Scheda Tecnica LED SMD 19-21 Blu - Dimensioni 2.0x1.25x0.8mm - Tensione 2.7-3.7V - Potenza 75mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LED SMD 19-21 è un dispositivo compatto a montaggio superficiale, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono soluzioni affidabili per indicatori o retroilluminazione. Il suo vantaggio principale risiede nell'ingombro significativamente ridotto rispetto ai LED tradizionali con piedini, consentendo una maggiore densità di componenti sui circuiti stampati (PCB). Questa miniaturizzazione contribuisce direttamente a design di prodotto finale più piccoli, ridotti requisiti di stoccaggio dei componenti e risparmio di peso complessivo, rendendolo ideale per dispositivi portatili e con vincoli di spazio.

Il dispositivo è realizzato utilizzando un chip semiconduttore InGaN (Indio Gallio Nitruro), che emette luce blu. L'incapsulamento è in resina trasparente, che consente la massima emissione luminosa. È di tipo monocromatico, fornito su nastro da 8mm montato su bobine da 7 pollici di diametro per compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatizzato pick-and-place ad alta velocità. Il prodotto è pienamente conforme ai processi di saldatura senza piombo (Pb-free), inclusa la rifusione a infrarossi e a fase di vapore. Inoltre, aderisce a standard ambientali e di sicurezza chiave: è conforme alle versioni RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), rispetta le normative UE REACH ed è privo di alogeni (con Bromo <900 ppm, Cloro <900 ppm e la loro somma <1500 ppm).

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 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.

• Tensione Inversa (V_R):5V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta (I_F):20mA (continua). Questa è la corrente massima consigliata per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):40mA, ammissibile solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10 a 1kHz).
• Dissipazione di Potenza (P_d):75mW. Questa è la potenza massima che il package può dissipare senza superare i suoi limiti termici.
• Scarica Elettrostatica (ESD):Valutazione Human Body Model (HBM) di 150V. Precauzioni di manipolazione ESD adeguate sono essenziali durante l'assemblaggio.
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C. Il dispositivo è funzionale entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):Picco del profilo di rifusione a 260°C per un massimo di 10 secondi. La temperatura della punta del saldatore manuale non deve superare i 350°C per 3 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di prova standard di temperatura ambiente (T_a) di 25°C e corrente diretta (I_F) di 20mA, salvo diversa indicazione. Definiscono le prestazioni fondamentali di emissione luminosa ed elettriche.

• Intensità Luminosa (I_v):Varia da un minimo di 72.0 mcd a un massimo di 180.0 mcd. Il valore tipico rientra in questo intervallo di binning (vedi Sezione 3).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):Circa 100 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa è la metà del suo valore di picco.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):Tipicamente 468 nanometri (nm). Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale è più forte.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Varia da 465.0 nm a 475.0 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che definisce il colore.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Tipicamente 25 nm. Misura la larghezza dello spettro emesso alla metà della sua intensità massima.
• Tensione Diretta (V_F):Varia da 2.70V a 3.70V a 20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo di 50 μA quando viene applicata una tensione inversa di 5V. Il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa.

Note Importanti:Le tolleranze sono specificate come ±11% per l'Intensità Luminosa, ±1nm per la Lunghezza d'Onda Dominante e ±0.1V per la Tensione Diretta. La condizione di tensione inversa di 5V è per il test di I_R only.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire colore e luminosità consistenti nelle applicazioni di produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano requisiti applicativi specifici.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Binning a I_F= 20mA. I codici indicano livelli di luminosità crescenti.

• Q1:72.0 – 90.0 mcd
• Q2:90.0 – 112.0 mcd
• R1:112.0 – 140.0 mcd
• R2:140.0 – 180.0 mcd

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Binning a I_F= 20mA. Definisce la tonalità precisa del blu.

• X:465.0 – 470.0 nm
• Y:470.0 – 475.0 nm

3.3 Binning della Tensione Diretta

Binning a I_F= 20mA. Importante per progettare circuiti di limitazione della corrente e garantire luminosità uniforme in stringhe parallele.

• 10:2.70 – 2.90 V
• 11:2.90 – 3.10 V
• 12:3.10 – 3.30 V
• 13:3.30 – 3.50 V
• 14:3.50 – 3.70 V

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche cruciali per comprendere il comportamento del LED in diverse condizioni operative.

