Scheda Tecnica LED SMD 15-13D/R6GHBHC-A01/2T - 1.5x1.3x0.8mm - 2.0-3.7V - 20-25mA - Rosso/Verde/Blu - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 15-13D è un LED a montaggio superficiale (SMD) compatto, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono miniaturizzazione ed alta affidabilità. Questa serie offre tre opzioni di colore distinte basate su diversi materiali semiconduttori: Rosso Brillante (R6, AlGaInP), Verde Brillante (GH, InGaN) e Blu (BH, InGaN). Il package è fornito su nastro da 8mm avvolto su bobina da 7 pollici di diametro, rendendolo pienamente compatibile con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place ad alta velocità.

Il vantaggio principale di questo LED è la sua impronta significativamente ridotta rispetto ai package tradizionali con piedini. Ciò consente ai progettisti di ottenere una maggiore densità di componenti sui circuiti stampati (PCB), portando a dimensioni complessive delle schede più piccole e, in definitiva, a prodotti finali più compatti. La costruzione leggera lo rende inoltre ideale per applicazioni portatili e miniaturizzate dove peso e spazio sono vincoli critici.

Il prodotto è fabbricato senza piombo (Pb-free), conforme alle direttive UE RoHS e REACH, e soddisfa i requisiti alogeni-free (Bromo <900 ppm, Cloro <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). È inoltre prodotto utilizzando processi sicuri contro le scariche elettrostatiche (ESD), migliorandone l'affidabilità nella manipolazione.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Tensione Inversa (VR):Massimo 5V per tutti i codici colore. Superare questo valore può causare il breakdown della giunzione.
• Corrente Diretta (IF):25 mA per R6 (Rosso) e GH (Verde); 20 mA per BH (Blu). Questa è la massima corrente continua DC.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):Applicabile in condizioni pulsate (duty cycle 1/10 @ 1kHz). R6: 60 mA; GH & BH: 100 mA.
• Dissipazione di Potenza (Pd):La potenza massima che il package può dissipare. R6: 60 mW; GH: 95 mW; BH: 75 mW. Viene calcolata come IF * VF.
• Scarica Elettrostatica (ESD) HBM:Tutte le varianti sono classificate per 2000V Human Body Model, indicando una buona robustezza ESD intrinseca per la manipolazione standard.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-40°C a +85°C per il funzionamento; -40°C a +90°C per lo stoccaggio.
• Temperatura di Saldatura:Temperatura di picco per saldatura a rifusione: 260°C per un massimo di 10 secondi. Saldatura manuale: 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale.

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

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati in condizioni di test standard (IF=20mA, salvo diversa specifica).

• Intensità Luminosa (Iv):L'emissione luminosa in millicandele (mcd). R6: 90-140 mcd; GH: 112-180 mcd; BH: 45-70 mcd. Si applica una tolleranza di ±11%.
• Angolo di Visione (2θ1/2):Circa 120 gradi, fornendo un ampio angolo di luce emessa.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):La lunghezza d'onda alla quale l'intensità di emissione è massima. R6: 632 nm (Rosso); GH: 518 nm (Verde); BH: 468 nm (Blu).
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):La singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano. R6: 624 nm; GH: 525 nm; BH: 470 nm.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):La larghezza dello spettro di emissione a metà dell'intensità massima. R6: 20 nm; GH: 35 nm; BH: 25 nm.
• Tensione Diretta (VF):La caduta di tensione ai capi del LED alla corrente di test. R6: 1.70-2.40V (Tip. 2.00V); GH & BH: 2.70-3.70V (Tip. 3.30V). La tolleranza è di ±0.05V.
• Corrente Inversa (IR):Corrente di dispersione a VR=5V. R6: Max 10 μA; GH & BH: Non Applicabile (NA).

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il prodotto utilizza un sistema di binning per classificare i LED in base a parametri chiave, garantendo coerenza all'interno di un lotto. La spiegazione dell'etichetta sulla confezione menziona ranghi specifici:

• CAT (Rango di Intensità Luminosa):Raggruppa i LED in base alla loro intensità luminosa misurata.
• HUE (Rango delle Coordinate di Cromaticità e Lunghezza d'Onda Dominante):Ordina i LED secondo il loro punto colore o lunghezza d'onda dominante per minimizzare la variazione di colore in un array.
• REF (Rango della Tensione Diretta):Classifica i LED in base alla loro caduta di tensione diretta, importante per l'accoppiamento di corrente in circuiti serie o parallelo.

I progettisti dovrebbero consultare le specifiche tabelle di binning del produttore per una selezione dettagliata quando l'accoppiamento di colore o intensità è critico per l'applicazione.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce curve caratteristiche tipiche per ogni tipo di LED (R6, GH, BH). Questi grafici sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard.

