Scheda Tecnica LED SMD Serie 19-237B - Package 2.0x1.6x0.9mm - Tensione 1.7-3.3V - Multi-Colore - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie 19-237B è un LED SMD (Surface Mount Device) multi-colore e compatto, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono miniaturizzazione ed alta affidabilità. Questo componente rappresenta un significativo passo avanti rispetto ai LED tradizionali a montaggio through-hole, consentendo una sostanziale riduzione dell'area occupata sul circuito stampato (PCB), un aumento della densità di componenti e contribuendo infine allo sviluppo di apparecchiature finali più piccole e leggere. La sua costruzione leggera lo rende particolarmente adatto per applicazioni in cui spazio e peso sono vincoli critici.

1.1 Vantaggi Principali e Posizionamento del Prodotto

I vantaggi primari del LED SMD 19-237B derivano dalla sua impronta miniaturizzata e dalla tecnologia di montaggio superficiale. Il package è fornito su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, garantendo piena compatibilità con le attrezzature automatiche di pick-and-place, standard nella produzione di grandi volumi. Questa compatibilità semplifica il processo produttivo, riduce i tempi di assemblaggio e minimizza i potenziali errori umani. Inoltre, il dispositivo è qualificato per l'uso con processi di saldatura a rifusione sia a infrarossi (IR) che a fase di vapore, offrendo flessibilità nella configurazione della linea di produzione. Una caratteristica chiave è la sua capacità multi-colore all'interno di una singola impronta, resa possibile da diversi materiali di chip semiconduttore. Il prodotto è anche fabbricato senza piombo (Pb-free) ed è progettato per rimanere conforme alla direttiva RoHS (Restriction of Hazardous Substances), rispondendo ai requisiti ambientali e normativi globali.

1.2 Mercato Target e Applicazioni

Il 19-237B è destinato ad un'ampia gamma di elettronica di consumo, industriale e per telecomunicazioni. I suoi principali domini applicativi includono l'illuminazione di sfondo per cruscotti di pannelli strumenti e interruttori a membrana, fornendo un'illuminazione uniforme. Nell'apparecchiatura per telecomunicazioni, funge da indicatore di stato e retroilluminazione per tastiere in dispositivi come telefoni e fax. È anche ben adatto come sorgente di retroilluminazione piatta per display a cristalli liquidi (LCD), pannelli di commutazione e icone simboliche. Infine, il suo design general-purpose lo rende una scelta versatile per varie attività di indicazione e illuminazione di basso livello in diversi settori industriali.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri elettrici, ottici e termici specificati nella scheda tecnica, critici per un affidabile design del circuito e l'integrazione di sistema.

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. Per la serie 19-237B, tutti i valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. La tensione inversa massima (V_R) è di 5V per tutti i codici colore. La corrente diretta continua massima (I_F) è di 25 mA. La corrente diretta di picco (I_FP), applicabile con un ciclo di lavoro di 1/10 e frequenza di 1 kHz, varia: 60 mA per il chip R6 (Rosso) e 100 mA per i chip GH (Verde) e BH (Blu). La dissipazione di potenza massima (P_d) è di 60 mW per R6 e 95 mW per GH/BH. La tensione di scarica elettrostatica (ESD) secondo il modello del corpo umano (HBM) è di 2000V per R6 e 1500V per GH/BH, indicando che il chip rosso potrebbe avere una protezione ESD leggermente più robusta. L'intervallo di temperatura di funzionamento (T_opr) va da -40°C a +85°C, e l'intervallo di temperatura di conservazione (T_stg) va da -40°C a +90°C. Il profilo di temperatura di saldatura è critico: per la saldatura a rifusione, il dispositivo può resistere a 260°C per 10 secondi; per la saldatura manuale, il limite è di 350°C per 3 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le Caratteristiche Elettro-Ottiche sono misurate a Ta=25°C e una corrente di test standard (I_F) di 5mA, fornendo le metriche di prestazione chiave per il design.