4.1 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva mostra che l'emissione luminosa aumenta con la corrente diretta ma non in modo lineare. Tende a saturarsi a correnti più elevate. Operare significativamente al di sopra dei 20mA consigliati può dare rendimenti decrescenti in luminosità, aumentando il calore e accelerando il degrado.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

L'efficienza del LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva mostra tipicamente un declino graduale dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura ambiente da -40°C a +85°C. Una corretta gestione termica nell'applicazione è necessaria per mantenere una luminosità costante.

4.3 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo grafico definisce la massima corrente diretta continua ammissibile in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la corrente massima ammissibile deve essere ridotta per rimanere entro i limiti di dissipazione di potenza del dispositivo e prevenire il surriscaldamento.

4.4 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta

Questa caratteristica IV (Corrente-Tensione) è di natura esponenziale. Una piccola variazione della tensione diretta provoca una grande variazione della corrente, evidenziando la necessità critica di un driver a corrente costante o di una resistenza in serie ben calcolata.

4.5 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale mostra un singolo picco centrato intorno a 468 nm, confermando l'emissione monocromatica blu. La tipica larghezza di banda di 25nm indica la purezza spettrale della luce emessa.

4.6 Diagramma di Radiazione

Questo grafico polare rappresenta visivamente l'angolo di visione, mostrando l'intensità luminosa relativa a diversi angoli dall'asse centrale del LED, confermando l'angolo di visione di circa 100 gradi.

5. Informazioni Meccaniche e di Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED SMD 19-21 ha un ingombro rettangolare compatto. Le dimensioni chiave (in millimetri) sono approssimativamente 2.0mm di lunghezza, 1.25mm di larghezza e 0.8mm di altezza. Le tolleranze sono tipicamente ±0.1mm salvo diversa indicazione. Il package presenta un segno di identificazione del catodo, essenziale per il corretto orientamento durante l'assemblaggio del PCB.

5.2 Identificazione della Polarità

La polarità corretta è obbligatoria per il funzionamento. Il package include un segno distintivo del catodo. Fare sempre riferimento al disegno del package per identificare questo segno sul componente fisico e allinearlo con la corrispondente marcatura sull'impronta del PCB.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Requisito di Limitazione della Corrente

Critico:DEVE essere utilizzata una resistenza di limitazione della corrente esterna o un circuito driver a corrente costante in serie con il LED. La caratteristica IV esponenziale significa che un piccolo aumento della tensione di alimentazione può causare un grande, potenzialmente distruttivo, picco di corrente diretta.

6.2 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo è adatto per la saldatura a rifusione senza piombo. Il profilo di temperatura consigliato è il seguente:

• Preriscaldamento:150–200°C per 60–120 secondi.
• Tempo Sopra il Liquido (217°C):60–150 secondi.
• Temperatura di Picco:Massimo di 260°C.
• Tempo Entro 5°C dal Picco:Massimo di 10 secondi.
• Velocità di Riscaldamento:Massimo 3°C/secondo fino a 217°C, poi massimo 6°C/secondo fino al picco.
• Velocità di Raffreddamento:È consigliato un raffreddamento controllato.

Nota:La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte sullo stesso dispositivo.

6.3 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è richiesta estrema cautela:

• Utilizzare un saldatore con temperatura della punta non superiore a 350°C.
• Limitare il tempo di contatto a un massimo di 3 secondi per terminale.
• Utilizzare un saldatore con potenza nominale di 25W o inferiore.
• Lasciare un minimo di 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per evitare stress termico.

6.4 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I componenti sono imballati in una busta barriera resistente all'umidità con essiccante.

• Non aprirela busta fino al momento dell'uso.
• Dopo l'apertura, i LED non utilizzati devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% di Umidità Relativa.
• La "Vita a Banco" dopo l'apertura della busta è di 168 ore (7 giorni).
• Se i componenti superano questo tempo o l'indicatore dell'essiccante cambia colore, è richiesta una pre-essiccazione: 60°C ±5°C per 24 ore prima della rifusione.