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

Questa curva mostra la relazione esponenziale tra corrente e tensione. La tensione di "ginocchio" è il punto in cui il LED inizia ad emettere luce in modo significativo. I valori tipici di VF forniti sono misurati a 20mA. I progettisti utilizzano questa curva per selezionare resistori di limitazione della corrente appropriati.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra che l'emissione luminosa è generalmente proporzionale alla corrente diretta, ma può diventare sub-lineare a correnti molto elevate a causa di effetti termici e di efficienza. È cruciale per determinare la corrente di pilotaggio necessaria per ottenere una luminosità desiderata.

4.3 Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente

L'emissione luminosa del LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva di derating è vitale per applicazioni che operano in ambienti a temperatura elevata. Mostra la percentuale di intensità luminosa relativa rimanente al crescere della temperatura ambiente.

4.4 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 l'area di funzionamento sicuro (SOA) per il dispositivo nell'intero intervallo di temperatura.

4.5 Distribuzione Spettrale

Questo grafico mostra l'intensità relativa della luce emessa attraverso lo spettro delle lunghezze d'onda. Conferma le lunghezze d'onda di picco e dominante e illustra la purezza spettrale (strettezza) del colore emesso.

4.6 Diagramma di Radiazione (Pattern dell'Angolo di Visione)

Un grafico polare che illustra la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa. Il 15-13D ha un tipico pattern lambertiano o ad ampio angolo, con l'intensità che diminuisce all'aumentare dell'angolo dall'asse centrale, raggiungendo metà intensità a circa ±60 gradi (angolo di visione totale di 120 gradi).

5. Informazioni Meccaniche & Package

5.1 Dimensioni del Package

Il package 15-13D ha dimensioni nominali di 1.5mm (lunghezza) x 1.3mm (larghezza) x 0.8mm (altezza). Le tolleranze sono tipicamente ±0.1mm salvo diversa specifica. Il componente presenta un segno dell'anodo (tipicamente una tacca, un punto verde o altro indicatore) sulla parte superiore del package per l'identificazione della polarità. Viene fornito un land pattern PCB suggerito (layout dei pad), ma si consiglia ai progettisti di modificarlo in base al loro specifico processo di fabbricazione PCB e ai requisiti termici/meccanici.

5.2 Identificazione della Polarità

La polarità corretta è essenziale per il funzionamento del LED. Il package include un marcatore visivo che denota il terminale anodo (+). Durante la progettazione e l'assemblaggio del PCB, questo marcatore deve essere allineato con il corrispondente pad anodo sul layout della scheda per garantire il corretto orientamento.

6. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

6.1 Sensibilità all'Umidità e Stoccaggio

I LED sono confezionati in una busta barriera resistente all'umidità con essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare "popcorning" (crepe del package) durante la saldatura a rifusione.

• Non aprire la busta fino al momento dell'uso.
• Dopo l'apertura, le parti non utilizzate devono essere conservate a ≤30°C e ≤60% UR.
• La "vita a terra" dopo l'apertura della busta è di 168 ore (7 giorni).
• Se superata, o se l'indicatore dell'essiccante ha cambiato colore, è richiesta una cottura a 60±5°C per 24 ore prima della saldatura.

6.2 Profilo di Saldatura a Rifusione (Senza Piombo)

Viene fornito un profilo di temperatura raccomandato per la saldatura senza piombo (es. SAC305):

• Preriscaldamento:150-200°C per 60-120 secondi.
• 7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina>217°C per 60-150 secondi.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C, mantenuta per non più di 10 secondi.
• Velocità di Rampa in Salita:Massimo 3°C/sec fino a 255°C, poi max 6°C/sec fino al picco.
• Velocità di Rampa in Discesa:Controllata per evitare shock termico.

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

6.3 Precauzioni per Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è necessario prestare estrema attenzione:

• Utilizzare un saldatore con temperatura della punta <350°C.
• Limitare il tempo di contatto a ≤3 secondi per terminale.
• Utilizzare un saldatore con potenza nominale ≤25W.
• Lasciare un intervallo minimo di 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per prevenire l'accumulo di calore.
• Evitare di applicare stress meccanico al corpo del LED durante la saldatura.

6.4 Rilavorazione e Riparazione

La riparazione dopo la saldatura iniziale è fortemente sconsigliata. Se inevitabile, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a doppia testa specializzato per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, minimizzando lo stress termico sul die del LED e sui fili di connessione. Il potenziale danno alle caratteristiche del LED deve essere valutato preventivamente.

