Scheda Tecnica LED SMD 15-21/B6C-ZQ1R1N/2T - Blu - 2.0x1.25x0.8mm - 3.7V Max - 40mW - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 15-21/B6C-ZQ1R1N/2T è un LED SMD blu compatto, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono un posizionamento ad alta densità di componenti e prestazioni affidabili. Questo dispositivo utilizza la tecnologia a chip InGaN per produrre un'emissione blu con una lunghezza d'onda di picco tipica di 468 nm. Il suo ingombro ridotto e la costruzione leggera lo rendono una scelta ideale per progetti con vincoli di spazio.

1.1 Vantaggi Principali

Il vantaggio principale di questo LED è la sua dimensione significativamente ridotta rispetto ai componenti tradizionali a telaio con reofori. Ciò consente progetti di circuiti stampati (PCB) più piccoli, una maggiore densità di impaccamento, una riduzione dello spazio di stoccaggio richiesto e, in definitiva, lo sviluppo di apparecchiature finali più compatte. La sua compatibilità con i processi standard di posizionamento e saldatura automatica ne migliora ulteriormente l'idoneità per la produzione di grandi volumi.

1.2 Mercato di Riferimento e Applicazioni

Questo LED è destinato a un'ampia gamma di applicazioni consumer, industriali e di telecomunicazioni. Casi d'uso tipici includono: retroilluminazione per quadranti strumenti, interruttori e simboli; funzioni di indicazione e retroilluminazione in dispositivi di telecomunicazione come telefoni e fax; retroilluminazione piana per LCD; e applicazioni generiche di indicazione.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Approfondita

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche del dispositivo.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I valori massimi assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Tensione Inversa (VR):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta (IF):20 mA. Questa è la massima corrente continua diretta in DC.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):40 mA. Questo valore si applica in condizioni di impulso con un ciclo di lavoro di 1/10 a 1 kHz.
• Dissipazione di Potenza (Pd):40 mW. Questa è la massima potenza che il package può dissipare a una temperatura ambiente di 25°C. È necessario un derating a temperature più elevate.
• Temperatura di Esercizio (Topr):-40°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Temperatura di Stoccaggio (Tstg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura (Tsol):Per la saldatura a rifusione, è specificata una temperatura di 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 un massimo di 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a una corrente diretta (IF) di 20 mA e una temperatura ambiente (Ta) di 25°C, rappresentando condizioni operative tipiche.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da un minimo di 72,0 mcd a un massimo di 140,0 mcd, con una tolleranza tipica di ±11%. Il valore effettivo è determinato dal codice di bin (Q1, Q2, R1).
• Angolo di Visione (2θ1/2):Tipicamente 130 gradi. Questo ampio angolo di visione rende il LED adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):Tipicamente 468 nm.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):Varia da 465,0 nm a 475,0 nm, con una tolleranza di ±1 nm. Il bin specifico è codificato come X (465-470 nm) o Y (470-475 nm).
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Tipicamente 25 nm, misurata a metà dell'intensità di picco (FWHM).
• Tensione Diretta (VF):Varia da 2,70 V a 3,70 V a 20 mA, con una tolleranza di ±0,1V. Il bin specifico è codificato da 10 (2,7-2,9V) a 14 (3,5-3,7V).
• Corrente Inversa (IR):Massimo di 50 μA quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 5V. È importante notare che il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa; questo parametro è solo per il test della corrente di dispersione.

2.3 Caratteristiche Termiche

Sebbene non elencate esplicitamente in una tabella separata, la gestione termica è fondamentale. La potenza dissipata nominale di 40 mW e l'intervallo di temperatura di esercizio definiscono i limiti termici. I progettisti devono garantire un layout PCB adeguato e, se necessario, utilizzare via termiche o dissipatori per mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri, specialmente quando si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il prodotto è suddiviso in bin in base a parametri prestazionali chiave per garantire la coerenza all'interno di un lotto di produzione. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED che soddisfano requisiti applicativi specifici.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'intensità luminosa è suddivisa in tre bin:

- Q1:72,0 - 90,0 mcd

- Q2:90,0 - 112,0 mcd

- R1:112,0 - 140,0 mcd

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Il colore (lunghezza d'onda dominante) è suddiviso in due bin:

- X:465,0 - 470,0 nm

- Y:470,0 - 475,0 nm

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in cinque bin per aiutare nella progettazione del circuito di regolazione della corrente:

