Scheda Tecnica LED SMD 17-21 Giallo Brillante - Package 1.6x0.8x0.6mm - Tensione 1.75-2.35V - Potenza 60mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LED SMD 17-21 è un dispositivo a montaggio superficiale progettato per applicazioni PCB ad alta densità. Utilizza la tecnologia a semiconduttore AlGaInP per produrre una luce gialla brillante. Il vantaggio principale di questo componente è la sua impronta miniaturizzata, di 1.6mm x 0.8mm x 0.6mm, che consente un notevole risparmio di spazio sui circuiti stampati rispetto ai LED tradizionali con reofori. Questa riduzione delle dimensioni contribuisce direttamente a design di prodotto finale più piccoli, minori requisiti di stoccaggio dei componenti e una maggiore densità di impacchettamento sui PCB. Il dispositivo è anche leggero, rendendolo ideale per applicazioni elettroniche portatili e miniaturizzate dove il peso è un fattore critico.

Il LED è classificato come monocromatico ed è realizzato con materiali privi di piombo (Pb-free). Conforma alle principali normative ambientali e di sicurezza, inclusa la direttiva UE RoHS, i regolamenti UE REACH, ed è classificato come alogeno-free, con contenuto di bromo (Br) e cloro (Cl) ciascuno inferiore a 900 ppm e la loro somma inferiore a 1500 ppm. Il prodotto è fornito su nastro da 8mm, avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, risultando pienamente compatibile con le attrezzature standard di assemblaggio automatico pick-and-place. È inoltre progettato per resistere ai comuni processi di saldatura, inclusa la rifusione a infrarossi e a fase di vapore.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Approfondita

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 valori non sono destinati al funzionamento normale.

• Tensione Inversa (VR):5V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta (IF):25mA DC. Questa è la massima corrente continua raccomandata per un funzionamento affidabile.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):60mA. Questo valore si applica in condizioni di impulso con un ciclo di lavoro di 1/10 a 1kHz. Consente brevi periodi di luminosità più elevata ma non deve essere utilizzato per la pilotaggio continuo.
• Dissipazione di Potenza (Pd):60mW. Questa è la massima potenza che il package può dissipare come calore a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Può essere necessario un derating a temperature più elevate.
• Scarica Elettrostatica (ESD):2000V (Modello del Corpo Umano). Questo indica un livello moderato di sensibilità ESD. Procedure di manipolazione ESD adeguate sono essenziali durante l'assemblaggio e la manipolazione.
• Temperatura di Funzionamento (Topr):-40°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per applicazioni con intervallo di temperatura industriale.
• Temperatura di Conservazione (Tstg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura:Il dispositivo può resistere alla saldatura a rifusione con 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 e il tempo di contatto deve essere limitato a 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard di Ta=25°C e IF=20mA, salvo diversa specificazione. Definiscono le prestazioni ottiche ed elettriche del LED.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da un minimo di 28.50 mcd a un massimo di 72.00 mcd. Il valore tipico rientra in questo intervallo. Si applica una tolleranza di ±11% all'intensità luminosa.
• Angolo di Visione (2θ1/2):Tipicamente 140 gradi. Questo ampio angolo di visione rende il LED adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia o visibilità da più angolazioni.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):Tipicamente 591 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):Varia da 585.50 nm a 591.50 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che corrisponde al colore della luce del LED. È specificata una tolleranza stretta di ±1nm.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Tipicamente 15 nm. Questo definisce l'ampiezza dello spettro emesso a metà dell'intensità massima (FWHM).
• Tensione Diretta (VF):Varia da 1.75V a 2.35V a IF=20mA. È indicata una tolleranza di ±0.1V. Questo parametro è cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (IR):Massimo 10 μA a VR=5V. La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo non è progettato per il funzionamento inverso; questo test è solo per caratterizzazione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano criteri di prestazione specifici per la loro applicazione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono categorizzati in quattro bin (N1, N2, P1, P2) in base alla loro intensità luminosa misurata a 20mA.

• N1:28.50 - 36.00 mcd
• N2:36.00 - 45.00 mcd
• P1:45.00 - 57.00 mcd
• P2:57.00 - 72.00 mcd

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Il colore (tonalità) è controllato suddividendo la lunghezza d'onda dominante in due gruppi.

• D3:585.50 - 588.50 nm
• D4:588.50 - 591.50 nm

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta viene binnata per facilitare la progettazione dell'alimentazione e per raggruppare LED con caratteristiche elettriche simili.

