Scheda Tecnica LED SMD 19-218/BHC-ZL1M2QY/3T - Blu - 5mA - Angolo Visivo 120° - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 19-218/BHC-ZL1M2QY/3T è un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD) progettato per applicazioni elettroniche moderne e compatte. Questo componente rappresenta un significativo progresso rispetto ai LED tradizionali a telaio con reofori, consentendo una sostanziale miniaturizzazione dei prodotti finali. La sua proposta di valore principale risiede nel permettere progetti di circuiti stampati (PCB) più piccoli, una maggiore densità di componenti e una riduzione complessiva delle dimensioni e del peso dell'apparecchiatura. Ciò lo rende una scelta ideale per applicazioni in cui spazio e peso sono vincoli critici.

Il LED è di tipo monocromatico, emette luce blu ed è realizzato con materiali ecologici. È pienamente conforme alle principali normative internazionali, inclusa la direttiva europea sulla restrizione delle sostanze pericolose (RoHS), il regolamento REACH (Registrazione, Valutazione, Autorizzazione e Restrizione delle Sostanze Chimiche) e i requisiti senza alogeni (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Il prodotto è fornito in formato nastro e bobina compatibile con le attrezzature standard di assemblaggio automatico pick-and-place, semplificando i processi di produzione di massa.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi primari di questo LED SMD derivano dalla sua impronta miniaturizzata e dalla costruzione leggera. Eliminando i reofori ingombranti, consente un uso più efficiente dello spazio sul PCB. Ciò si traduce direttamente in custodie finali del prodotto più piccole, costi dei materiali ridotti e dispositivi per l'utente finale più leggeri. L'alta densità di impaccamento ottenibile con i componenti SMD è cruciale per l'elettronica moderna ricca di funzionalità.

Le applicazioni target per questo LED sono varie, focalizzate su funzioni di indicazione e retroilluminazione. I mercati chiave includono interni automobilistici (ad es., retroilluminazione del cruscotto e degli interruttori), apparecchiature di telecomunicazione (ad es., indicatori di stato e retroilluminazione tastiera in telefoni e fax) ed elettronica di consumo (ad es., retroilluminazione piatta per display a cristalli liquidi (LCD), interruttori e simboli). La sua natura general-purpose lo rende adatto anche a una vasta gamma di altre applicazioni di indicazione nei settori industriale e consumer.

2. Valori Massimi Assoluti e Parametri Tecnici

Comprendere i valori massimi assoluti è essenziale per garantire un funzionamento affidabile e prevenire guasti prematuri del dispositivo. Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente.

• Tensione Inversa (V_R):5 V. Superare questa tensione in direzione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):25 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100 mA. Questo valore di corrente impulsiva (con un ciclo di lavoro di 1/10 e frequenza di 1 kHz) consente brevi periodi di luminosità più elevata ma non deve essere utilizzato per il funzionamento continuo.
• Dissipazione di Potenza (P_d):95 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore, calcolata come prodotto della tensione diretta per la corrente diretta.
• Scarica Elettrostatica (ESD) Modello Corpo Umano (HBM):150 V. Devono essere seguite le corrette procedure di manipolazione ESD durante l'assemblaggio e la movimentazione per evitare danni da elettricità statica.
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura:Il dispositivo può resistere alla saldatura a riflusso 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.

3. Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le caratteristiche elettro-ottiche sono misurate in condizioni di prova standard di temperatura ambiente (T_a) di 25°C e corrente diretta (I_F) di 5 mA, salvo diversa specificazione. Questi parametri definiscono l'emissione luminosa e il comportamento elettrico del LED.