- 10:2,7 - 2,9 V

- 11:2,9 - 3,1 V

- 12:3,1 - 3,3 V

- 13:3,3 - 3,5 V

- 14:3,5 - 3,7 V

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche tipiche che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Questa curva mostra la relazione esponenziale tra tensione diretta e corrente. È fondamentale per selezionare la resistenza di limitazione della corrente appropriata. La curva mostra tipicamente che un piccolo aumento della tensione oltre il punto di accensione comporta un grande aumento della corrente, evidenziando la necessità della regolazione della corrente.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente diretta. È generalmente lineare in un intervallo, ma satura a correnti più elevate a causa di effetti termici e di efficienza. Operare vicino alla corrente massima nominale potrebbe non produrre aumenti proporzionali della luminosità e ridurrà la durata del dispositivo.

4.3 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra il derating dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura ambiente. L'intensità luminosa tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura. Per prestazioni affidabili, la gestione termica deve essere considerata nella progettazione dell'applicazione.

4.4 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale mostra il profilo di emissione centrato attorno alla lunghezza d'onda di picco di 468 nm con una FWHM tipica di 25 nm. Questa informazione è vitale per applicazioni sensibili al colore.

4.5 Diagramma di Radiazione

Il diagramma di radiazione illustra la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa, confermando il tipico angolo di visione di 130 gradi. Il pattern è tipicamente lambertiano o quasi-lambertiano per questo tipo di package.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED SMD 15-21 ha un ingombro compatto. Le dimensioni chiave (in mm, tolleranza ±0,1 mm salvo diversa indicazione) includono una lunghezza del corpo di 2,0 mm, una larghezza di 1,25 mm e un'altezza di 0,8 mm. Il disegno dettagliato specifica la spaziatura dei pad e i contorni generali per la progettazione del land pattern sul PCB.

5.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è chiaramente contrassegnato sul package. La polarità corretta deve essere rispettata durante l'assemblaggio per prevenire danni al dispositivo.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo è compatibile con i processi di rifusione a infrarossi e a fase di vapore. Si raccomanda un profilo di saldatura senza piombo:

- Preriscaldamento: 150-200°C per 60-120 secondi.

- Tempo sopra il liquidus (217°C): 60-150 secondi.

- Temperatura di picco: 260°C massimo, mantenuta per non più di 10 secondi.

- Velocità di riscaldamento massima: 6°C/sec, velocità di raffreddamento massima: 3°C/sec.

La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore con una temperatura della punta inferiore a 350°C. Il tempo di contatto per terminale non deve superare i 3 secondi, con un intervallo di almeno 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale. La potenza del saldatore dovrebbe essere di 25W o inferiore per evitare shock termici.

6.3 Stoccaggio e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in sacchetti barriera resistenti all'umidità con essiccante.

- Non aprire il sacchetto fino al momento dell'uso.

- Dopo l'apertura, i LED non utilizzati devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% UR.

- La "vita a banco" dopo l'apertura del sacchetto è di 168 ore (7 giorni).

- Se la vita a banco viene superata o l'essiccante indica l'ingresso di umidità, è necessario un trattamento di "bake-out" a 60±5°C per 24 ore prima dell'uso.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche di Confezionamento

I LED sono forniti su nastro portacomponenti goffrato da 8 mm di larghezza, avvolto su bobine da 7 pollici di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. Sono fornite le dimensioni dettagliate della bobina e del nastro portacomponenti per la configurazione dell'alimentatore automatico.

7.2 Informazioni sull'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene informazioni critiche per la tracciabilità e l'identificazione: Numero Prodotto Cliente (CPN), Numero Prodotto (P/N), Quantità di Confezionamento (QTY) e i codici di bin specifici per Intensità Luminosa (CAT), Lunghezza d'Onda Dominante (HUE) e Tensione Diretta (REF), insieme al Numero di Lotto.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

8.1 Limitazione della Corrente

Critico:Deve essere sempre utilizzata una resistenza di limitazione della corrente esterna in serie con il LED. La tensione diretta ha un coefficiente di temperatura negativo e una tolleranza di produzione. Un collegamento diretto a una sorgente di tensione, anche leggermente superiore alla VF tipica, può causare un grande e incontrollato picco di corrente che porta a un guasto immediato.

8.2 Layout del PCB

Assicurarsi che il land pattern sul PCB corrisponda all'impronta consigliata. Fornire un'adeguata area di rame per la dissipazione del calore, specialmente quando si opera ad alte correnti o ad alte temperature ambiente. Evitare stress meccanici sul corpo del LED durante e dopo la saldatura.