• Bin 0:1.75 - 1.95 V
• Bin 1:1.95 - 2.15 V
• Bin 2:2.15 - 2.35 V

La combinazione di questi codici di bin (es., CAT per l'intensità, HUE per la lunghezza d'onda, REF per la tensione) è tipicamente indicata sull'etichetta dell'imballaggio del prodotto, consentendo una selezione precisa del componente.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento alle tipiche curve delle caratteristiche elettro-ottiche. Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, le curve standard per tali LED includerebbero tipicamente:

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta:Questa curva mostra come l'output luminoso aumenta con la corrente, solitamente in modo sub-lineare a correnti più elevate a causa degli effetti termici.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta:Questa è la caratteristica I-V del diodo, che mostra la relazione esponenziale.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Questa curva dimostra l'effetto di quenching termico, dove l'output luminoso diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione.
• Distribuzione di Potenza Spettrale:Un grafico che mostra l'intensità della luce emessa attraverso le lunghezze d'onda, centrato attorno alla lunghezza d'onda di picco di 591 nm con una larghezza di banda tipica di 15 nm.

Queste curve sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard (correnti o temperature diverse) e per ottimizzare il circuito di pilotaggio per efficienza e longevità.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED SMD 17-21 ha un package rettangolare compatto. Le dimensioni chiave (in mm) includono una lunghezza del corpo di 1.6, una larghezza di 0.8 e un'altezza di 0.6. I terminali sono progettati per una saldatura affidabile. È presente un segno di identificazione del catodo sul package, fondamentale per il corretto orientamento durante l'assemblaggio. Tutte le tolleranze non specificate sono ±0.1mm.

5.2 Identificazione della Polarità

La polarità corretta è vitale per il funzionamento del LED. Il package presenta un segno distinto per identificare il terminale catodo (-). I progettisti devono assicurarsi che l'impronta PCB includa un marcatore corrispondente e che i processi di assemblaggio allineino correttamente il componente.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione corretta è cruciale per mantenere l'affidabilità e le prestazioni del dispositivo.

6.1 Limitazione della Corrente

È obbligatorio un resistore di limitazione della corrente esterno. La caratteristica I-V esponenziale del LED significa che un piccolo aumento di tensione può causare un grande, potenzialmente distruttivo, aumento di corrente. Il valore del resistore deve essere calcolato in base alla tensione di alimentazione, alla tensione diretta del LED (utilizzando il valore massimo dal bin o dalla scheda tecnica per sicurezza) e alla corrente diretta desiderata (non superiore a 25mA continua).

6.2 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

Il prodotto è imballato in una busta resistente all'umidità con essiccante. Per prevenire danni indotti dall'umidità durante la rifusione ("popcorning"), devono essere prese le seguenti precauzioni:

• Non aprire la busta anti-umidità fino al momento dell'uso.
• Dopo l'apertura, utilizzare i componenti entro 168 ore (7 giorni) se conservati in condizioni ≤30°C e ≤60% UR.
• Se il tempo di esposizione viene superato o l'essiccante indica saturazione, è necessario un trattamento di baking a 60±5°C per 24 ore prima della rifusione.

6.3 Profilo di Rifusione

È specificato un profilo di rifusione senza piombo (Pb-free):

• Preriscaldamento:150-200°C per 60-120 secondi.
• Tempo Sopra Liquido (217°C):60-150 secondi.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C, mantenuta per un massimo di 10 secondi.
• Velocità di Riscaldamento:Massimo 6°C/secondo fino a 255°C.
• Velocità di Raffreddamento:Massimo 3°C/secondo.

La rifusione non deve essere eseguita più di due volte. Evitare stress meccanici sul package durante il riscaldamento e non deformare il PCB dopo la saldatura.

6.4 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore con temperatura della punta ≤350°C e potenza ≤25W. Il tempo di contatto per terminale deve essere ≤3 secondi. Consentire un intervallo di raffreddamento di almeno 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale. La rilavorazione è fortemente sconsigliata. Se inevitabile, deve essere utilizzato un saldatore a doppia testa specializzato per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, prevenendo stress termici sul die di silicio. L'impatto della rilavorazione sulle caratteristiche del LED deve essere verificato preventivamente.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti in nastro portante goffrato con tasche adatte al package 17-21. La larghezza del nastro è di 8mm, avvolto su una bobina standard da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Le dimensioni dettagliate della bobina e del nastro portante sono fornite nella scheda tecnica per la compatibilità con gli alimentatori automatici.

