SMD LED 25-21/BHC-AR1S2E/2A Blu - Scheda Tecnica - Package 2.5x2.1mm - Tensione 2.75-3.65V - Potenza 75mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 25-21/BHC-AR1S2E/2A è un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD) che utilizza un chip semiconduttore in InGaN (Nitruro di Indio e Gallio) per produrre luce blu. Questo componente appartiene a una classe di LED progettati per l'assemblaggio su scheda ad alta densità, offrendo vantaggi significativi in termini di miniaturizzazione e processi di produzione automatizzati.

Il vantaggio principale di questo LED è il suo ingombro compatto. Con dimensioni di circa 2.5mm x 2.1mm, consente progetti di circuiti stampati (PCB) più piccoli, una maggiore densità di componenti e contribuisce allo sviluppo di apparecchiature finali più piccole. La sua costruzione leggera lo rende ideale per applicazioni in cui spazio e peso sono vincoli critici.

Questo è un LED di tipo monocromatico (blu). Il dispositivo è realizzato con materiali senza piombo (Pb-free) e rispetta le principali normative ambientali, inclusa la direttiva UE RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose) e REACH (Registrazione, Valutazione, Autorizzazione e Restrizione delle Sostanze Chimiche). È anche classificato come privo di alogeni, con contenuto di bromo (Br) e cloro (Cl) mantenuto al di sotto dei limiti specificati (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). Il prodotto è fornito in un formato compatibile con la produzione moderna, confezionato su nastro da 8mm avvolto su bobina da 7 pollici di diametro, adatto per l'uso con apparecchiature automatiche pick-and-place.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici definiti nella scheda tecnica. Comprendere questi limiti e valori tipici è cruciale per una progettazione del circuito affidabile.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Queste non sono condizioni per il funzionamento normale.

• Tensione Inversa (VR): 5VApplicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a 5V può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (IF): 20mAQuesta è la massima corrente DC consigliata per il funzionamento continuo, per garantire l'affidabilità a lungo termine e mantenere le prestazioni ottiche specificate.
• Corrente Diretta di Picco (IFP): 100mAQuesta specifica consente un funzionamento impulsivo (duty cycle 1/10 a 1kHz). È utile per applicazioni che richiedono brevi impulsi di luminosità più elevata, ma non deve essere superata nemmeno momentaneamente.
• Dissipazione di Potenza (Pd): 75mWQuesta è la massima quantità di potenza che il package può dissipare come calore (calcolata come Tensione Diretta x Corrente Diretta) a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Superare questo limite rischia il surriscaldamento.
• Temperatura di Funzionamento & Conservazione:Il dispositivo può funzionare a temperature ambiente da -40°C a +85°C e può essere conservato a temperature da -40°C a +90°C.
• Scarica Elettrostatica (ESD):La classificazione secondo il modello del corpo umano (HBM) è 150V. Ciò indica una sensibilità moderata all'ESD, che richiede le normali precauzioni ESD durante la manipolazione.
• Temperatura di Saldatura:Il package può resistere alla saldatura a rifusione con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi, o alla saldatura manuale a 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (Ta=25°C, IF=20mA) e definiscono le prestazioni del dispositivo.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da un minimo di 112 millicandele (mcd) a un massimo di 285 mcd. L'ampio intervallo è gestito attraverso un sistema di binning (dettagliato in seguito). Il valore tipico non è specificato, ricadendo da qualche parte all'interno di questo intervallo di bin.
• Angolo di Visione (2θ1/2):L'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco è tipicamente di 60 gradi. Questo definisce l'ampiezza del fascio del LED.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):La lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima è tipicamente di 468 nanometri (nm), collocandola nella regione blu dello spettro visibile.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che varia da 464.5 nm a 476.5 nm. Anche questa è soggetta a binning.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Tipicamente 25 nm, indica la dispersione delle lunghezze d'onda emesse attorno alla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta (VF):Varia da 2.75V a 3.65V quando pilotato a 20mA. Questa variazione è gestita da un sistema di binning della tensione. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione in serie con il LED per controllare la corrente in base alla VF effettiva dell'unità specifica e alla tensione di alimentazione.
• Corrente Inversa (IR):Massimo di 50 microampere (μA) quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5V.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono ordinati (binning) in base a parametri chiave di prestazione. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano requisiti specifici per luminosità, colore e tensione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono suddivisi in quattro bin (R1, R2, S1, S2) in base alla loro intensità luminosa misurata a 20mA.

• Bin R1:112 mcd a 140 mcd
• Bin R2:140 mcd a 180 mcd
• Bin S1:180 mcd a 225 mcd
• Bin S2:225 mcd a 285 mcd

Una tolleranza di ±11% si applica all'intensità luminosa all'interno di ciascun codice di bin.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

I LED sono suddivisi in quattro bin (A9, A10, A11, A12) per controllare la tonalità del blu.

