SMD LED 19-117/BHC-ZL1M2RY/3T Specifiche Tecniche - Blu 468nm - 2.8x3.5x0.8mm - 3.1V - 40mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 19-117/BHC-ZL1M2RY/3T è un LED SMD blu compatto, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono alta affidabilità ed efficiente assemblaggio. Questo componente rappresenta un significativo progresso rispetto ai LED tradizionali a montaggio forato, offrendo sostanziali vantaggi in termini di utilizzo dello spazio su scheda ed efficienza produttiva.

1.1 Vantaggi Principali e Posizionamento

Il vantaggio principale di questo LED è la sua impronta miniaturizzata, che consente direttamente la progettazione di circuiti stampati (PCB) più piccoli. Questa riduzione delle dimensioni contribuisce a una maggiore densità di componenti, permettendo funzionalità più complesse in uno spazio limitato. Inoltre, i ridotti requisiti di stoccaggio sia per i componenti che per le apparecchiature assemblate finali portano a un risparmio complessivo nei costi logistici e di contenimento del prodotto.

La sua costruzione leggera lo rende particolarmente adatto per dispositivi elettronici portatili e miniaturizzati dove il peso è un fattore critico di progetto. Il componente è fornito su nastro standard da 8 mm montato su bobine da 7 pollici di diametro, garantendo piena compatibilità con le attrezzature automatiche di pick-and-place ad alta velocità, essenziali per la produzione di massa.

1.2 Applicazioni e Mercati di Riferimento

Questo LED è versatile e trova impiego in diverse aree applicative chiave. Un caso d'uso primario è l'illuminazione di sfondo per pannelli strumenti, indicatori del cruscotto e interruttori a membrana, dove la sua emissione blu uniforme fornisce un'illuminazione chiara. Nel settore delle telecomunicazioni, funge da indicatore di stato e retroilluminazione per tastiere in dispositivi come telefoni e fax.

Viene anche impiegato per soluzioni di retroilluminazione piana dietro display a cristalli liquidi (LCD), simboli e vari interfacce di interruttori. La sua natura general-purpose significa che può essere adattato a un'ampia gamma di applicazioni indicatrici consumer, industriali e automotive dove è richiesta una sorgente di luce blu affidabile.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Approfondita

Comprendere i valori massimi assoluti è cruciale per garantire l'affidabilità a lungo termine e prevenire guasti prematuri del LED nel circuito applicativo.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è classificato per una corrente diretta continua (IF) di 10 mA. Superare questo valore genererà un eccessivo calore, degradando la giunzione semiconduttrice interna e portando a una rapida diminuzione dell'emissione luminosa e a un guasto catastrofico. Per funzionamento in impulso, è ammessa una corrente diretta di picco (IFP) di 40 mA, ma solo con un ciclo di lavoro rigoroso di 1/10 a una frequenza di 1 kHz. Ciò consente brevi momenti di luminosità più elevata senza surriscaldamento.

La potenza totale dissipata (Pd) non deve superare i 40 mW, che è una funzione della corrente e della tensione dirette. Gli intervalli di temperatura operativa e di stoccaggio sono specificati rispettivamente da -40°C a +85°C e da -40°C a +90°C, indicando idoneità per ambienti ostili. Il componente offre un certo grado di protezione contro le scariche elettrostatiche (ESD), classificato a 2000V secondo il modello del corpo umano (HBM), che è un livello standard per la manipolazione in ambiente controllato ma richiede comunque adeguate precauzioni ESD durante l'assemblaggio.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

In condizioni di prova standard (temperatura ambiente Ta=25°C e corrente diretta di 5 mA), il LED presenta parametri prestazionali chiave. L'intensità luminosa (Iv) ha un intervallo tipico, con valori minimi e massimi definiti dal sistema di binning dettagliato in seguito. L'angolo di visione (2θ1/2) è ampio 120 gradi, fornendo un pattern di emissione diffuso e ampio, adatto per l'illuminazione d'area piuttosto che per un fascio focalizzato.