• Intensità Luminosa (I_v):Varia da un minimo di 11,5 millicandele (mcd) a un massimo di 28,5 mcd. Il valore tipico non è specificato nella tabella riassuntiva, ma il sistema di binning fornisce intervalli specifici.
• Angolo Visivo (2θ_1/2):120 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa è la metà di quella a 0 gradi (sull'asse). Un ampio angolo visivo come questo è adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia o visibilità da più angolazioni.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):468 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale raggiunge il suo massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Varia da 465 nm a 475 nm. Questa è l'unica lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che corrisponde al colore della luce del LED. È un parametro chiave per la definizione del colore.
• Larghezza di Banda della Radiazione Spettrale (Δλ):25 nm (tipico). Questo definisce l'ampiezza dello spettro emesso a metà dell'intensità di picco.
• Tensione Diretta (V_F):Varia da 2,7 V a 3,2 V a I_F= 5mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando è in conduzione.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo di 50 μA quando viene applicata una tensione inversa (V_R) di 5V.

Nota sulle Tolleranze:L'intensità luminosa ha una tolleranza di ±11%, la lunghezza d'onda dominante ha una tolleranza di ±1 nm e la tensione diretta ha una tolleranza di ±0,05 V. Queste tolleranze sono considerate nel sistema di binning.

4. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino requisiti specifici di applicazione per l'uniformità.

4.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono classificati in quattro bin (L1, L2, M1, M2) in base alla loro intensità luminosa misurata a I_F= 5mA.

• Bin L1:11,5 mcd a 14,5 mcd
• Bin L2:14,5 mcd a 18,0 mcd
• Bin M1:18,0 mcd a 22,5 mcd
• Bin M2:22,5 mcd a 28,5 mcd

4.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

I LED sono raggruppati per lunghezza d'onda dominante per controllare la tonalità del blu.

• Gruppo Z:Questo gruppo contiene i bin per i LED blu.
• Bin X:465 nm a 470 nm (un blu leggermente più corto, potenzialmente tendente al verde)
• Bin Y:470 nm a 475 nm (un blu leggermente più lungo, potenzialmente più puro o profondo)

4.3 Binning della Tensione Diretta

I LED sono anche suddivisi in bin per tensione diretta (V_F) per aiutare nella progettazione del circuito, in particolare per il calcolo della resistenza di limitazione e la progettazione dell'alimentazione.

• Gruppo Q:Questo gruppo contiene i bin della tensione diretta.
• Bin 29:2,7 V a 2,8 V
• Bin 30:2,8 V a 2,9 V
• Bin 31:2,9 V a 3,0 V
• Bin 32:3,0 V a 3,1 V
• Bin 33:3,1 V a 3,2 V

Il numero di parte completo del prodotto (es., BHC-ZL1M2QY/3T) incorpora codici che specificano a quali bin appartiene il dispositivo per intensità luminosa, lunghezza d'onda dominante e tensione diretta.

5. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano come cambiano le prestazioni del LED in diverse condizioni operative. Queste sono fondamentali per una progettazione robusta.

5.1 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questa curva mostra che l'intensità luminosa aumenta con la corrente diretta, ma la relazione non è perfettamente lineare, specialmente a correnti più elevate. Operare al di sopra della corrente continua raccomandata aumenterà l'emissione luminosa ma genererà anche più calore, potenzialmente riducendo la durata e alterando il colore.

5.2 Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente

All'aumentare della temperatura ambiente, l'intensità luminosa del LED diminuisce. Questa è una caratteristica fondamentale delle sorgenti luminose a semiconduttore. La curva mostra l'intensità luminosa relativa che diminuisce man mano che la temperatura sale da -40°C a +100°C. I progetti per ambienti ad alta temperatura devono tenere conto di questo derating.

5.3 Curva di Derating della Corrente Diretta

Per prevenire il surriscaldamento, la massima corrente diretta continua ammissibile deve essere ridotta all'aumentare della temperatura ambiente. Questa curva fornisce le informazioni di derating, specificando i limiti inferiori di I_Fa T_apiù elevate per rimanere entro il valore nominale di dissipazione di potenza.

