Scheda Tecnica LED SMD 15-21/BHC-AN1P2/2T - Blu - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 20mA - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 15-21/BHC-AN1P2/2T è un LED SMD blu compatto, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono un posizionamento ad alta densità dei componenti. Il suo vantaggio principale risiede nell'ingombro significativamente ridotto rispetto ai LED tradizionali con piedini, consentendo progetti di circuiti stampati (PCB) più piccoli e prodotti finali più compatti. Il dispositivo è realizzato utilizzando la tecnologia a chip InGaN (Indio Gallio Nitruro), incapsulato in una resina trasparente, che emette luce nello spettro del blu. È pienamente conforme alle direttive RoHS, REACH e privo di alogeni, rendendolo adatto a processi produttivi attenti all'ambiente.

1.1 Vantaggi Principali

I principali benefici di questo LED includono le sue dimensioni miniaturizzate (2.0mm x 1.25mm x 0.8mm), che contribuiscono direttamente a ridurre lo spazio di stoccaggio e ad aumentare la densità di impacchettamento sui PCB. La sua natura leggera lo rende ideale per applicazioni portatili e miniaturizzate. Il componente è fornito su nastro da 8mm montato su bobine da 7 pollici di diametro, garantendo compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place ad alta velocità. Inoltre, è progettato per resistere ai processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi e a fase di vapore, facilitando una produzione di massa efficiente.

1.2 Applicazioni Target

Questo LED è versatile e trova impiego in vari ruoli di illuminazione e indicazione. Applicazioni comuni includono l'illuminazione di sfondo per cruscotti di pannelli strumenti, interruttori e tastiere. Nell'equipaggiamento per telecomunicazioni, funge da indicatore di stato e retroilluminazione per dispositivi come telefoni e fax. È anche adatto per fornire retroilluminazione piatta per display a cristalli liquidi (LCD) e funzioni di indicazione generiche dove è richiesta una sorgente di luce blu compatta e affidabile.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva delle specifiche elettriche, ottiche e termiche chiave del dispositivo, come definite nelle tabelle dei Valori Massimi Assoluti e delle Caratteristiche Elettro-Ottiche.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi non sono condizioni operative. La tensione inversa massima (V_R) è di 5V. Superare questo valore può causare il breakdown della giunzione. La corrente diretta continua (I_F) è nominale a 25mA. Per il funzionamento in impulso, è consentita una corrente diretta di picco (I_FP) di 100mA con un ciclo di lavoro di 1/10 a 1kHz. La dissipazione di potenza massima (P_d) è di 95mW, calcolata come prodotto della tensione diretta e della corrente. Il dispositivo può resistere a una scarica elettrostatica (ESD) di 150V secondo il modello del corpo umano (HBM). L'intervallo di temperatura operativa (T_opr) va da -40°C a +85°C, e la temperatura di stoccaggio (T_stg) si estende leggermente da -40°C a +90°C. Il profilo di temperatura per la saldatura è critico: per la rifusione, è specificato un picco di 260°C per un massimo di 10 secondi; per la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore non deve superare i 350°C per 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard a 25°C di temperatura ambiente e una corrente diretta di 20mA. L'intensità luminosa (I_v) ha un valore tipico all'interno di un ampio intervallo definito dal sistema di binning, con un minimo di 28.5 mcd e un massimo di 72.0 mcd. L'angolo di visione (2θ1/2) è tipicamente di 130 gradi, indicando un pattern di emissione ampio e diffuso. La lunghezza d'onda di picco (λ_p) è tipicamente 468 nm, e la lunghezza d'onda dominante (λ_d) varia da 464.5 nm a 476.5 nm, definendo il colore blu percepito. La larghezza di banda spettrale (Δλ) è tipicamente 25 nm. La tensione diretta (V_F) varia da 2.7V (min) a 3.7V (max), con un valore tipico di 3.3V a 20mA. La corrente inversa (I_R) è molto bassa, con un massimo di 50 µA alla piena polarizzazione inversa di 5V.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin di prestazioni. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino specifici requisiti di luminosità e colore.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'emissione luminosa è categorizzata in quattro bin distinti: N1 (28.5-36.0 mcd), N2 (36.0-45.0 mcd), P1 (45.0-57.0 mcd) e P2 (57.0-72.0 mcd). Una tolleranza di ±11% si applica all'interno di ciascun bin. I progettisti devono tenere conto di questa variazione quando progettano per livelli di luminosità minimi nella loro applicazione.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Anche il colore (lunghezza d'onda dominante) viene classificato in bin per controllare la variazione di tonalità. I bin sono A9 (464.5-467.5 nm), A10 (467.5-470.5 nm), A11 (470.5-473.5 nm) e A12 (473.5-476.5 nm). È specificata una tolleranza di ±1nm. Questo binning è cruciale per applicazioni in cui la coerenza del colore tra più LED è importante, come negli array di retroilluminazione.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene il PDF indichi una sezione per le curve tipiche delle caratteristiche elettro-ottiche, i dati grafici specifici (ad es., curve I-V, intensità vs. corrente, lunghezza d'onda vs. temperatura) non sono forniti nel testo estratto. In una scheda tecnica completa, queste curve sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard. I progettisti si affidano tipicamente a tali curve per prevedere le prestazioni a diverse correnti operative e temperature ambientali, che influenzano direttamente l'emissione luminosa, la tensione diretta e l'affidabilità a lungo termine.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è conforme allo standard del package SMD 15-21. Le dimensioni chiave sono approssimativamente 2.0mm di lunghezza, 1.25mm di larghezza e 0.8mm di altezza. Il disegno del package specifica la posizione e la dimensione delle piazzole di saldatura (tipicamente 0.6mm x 0.9mm), lo spazio tra di esse e le tolleranze complessive (generalmente ±0.1mm salvo diversa indicazione). Questi dati dimensionali precisi sono critici per creare un footprint (impronta) PCB accurato per garantire una corretta saldatura e allineamento.

