. Il componente è fornito su nastro da 8 mm standard del settore, avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, facilitando la movimentazione efficiente da parte delle attrezzature automatiche pick-and-place. Il suo design è compatibile con i circuiti integrati (I.C.), consentendo una facile integrazione in circuiti digitali e analogici.

1.2 Applicazioni Target

Questo LED è destinato all'uso in apparecchiature elettroniche generali. Applicazioni tipiche includono indicatori di stato, retroilluminazione per piccoli display, illuminazione di pannelli e illuminazione decorativa in elettronica di consumo, dispositivi di comunicazione e apparecchiature per ufficio. Le sue dimensioni ridotte e l'affidabilità lo rendono una scelta versatile per progetti con vincoli di spazio.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Tutti i parametri sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C, salvo diversa indicazione. Comprendere questi parametri è cruciale per un corretto design del circuito e per garantire le prestazioni a lungo termine.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento continuo.

• Dissipazione di Potenza (Pd):80 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il package del LED può dissipare sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):100 mA. Questa è la massima corrente istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms) per prevenire il surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua (IF):20 mA. Questa è la massima corrente diretta continua raccomandata per un funzionamento affidabile.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento:-40°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-40°C a +100°C. Il dispositivo può essere conservato senza degradarsi entro questi limiti.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici nelle condizioni di test specificate.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da 140 mcd (minimo) a 450 mcd (massimo) a una corrente diretta (IF) di 20 mA. L'intensità è misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla risposta fotopica dell'occhio umano (curva CIE).
• Angolo di Visione (2θ1/2):120 gradi. Questo è l'angolo totale in cui l'intensità luminosa scende alla metà del valore misurato sull'asse centrale. Un ampio angolo di visione come questo fornisce un'illuminazione diffusa e ampia.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λP):468 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):Varia da 465 nm a 475 nm a IF=20mA. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che definisce il colore della luce, derivata dal diagramma di cromaticità CIE.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):25 nm (tipico). Questo parametro indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa.
• Tensione Diretta (VF):Varia da 2.8 V (minimo) a 3.8 V (massimo) a IF=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando conduce corrente.
• Corrente Inversa (IR):10 μA (massimo) a una Tensione Inversa (VR) di 5V. Il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa; questo parametro è solo per la caratterizzazione della corrente di dispersione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

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

3.1 Binning della Tensione Diretta

I bin sono etichettati da D7 a D11, ciascuno copre un intervallo di 0.2V da 2.8V a 3.8V a 20mA. La tolleranza all'interno di ciascun bin è ±0.1V. Selezionare LED dallo stesso bin di tensione aiuta a mantenere una condivisione uniforme della corrente quando più LED sono collegati in parallelo.

1.3.2 Binning dell'Intensità Luminosa

I bin sono etichettati R2, S1, S2, T1 e T2. L'intensità varia da 140 mcd (R2 min) a 450 mcd (T2 max) a 20mA. La tolleranza su ciascun bin di intensità è ±11%. Questo binning è fondamentale per applicazioni che richiedono livelli di luminosità coerenti tra più indicatori.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

I bin sono etichettati AC (465-470 nm) e AD (470-475 nm). La tolleranza per ciascun bin è ±1 nm. Ciò garantisce un controllo molto stretto sul colore blu percepito, importante per l'abbinamento cromatico in array multi-LED o sistemi di retroilluminazione.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene grafici specifici siano referenziati nella scheda tecnica (es. Fig.1, Fig.5), le curve tipiche per tali dispositivi forniscono informazioni essenziali per il design.

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

La relazione è esponenziale. Un piccolo aumento della tensione oltre la soglia porta a un grande aumento della corrente. Pertanto, i LED devono essere pilotati da una sorgente a corrente limitata, non da una sorgente a tensione costante, per prevenire la fuga termica e la distruzione.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'intensità luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta. Tuttavia, l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento della generazione di calore all'interno della giunzione del semiconduttore.

4.3 Distribuzione Spettrale

Lo spettro della luce emessa è centrato attorno alla lunghezza d'onda di picco (468 nm tipico) con una caratteristica larghezza a mezza altezza. La lunghezza d'onda dominante determina la tonalità percepita. Variazioni nella produzione e nella corrente di pilotaggio possono causare lievi spostamenti in queste caratteristiche spettrali.