7.2 Informazioni sull'Etichetta

L'etichetta dell'imballaggio contiene diversi codici chiave:

• P/N:Numero di Prodotto (es., 17-21/Y2C-CN1P2B/3T).
• QTY:Quantità di Imballaggio (3000 pz/bobina).
• CAT:Classe di Intensità Luminosa (es., N1, P2).
• HUE:Classe di Cromaticità/Lunghezza d'Onda Dominante (es., D3, D4).
• REF:Classe di Tensione Diretta (es., 0, 1, 2).
• LOT No:Numero di lotto per tracciabilità.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Retroilluminazione:Ideale per la retroilluminazione di indicatori, simboli e interruttori in cruscotti automobilistici, elettronica di consumo e pannelli di controllo industriali.
• Indicatori di Stato:Perfetto per indicatori di alimentazione, connettività e stato in apparecchiature di telecomunicazione (telefoni, fax), hardware di rete ed elettrodomestici.
• Retroilluminazione Piatta per LCD:Può essere utilizzato in array per fornire una retroilluminazione uniforme per piccoli display LCD monocromatici o segmentati.
• Indicazione Generica:Adatto per qualsiasi applicazione che richieda un indicatore visivo luminoso, affidabile e compatto.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:Utilizzare sempre un driver a corrente costante o una sorgente di tensione con una resistenza in serie. Considerare il binning della tensione diretta nel calcolo dei valori delle resistenze per garantire una luminosità uniforme tra diversi lotti di produzione.
• Gestione Termica:Sebbene la potenza sia bassa, assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche se si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima per gestire la temperatura di giunzione e mantenere l'output luminoso e la durata.
• Protezione ESD:Incorpora diodi di protezione ESD sulle linee sensibili se il LED si trova in una posizione esposta (es., un indicatore su pannello).
• Progettazione Ottica:L'ampio angolo di visione di 140 gradi potrebbe richiedere guide di luce o diffusori se è necessario un fascio più focalizzato. Per una visibilità ottimale, considera il rapporto di contrasto con lo sfondo.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LED 17-21 offre vantaggi specifici nella sua categoria:

• vs. LED SMD più grandi (es., 3528, 5050):Il 17-21 offre un'impronta significativamente più piccola, consentendo design ultra-miniaturizzati. Il compromesso è generalmente una minore potenza luminosa massima e una minore gestione della potenza.
• vs. LED con reofori:Elimina la necessità di montaggio through-hole, consentendo un assemblaggio completamente automatizzato, riducendo le dimensioni della scheda e migliorando la robustezza meccanica eliminando i reofori piegati.
• vs. Altri LED Gialli:L'uso della tecnologia AlGaInP offre tipicamente una maggiore efficienza luminosa e una migliore saturazione del colore per le tonalità gialle e ambra rispetto alle tecnologie più vecchie come GaAsP su GaP.
• Differenziatori Chiave:La combinazione di un'impronta molto piccola di 1.6x0.8mm, un ampio angolo di visione di 140 gradi, la conformità agli standard ambientali alogeno-free e altri, e un binning dettagliato per la coerenza di colore e intensità.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Che valore di resistenza devo usare con un'alimentazione da 5V?

R: Utilizzando il VF massimo di 2.35V (dal Bin 2) e un IF target di 20mA per sicurezza: R = (Valimentazione - VF) / IF = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 Ohm. Utilizzare il valore standard più vicino (es., 130 o 150 Ohm). Verificare sempre la corrente effettiva nel circuito.

D2: Posso pilotare questo LED a 30mA per una luminosità maggiore?

R: No. Il Valore Massimo Assoluto per la corrente diretta continua (IF) è 25mA. Operare a 30mA supera questo valore, il che ridurrà l'affidabilità e la durata, e potrebbe causare un guasto immediato per surriscaldamento.

D3: L'angolo di visione è di 140 gradi. Come posso ottenere un fascio più focalizzato?

R: Sarebbe necessario utilizzare un componente ottico esterno, come una lente posizionata sopra il LED. Il package nativo emette un pattern ampio, lambertiano.

D4: Il mio sistema di ispezione ottica automatica (AOI) ha problemi con il segno del catodo. C'è un modo consigliato per identificare la polarità sul PCB?

R: Sì. L'impronta PCB dovrebbe includere una serigrafia o una caratteristica in rame che corrisponda al segno del catodo sul package. Assicurarsi che il sistema di visione della macchina pick-and-place sia programmato per riconoscere questa asimmetria. Fare riferimento al disegno delle dimensioni del package per la posizione esatta del segno.

D5: Devo eseguire il baking dei componenti se la busta è stata aperta da 10 giorni?

R: Sì. La specifica indica una "vita a terra" di 168 ore (7 giorni) dopo l'apertura della busta barriera all'umidità. Poiché 10 giorni (240 ore) superano questo limite, è necessario eseguire il trattamento di baking (60±5°C per 24 ore) prima di sottoporre i LED alla saldatura a rifusione per prevenire danni legati all'umidità.