5.4 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta

Questa è la caratteristica corrente-tensione (I-V) del diodo LED. Mostra la relazione esponenziale, per cui un piccolo aumento della tensione oltre la soglia di accensione provoca un grande aumento della corrente. Ciò evidenzia la necessità critica di un dispositivo limitatore di corrente (come una resistenza o un driver a corrente costante) in serie con il LED.

5.5 Distribuzione Spettrale

Il grafico raffigura la potenza radiante relativa emessa attraverso lo spettro della luce visibile, centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco di 468 nm con una larghezza di banda tipica di 25 nm. Questo definisce la purezza e la tonalità specifica della luce blu.

5.6 Diagramma di Radiazione

Questo grafico polare rappresenta visivamente la distribuzione spaziale della luce, confermando l'angolo visivo di 120 gradi. Mostra come l'intensità diminuisce agli angoli fuori dall'asse centrale.

6. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

Le dimensioni fisiche del package del LED SMD sono fornite in disegni dettagliati. Le dimensioni chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive, nonché la posizione e la dimensione dei terminali saldabili. Viene suggerito anche un layout consigliato per le piazzole di saldatura per garantire un giunto saldato affidabile e un corretto allineamento durante il riflusso. Il design delle piazzole è di riferimento e i progettisti possono modificarlo in base alle specifiche capacità di produzione del PCB e alle esigenze di gestione termica. Le tolleranze per le dimensioni del package sono tipicamente ±0,1 mm salvo diversa indicazione.

Il componente presenta una lente in resina trasparente (incolore), che consente alla luce blu del chip semiconduttore InGaN (Indio Gallio Nitruro) di essere emessa senza filtraggio del colore. La polarità è indicata da una marcatura sul package, che deve essere osservata durante il posizionamento per garantire la corretta connessione elettrica.

7. Linee Guida per Saldatura, Assemblaggio e Conservazione

Il rispetto di queste linee guida è fondamentale per la resa in assemblaggio e l'affidabilità a lungo termine.

7.1 Requisito di Limitazione della Corrente

Una resistenza esterna limitatrice di corrente è obbligatoria. La caratteristica I-V esponenziale del LED significa che una piccola variazione della tensione di alimentazione può causare una variazione ampia e potenzialmente distruttiva della corrente diretta. La resistenza imposta in modo affidabile la corrente di esercizio.

7.2 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono imballati in una busta 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. Prima dell'apertura, le condizioni di conservazione dovrebbero essere ≤30°C e ≤90% UR. Dopo l'apertura, i componenti hanno una "vita utile a terra" di un anno se mantenuti a ≤30°C e ≤60% UR. Le parti non utilizzate devono essere risigillate in un imballaggio a prova di umidità. Se l'indicatore dell'essiccante cambia colore o il tempo di conservazione viene superato, è necessario un trattamento di baking a 60 ±5°C per 24 ore per rimuovere l'umidità prima della saldatura a riflusso.

7.3 Condizioni di Saldatura

Il dispositivo è compatibile con i processi di saldatura a riflusso a infrarossi (IR) e a fase di vapore. Viene fornito un profilo di temperatura per riflusso senza piombo, specificando il pre-riscaldamento, il tempo sopra il liquidus (217°C), la temperatura di picco (max 260°C per max 10 sec) e le velocità di raffreddamento. La saldatura a riflusso non deve essere eseguita più di due volte sullo stesso LED. Durante la saldatura, non deve essere applicato stress meccanico al componente e il PCB non deve deformarsi dopo il processo.

7.4 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore deve essere inferiore a 350°C e il tempo di contatto per terminale non deve superare i 3 secondi. Si consiglia un saldatore a bassa potenza (<25W), con un intervallo di almeno 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale. La rilavorazione dopo che il LED è stato saldato è fortemente sconsigliata. Se assolutamente inevitabile, deve essere utilizzato un saldatore speciale a doppia testa per riscaldare contemporaneamente entrambi i terminali, e l'impatto sulle caratteristiche del LED deve essere verificato preventivamente.

8. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

Il prodotto è fornito in un nastro standard da 8 mm su bobina da 7 pollici di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Le dimensioni del nastro portante e della bobina sono specificate per garantire la compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatico. L'imballaggio include una busta a prova di umidità in alluminio, essiccante ed etichette. L'etichetta sulla bobina fornisce informazioni critiche tra cui il numero del prodotto (P/N), il numero di parte del cliente (CPN), la quantità di imballaggio (QTY) e i codici bin specifici per intensità luminosa (CAT), lunghezza d'onda dominante/cromaticità (HUE) e tensione diretta (REF), insieme al numero di lotto di produzione (LOT No).

9. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

9.1 Progettazione del Circuito

Il passo fondamentale di progettazione è selezionare una resistenza limitatrice di corrente appropriata. Il valore è calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare il valore massimo di V_Fdalla scheda tecnica (o dal bin specifico) per garantire che la corrente non superi la I_Fdesiderata nelle condizioni peggiori. Anche la potenza nominale della resistenza deve essere sufficiente: P_R= (I_F)² * R. Per progetti che richiedono una luminosità costante in un intervallo di temperature o con più LED, considerare l'uso di un driver a corrente costante invece di una semplice resistenza.

9.2 Gestione Termica

Sebbene i LED SMD siano efficienti, generano comunque calore. Operare al o vicino al valore nominale di corrente massima aumenterà la temperatura di giunzione. Le alte temperature riducono l'emissione luminosa (deprezzamento dei lumen) e possono accelerare il degrado a lungo termine. Assicurarsi che il layout del PCB fornisca un adeguato rilievo termico, specialmente se il LED è pilotato ad alte correnti o utilizzato in un ambiente ad alta temperatura. Seguire la curva di derating della corrente diretta fornita nella scheda tecnica.

9.3 Integrazione Ottica

L'angolo visivo di 120 gradi fornisce un'emissione ampia. Per applicazioni che richiedono un fascio più focalizzato, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie come lenti o guide luminose. Il package in resina trasparente è adatto per l'uso con elementi ottici esterni. Quando si progettano guide luminose o diffusori, tenere conto del modello di radiazione spaziale e dell'emissione spettrale del LED.

10. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED tradizionali a foro passante con reofori, questo LED SMD offre vantaggi decisivi per la produzione moderna: spazio su scheda drasticamente ridotto, idoneità per l'assemblaggio completamente automatizzato e profilo ridotto che consente prodotti più sottili. All'interno della categoria dei LED SMD, i fattori chiave di differenziazione per questa parte specifica includono la combinazione di un intervallo di binning dell'intensità luminosa relativamente alto (fino a 28,5 mcd a 5mA), un angolo visivo molto ampio di 120 gradi e la conformità a severi standard senza alogeni e RoHS. Il dettagliato sistema di binning per intensità, lunghezza d'onda e tensione fornisce ai progettisti la granularità necessaria per applicazioni che richiedono alta coerenza, come array di retroilluminazione multi-LED o cluster di indicatori di stato dove l'uniformità di colore e luminosità è visivamente importante.

11. Domande Frequenti (FAQ)

D: Perché una resistenza limitatrice di corrente è assolutamente necessaria?

R: I LED sono diodi con una relazione corrente-tensione non lineare ed esponenziale. Senza una resistenza per limitare la corrente, anche un piccolo eccesso di tensione farebbe salire la corrente in modo incontrollabile, distruggendo quasi istantaneamente il LED a causa del surriscaldamento.

D: Posso pilotare questo LED con un'alimentazione da 3,3V senza resistenza?

R: No. La tensione diretta varia da 2,7V a 3,2V. Un'alimentazione da 3,3V supera il V_Fminimo e, senza una resistenza per dissipare l'extra di 0,1V a 0,6V, la corrente non sarebbe regolata e probabilmente supererebbe il valore massimo, danneggiando il LED.