4.4 Dipendenza dalla Temperatura

Le prestazioni del LED sono sensibili alla temperatura. Tipicamente, la tensione diretta diminuisce con l'aumentare della temperatura di giunzione, mentre l'intensità luminosa diminuisce anch'essa. Far funzionare il LED entro il suo intervallo di temperatura specificato è vitale per mantenere prestazioni e longevità.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Dispositivo

Il LED è conforme all'impronta standard del package EIA 0603. Le dimensioni chiave includono una lunghezza del corpo di circa 1.6 mm, una larghezza di 0.8 mm e un'altezza di 0.8 mm. Per il layout preciso dei pad e le tolleranze di posizionamento (tipicamente ±0.2 mm), si dovrebbero consultare i disegni meccanici dettagliati.

5.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente contrassegnato, spesso da una tinta verde sul lato corrispondente della lente o da una tacca nel package. L'orientamento corretto della polarità è obbligatorio durante l'assemblaggio per garantire il corretto funzionamento.

5.3 Design Raccomandato dei Pad PCB

Si raccomanda un land pattern leggermente più grande dell'impronta del dispositivo per garantire una saldatura affidabile. La scheda tecnica fornisce un diagramma specifico del layout dei pad ottimizzato per i processi di saldatura a rifusione a infrarossi o a fase di vapore, che aiuta a prevenire l'effetto "tombstoning" (il componente si solleva su un'estremità) durante la rifusione.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo è compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi. Si suggerisce un profilo di saldatura senza piombo conforme a J-STD-020B. I parametri chiave includono una temperatura di pre-riscaldamento di 150-200°C, una temperatura di picco del corpo non superiore a 260°C e un tempo sopra il liquidus (TAL) adattato alla specifica pasta saldante. Il tempo totale di pre-riscaldamento dovrebbe essere limitato a un massimo di 120 secondi.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore con una temperatura non superiore a 300°C. Il tempo di saldatura dovrebbe essere limitato a un massimo di 3 secondi per pad, e questa operazione dovrebbe essere eseguita una sola volta per minimizzare lo stress termico sul componente.

6.3 Conservazione e Manipolazione

Confezione Non Aperta:Conservare a ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione nella busta anti-umidità con essiccante è di un anno.
Confezione Aperta:Per i componenti esposti all'aria ambiente, le condizioni di conservazione non devono superare i 30°C e il 60% di UR. Si raccomanda vivamente di completare il processo di rifusione IR entro 168 ore (7 giorni) dall'apertura della busta. Per una conservazione più lunga al di fuori della confezione originale, conservare in un contenitore sigillato con essiccante o in atmosfera di azoto. I componenti conservati oltre le 168 ore dovrebbero essere sottoposti a baking a circa 60°C per almeno 48 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorning" (crepe del package dovute alla rapida espansione del vapore durante la rifusione).

6.4 Pulizia

Se è necessaria la pulizia della scheda assemblata, utilizzare solo solventi specificati. È accettabile immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Non utilizzare detergenti chimici non specificati poiché potrebbero danneggiare la lente epossidica o il package.

7. Informazioni su Confezionamento e Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti su nastro portante goffrato da 8 mm di larghezza avvolto su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. Le tasche del nastro sono sigillate con un nastro protettivo superiore. Il confezionamento segue le specifiche ANSI/EIA-481. Per quantità inferiori a una bobina intera, si applica una quantità minima di imballaggio di 500 pezzi per i lotti rimanenti.

7.2 Garanzia di Qualità sul Nastro

Il numero massimo di componenti mancanti consecutivi (tasche vuote) su una bobina è due, garantendo coerenza per gli alimentatori automatici.

8. Considerazioni per il Design Applicativo

8.1 Metodo di Pilotaggio

Un LED è un dispositivo a corrente. Per garantire una luminosità uniforme, specialmente quando si collegano più LED in parallelo, ogni LED dovrebbe essere pilotato dalla propria resistenza limitatrice di corrente. Pilotare i LED in serie con una sorgente di corrente costante è spesso un metodo più affidabile per ottenere un'intensità uniforme, poiché la stessa corrente scorre attraverso tutti i dispositivi nella stringa.

8.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa (80mW max), un layout PCB adeguato può favorire la dissipazione del calore. Assicurarsi un'adeguata area di rame collegata ai pad termici (se presenti) o alle tracce del catodo/anodo per fungere da dissipatore di calore, specialmente quando si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima.

8.3 Protezione Elettrica

Considerare l'aggiunta di diodi di soppressione della tensione transitoria (TVS) o altri circuiti di protezione se il LED è collegato a linee suscettibili a picchi di tensione o scariche elettrostatiche (ESD). Il LED ha una bassa tensione di breakdown inversa e può essere facilmente danneggiato da polarizzazione inversa o condizioni di sovratensione.