Le caratteristiche spettrali sono centrali per il suo colore blu. La lunghezza d'onda di picco (λp) è tipicamente 468 nanometri (nm), mentre la lunghezza d'onda dominante (λd) è compresa tra 465,0 nm e 475,0 nm. La larghezza di banda spettrale (Δλ) è di circa 25 nm, definendo la purezza del colore blu. La tensione diretta (VF) richiesta per ottenere la corrente di prova di 5 mA varia da 2,50V a 3,10V. Questo parametro è critico per il progetto del circuito, poiché determina la caduta di tensione ai capi del LED e il valore necessario della resistenza limitatrice di corrente.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Questo sistema consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano criteri minimi specifici per la loro applicazione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'emissione luminosa è categorizzata in quattro bin distinti: L1, L2, M1 e M2. Il bin L1 rappresenta l'intervallo di emissione più basso (11,5 - 14,5 mcd), mentre il bin M2 rappresenta il più alto (22,5 - 28,5 mcd). I progettisti possono specificare un codice di bin per garantire un livello minimo di luminosità per il loro prodotto, essenziale per applicazioni che richiedono un'illuminazione uniforme del pannello o il rispetto di specifici standard di visibilità.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Il colore della luce blu è controllato attraverso il binning della lunghezza d'onda dominante. Sono definiti due bin: 'X' (465,0 - 470,0 nm) e 'Y' (470,0 - 475,0 nm). Il bin 'X' produce una lunghezza d'onda leggermente più corta, un blu più profondo, mentre il bin 'Y' ha una lunghezza d'onda leggermente più lunga, tendente a una tonalità blu-ciano. Ciò consente l'abbinamento del colore tra LED diversi in un array o di garantire una specifica tonalità di blu per motivi di brand o estetici.

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in tre categorie: 9 (2,50 - 2,70V), 10 (2,70 - 2,90V) e 11 (2,90 - 3,10V). Conoscere il bin di tensione è vitale per progettare un circuito di pilotaggio efficiente. Utilizzare LED dello stesso bin di tensione o di un bin noto minimizza le variazioni di corrente e luminosità quando più LED sono collegati in parallelo senza regolazione di corrente individuale.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Le curve caratteristiche fornite offrono una visione approfondita del comportamento del LED in diverse condizioni operative, necessaria per un progetto di sistema robusto.

4.1 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

La curva che mostra l'intensità luminosa relativa in funzione della corrente diretta è tipicamente non lineare. L'emissione aumenta con la corrente ma alla fine satura. Più importante, operare al di sopra della corrente raccomandata porta a un'eccessiva temperatura di giunzione, che non solo riduce l'efficienza ma accorcia anche la vita utile del dispositivo. Questa curva aiuta i progettisti a trovare il giusto equilibrio tra luminosità desiderata e longevità operativa.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Le prestazioni del LED sono fortemente dipendenti dalla temperatura. All'aumentare della temperatura ambiente, l'emissione luminosa generalmente diminuisce. Questa curva quantifica tale derating. Per applicazioni soggette ad alte temperature (ad esempio, all'interno di un cruscotto automobilistico o vicino ad altri componenti che generano calore), questi dati sono essenziali per garantire che il LED rimanga sufficientemente luminoso in tutte le condizioni operative. Ciò può richiedere la selezione di un bin di luminosità più elevato o l'implementazione di strategie di gestione termica.

4.3 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questa è probabilmente la curva più critica per l'affidabilità. Definisce la massima corrente diretta continua ammissibile a qualsiasi data temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la massima corrente sicura diminuisce. Rispettare questa curva di derating previene la fuga termica e garantisce che il LED operi all'interno della sua area di funzionamento sicura (SOA), fondamentale per raggiungere la vita utile specificata.

4.4 Distribuzione Spettrale e Diagramma di Radiazione

Il grafico della distribuzione spettrale mostra l'intensità della luce emessa a diverse lunghezze d'onda, centrata attorno a 468 nm. Il diagramma del pattern di radiazione (spesso un grafico polare) illustra come la luce viene emessa spazialmente dal package. L'ampio angolo di visione di 120 gradi conferma un pattern di emissione lambertiano o quasi-lambertiano, dove l'intensità è massima perpendicolarmente al chip e diminuisce ad angoli più ampi.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package e Tolleranze

Il LED presenta un package SMD standard. Le dimensioni critiche includono la dimensione del corpo, che determina il land pattern sul PCB, e il posizionamento dei terminali anodo e catodo. Il disegno dimensionale specifica tutte le misure chiave con una tolleranza standard di ±0,1 mm salvo diversa indicazione. Queste informazioni sono utilizzate per creare l'impronta sul PCB, garantendo una corretta saldatura e allineamento.

5.2 Identificazione della Polarità e Progetto dei Pad

La polarità corretta è essenziale per il funzionamento del LED. Il disegno del package nel datasheet indica chiaramente anodo e catodo. Tipicamente, un pad può essere contrassegnato o avere una forma diversa (ad esempio, una tacca o un bordo smussato) sul componente stesso per l'identificazione visiva sotto ingrandimento. Il layout consigliato dei pad sul PCB garantisce una saldatura affidabile e una corretta connessione termica ed elettrica.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una corretta manipolazione e saldatura sono fondamentali per mantenere le prestazioni e l'affidabilità del LED.