• Intensità Luminosa (I_v):Questa è la potenza luminosa percepita per unità di angolo solido. Gli intervalli tipici sono: R6: 18.0-57.0 mcd; GH: 28.5-112 mcd; BH: 11.5-28.5 mcd. La variante verde offre tipicamente l'output più alto.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):L'angolo completo in cui l'intensità luminosa è la metà dell'intensità massima. È tipicamente di 120 gradi, indicando un pattern di emissione diffuso e ampio, adatto per l'illuminazione d'area e indicatori.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):La lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale è massima. I valori tipici sono: R6: 632 nm; GH: 518 nm; BH: 468 nm.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):La singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che corrisponde al colore del LED. Intervalli: R6: 613-627 nm; GH: 520-535 nm; BH: 465-475 nm. Le tolleranze sono ±1nm.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):La larghezza spettrale a metà dell'intensità massima. Tipica: R6: 20 nm; GH: 35 nm; BH: 25 nm. Una larghezza di banda più ampia, come nel verde, può influenzare la purezza del colore.
• Tensione Diretta (V_F):La caduta di tensione ai capi del LED alla corrente di test. Intervalli: R6: 1.7-2.2 V; GH: 2.6-3.3 V; BH: 2.6-3.3 V. La tolleranza è ±0.10V. Questo parametro è cruciale per il calcolo della resistenza limitatrice di corrente.
• Corrente Inversa (I_R):La corrente di dispersione quando viene applicato un bias inverso di 5V. Massima: R6: 10 μA; GH/BH: 50 μA.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica definisce un sistema di binning per classificare i LED in base a parametri ottici chiave, garantendo coerenza nella produzione di massa. I progettisti devono specificare i bin per garantire uniformità di colore e luminosità nella loro applicazione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono suddivisi in bin in base alla loro intensità luminosa misurata a I_F=5mA.

• R6 (Rosso):Bin M (18.0-28.5 mcd), N (28.5-45.0 mcd), P (45.0-57.0 mcd).
• GH (Verde):Bin N (28.5-45.0 mcd), P (45.0-72.0 mcd), Q (72.0-112 mcd).
• BH (Blu):Bin L (11.5-18.0 mcd), M (18.0-28.5 mcd).

La tolleranza per l'intensità luminosa è ±11% all'interno di un bin.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (per GH Verde)

Per il LED GH (Verde), è fornito un ulteriore binning per la lunghezza d'onda dominante: Bin 1 (520-525 nm), Bin 2 (525-530 nm), Bin 3 (530-535 nm). La tolleranza è ±1nm. Ciò consente una selezione precisa del colore, fondamentale in applicazioni come indicatori di stato dove il significato del colore è standardizzato.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include curve caratteristiche tipiche per ogni colore di LED (R6, GH, BH), preziose per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard.

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

Le curve mostrano la relazione esponenziale tra corrente diretta e tensione diretta. Per tutti i colori, la tensione aumenta con la corrente. Il LED rosso (R6) ha una tensione diretta significativamente più bassa per una data corrente rispetto ai LED verde e blu, caratteristica dei diversi materiali semiconduttori (AlGaInP vs. InGaN). Questa differenza deve essere considerata nel design del circuito di pilotaggio, specialmente in array multi-colore.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questi grafici dimostrano che l'intensità luminosa aumenta approssimativamente in modo lineare con la corrente diretta nel tipico intervallo operativo (fino a ~20mA). Tuttavia, l'efficienza (lumen per watt) può raggiungere un picco a una corrente specifica e poi diminuire a causa del riscaldamento e altri effetti. I progettisti non devono assumere che la luminosità aumenti linearmente indefinitamente.

4.3 Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente

Questa è una curva critica per la gestione termica. L'intensità luminosa per tutti i colori diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. La derating è significativa, specialmente per i LED verde e blu basati su InGaN, generalmente più sensibili alla temperatura rispetto ai LED rossi AlGaInP. Ciò rende necessario l'uso di dissipatori o la riduzione della corrente (derating) in ambienti ad alta temperatura per mantenere luminosità e longevità.

4.4 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questa curva specifica la massima corrente diretta continua ammissibile in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la corrente massima consentita deve essere ridotta per evitare di superare il limite di dissipazione di potenza del dispositivo e causare fuga termica. Il rispetto di questa curva è essenziale per l'affidabilità.

4.5 Distribuzione Spettrale

I grafici spettrali mostrano l'intensità relativa della luce emessa attraverso le lunghezze d'onda. Il LED rosso (R6) ha un picco più stretto e definito attorno a 632 nm. Il verde (GH) ha un picco più ampio attorno a 518 nm, e il blu (BH) ha un picco attorno a 468 nm. La forma e la larghezza di questi spettri influenzano la resa cromatica e la purezza della luce.