7. Confezionamento & Informazioni d'Ordine

.1 Tape and Reel Specifications

I componenti sono forniti su nastro portante goffrato con dimensioni adattate al package 15-13D. Il nastro è avvolto su una bobina standard da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. Le dimensioni dettagliate della bobina, del nastro portante e delle tasche sono fornite nella scheda tecnica, con tolleranze standard di ±0.1mm.

7.2 Etichetta e Busta Barriera all'Umidità

La busta esterna impermeabile contiene un'etichetta con informazioni critiche: Numero Parte Cliente (CPN), Numero Parte Produttore (P/N), Quantità (QTY) e i codici di binning per Intensità Luminosa (CAT), Cromaticità (HUE) e Tensione Diretta (REF). È incluso un Numero di Lotto (LOT No.) per la tracciabilità.

8. Raccomandazioni Applicative

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Retroilluminazione:Indicatori cruscotto, illuminazione interruttori, retroilluminazione tastiere.
• Apparecchiature di Telecomunicazione:Indicatori di stato su telefoni, fax, router e modem.
• Retroilluminazione LCD Piana:Illuminazione laterale per piccoli display LCD monocromatici o a colori.
• Uso Generale come Indicatore:Stato alimentazione, indicazione modalità, segnali di allarme in elettronica di consumo, elettrodomestici e controlli industriali.

8.2 Considerazioni Critiche di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Un resistore esterno in serie è OBBLIGATORIO per limitare la corrente diretta. La caratteristica I-V esponenziale del LED significa che un piccolo aumento di tensione può causare un grande e distruttivo picco di corrente. Il valore del resistore è calcolato come R = (Valimentazione - VF) / IF.
• Gestione Termica:Sebbene il package sia piccolo, la dissipazione di potenza (Pd) deve essere considerata, specialmente ad alte temperature ambiente o correnti di pilotaggio. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche se si opera vicino ai valori massimi.
• Protezione ESD:Sebbene classificato per 2000V HBM, implementare protezioni ESD su linee di ingresso sensibili o utilizzare procedure di manipolazione ESD-safe in produzione è considerata una buona pratica.
• Saldatura ad Onda:La scheda tecnica specifica solo saldatura a rifusione e manuale. La saldatura ad onda generalmente non è raccomandata per questo tipo di LED SMD a causa dell'eccessiva esposizione termica.
• Flessione della Scheda:Evitare di piegare o flettere il PCB dopo che i LED sono stati saldati, poiché ciò può sollecitare le giunzioni saldate e il package del LED stesso.

9. Confronto Tecnico & Differenziazione

La serie 15-13D si differenzia grazie alla combinazione di un'impronta molto piccola di 1.5x1.3mm con un'intensità luminosa relativamente alta per le sue dimensioni, in particolare nelle varianti verde e rossa. L'ampio angolo di visione di 120 gradi è adatto per applicazioni che richiedono ampia visibilità. La sua compatibilità con l'assemblaggio SMD standard e i processi di rifusione senza piombo la allinea con la produzione moderna e conforme alle normative ambientali. Rispetto a LED SMD più grandi (es. 0603, 0805), offre risparmio di spazio ma può richiedere attrezzature di posizionamento più precise. Rispetto ai package chip-scale, offre una struttura incapsulata più robusta, più facile da maneggiare e saldare in modo affidabile.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Che valore di resistore devo usare con un'alimentazione a 5V per il LED verde?

Utilizzando valori tipici: Valimentazione = 5V, VF (GH, tip) = 3.3V, IF = 20mA. R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 Ohm. Il valore standard più vicino sarebbe 82 o 91 Ohm. Ricalcolare sempre utilizzando i valori min/max di VF dalla scheda tecnica per garantire che la corrente rimanga entro i limiti in tutte le condizioni.

10.2 Posso pilotare questo LED senza un resistore limitatore di corrente utilizzando una sorgente di tensione costante?

No.Questo distruggerebbe quasi certamente il LED. I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Una sorgente di tensione costante non può regolare la corrente attraverso la giunzione altamente non lineare del LED. È necessario un resistore in serie o, per prestazioni migliori, un circuito driver a corrente costante.

10.3 Perché la corrente diretta massima è diversa per il LED Blu (BH)?

La corrente continua massima inferiore (20mA vs. 25mA per Rosso/Verde) è probabilmente dovuta a differenze nella struttura semiconduttore interna (InGaN per Blu/Verde vs. AlGaInP per Rosso) e alle sue caratteristiche termiche associate e all'efficienza a densità di corrente più elevate, portando a un rating di dissipazione di potenza (Pd) inferiore per la variante blu.