5.2 Identificazione della Polarità

Il catodo (terminale negativo) è tipicamente contrassegnato sul dispositivo, spesso da una piccola tacca, un punto verde o un angolo smussato sul package. Il disegno dimensionale fornito dovrebbe indicare chiaramente questa marcatura. L'orientamento corretto della polarità durante l'assemblaggio è obbligatorio per il funzionamento del dispositivo.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione e saldatura corretta sono fondamentali per mantenere l'integrità e le prestazioni del dispositivo.

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

È specificato un profilo di rifusione senza piombo. La zona di pre-riscaldamento dovrebbe salire da 150°C a 200°C in 60-120 secondi. Il tempo sopra la temperatura di liquidus della lega (217°C) dovrebbe essere di 60-150 secondi. La temperatura di picco non deve superare i 260°C, e il tempo a questo picco deve essere al massimo di 10 secondi. La velocità massima di riscaldamento è di 6°C/sec, e la velocità massima di raffreddamento è di 3°C/sec. La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte sullo stesso dispositivo.

6.2 Stoccaggio e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in sacchetti barriera resistenti all'umidità con essiccante. Il sacchetto non deve essere aperto finché i componenti non sono pronti per l'uso. Prima dell'apertura, le condizioni di stoccaggio dovrebbero essere ≤30°C e ≤90% UR. Dopo l'apertura, la "vita a terra" è di 1 anno in condizioni di ≤30°C e ≤60% UR. Se l'indicatore dell'essiccante mostra saturazione o il tempo di stoccaggio è superato, è necessario un trattamento di baking a 60±5°C per 24 ore prima della rifusione per prevenire danni da "popcorning" durante la saldatura.

6.3 Precauzioni per Saldatura Manuale e Riparazione

Se è necessaria la saldatura manuale, si consiglia estrema cautela. Dovrebbe essere utilizzato un saldatore con temperatura della punta inferiore a 350°C e una potenza nominale inferiore a 25W. Il tempo di contatto per terminale non deve superare i 3 secondi. Dovrebbe essere lasciato un intervallo minimo di 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale. Si sconsiglia vivamente la riparazione dopo la saldatura iniziale. Se inevitabile, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a doppia testa specializzato per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali ed evitare stress meccanici sul package.

7. Confezionamento e Informazioni d'Ordine

7.1 Specifiche di Confezionamento

Il prodotto è fornito su nastro portatore goffrato con dimensioni adattate al package 15-21. Il nastro è avvolto su una bobina standard da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. Le dimensioni della bobina, del nastro e del nastro di copertura sono fornite nei disegni della scheda tecnica per garantire la compatibilità con gli alimentatori automatici.

7.2 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene diversi codici chiave: P/N (Numero Prodotto: 15-21/BHC-AN1P2/2T), QTY (Quantità di Confezionamento: 2000), CAT (Classe di Intensità Luminosa, es. N1, P2), HUE (Classe di Cromaticità/Lunghezza d'Onda Dominante, es. A10, A12), REF (Classe di Tensione Diretta) e LOT No (Numero di Lotto Tracciabile). Il campo CPN è per il numero di parte interno del cliente.

8. Suggerimenti per la Progettazione dell'Applicazione

8.1 Requisito di Limitazione di Corrente

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Una resistenza di limitazione di corrente in serie è assolutamente obbligatoria nel progetto del circuito per prevenire la fuga termica e la distruzione. La scheda tecnica mostra che un leggero aumento della tensione diretta può causare un grande aumento della corrente. Il valore della resistenza dovrebbe essere calcolato in base alla tensione di alimentazione (V_supply), alla tensione diretta tipica del LED (V_F, es. 3.3V) e alla corrente operativa desiderata (I_F, deve essere ≤25mA continua). La formula è R = (V_supply - V_F) / I_F.

