Scheda Tecnica LED SMD 42-21/BHC-AUW/1T - Blu - 2.1x2.1x1.2mm - 3.3V - 20mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 42-21/BHC-AUW/1T è un LED a montaggio superficiale compatto, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono soluzioni affidabili e a basso consumo per indicatori o retroilluminazione. Questo LED blu utilizza la tecnologia a chip InGaN, incapsulata in una resina water clear, per garantire prestazioni costanti in un ingombro miniaturizzato. I suoi vantaggi principali includono un notevole risparmio di spazio sui PCB, un'alta densità di impaccamento e l'idoneità per processi di assemblaggio automatizzati, rendendolo ideale per la produzione di grandi volumi.

Il componente è pienamente conforme agli standard RoHS, REACH UE e senza alogeni, garantendo responsabilità ambientale e ampia accettazione sul mercato. La sua costruzione leggera e le dimensioni ridotte consentono la progettazione di apparecchiature più piccole e portatili.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

I limiti operativi del dispositivo sono definiti per garantire l'affidabilità a lungo termine. Superare questi valori può causare danni permanenti.

• Tensione Inversa (V_R):5V. Si raccomanda un circuito di protezione se sono possibili condizioni di tensione inversa.
• Corrente Diretta Continua (I_F):25mA. La condizione operativa tipica è 20mA.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100mA (Duty 1/10 @1KHz). Adatta per funzionamento in impulso ma non in DC.
• Dissipazione di Potenza (P_d):95mW. Questo limite considera sia i vincoli elettrici che termici.
• Temperatura di Funzionamento & Conservazione:-40°C a +85°C / -40°C a +90°C. Questo ampio intervallo supporta applicazioni industriali.
• Scarica Elettrostatica (ESD):150V (HBM). Sono necessarie le normali precauzioni ESD durante la manipolazione.
• Temperatura di Saldatura:Rifusione: 260°C per 10 sec; Manuale: 350°C per 3 sec. Il rispetto è fondamentale per prevenire danni termici.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche (T_a=25°C)

Questi parametri definiscono le prestazioni del LED in condizioni di test standard (I_F=20mA).

• Intensità Luminosa (I_v):450 a 1800 mcd (millicandela). L'ampio intervallo è gestito attraverso un sistema di binning.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):30 gradi (tipico). Definisce la diffusione angolare della luce emessa.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):468 nm (tipico). La lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):464.5 a 476.5 nm. Questo è il colore percepito della luce, con una tolleranza di ±1nm.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):25 nm (tipico). La larghezza dello spettro emesso a metà dell'intensità massima.
• Tensione Diretta (V_F):2.7V a 3.7V, con un valore tipico di 3.3V a 20mA.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 50 µA a V_R=5V.

Nota Critica di Progettazione:La tensione diretta ha un intervallo. Una resistenza limitatrice di corrente èassolutamente obbligatoriaper prevenire la fuga termica e il burnout da piccole fluttuazioni della tensione di alimentazione. Il valore della resistenza deve essere calcolato in base alla tensione di alimentazione effettiva e al V_Fmassimo atteso per garantire che I_Fnon superi i 25mA.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin. Il 42-21 utilizza due sistemi di binning indipendenti.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono categorizzati in base alla loro emissione luminosa misurata a I_F=20mA. Il codice del bin è marcato per l'identificazione.

• Bin U:450 – 715 mcd
• Bin V:715 – 1120 mcd
• Bin W:1120 – 1800 mcd

Tolleranza: ±11%

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

I LED sono anche suddivisi in base alla loro precisa tonalità di blu per mantenere l'uniformità del colore in un array.

• Gruppo A, Bin A9:464.5 – 467.5 nm
• Gruppo A, Bin A10:467.5 – 470.5 nm
• Gruppo A, Bin A11:470.5 – 473.5 nm
• Gruppo A, Bin A12:473.5 – 476.5 nm

Tolleranza: ±1nm

Implicazione di Progettazione:Per applicazioni che richiedono luminosità o colore abbinati (es. retroilluminazioni multi-LED, barre di stato), specificare un singolo bin o richiedere un binning stretto al fornitore è cruciale.

4. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

4.1 Dimensioni Fisiche

Il LED ha un package SMD compatto. Dimensioni chiave (tolleranza ±0.1mm salvo diversa indicazione):

• Dimensioni del Package: Circa 2.1mm x 2.1mm.
• Altezza: Circa 1.2mm.
• Il catodo è identificato da una marcatura specifica sul corpo del package.

4.2 Identificazione della Polarità

La polarità corretta è essenziale. Il terminale catodo è chiaramente indicato sul corpo del componente. Il land pattern (footprint) PCB raccomandato dovrebbe rispecchiare questo design per garantire il corretto allineamento durante la saldatura a rifusione.