10.4 Come interpreto la tolleranza di intensità luminosa di ±11%?

Ciò significa che l'intensità luminosa effettivamente misurata di qualsiasi singolo LED di un lotto di produzione può variare di ±11% rispetto al valore tipico o nominale indicato nella scheda tecnica. Ad esempio, un LED verde con una Iv tipica di 180 mcd potrebbe misurare ovunque da circa 160 mcd a 200 mcd. Per applicazioni che richiedono luminosità uniforme, è necessario selezionare LED da un bin stretto (codice CAT).

10.5 Questo LED è adatto per l'illuminazione interna automobilistica?

Sebbene possa essere utilizzato in alcune applicazioni interne automobilistiche non critiche (come la retroilluminazione degli interruttori), la scheda tecnica include una nota di restrizione applicativa specifica che sconsiglia l'uso in "applicazioni ad alta affidabilità come militare/aerospaziale, sistemi di sicurezza automobilistica e apparecchiature mediche". Per qualsiasi applicazione automobilistica, specialmente legata alla sicurezza, deve essere utilizzato un componente specificamente qualificato secondo standard di grado automobilistico (es. AEC-Q102).

11. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore multi-stato per un router consumer.

Un progettista deve indicare Alimentazione (Verde), Attività Internet (Verde Lampeggiante) e Collegamento Ethernet (Ambra/Rosso). Lo spazio è limitato. Sceglie un 15-13D/GH (Verde) per Alimentazione, uno per Internet (lampeggiato da MCU) e un 15-13D/R6 (Rosso) per l'indicatore Ethernet (l'ambra può essere approssimata pilotando un LED rosso a corrente inferiore o utilizzando un diffusore).

Implementazione:I pin GPIO del MCU sono a 3.3V. Per i LED verdi (VF tip 3.3V), la caduta di tensione è quasi uguale all'alimentazione, lasciando poco margine per un resistore. Il progettista potrebbe utilizzare una corrente inferiore (es. 10mA) per ottenere una luminosità sufficiente garantendo un'accensione affidabile, calcolando R = (3.3V - 3.3V)/0.01A = 0 Ohm. Questo è problematico. Invece, utilizzerebbe un transistor o un pin GPIO configurato in modalità sink di corrente collegato al catodo del LED, con l'anodo collegato a un rail di tensione più alto (es. 5V) attraverso un resistore appropriato. Questo caso evidenzia l'importanza di adattare la tensione del circuito di pilotaggio alla VF del LED.

12. Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a giunzione p-n semiconduttore che emettono luce attraverso un processo chiamato elettroluminescenza. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati attraverso la giunzione. Questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva vicino alla giunzione. Per LED efficienti, questa ricombinazione avviene in un materiale semiconduttore a bandgap diretto. L'energia rilasciata durante la ricombinazione viene emessa come fotone (particella di luce). La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap (Eg) del materiale semiconduttore: E = hc/λ, dove h è la costante di Planck, c è la velocità della luce e λ è la lunghezza d'onda. Il 15-13D utilizza AlGaInP per la luce rossa (bandgap più grande per energia inferiore/lunghezza d'onda più lunga) e InGaN per la luce verde e blu (bandgap più piccolo per energia superiore/lunghezza d'onda più corta). La lente in resina epossidica modella l'emissione luminosa e fornisce protezione ambientale.

13. Tendenze Tecnologiche

Il 15-13D rappresenta una tecnologia LED SMD matura. Le tendenze generali nel mercato dei LED indicatori continuano a spingere verso:

• Ulteriore Miniaturizzazione:Package ancora più piccoli (es. 1.0x0.5mm, chip-scale) mantenendo o migliorando l'emissione luminosa.
• Maggiore Efficienza:Miglioramento dei lumen per watt (lm/W) o millicandele per milliamp (mcd/mA), riducendo il consumo energetico per una data luminosità.
• Affidabilità e Robustezza Migliorate:Temperature di giunzione massime più elevate, migliore resistenza all'umidità e prestazioni migliori sotto test di vita operativa ad alta temperatura (HTOL).
• Soluzioni Integrate:LED con resistori limitatori di corrente integrati, diodi di protezione (ESD, polarità inversa) o addirittura circuiti integrati driver in un singolo package.
• Gamut di Colore e Coerenza Ampliati:Binning più stretto per colore e intensità per soddisfare le esigenze di display a colori completi e array di indicatori dove l'uniformità visiva è critica.

Sebbene esistano package più recenti, il 15-13D rimane un componente affidabile e ampiamente utilizzato per applicazioni indicatrici generiche dove il suo equilibrio tra dimensioni, prestazioni e costo è ottimale.