6.1 Parametri per Saldatura a Rifusione

Il componente è compatibile con processi di rifusione a infrarossi e a fase di vapore. Viene fornito un profilo di temperatura specifico per saldatura senza piombo. I parametri chiave includono una fase di preriscaldamento (150-200°C per 60-120 secondi), un tempo sopra il liquidus (217°C) di 60-150 secondi e una temperatura di picco non superiore a 260°C per un massimo di 10 secondi. Sono anche specificate le velocità massime di riscaldamento e raffreddamento per prevenire shock termici. Si raccomanda vivamente di non eseguire la saldatura a rifusione più di due volte per evitare danni ai bond interni o alla lente epossidica.

6.2 Precauzioni per Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se la saldatura manuale è inevitabile, è necessario prestare estrema attenzione. La temperatura della punta del saldatore deve essere inferiore a 350°C e il tempo di contatto con ciascun terminale non deve superare i 3 secondi. Si raccomanda un saldatore a bassa potenza (≤25W). Viene fornito un avvertimento importante: i danni spesso si verificano durante la saldatura manuale. Per la rilavorazione, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a doppia testa progettato per componenti SMD per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali e rimuovere il componente senza sollecitare le giunzioni saldate o il corpo del LED.

6.3 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in una busta barriera resistente all'umidità con essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità atmosferica. La busta non deve essere aperta finché i componenti non sono pronti per l'uso in produzione. Una volta aperta, i LED dovrebbero essere utilizzati entro 168 ore (7 giorni) se conservati in condizioni ≤30°C e ≤60% di umidità relativa. Se questo tempo di esposizione viene superato, è necessario un trattamento di baking (60 ±5°C per 24 ore) per rimuovere l'umidità e prevenire il "popcorning" o la delaminazione durante il processo di rifusione ad alta temperatura.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il prodotto è fornito in formato nastro e bobina per l'assemblaggio automatico. Sono specificate le dimensioni del nastro portante, la dimensione delle tasche e le dimensioni della bobina. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. I materiali della bobina e del nastro sono progettati per essere resistenti all'umidità, proteggendo i componenti durante lo stoccaggio e il trasporto.

7.2 Spiegazione Etichetta e Numerazione Modello

L'etichetta di confezionamento contiene diversi campi chiave: il numero di parte del cliente (CPN), il numero di parte del produttore (P/N), la quantità di confezionamento (QTY) e i codici di bin specifici per intensità luminosa (CAT), lunghezza d'onda dominante (HUE) e tensione diretta (REF). Viene fornito anche il numero di lotto (LOT No.) per la tracciabilità. Comprendere questa etichettatura è essenziale per verificare che i componenti ricevuti corrispondano alle specifiche ordinate.

8. Considerazioni per il Progetto Applicativo

8.1 Progetto del Circuito e Limitazione di Corrente

La regola di progetto più critica è l'uso obbligatorio di una resistenza limitatrice di corrente in serie (o un driver a corrente costante per applicazioni avanzate). La tensione diretta del LED ha un coefficiente di temperatura negativo e una tolleranza di produzione. Un leggero aumento della tensione di alimentazione senza limitazione di corrente può causare un grande, potenzialmente distruttivo, aumento della corrente. Il valore della resistenza è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F, dove V_Fe I_Fsono i punti operativi target.

8.2 Gestione Termica nell'Uso Finale

Sebbene il LED stesso sia piccolo, gestire il suo calore è importante per prestazioni e durata. I progettisti dovrebbero considerare il percorso termico dai pad di saldatura del LED al PCB e potenzialmente a un dissipatore. Utilizzare un PCB con un'adeguata area di rame (pad di sgravio termico) attorno all'impronta del LED può aiutare a dissipare il calore. Le curve di derating devono essere consultate per applicazioni con alte temperature ambientali.

8.3 Integrazione Ottica

Per applicazioni di retroilluminazione o indicatori, considerare il percorso ottico. L'ampio angolo di visione è vantaggioso per illuminare uniformemente un diffusore o una light guide. La distanza tra il LED e la superficie illuminata, così come l'uso di riflettori o lenti, influenzerà la luminosità e l'uniformità finale. Il colore blu può anche essere convertito in bianco o altri colori utilizzando lenti rivestite di fosforo o tecniche di fosforo remoto in alcune applicazioni.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto alle vecchie tecnologie LED a montaggio forato, questo LED SMD offre prestazioni superiori in aree chiave. L'assenza di terminali elimina l'induttanza parassita e consente commutazioni a frequenza più elevata se utilizzato in modalità impulsata, sebbene questa non sia un'applicazione tipica. La minore massa termica del package SMD può consentire una risposta termica più rapida, ma significa anche che il calore deve essere condotto via più efficientemente attraverso il PCB.