4.6 Diagramma di Radiazione

I diagrammi di radiazione polare illustrano la distribuzione spaziale della luce. I diagrammi forniti per ogni colore mostrano un tipico pattern lambertiano o quasi-lambertiano, coerente con l'angolo di visione di 120 gradi. L'intensità è massima a 0 gradi (perpendicolare alla faccia del LED) e diminuisce verso i bordi.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED 19-237B ha un package rettangolare compatto. Le dimensioni chiave (in mm) sono: Lunghezza: 2.0 ±0.2, Larghezza: 1.6 ±0.2, Altezza: 0.9 ±0.1. Il catodo è identificato da una marcatura sul package. Viene fornito un disegno dimensionato dettagliato, inclusa la spaziatura dei terminali e la geometria delle piazzole di saldatura.

5.2 Layout Consigliato delle Piazzole e Identificazione della Polarità

È incluso per riferimento un land pattern (impronta) suggerito per il design PCB, con dimensioni delle piazzole di 1.4mm x 0.8mm. La scheda tecnica nota esplicitamente che si tratta di un suggerimento e i progettisti dovrebbero modificarlo in base al loro specifico processo di assemblaggio e requisiti di affidabilità. Una chiara identificazione della polarità (marchio dell'anodo) è mostrata sulla parte superiore del package per prevenire un posizionamento errato.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

La manipolazione e la saldatura corrette sono cruciali per i componenti SMD. Il 19-237B è classificato per profili standard di saldatura a rifusione con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi. Per riparazioni manuali, è consentita la saldatura manuale con punta a 350°C per un massimo di 3 secondi. È fondamentale seguire queste linee guida per prevenire danni al chip LED o al package plastico a causa di calore eccessivo. Il dispositivo dovrebbe essere conservato nella sua confezione originale resistente all'umidità fino all'uso. Se esposto a umidità ambientale oltre le specifiche, potrebbe essere necessario un processo di "baking" prima della rifusione per prevenire il fenomeno del "popcorning" (crepe del package dovute alla pressione del vapore durante la saldatura).

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

I LED sono forniti in imballaggio resistente all'umidità su nastro portatore goffrato. Sono specificate le dimensioni del nastro. La bobina ha un diametro standard di 7 pollici. Un'etichetta sulla bobina fornisce informazioni chiave per la tracciabilità e la verifica: Numero Parte Cliente (CPN), Numero Parte Produttore (P/N), Quantità di Imballo (QTY), Classe di Intensità Luminosa (CAT), Classe di Cromaticità/Lunghezza d'Onda Dominante (HUE), Classe di Tensione Diretta (REF) e Numero di Lotto (LOT No). Questo sistema di etichettatura garantisce una corretta gestione dei materiali e il controllo dell'inventario.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

Quando si progetta con il LED 19-237B, devono essere considerati diversi fattori. Primo, utilizzare sempre una resistenza limitatrice di corrente in serie con il LED. Calcolare il valore della resistenza in base alla tensione di alimentazione (V_supply), alla tensione diretta del LED (V_F - utilizzare il valore massimo per affidabilità) e alla corrente diretta desiderata (I_F). Formula: R = (V_supply - V_F) / I_F. Considerare la potenza nominale della resistenza. Secondo, considerare gli effetti termici. Se l'applicazione opera ad alte temperature ambiente, ridurre la corrente diretta (derating) secondo la curva fornita per mantenere longevità e output luminoso stabile. Terzo, per applicazioni multi-colore o ad array, specificare codici di binning stretti (CAT, HUE) per garantire uniformità visiva tra tutti i LED. Quarto, assicurarsi che il design delle piazzole PCB fornisca un adeguato filetto di saldatura e resistenza meccanica. Infine, considerare l'angolo di visione (120°) quando si progettano guide della luce o lenti per l'applicazione.

9. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Rispetto ai LED through-hole più grandi, il vantaggio primario del 19-237B è la sua impronta SMD miniaturizzata, che consente l'assemblaggio automatizzato e la miniaturizzazione del prodotto. Nel panorama dei LED SMD, i suoi differenziatori chiave includono la specifica dimensione del package 2.0x1.6mm, l'ampio angolo di visione di 120 gradi e la disponibilità di tre distinti colori primari (rosso, verde, blu) da un'unica sagoma di package. La potenza nominale multi-watt (60mW per il rosso, 95mW per verde/blu) e i diversi rating ESD lo distinguono anche dalle offerte generiche. La sua compatibilità con la rifusione standard IR/fase di vapore e la chiara struttura di binning lo rendono adatto sia per prototipazione che per produzione di grandi volumi e attenta alla qualità.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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 fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica. La lunghezza d'onda dominante (λ_d) è la singola lunghezza d'onda percettiva che corrisponde al colore visto dall'occhio umano. Sono spesso vicine ma non identiche, specialmente per LED con spettri ampi.