6.5 Rilavorazione e Riparazione

La rilavorazione dopo la saldatura è fortemente sconsigliata. Se assolutamente inevitabile, utilizzare un saldatore a doppia testa per riscaldare contemporaneamente entrambi i terminali e sollevare il componente in modo uniforme per prevenire stress meccanico sulle giunzioni saldate o sul package del LED. Verificare sempre la funzionalità del dispositivo dopo qualsiasi rilavorazione.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Imballaggio Standard

I LED sono forniti su nastro portante goffrato su bobine da 7 pollici di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. La larghezza del nastro è di 8mm.

7.2 Dimensioni del Nastro e della Bobina

Nella scheda tecnica sono forniti disegni meccanici dettagliati per il mozzo della bobina, la flangia e le tasche del nastro portante, con tolleranze standard di ±0.1mm.

7.3 Informazioni sull'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene informazioni critiche per la tracciabilità e la corretta applicazione:

• CPN:Numero di Parte del Cliente (se assegnato).
• P/N:Numero di Prodotto del Produttore (es. 19-21/BHC-ZQ1R2N/3T).
• QTY:Quantità di imballaggio per bobina.
• CAT:Codice bin Intensità Luminosa (es. R1).
• HUE:Codice bin Lunghezza d'Onda Dominante/Cromaticità (es. X).
• REF:Codice bin Tensione Diretta (es. 12).
• LOT No:Numero di lotto di produzione per tracciabilità.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Retroilluminazione:Ideale per indicatori di cruscotto, interruttori a membrana, tastiere e illuminazione di simboli grazie alle sue piccole dimensioni e all'angolo di visione uniforme.
• Apparecchiature di Telecomunicazione:Indicatori di stato e retroilluminazione per telefoni, fax e hardware di rete.
• Retroilluminazione LCD Piana:Può essere utilizzato in array per fornire illuminazione laterale per piccoli display LCD.
• Uso Generale come Indicatore:Stato di alimentazione, selezione modalità e indicatori di allarme in un'ampia gamma di elettronica di consumo e industriale.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Progettazione del Circuito:Implementare sempre una corretta regolazione della corrente. Per progetti semplici con resistenza limitatrice, calcolare il valore della resistenza utilizzando la massima tensione diretta (V_F) del bin per garantire che la corrente non superi mai i 20mA nelle condizioni peggiori.
• Layout del PCB:Assicurarsi che il pattern delle piazzole di saldatura corrisponda all'impronta consigliata. Fornire un adeguato rilievo termico se il LED deve essere pilotato a o vicino ai suoi valori massimi.
• Progettazione Ottica:La lente trasparente fornisce un ampio angolo di visione. Per luce focalizzata o diffusa, potrebbero essere necessarie lenti esterne o guide luminose.
• Protezione ESD:Incorpora diodi di protezione ESD sulle linee sensibili se il LED si trova in una posizione accessibile all'utente, poiché la valutazione HBM di 150V è relativamente bassa.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai LED più grandi a foro passante, il package SMD 19-21 offre vantaggi decisivi per l'elettronica moderna:

• Dimensioni & Peso:Notevolmente più piccolo e leggero, consentendo la miniaturizzazione.
• Costo di Assemblaggio:Consente l'assemblaggio PCB completamente automatizzato e ad alta velocità, riducendo i costi di manodopera.
• Affidabilità:La costruzione a montaggio superficiale offre generalmente una migliore resistenza alle vibrazioni e agli urti meccanici rispetto ai dispositivi con piedini.
• Percorso Termico:Il package SMD può avere un percorso termico più diretto verso il PCB, aiutando la dissipazione del calore se progettato correttamente.
• All'interno del segmento dei LED SMD blu, i principali fattori di differenziazione per questo componente sono la sua specifica combinazione di luminosità (fino a 180mcd), il preciso binning della lunghezza d'onda e la conformità agli stringenti standard senza alogeni e REACH, che possono essere critici per determinati mercati e design ambientalmente consapevoli.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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

Usando la Legge di Ohm (R = (V_alim- V_F) / I_F) e assumendo un caso peggiore (più basso) V_Fdi 2.7V per garantire che la corrente non superi mai i 20mA: R = (5V - 2.7V) / 0.020A = 115 ohm. Dovrebbe essere utilizzato il valore standard più vicino superiore (es. 120 ohm). Verificare sempre la corrente con l'effettivo V_Fdel proprio bin specifico.