D: Cosa significa la designazione "senza piombo" per la saldatura?

R: Significa che i terminali del dispositivo sono privi di piombo. Ciò richiede l'uso di leghe di saldatura senza piombo (Pb-free) durante l'assemblaggio, che tipicamente hanno punti di fusione più alti della saldatura tradizionale stagno-piombo. Il profilo di riflusso fornito è specificamente progettato per questi processi senza piombo a temperatura più elevata.

D: Come interpreto i codici bin nel numero di parte (es., ZL1M2QY)?

R: I codici corrispondono ai gruppi di binning. Ad esempio, 'L1' o 'M2' indica il bin dell'intensità luminosa, 'Y' indica il bin della lunghezza d'onda dominante (470-475nm) e 'QY' probabilmente fa riferimento al gruppo di bin della tensione diretta. La mappatura esatta dovrebbe essere confermata con la documentazione dettagliata dei codici bin del produttore.

12. Esempi di Progettazione e Casi d'Uso

Caso 1: Retroilluminazione Interruttori Cruscotto Auto:Un gruppo di 5-10 di questi LED viene utilizzato per retroilluminare vari pulsanti e manopole. Il progettista seleziona LED dallo stesso bin di intensità luminosa (es., M1) e dallo stesso bin di lunghezza d'onda dominante (es., Y) per garantire colore e luminosità uniformi su tutti gli interruttori. L'ampio angolo visivo di 120° garantisce che la retroilluminazione sia visibile dalla prospettiva del conducente. I LED sono pilotati a una corrente prudente di 10mA tramite un regolatore a corrente costante integrato nel modulo di controllo del cruscotto per mantenere una luminosità stabile nonostante le fluttuazioni del sistema elettrico a 12V del veicolo.

Caso 2: Pannello Indicatore di Stato Industriale:Un singolo LED viene utilizzato come indicatore "alimentazione accesa" su un'apparecchiatura di fabbrica. Viene progettato un circuito semplice con una linea a 5V, una resistenza limitatrice di corrente calcolata per un funzionamento a 15mA (utilizzando V_Fmax di 3,2V: R = (5-3,2)/0,015 = 120Ω) e il LED. La luce blu chiara è altamente visibile in un ambiente industriale ben illuminato. Il package SMD consente di posizionarlo direttamente sul PCB di controllo principale, risparmiando spazio e costi di assemblaggio rispetto a un LED a foro passante montato su pannello.

13. Principio di Funzionamento

Questo LED è un dispositivo fotonico a semiconduttore. Il suo cuore è un chip realizzato con materiali InGaN (Indio Gallio Nitruro). Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia di accensione del diodo, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva del semiconduttore. Questi portatori di carica si ricombinano e l'energia rilasciata da questa ricombinazione viene emessa sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega InGaN determina l'energia della banda proibita del semiconduttore, che determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa - in questo caso, blu. L'incapsulante in resina epossidica trasparente protegge il delicato chip semiconduttore, funge da lente per modellare l'emissione luminosa e fornisce stabilità meccanica.

14. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo di LED SMD come la serie 19-218 fa parte della tendenza più ampia nell'elettronica verso la miniaturizzazione, l'aumento della funzionalità per unità di superficie e la produzione automatizzata di massa. I progressi nei materiali semiconduttori, in particolare nell'efficienza e nella gamma di colori dei LED blu e bianchi basati su InGaN, sono stati un fattore trainante primario. Le tendenze future per questa classe di componenti potrebbero includere ulteriori aumenti dell'efficienza luminosa (più luce emessa per watt elettrico), un miglioramento della coerenza e della resa del colore, l'integrazione di circuiti di controllo a bordo (diventando LED "intelligenti") e package progettati per densità di potenza ancora più elevate e una migliore gestione termica. La spinta verso la sostenibilità continua a guidare l'eliminazione di sostanze pericolose e i miglioramenti nell'efficienza energetica lungo l'intero ciclo di vita.