11. Caso di Studio Pratico

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

Requisiti:Il dispositivo necessita di 6 indicatori di stato indipendenti (Alimentazione, Batteria Bassa, Bluetooth, Errore, Modalità A, Modalità B) in uno spazio molto limitato sul pannello frontale. Gli indicatori devono essere chiaramente visibili in varie condizioni di illuminazione, consumare potenza minima e resistere alla pulizia con disinfettanti.

Implementazione del Design:

1. Selezione del Componente:Il LED 17-21 giallo brillante è scelto per tutti gli indicatori grazie alle sue piccole dimensioni (consentendo di allineare 6 LED con spaziatura), buona luminosità e ampio angolo di visione che garantisce visibilità da diverse angolazioni.
2. Progettazione del Circuito:Viene utilizzato un rail comune da 3.3V. Utilizzando il VF tipico di 2.0V e IF=15mA (per un equilibrio tra luminosità e risparmio energetico), il resistore di limitazione è calcolato: R = (3.3V - 2.0V) / 0.015A ≈ 87 Ohm. Per ciascun LED viene selezionato un resistore da 91 Ohm, tolleranza 1%, per garantire una luminosità uniforme.
3. Layout PCB:I LED sono posizionati a una distanza di 3mm. L'impronta PCB è progettata secondo il layout dei pad raccomandato dalla scheda tecnica, con un chiaro punto di serigrafia accanto al pad del catodo. Una piccola zona di massa attorno ai LED è omessa per semplificare la saldatura e la pulizia.
4. Design del Pannello:Il pannello frontale ha aperture di 1.2mm di diametro allineate con ciascun LED. Una sottile pellicola diffusora bianco latte è posizionata dietro il pannello per ammorbidire il punto caldo del LED e creare un punto illuminato uniforme.
5. Controllo Software:Il microcontrollore pilota ciascun LED tramite un pin GPIO configurato come output open-drain con pull-up interno disabilitato, facendo scorrere corrente attraverso la coppia LED/resistore verso massa.
6. Risultato:Un pannello indicatore pulito e dall'aspetto professionale che soddisfa tutti i requisiti di dimensioni, visibilità e affidabilità. Il binning consistente (specificando CAT=P1 o superiore, HUE=D4) nella distinta base garantisce che tutte le unità abbiano colore e luminosità uniformi.

12. Introduzione al Principio Tecnico

Il LED 17-21 si basa su materiale semiconduttore di Fosfuro di Alluminio Gallio Indio (AlGaInP) cresciuto su un substrato. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la tensione di soglia del diodo (circa 1.8V), elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva rispettivamente dagli strati di tipo n e di tipo p. Questi portatori di carica si ricombinano in modo radiativo, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La composizione specifica della lega AlGaInP determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. Per il giallo brillante, la lunghezza d'onda di picco è progettata per essere attorno a 591 nm. La resina epossidica trasparente che incapsula protegge il chip semiconduttore, funge da lente per modellare l'output luminoso (contribuendo all'angolo di visione di 140 gradi) e può contenere fosfori o coloranti, sebbene per questo tipo monocromatico sia probabilmente non modificata per preservare la purezza del colore.

13. Tendenze e Sviluppi del Settore

Il mercato per i LED SMD miniaturizzati come il 17-21 continua a evolversi. Le tendenze chiave che influenzano questo segmento di prodotto includono:

• Efficienza Aumentata:I continui miglioramenti nella scienza dei materiali e nel design dei chip mirano a fornire una maggiore efficienza luminosa (più output luminoso per unità di potenza elettrica) dalle stesse dimensioni di package o più piccole.
• Affidabilità Migliorata:Le richieste delle applicazioni automobilistiche e industriali stanno guidando miglioramenti nelle prestazioni ad alta temperatura, nella resistenza all'umidità e nella longevità.
• Binning del Colore più Stretto:Le applicazioni che richiedono un'accurata corrispondenza dei colori, come indicatori multi-LED o array di retroilluminazione, stanno spingendo i produttori verso tolleranze di binning più strette per la lunghezza d'onda dominante e l'intensità luminosa.
• Integrazione:Una tendenza verso l'integrazione di più chip LED, resistenze di limitazione della corrente o persino IC di controllo in un unico modulo di package per semplificare la progettazione del circuito dell'utente finale e risparmiare spazio sulla scheda.
• Conformità Ambientale:Regolamenti come RoHS e REACH stanno diventando più severi e globali, rendendo la dichiarazione completa dei materiali e la conformità alogeno-free aspettative standard, non differenziatori.

Dispositivi come il 17-21 rappresentano una soluzione matura e ottimizzata per le esigenze di indicazione di base, con future iterazioni probabilmente focalizzate sulle tendenze sopra citate piuttosto che su cambiamenti radicali nel fattore di forma per questa classe ultra-miniaturizzata.