8.2 Considerazioni sulla Gestione Termica

Sebbene piccolo, il LED dissipa calore (fino a 95mW). Per un funzionamento affidabile a lungo termine, specialmente ad alte temperature ambientali o vicino alla corrente massima, dovrebbe essere utilizzata un'adeguata area di rame sul PCB (piazzole di raffreddamento termico) per condurre il calore lontano dalle giunzioni saldate e dal die del LED stesso. Operare a correnti inferiori rispetto al valore nominale massimo migliora significativamente la durata e l'affidabilità.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

La principale differenziazione del LED in package 15-21 rispetto a LED SMD più grandi (es. 3528, 5050) o LED a foro passante è la sua dimensione ultra compatta, che consente la miniaturizzazione del design. Rispetto ad altri LED miniaturizzati, i suoi vantaggi chiave includono un ampio angolo di visione di 130 gradi per un'illuminazione uniforme, la conformità a normative ambientali stringenti (RoHS, Senza Alogeni) e specifiche robuste per l'assemblaggio automatico a rifusione. Il dettagliato sistema di binning fornisce ai progettisti parametri di prestazione prevedibili per colore e luminosità.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un'alimentazione a 5V senza una resistenza?

R: No. Questo distruggerebbe quasi certamente il LED. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione di corrente in serie come descritto nella sezione 8.1.

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

R: La lunghezza d'onda di picco (λ_p) è la lunghezza d'onda alla quale lo spettro di emissione ha la massima intensità. La lunghezza d'onda dominante (λ_d) è la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che corrisponde al colore percepito del LED. λ_d è più rilevante per la specifica del colore.

D: Come interpreto i codici bin (es. P2 A11) quando ordino?

R: Il codice bin specifica l'intervallo di prestazione garantito. "P2" significa che l'intensità luminosa è tra 57.0 e 72.0 mcd. "A11" significa che la lunghezza d'onda dominante è tra 470.5 e 473.5 nm. Dovresti selezionare i bin che soddisfano i requisiti minimi di luminosità e coerenza del colore della tua applicazione.

D: Questo LED è adatto per l'illuminazione del cruscotto automobilistico?

R: Sebbene sia elencato per la retroilluminazione del cruscotto, la sezione "Restrizioni Applicative" afferma esplicitamente che applicazioni ad alta affidabilità come i sistemi di sicurezza automobilistici potrebbero richiedere prodotti diversi. Per tali applicazioni critiche, è necessaria la consultazione con il produttore e potenzialmente l'uso di un componente qualificato AEC-Q102.

11. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore di stato compatto per un dispositivo medico portatile.

Il design richiede quattro LED di stato blu in uno spazio ristretto. Il package 15-21 è selezionato per le sue piccole dimensioni. Il progettista sceglie il bin di luminosità P1 (45-57 mcd) per garantire una visibilità adeguata. Il bin di lunghezza d'onda A10 (467.5-470.5 nm) è selezionato per la coerenza del colore. Il circuito è alimentato da una linea a 3.3V. Utilizzando la V_F tipica di 3.3V a 20mA, verrebbe utilizzata una resistenza in serie molto piccola (es. 0-1 Ohm) o un driver a corrente costante impostato a 18mA (per margine). Il layout del PCB include piazzole termiche collegate a un piano di massa per la dissipazione del calore. L'assemblaggio segue il profilo di rifusione specificato e i dispositivi sensibili all'umidità sono utilizzati entro la vita a terra prescritta dopo l'apertura del sacchetto.

12. Principio di Funzionamento

Questo LED funziona sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n di semiconduttore. La regione attiva è realizzata in InGaN. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale interno della giunzione, elettroni e lacune 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 a sua volta determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa, in questo caso, blu. L'incapsulamento in resina trasparente protegge il die del semiconduttore e funge da lente per modellare il fascio di luce in uscita.

13. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo di LED SMD come il package 15-21 è guidato dalla tendenza in corso verso la miniaturizzazione e l'aumento della funzionalità nei dispositivi elettronici. Le tendenze chiave in questo settore includono la continua riduzione delle dimensioni del package mantenendo o aumentando l'emissione luminosa (maggiore efficacia), il miglioramento della resa cromatica e della coerenza attraverso binning avanzato e tecnologia dei chip, e l'aumentata affidabilità per il funzionamento in ambienti ostili (temperature più elevate, umidità). Inoltre, l'integrazione con driver intelligenti e lo sviluppo di array di micro-LED per applicazioni di visualizzazione rappresentano significative direzioni future nella tecnologia dell'illuminazione a stato solido.