D: Perché la tensione diretta è diversa per il LED rosso rispetto a verde e blu?

R: La tensione diretta è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. I LED rossi utilizzano tipicamente AlGaInP che ha un bandgap più basso (~1.8-2.0 eV) rispetto all'InGaN usato per i LED verdi e blu (~2.4-3.4 eV). Un bandgap più alto richiede una tensione più alta per "spingere" gli elettroni attraverso di esso.

D: Come interpreto i codici di binning (CAT, HUE, REF) sull'etichetta della bobina?

R: Questi codici corrispondono ai bin di prestazione definiti nella scheda tecnica. "CAT" è il bin dell'intensità luminosa (es. N, P, Q per il verde). "HUE" è il bin della lunghezza d'onda dominante/cromaticità (es. 1, 2, 3 per il verde). "REF" è il bin della tensione diretta. Specificare questi codici garantisce di ricevere LED con caratteristiche strettamente raggruppate.

D: Posso pilotare questo LED a 20mA in modo continuo?

R: Il Valore Massimo Assoluto per la corrente diretta continua (I_F) è 25 mA. Pertanto, 20mA rientra nella specifica. Tuttavia, è necessario verificare che la conseguente dissipazione di potenza (P_d = V_F * I_F) non superi il valore nominale di 60 mW (R6) o 95 mW (GH/BH), specialmente ad alte temperature ambiente, consultando la curva di derating.

11. Caso di Studio Pratico di Progetto

Scenario: Progettazione di un indicatore di stato multi-colore per un dispositivo consumer.Il dispositivo richiede un singolo indicatore tri-colore (Rosso/Verde/Blu) per mostrare alimentazione, standby e condizioni di guasto. Utilizzando la serie 19-237B, un progettista posizionerebbe tre LED (R6, GH, BH) in stretta vicinanza sul PCB. Per garantire coerenza di colore, specificherebbe bin stretti: ad esempio, CAT=P per tutti per ottenere una luminosità alta simile, e HUE=2 per il LED verde per ottenere una tonalità specifica. Progetterebbe tre circuiti di pilotaggio separati, ciascuno con una resistenza limitatrice calcolata per la specifica V_F di ogni colore (es. 1.8V per rosso, 3.0V per verde/blu da un'alimentazione a 5V a 10mA). Assicurerebbe inoltre che il layout PCB fornisca un adeguato rilievo termico e segua le dimensioni suggerite delle piazzole per facilitare una saldatura affidabile durante l'assemblaggio automatizzato.

12. Introduzione al Principio Operativo

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi semiconduttori che emettono luce attraverso l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, gli elettroni dal materiale di tipo n si ricombinano con le lacune dal materiale di tipo p nella regione attiva. Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (particelle di luce). Il colore (lunghezza d'onda) della luce emessa è determinato dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore utilizzato nella regione attiva. Il 19-237B utilizza AlGaInP per l'emissione rossa e InGaN per l'emissione verde e blu. Il package plastico serve a proteggere il fragile chip semiconduttore, modellare l'output luminoso (lente) e fornire i contatti elettrici per il montaggio superficiale.

13. Tendenze Tecnologiche

Il mercato dei LED SMD continua ad evolversi verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), una maggiore densità di potenza e dimensioni del package ancora più piccole. C'è una forte tendenza verso un miglioramento della resa cromatica e della coerenza (binning più stretto). Inoltre, l'integrazione di elettronica di controllo, come driver a corrente costante o controller a modulazione di larghezza di impulso (PWM), direttamente nel package LED ("LED intelligenti") sta diventando più comune. Le normative ambientali continuano a guidare l'eliminazione di sostanze pericolose e i miglioramenti nella riciclabilità. I principi incarnati nel 19-237B—miniaturizzazione, compatibilità con l'automazione e capacità multi-colore—rimangono centrali in questi sviluppi in corso nella tecnologia di illuminazione e indicazione a stato solido.