9. Domande Frequenti (FAQ)

9.1 Posso pilotare questo LED direttamente da un'uscita logica a 5V o 3.3V?

No. È necessario utilizzare una resistenza limitatrice di corrente in serie. Il valore della resistenza richiesta (R) può essere calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R = (Vcc - VF) / IF, dove Vcc è la tensione di alimentazione (es. 5V), VF è la tensione diretta del LED (utilizzare il valore massimo dal bin, es. 3.8V) e IF è la corrente diretta desiderata (es. 20mA). Esempio: R = (5V - 3.8V) / 0.02A = 60 Ohm. Scegliere sempre il valore standard di resistenza immediatamente superiore e verificare la dissipazione di potenza nella resistenza.

9.2 Perché esiste una specifica dell'angolo di visione e come la utilizzo?

L'angolo di visione di 120 gradi indica che si tratta di un LED ad ampio angolo. L'emissione luminosa è diffusa piuttosto che focalizzata in un fascio stretto. Questo è ideale per indicatori di stato che devono essere visibili da un'ampia gamma di posizioni. Per applicazioni che richiedono un fascio diretto, sarebbe più adatta una lente o un LED con un angolo di visione più stretto.

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

Lunghezza d'Onda di Picco (λP)è la lunghezza d'onda fisica in cui l'emissione luminosa è più forte.Lunghezza d'Onda Dominante (λd)è un valore calcolato basato su come l'occhio umano percepisce il colore; è la singola lunghezza d'onda che apparirebbe avere lo stesso colore dell'emissione del LED. Per LED monocromatici come questo blu, sono spesso vicine, ma la lunghezza d'onda dominante è il parametro chiave per l'abbinamento cromatico.

9.4 La mia applicazione richiede un colore blu molto uniforme. Cosa dovrei specificare?

Dovresti specificare un bin di Lunghezza d'Onda Dominante stretto, come richiedere tutti i componenti dal bin "AC" (465-470 nm) o "AD" (470-475 nm). Ciò garantisce una variazione di colore minima tra diversi LED nel tuo prodotto.

10. Studio di Caso di Design e Utilizzo

10.1 Pannello Indicatore Multi-LED

Scenario:Progettare un pannello di controllo con 10 indicatori di stato blu che devono avere luminosità uniforme.
Approccio di Design:
1. Circuito:Utilizzare una connessione in serie per l'uniformità. Con un'alimentazione a 24V, collegare 5 LED in serie per stringa (5 * 3.8V max = 19V), utilizzando due stringhe identiche in parallelo. Un singolo driver a corrente costante o una resistenza limitatrice di corrente per ogni stringa calcola in base alla caduta di tensione totale della stringa.
2. Selezione dei Componenti:Specificare LED dallo stesso bin di Intensità Luminosa (es. tutti dal bin T1: 280-355 mcd) e dallo stesso bin di Lunghezza d'Onda Dominante (es. tutti bin AC) per garantire coerenza visiva.
3. Layout:Posizionare i LED simmetricamente sul PCB. Assicurarsi di utilizzare la geometria dei pad raccomandata per promuovere una saldatura affidabile e un allineamento coerente.

11. Introduzione alla Tecnologia

11.1 Tecnologia del Semiconduttore InGaN

Questo LED utilizza uno strato attivo di Nitruro di Gallio e Indio (InGaN). Variando il rapporto indio/gallio nel reticolo cristallino, la banda proibita del semiconduttore può essere sintonizzata, il che determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. L'InGaN è il materiale prevalente per produrre LED blu, verdi e bianchi ad alta efficienza (quest'ultimi utilizzano un LED blu con un rivestimento di fosforo). Il package 0603 ospita il minuscolo die semiconduttore, i bonding wires e una lente epossidica stampata che protegge il die e modella l'emissione luminosa.

12. Tendenze del Settore

12.1 Miniaturizzazione e Integrazione

La tendenza nei LED SMD continua verso dimensioni di package più piccole (es. 0402, 0201) per risparmiare spazio su scheda in dispositivi sempre più compatti come smartphone, wearables e display ultra-sottili. Inoltre, c'è una crescita nei moduli LED integrati che combinano il die LED con un IC driver, componenti di protezione e talvolta più colori (RGB) in un unico package, semplificando il design e migliorando le prestazioni.

12.2 Efficienza e Affidabilità

I continui miglioramenti nella scienza dei materiali e nei processi di produzione aumentano costantemente l'efficienza luminosa (lumen per watt) dei LED, consentendo un'emissione più luminosa a potenza inferiore o un carico termico ridotto. Materiali e tecniche di packaging avanzati migliorano anche l'affidabilità a lungo termine, la stabilità del colore e la resistenza a condizioni ambientali severe come alta temperatura e umidità.