• Bin A9:464.5 nm a 467.5 nm
• Bin A10:467.5 nm a 470.5 nm
• Bin A11:470.5 nm a 473.5 nm
• Bin A12:473.5 nm a 476.5 nm

Una tolleranza di ±1nm si applica alla lunghezza d'onda dominante all'interno di ciascun codice di bin.

3.3 Binning della Tensione Diretta

I LED sono raggruppati in tre bin di tensione (5, 6, 7) per facilitare la progettazione del circuito di regolazione della corrente.

• Bin 5:2.75V a 3.05V
• Bin 6:3.05V a 3.35V
• Bin 7:3.35V a 3.65V

Una tolleranza di ±0.1V si applica alla tensione diretta all'interno di ciascun codice di bin.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene la scheda tecnica faccia riferimento a tipiche curve delle caratteristiche elettro-ottiche, il testo fornito non include i grafici specifici. Basandosi sul comportamento standard dei LED, queste curve illustrerebbero tipicamente le seguenti relazioni, critiche per la progettazione:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):Mostra la relazione esponenziale tra tensione diretta e corrente. La tensione di ginocchio della curva è correlata alla specifica VF. Questo grafico è essenziale per selezionare il valore appropriato della resistenza di limitazione della corrente.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Dimostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente di pilotaggio, tipicamente con una relazione quasi-lineare fino a un certo punto, oltre il quale l'efficienza diminuisce.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra la diminuzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura di giunzione. Ciò è cruciale per applicazioni che operano in ambienti ad alta temperatura.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a ~468nm e la larghezza di banda di 25nm, confermando la purezza del colore blu.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il LED è alloggiato in un package plastico a montaggio superficiale. La scheda tecnica include un disegno dimensionato dettagliato. Le caratteristiche meccaniche chiave includono:

• Contorno del Package:Le dimensioni principali del corpo sono circa 2.5mm di lunghezza e 2.1mm di larghezza. Il disegno specifica tutte le dimensioni critiche, inclusa la dimensione, la spaziatura dei terminali e l'altezza del package, con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa indicazione.
• Identificazione della Polarità:Il terminale catodo è tipicamente contrassegnato, spesso da una tacca, un punto o una marcatura verde sul package stesso, come indicato nel disegno. La polarità corretta è essenziale per il funzionamento.
• Progettazione del Pad (Footprint):Il land pattern PCB consigliato (dimensione e forma del pad) è derivato dalle dimensioni del package per garantire una saldatura affidabile e stabilità meccanica.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il rispetto di queste linee guida è fondamentale per prevenire danni durante il processo di assemblaggio.

6.1 Conservazione e Manipolazione

• I LED sono confezionati in una busta resistente all'umidità con essiccante.
• Non aprirela busta anti-umidità finché i componenti non sono pronti per l'uso.
• Dopo l'apertura, i LED non utilizzati devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% di umidità relativa.
• Lavita a bancodopo l'apertura della busta è di 168 ore (7 giorni). Se non utilizzati entro questo tempo, devono essere ricotti e riconfezionati.
• Condizioni di Ricottura:Se necessario, ricuocere a 60 ±5°C per 24 ore.
• Osservare sempre le precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica) durante la manipolazione.

6.2 Processo di Saldatura a Rifusione

Viene fornito un profilo di temperatura dettagliato per la saldatura a rifusione senza piombo (Pb-free):

• Preriscaldamento:Rampa da 150°C a 200°C in 60-120 secondi.
• Soak/Rifusione:Il tempo sopra i 217°C (temperatura di liquidus) dovrebbe essere di 60-150 secondi. La temperatura di picco non deve superare i 260°C e il tempo a o sopra i 255°C deve essere limitato a un massimo di 30 secondi.
• Velocità di Raffreddamento:La velocità massima di raffreddamento è di 6°C al secondo.
• Importante:La saldatura a rifusione non deve essere eseguita più didue volte. Evitare stress meccanici sul LED durante il riscaldamento e non deformare il PCB dopo la saldatura.

6.3 Saldatura Manuale e Rilavorazione

• Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore con temperatura della punta ≤350°C per ≤3 secondi per terminale.
• La potenza del saldatore dovrebbe essere ≤25W. Consentire un intervallo di raffreddamento di almeno 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale.
• La riparazione/rilavorazione è fortemente sconsigliatadopo che il LED è stato saldato. Se inevitabile, deve essere utilizzato un saldatore a doppia testa specializzato per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali e rimuovere il componente senza stressare le giunzioni saldate. L'impatto sulle caratteristiche del LED deve essere verificato preventivamente.

7. Imballaggio e Informazioni d'Ordine

Il prodotto è fornito per l'assemblaggio automatizzato.