10.2 Posso pilotare questo LED a 30mA per una maggiore luminosità?

Non è raccomandato. Il Valore Massimo Assoluto per la corrente diretta continua è 20mA. Superare questo valore riduce l'affidabilità a lungo termine, aumenta la temperatura di giunzione e accelera il deprezzamento dei lumen, potenzialmente portando a un guasto prematuro.

10.3 Perché il processo di conservazione e pre-essiccazione è così importante?

I package plastici SMD possono assorbire umidità dall'atmosfera. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, questa umidità intrappolata può espandersi rapidamente, causando delaminazione interna o "popcorning" che incrina il package o danneggia il die. L'etichettatura di sensibilità all'umidità e le procedure di pre-essiccazione prevengono questa modalità di guasto.

10.4 Come interpreto i codici di bin (es. Q1, X, 12) sulla mia bobina?

Questi codici specificano il gruppo di prestazioni dei tuoi LED. Ad esempio, "Q1" significa intensità luminosa tra 72-90 mcd, "X" significa lunghezza d'onda dominante tra 465-470 nm e "12" significa tensione diretta tra 3.10-3.30V. Utilizzare parti dello stesso bin garantisce consistenza in luminosità e colore nel tuo prodotto.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello di stato multi-LED.Un progettista sta creando un pannello di controllo con dieci LED indicatori blu. Per garantire una luminosità uniforme, specifica LED dello stesso bin di intensità luminosa (es. R1). Alimenta i LED da un rail a 3.3V. Utilizzando il massimo V_Fdal bin 14 (3.7V) nel calcolo della resistenza si otterrebbe una resistenza negativa, quindi devono utilizzare un bin inferiore o una tensione di alimentazione più alta. Scelgono il bin 12 (V_Fmax 3.3V). Il calcolo con un V_Ftipico di 3.2V dà R = (3.3V - 3.2V) / 0.020A = 5 ohm. È necessaria una piccola resistenza e la corrente effettiva sarà molto sensibile alla variazione di V_F. In questo caso, un driver IC a corrente costante per più LED sarebbe una soluzione più robusta rispetto a singole resistenze, fornendo una luminosità stabile indipendentemente dalle piccole differenze di V_Ftra le unità.

12. Principio di Funzionamento

Il LED 19-21 opera sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttore. La regione attiva è composta da InGaN. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia di accensione del diodo, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega InGaN determina l'energia del bandgap, che corrisponde direttamente alla lunghezza d'onda della luce emessa – in questo caso, luce blu intorno a 468 nm. La resina epossidica trasparente incapsula il chip semiconduttore, fornisce stabilità meccanica e funge da lente per modellare il pattern di emissione luminosa.

13. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo di LED SMD come il package 19-21 è guidato dalla tendenza continua verso la miniaturizzazione, l'aumento dell'efficienza e l'affidabilità nella produzione elettronica. Le tendenze chiave in questo settore includono:

• Aumento dell'Efficienza:La ricerca continua nella scienza dei materiali mira a migliorare l'efficienza quantica interna dei chip InGaN, ottenendo una maggiore intensità luminosa (mcd) per la stessa corrente di ingresso (mA), o la stessa emissione con un consumo energetico inferiore.
• Gestione Termica Migliorata:I progressi nei materiali del package e nelle tecnologie di attacco del die consentono una migliore dissipazione del calore dal chip, permettendo correnti di pilotaggio più elevate o una maggiore longevità a correnti standard.
• Consistenza del Colore Migliorata:Tolleranze di binning più strette e processi di produzione a livello di wafer più avanzati portano a una riduzione della variazione nella lunghezza d'onda dominante e nell'intensità luminosa, fondamentale per applicazioni che richiedono un aspetto uniforme.
• Conformità Ambientale Più Ampia:La tendenza verso prodotti senza alogeni e una conformità RoHS/REACH più rigorosa, come si vede in questo componente, sta diventando standard, riflettendo l'attenzione del settore sulla sostenibilità ambientale e la sicurezza dei materiali.
• Integrazione:Una tendenza più ampia coinvolge l'integrazione dell'elettronica di controllo (come driver a corrente costante o controller PWM) direttamente con il die del LED in tipi di package più avanzati, semplificando la progettazione del circuito per l'utente finale.