4.3 Specifiche di Imballaggio

I LED sono forniti in imballaggio standard del settore per l'assemblaggio automatizzato:

• Nastro Portacomponenti:Larghezza 8mm, su bobine da 7 pollici di diametro.
• Quantità per Bobina:1000 pezzi.
• Sensibilità all'Umidità:Confezionati in busta di alluminio resistente all'umidità con essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare crepe "popcorn" durante la rifusione.

L'etichetta della bobina contiene informazioni critiche: Numero di Prodotto (P/N), quantità (QTY), bin dell'intensità luminosa (CAT), bin della lunghezza d'onda dominante (HUE), ranking della tensione diretta (REF) e numero di lotto (LOT No).

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

5.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il componente è compatibile con processi di rifusione a infrarossi e a fase di vapore. È richiesto un profilo di saldatura senza piombo (Pb-free):

• Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
• Tempo Sopra Liquido:Raccomandato 30-60 secondi.
• Preriscaldamento:Rampa graduale per attivare il flussante e minimizzare lo shock termico.

Critico:La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte sullo stesso assemblaggio LED.

5.2 Saldatura Manuale

Se una riparazione manuale è inevitabile, è necessario prestare estrema attenzione:

• Temperatura del Saldatore:Inferiore a 350°C.
• Tempo di Contatto:3 secondi o meno per terminale.
• Potenza del Saldatore:Inferiore a 25W.
• Metodo:Utilizzare un saldatore a doppia testa per riscaldare entrambi i terminali simultaneamente ed evitare stress meccanico sulle giunzioni saldate. Verificare la funzionalità del LED dopo qualsiasi riparazione.

5.3 Conservazione e Manipolazione

• Prima dell'Apertura della Busta:Conservare a ≤30°C e ≤90% UR.
• Dopo l'Apertura della Busta (Vita Utile a Punto):1 anno a ≤30°C e ≤60% UR. Le parti non utilizzate devono essere risigillate in una busta impermeabile all'umidità con nuovo essiccante.
• Essiccazione:Se la busta è aperta oltre la vita utile a punto o l'essiccante è saturo, essiccare a 60±5°C per 24 ore prima della rifusione per rimuovere l'umidità.
• Non piegare o deformare il PCB dopo la saldatura, poiché ciò può stressare le giunzioni saldate del LED e causare guasti.

6. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

6.1 Applicazioni Tipiche

• Retroilluminazione Quadri Strumenti:Illuminazione per indicatori e interruttori del cruscotto.
• Dispositivi di Telecomunicazione:Indicatori di stato e retroilluminazione tastiera in telefoni e fax.
• Retroilluminazione LCD:Retroilluminazione laterale o diretta per LCD monocromatici o a colori di piccole dimensioni.
• Indicazione Generale:Stato alimentazione, indicatori di modalità e altri elementi dell'interfaccia utente.

6.2 Progettazione del Circuito

L'aspetto più critico del circuito di pilotaggio è la resistenza limitatrice di corrente in serie. Il suo valore (R_s) può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R_s= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.

Esempio:Per un'alimentazione a 5V e utilizzando il V_Fmassimo di 3.7V per garantire una corrente sicura in tutte le condizioni a I_F=20mA:
R_s= (5V - 3.7V) / 0.020A = 65 Ohm.
Si selezionerebbe il valore standard più vicino (es. 68 Ohm), e si dovrebbe verificare la potenza nominale della resistenza: P = I²R = (0.02)²* 68 = 0.0272W. Una resistenza standard da 1/10W (0.1W) è più che sufficiente.

6.3 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa (95mW max), un layout PCB adeguato favorisce la longevità. Assicurare un'adeguata area di rame attorno ai pad del LED per fungere da dissipatore di calore, specialmente se si opera ad alte temperature ambientali o vicino alla corrente massima.

6.4 Restrizioni Applicative

Questo LED di grado commerciale standard non è specificamente progettato o qualificato per applicazioni ad alta affidabilità in cui un guasto potrebbe portare a rischi per la sicurezza o danni materiali significativi. Ciò include, ma non è limitato a:

• Sistemi di sicurezza militari, aerospaziali o aeronautici.
• Sistemi critici per la sicurezza automobilistica (es. luci freno, indicatori airbag).
• Apparecchiature mediche di supporto vitale o diagnostiche.

Per tali applicazioni, devono essere reperiti componenti con le opportune qualifiche automobilistiche, militari o mediche. Le prestazioni sono garantite solo entro le specifiche delineate in questo documento.