All'interno della categoria dei LED SMD blu, il 19-117 si differenzia per la sua specifica combinazione di dimensioni del package (che consente layout molto densi), ampio angolo di visione (per un'illuminazione ampia) e sistema di binning completo (per flessibilità e coerenza di progetto). La sua conformità agli standard RoHS, REACH e senza alogeni lo rende adatto per i mercati globali con normative ambientali severe.

10. Domande Frequenti (FAQ) Basate sui Parametri Tecnici

10.1 Quale valore di resistenza devo usare con un'alimentazione a 5V?

Utilizzando la massima tensione diretta (3,10V dal bin 11) e una corrente target di 5 mA per luminosità standard: R = (5V - 3,10V) / 0,005A = 380 Ohm. Il valore standard più vicino è 390 Ohm. Ricalcolando con 390 Ohm si ottiene I_F= (5V - 3,10V) / 390 = ~4,87 mA, che è sicuro. Utilizzare sempre la V_Fmassima del bin selezionato per questo calcolo per garantire che la corrente non superi mai il limite.

10.2 Posso pilotare questo LED a 20 mA per una luminosità maggiore?

No. Il valore massimo assoluto della corrente diretta continua è 10 mA. Operare a 20 mA supererebbe questa specifica, causando grave surriscaldamento, rapido decadimento luminoso e quasi certamente il guasto. Per ottenere una luminosità maggiore, selezionare un LED da un bin di intensità luminosa più elevato (M1 o M2) o utilizzare più LED, non una corrente più alta.

10.3 Come interpreto i codici di binning sull'etichetta?

I campi dell'etichetta CAT, HUE e REF corrispondono ai bin. Ad esempio, un'etichetta che mostra CAT: M2, HUE: X, REF: 10 significa che i LED su quella bobina hanno un'intensità luminosa tra 22,5 e 28,5 mcd (M2), una lunghezza d'onda dominante tra 465,0 e 470,0 nm (X) e una tensione diretta tra 2,70 e 2,90V (10).

11. Esempi Pratici di Progetto e Utilizzo

11.1 Gruppo Indicatori del Cruscotto

In un cruscotto automobilistico, più LED 19-117 potrebbero essere utilizzati dietro una lente in policarbonato per illuminare simboli di avviso (ad esempio, abbaglianti, frecce). I progettisti selezionerebbero un bin di luminosità specifico (es. M1) per garantire la visibilità in condizioni di luce diurna intensa. I LED sarebbero pilotati dal sistema a 12V del veicolo tramite una rete di resistenze limitatrici o un apposito IC driver LED. L'ampio angolo di visione garantisce un'illuminazione uniforme del simbolo. L'ampio intervallo di temperatura operativa (-40 a +85°C) è essenziale per questo ambiente ostile.

11.2 Indicatore di Stato a Basso Consumo

Per un dispositivo consumer alimentato da rete come un router o un caricabatterie, un singolo LED 19-117 fornisce una chiara indicazione di accensione/stato. Pilotato a 5 mA da una linea USB a 5V o una linea logica a 3,3V (con una resistenza calcolata appropriatamente), consuma pochissima potenza. Il colore blu è spesso associato allo stato "attivo" o "connesso". Le sue piccole dimensioni gli permettono di adattarsi ai profili sempre più sottili dell'elettronica moderna.

12. Principio di Funzionamento

Il LED 19-117 è una sorgente luminosa a semiconduttore. Il suo cuore è un chip composto da materiali come nitruro di gallio e indio (InGaN), che formano una giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale di barriera della giunzione, elettroni e lacune vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni (luce). La specifica energia del bandgap del materiale InGaN determina la lunghezza d'onda dei fotoni emessi, in questo caso attorno a 468 nm, che viene percepita come luce blu. La lente epossidica incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e modella la luce emessa nel pattern di radiazione desiderato.

13. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Il LED 19-117 si inserisce nella più ampia tendenza della miniaturizzazione elettronica e della transizione dalla tecnologia a montaggio forato a quella a montaggio superficiale. Questo cambiamento consente l'assemblaggio automatico ad alto volume, riducendo i costi di produzione e migliorando l'affidabilità eliminando i passaggi di saldatura manuale. Nell'industria LED in particolare, gli sviluppi in corso si concentrano sull'aumento dell'efficienza luminosa (più luce per watt di input elettrico), sul miglioramento della coerenza e saturazione del colore e sul potenziamento dell'affidabilità in condizioni di alta temperatura e alta corrente. Sebbene questo sia un LED blu standard, la scienza dei materiali sottostante e le tecniche di packaging continuano a evolversi, guidando i miglioramenti prestazionali nelle generazioni successive di componenti.