• Nastro Portacomponenti:I componenti sono caricati su nastro portacomponenti goffrato con una larghezza di 8mm.
• Bobina:Il nastro è avvolto su una bobina standard da 7 pollici (178mm) di diametro.
• Quantità:Ogni bobina contiene 2000 pezzi del LED.
• Busta Barriera all'Umidità:La bobina è sigillata all'interno di una busta anti-umidità in alluminio con essiccante e una scheda indicatrice di umidità.
• Informazioni Etichetta:L'etichetta della bobina contiene codici per il numero di prodotto (P/N), la quantità (QTY) e i codici di bin specifici per Intensità Luminosa (CAT), Lunghezza d'Onda Dominante (HUE) e Tensione Diretta (REF), insieme a un numero di lotto (LOT No).

8. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

8.1 Applicazioni Tipiche

In base alle sue specifiche, questo LED SMD blu è adatto per una varietà di funzioni di indicazione a bassa potenza e retroilluminazione, tra cui:

• Apparecchiature di Telecomunicazione:Indicatori di stato, retroilluminazione per tasti o display in telefoni e fax.
• Elettronica di Consumo:Illuminazione di interruttori e simboli, retroilluminazione piatta per piccoli display a cristalli liquidi (LCD).
• Indicazione Generica:Qualsiasi applicazione che richieda una luce di stato blu compatta e affidabile.

8.2 Considerazioni Critiche di Progettazione

• La Limitazione della Corrente è Obbligatoria:Un LED è un dispositivo pilotato a corrente.È necessario utilizzare una resistenza in serie(o un driver a corrente costante) per limitare la corrente diretta a 20mA o meno. Il valore della resistenza è calcolato come R = (V_alimentazione - VF_LED) / I_desiderata. Utilizzando la VF massima (3.65V) per questo calcolo si garantisce che la corrente non superi mai il limite anche con un'unità a bassa tensione di alimentazione.
• Gestione Termica:Sebbene la potenza sia bassa (75mW max), garantire un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche attorno ai pad del LED può aiutare a dissipare il calore, specialmente in condizioni di alta temperatura ambiente, mantenendo l'emissione luminosa e la longevità.
• Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 60 gradi fornisce un fascio abbastanza ampio. Per una luce più focalizzata, potrebbero essere necessarie lenti o riflettori esterni.

8.3 Restrizioni Applicative

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che questo prodotto non è progettato o qualificato per applicazioni ad alta affidabilità in cui un guasto potrebbe portare a conseguenze gravi. Ciò include:

• Sistemi militari e aerospaziali
• Sistemi di sicurezza automobilistici (es. airbag, freni)
• Apparecchiature mediche di supporto vitale o diagnostiche critiche

Per tali applicazioni, sono richiesti componenti con specifiche, qualifiche e garanzie di affidabilità diverse.

9. Confronto e Posizionamento Tecnico

Il package 25-21 si colloca tra chip più piccoli come 0402/0603 e LED di potenza più grandi. I suoi principali fattori di differenziazione sono:

• vs. Package Più Piccoli (es. 0402):Offre un'emissione luminosa più elevata ed è generalmente più facile da maneggiare e saldare manualmente se necessario, pur rimanendo molto compatto.
• vs. LED a Montaggio Forato:Consente un assemblaggio completamente automatizzato, riduce lo spazio sulla scheda ed elimina la necessità di piegare i reofori e forare i fori passanti.
• vs. LED ad Alta Potenza:Progettato per correnti (20mA) e potenze (75mW) di livello indicatore, non per l'illuminazione. Richiede un circuito di pilotaggio semplice (una resistenza) rispetto ai complessi driver a corrente costante necessari per i LED ad alta potenza.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Come seleziono la resistenza di limitazione della corrente corretta?

Utilizzare la formula: R = (V_alimentazione - VF) / I_desiderata. Per un'alimentazione di 5V e una corrente desiderata di 20mA, assumendo il caso peggiore (VF più alto) di 3.65V: R = (5V - 3.65V) / 0.020A = 67.5 Ohm. Utilizzare il valore standard immediatamente superiore (es. 68 Ohm o 75 Ohm). Ciò garantisce che la corrente rimanga al di sotto di 20mA per tutte le unità. Calcolare sempre la dissipazione di potenza nella resistenza: P_resistenza = I^2 * R.

10.2 Posso pilotare questo LED senza una resistenza utilizzando una sorgente di tensione costante?

No.La tensione diretta di un LED ha un coefficiente di temperatura negativo e varia da unità a unità. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione anche leggermente superiore alla sua VF causerà un aumento incontrollabile della corrente, potenzialmente superando il Valore Massimo Assoluto e distruggendo il LED quasi istantaneamente.