7. Confronto Tecnico e Posizionamento

Il package 42-21 rappresenta un equilibrio tra dimensioni, prestazioni e producibilità. Rispetto ai LED con piombatura più grandi (es. tipi through-hole da 3mm o 5mm), offre una drastica riduzione dello spazio su scheda e del peso, consentendo design moderni miniaturizzati. Rispetto ai package chip-scale (CSP) più piccoli, offre una manipolazione più facile con attrezzature SMT standard e fornisce una lente modellata per una distribuzione della luce controllata (angolo di visione di 30 gradi). La sua corrente di pilotaggio di 20mA e il V_Ftipico di 3.3V lo rendono direttamente compatibile con le comuni alimentazioni logiche a 3.3V e 5V con una semplice resistenza.

8. Domande Frequenti (FAQ)

8.1 Perché una resistenza limitatrice di corrente è obbligatoria?

I LED sono dispositivi pilotati a corrente. La loro caratteristica V-I è esponenziale. Un piccolo aumento della tensione oltre il V_Fnominale provoca un grande, potenzialmente distruttivo, aumento della corrente. Una resistenza in serie fornisce una relazione lineare e prevedibile tra tensione di alimentazione e corrente del LED, garantendo un funzionamento stabile e sicuro.

8.2 Posso pilotare questo LED direttamente da un pin GPIO di un microcontrollore?

Possibilmente, ma con cautela. Molti pin GPIO possono erogare o assorbire solo 10-25mA. Devi controllare la scheda tecnica del tuo microcontrollore. Anche se entro i limiti, hai comunque bisogno di una resistenza in serie. Spesso è più sicuro usare il GPIO per controllare un transistor (BJT o MOSFET) che poi pilota il LED, isolando l'MCU dal carico di corrente del LED.

8.3 Cosa significa "resina water clear"?

Significa che la lente di plastica di incapsulamento è trasparente, non diffusa o colorata. Ciò consente di vedere il vero colore del chip InGaN blu, fornendo la massima emissione luminosa possibile e un angolo di visione ben definito e stretto.

8.4 Come interpreto i codici di binning sull'etichetta del nastro?

Il codice "CAT" (U, V, W) indica l'intervallo di luminosità. Il codice "HUE" (es. A10) indica l'intervallo della lunghezza d'onda dominante. Per un aspetto coerente in un prodotto, ordina LED dallo stesso bin CAT e HUE. Il codice "REF" indica il ranking della tensione diretta, che può essere utile per progetti di regolazione di corrente precisa.

9. Caso di Studio Pratico di Progettazione

Scenario:Progettazione di un dispositivo compatto alimentato USB con quattro LED di stato blu.

1. Fonte di Alimentazione:USB fornisce 5V.
2. Selezione del LED:42-21/BHC-AUW/1T, Bin V per luminosità media, Bin A11 per tonalità blu consistente.
3. Calcolo della Corrente:Obiettivo I_F= 18mA (leggermente sotto il max per margine). Usa V_Fmax = 3.7V per il caso peggiore.
   R_s= (5V - 3.7V) / 0.018A ≈ 72.2Ω. Usa resistore standard da 75Ω.
4. Potenza per LED: P_LED= 3.3V(tip) * 0.018A ≈ 59.4mW. Ben entro il limite di 95mW.
5. Corrente Totale:4 LED * 18mA = 72mA. Ben entro la capacità di 500mA di una porta USB standard.
6. Layout PCB:Posizionare i LED con la polarità corretta. Utilizzare una piccola zona di massa sotto e attorno ai pad del LED per la dissipazione del calore. Assicurarsi che il profilo di rifusione corrisponda al picco raccomandato di 260°C.
7. Risultato:Un sistema indicatore affidabile e uniformemente luminoso con spazio su scheda e consumo energetico minimi.

10. Principio di Funzionamento e Tecnologia

Questo LED si basa su un'eterostruttura a semiconduttore realizzata in Nitruro di Indio Gallio (InGaN). Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva. La loro ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione della lega InGaN determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa—in questo caso, blu (~468 nm). La resina epossidica water clear incapsula il chip semiconduttore, funge da lente per modellare il fascio luminoso in uscita (angolo di visione di 30 gradi) e fornisce stabilità meccanica.

11. Tendenze del Settore

Il mercato per i LED SMD come il 42-21 continua a essere trainato dalla miniaturizzazione di tutti i dispositivi elettronici. C'è una costante tendenza verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), che consente un'uscita più luminosa a parità di corrente o la stessa luminosità a potenza inferiore, estendendo l'autonomia della batteria nei dispositivi portatili. Inoltre, la domanda di binning più stretto per colore e luminosità è in aumento poiché applicazioni come display a colori completi e illuminazione ambientale richiedono un'eccezionale uniformità. La tecnologia InGaN sottostante per i LED blu è matura ma continua a vedere miglioramenti incrementali in efficienza e affidabilità. Anche la tecnologia di packaging si sta evolvendo, con tendenze verso profili ancora più sottili e materiali migliorati per la gestione termica per gestire densità di potenza più elevate in spazi compatti.