8.3 Precauzioni ESD

Il dispositivo ha una sensibilità ESD di 150V (Modello del Corpo Umano). Dovrebbero essere seguite le precauzioni standard di manipolazione ESD durante l'assemblaggio e la manipolazione.

9. Conformità e Informazioni Ambientali

Il prodotto è conforme alle principali normative ambientali:

- RoHS:Il prodotto è senza piombo e conforme alla direttiva sulla restrizione delle sostanze pericolose.

- REACH:Conforme al regolamento UE sulla registrazione, valutazione, autorizzazione e restrizione delle sostanze chimiche.

- Senza Alogeni:Conforme ai requisiti senza alogeni (Bromo <900 ppm, Cloro <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Perché il mio LED si è guastato immediatamente all'accensione?

La causa più comune è l'assenza di una resistenza di limitazione della corrente in serie. I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Collegarli direttamente a una sorgente di tensione causa un flusso di corrente eccessivo. Utilizzare sempre una resistenza calcolata in base alla tensione di alimentazione, alla tensione diretta del LED (utilizzare il valore massimo del bin per sicurezza) e alla corrente operativa desiderata.

10.2 Posso utilizzare questo LED all'aperto?

L'intervallo di temperatura di esercizio è -40°C a +85°C, che copre molte condizioni esterne. Tuttavia, la limitazione principale per l'uso esterno è spesso la resistenza del package all'umidità e alle radiazioni UV, che non è specificata per questo componente commerciale standard. Per ambienti ostili, considerare dispositivi specificamente classificati per uso esterno o automobilistico.

10.3 Come interpreto i codici di bin sull'etichetta?

I codici di bin (es. ZQ1R1N) corrispondono alla specifica classificazione prestazionale. "Q1" indica il bin dell'intensità luminosa (72-90 mcd), "R1" fa parte del codice prodotto interno e "N" può essere correlato ad altre caratteristiche. I campi dell'etichetta CAT, HUE e REF indicano esplicitamente rispettivamente i bin di Intensità Luminosa, Lunghezza d'Onda Dominante e Tensione Diretta.

10.4 È consentita la riparazione/rielaborazione dopo la saldatura?

La riparazione non è raccomandata. Se assolutamente necessaria, utilizzare un saldatore a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali per evitare stress meccanici sulle giunzioni saldate o sul corpo del LED. Verificare sempre che le caratteristiche del LED non siano state degradate dopo qualsiasi rielaborazione.

11. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

11.1 Progettazione di un Pannello Indicatore di Stato

Si consideri un pannello di controllo che richiede più indicatori di stato blu. Utilizzando il LED 15-21, i progettisti possono ottenere layout ad alta densità. Per un sistema a 5V, viene calcolato il valore della resistenza in serie. Utilizzando la VF massima dal bin 14 (3,7V) e una corrente target di 15 mA (inferiore ai 20 mA max per una vita più lunga), il valore della resistenza è R = (5V - 3,7V) / 0,015A ≈ 87 ohm. Una resistenza standard da 91 ohm o 100 ohm sarebbe adatta. L'ampio angolo di visione di 130 gradi garantisce la visibilità da varie angolazioni. Le procedure di sensibilità all'umidità devono essere seguite durante l'assemblaggio se i PCB non vengono saldati immediatamente dopo l'apertura del sacchetto.

12. Introduzione al Principio Tecnico

Questo LED è basato su un chip semiconduttore di Nitruro di Indio Gallio (InGaN). Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La composizione specifica della lega InGaN determina l'energia del bandgap, che a sua volta definisce la lunghezza d'onda della luce emessa - in questo caso, blu. Il chip è incapsulato in una lente di resina trasparente che protegge il die, fornisce stabilità meccanica e modella il fascio luminoso in uscita.

13. Tendenze e Contesto del Settore

Il package 15-21 rappresenta un fattore di forma maturo nel mercato dei LED SMD. Le attuali tendenze del settore spingono verso package ancora più piccoli (es. dimensioni metriche 0402, 0201) per un'ultra-miniaturizzazione, una maggiore efficienza (più lumen per watt) e una migliore coerenza del colore (binning più stretto). C'è anche una forte attenzione verso un'affidabilità migliorata in condizioni di temperatura e umidità più elevate per applicazioni automobilistiche e industriali. Questo dispositivo si adatta bene alle applicazioni in cui è richiesta una sorgente di luce blu collaudata, conveniente e prontamente disponibile, bilanciando dimensioni, prestazioni e facilità di produzione.