10.3 Perché c'è un limite di 7 giorni dopo l'apertura della busta anti-umidità?

I package plastici SMD possono assorbire umidità dall'aria. 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. La vita a banco di 7 giorni e le procedure di ricottura sono progettate per rimuovere questa umidità assorbita prima della saldatura.

10.4 Cosa significano i codici di bin (es. S2/A11/6) per il mio progetto?

Specificano il gruppo di prestazioni dei tuoi LED specifici. Se il tuo progetto richiede una luminosità minima, dovresti specificare un bin come S1 o S2. Se la coerenza del colore tra più LED è critica, dovresti specificare un bin di lunghezza d'onda stretto (es. solo A10). Specificare un bin di tensione (es. 5) può aiutare a rendere la corrente (e quindi la luminosità) più coerente tra le unità quando si utilizza un semplice pilotaggio a resistenza.

11. Esempio Pratico di Progettazione

Scenario:Progettare un semplice indicatore di alimentazione blu per un dispositivo alimentato da una linea a 3.3V. Vogliamo circa 15mA di corrente per una luminosità adeguata, rimanendo conservativi.

1. Determinare la VF nel Caso Peggiore:Dalla scheda tecnica, la VF massima (Bin 7) è 3.65V.
2. Calcolare il Valore Minimo della Resistenza:R_min = (V_alimentazione - VF_max) / I_desiderata = (3.3V - 3.65V) / 0.015A = -23.3 Ohm. Questo è negativo, il che significa che con un'alimentazione di 3.3V e un'unità con VF=3.65V, non fluirebbe corrente. Questo è accettabile; il LED semplicemente non si accenderà per quella specifica unità ad alta VF a questa bassa tensione di alimentazione.
3. Calcolare per VF Tipica/Bassa:Usiamo una VF tipica di 3.2V. R = (3.3V - 3.2V) / 0.015A ≈ 6.7 Ohm. Utilizzando una resistenza standard da 10 Ohm: I_effettiva = (3.3V - 3.2V) / 10 = 10mA (sicura). Per un'unità a bassa VF di 2.8V: I = (3.3V - 2.8V) / 10 = 50mA. Questo supera la specifica di corrente continua di 20mA!
4. Conclusione:Un'alimentazione di 3.3V è troppo vicina all'intervallo di tensione diretta del LED per un funzionamento affidabile e sicuro con una semplice resistenza in serie. La corrente varierà notevolmente (da 0mA a oltre 50mA) a seconda della VF del singolo LED. Una soluzione migliore è utilizzare una tensione di alimentazione più alta (es. 5V) o un driver a corrente costante dedicato a bassa caduta di tensione progettato per funzionamento a bassa tensione.

12. Principio di Funzionamento

Questo LED funziona sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttore. La regione attiva utilizza un semiconduttore composto InGaN (Nitruro di Indio e Gallio). Quando viene applicata una tensione di polarizzazione diretta che supera il potenziale intrinseco della giunzione, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Lì, si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega InGaN determina l'energia del bandgap, che corrisponde direttamente alla lunghezza d'onda (colore) della luce emessa – in questo caso, blu (~468 nm). L'incapsulante in resina epossidica protegge il chip semiconduttore, funge da lente per modellare l'emissione luminosa ed è formulato per essere perfettamente trasparente per massimizzare la trasmissione della luce.

13. Tendenze Tecnologiche

I LED SMD in package come il 25-21 rappresentano una tecnologia matura e ampiamente adottata. Le tendenze attuali in questo segmento si concentrano su diverse aree chiave:

• Aumento dell'Efficienza:I continui miglioramenti nella scienza dei materiali e nella crescita epitassiale mirano a produrre più luce (maggiore efficienza luminosa) per unità di potenza elettrica in ingresso (mA), consentendo un consumo energetico inferiore o una luminosità più elevata a parità di corrente.
• Migliore Coerenza del Colore:I progressi nel controllo della produzione e negli algoritmi di binning portano a distribuzioni più strette nella lunghezza d'onda dominante e nell'intensità luminosa, riducendo la necessità di un binning esteso e fornendo un aspetto più uniforme nelle applicazioni multi-LED.
• Affidabilità Migliorata:La ricerca su materiali per package più robusti, metodi migliori di attacco del die e fosfori migliorati (per LED bianchi) continua a estendere la durata operativa e la stabilità sotto vari stress ambientali.
• Continuazione della Miniaturizzazione:Sebbene il 25-21 sia piccolo, la spinta verso fattori di forma ancora più piccoli (es. package chip-scale) persiste per dispositivi ultra-compatti, anche se spesso con compromessi nella facilità di manipolazione e nelle prestazioni termiche.
• Integrazione:Una tendenza più ampia coinvolge l'integrazione dell'elettronica di controllo (come driver a corrente costante o circuiti a modulazione di larghezza di impulso) direttamente con il die del LED in un unico package, semplificando la progettazione del circuito per l'utente finale.