Scheda Tecnica LED SMD 15-21/GHC-YR2U1/3T - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 95mW - Verde Brillante - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 15-21/GHC-YR2U1/3T è un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD) progettato per applicazioni elettroniche moderne e compatte. Questo componente rappresenta un significativo passo avanti rispetto ai LED tradizionali a telaio con reofori, offrendo sostanziali vantaggi in termini di utilizzo dello spazio sulla scheda e miniaturizzazione complessiva del sistema.

Il vantaggio principale di questo LED risiede nelle sue dimensioni ridotte. La sua dimensione significativamente più piccola rispetto ai componenti through-hole consente ai progettisti di ottenere densità di impaccamento più elevate sui circuiti stampati (PCB). Ciò si traduce direttamente in una riduzione delle dimensioni della scheda, in requisiti di stoccaggio minimizzati per i componenti e, infine, nella creazione di apparecchiature finali più piccole e leggere. La natura intrinsecamente leggera del package SMD lo rende una scelta ideale per applicazioni in cui peso e spazio sono vincoli critici.

Questo LED è di tipo monocromatico, emette una luce verde brillante ed è realizzato con materiali ecologici, essendo sia privo di piombo (Pb-free) che conforme agli standard RoHS, EU REACH e halogen-free (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Viene fornito su nastro da 8 mm standard del settore, avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, garantendo la compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place ad alta velocità. Il dispositivo è inoltre progettato per resistere ai processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi e a fase di vapore.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Comprendere i valori massimi assoluti è fondamentale per garantire l'affidabilità a lungo termine e prevenire guasti catastrofici. Questi valori specificano i limiti oltre i quali potrebbe verificarsi un danno permanente al dispositivo.

• Corrente Diretta (IF):25 mA. Questa è la massima corrente continua in DC che può essere applicata al LED in condizioni operative normali.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):50 mA. Questo valore si applica in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 a 1 kHz. Superare la corrente continua nominale è consentito solo in queste specifiche condizioni pulsate.
• Dissipazione di Potenza (Pd):95 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Questo valore viene deratato a temperature ambiente più elevate.
• Scarica Elettrostatica (ESD):150 V (Modello del Corpo Umano). Devono essere seguite le corrette procedure di manipolazione ESD durante l'assemblaggio e la movimentazione per prevenire danni da elettricità statica.
• Temperatura di Esercizio (Topr):-40°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Temperatura di Magazzinaggio (Tstg):-40°C a +90°C. Il dispositivo può essere conservato entro questo intervallo di temperatura quando non è alimentato.
• Temperatura di Saldatura (Tsol):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

Le caratteristiche elettro-ottiche definiscono l'emissione luminosa e il comportamento elettrico del LED in condizioni di test specificate (Ta=25°C, IF=20mA salvo diversa indicazione). Questi sono i parametri chiave per la progettazione e la verifica delle prestazioni.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da un minimo di 140,0 mcd a un massimo di 565,0 mcd, con un valore tipico dipendente dal bin specifico. La tolleranza per l'intensità luminosa è ±11%.
• Angolo di Visione (2θ1/2):130 gradi (tipico). Questo ampio angolo di visione indica un pattern di emissione lambertiano o quasi-lambertiano, adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ad ampia area.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):518 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza raggiunge il suo massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):Varia da 520 nm a 535 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che corrisponde al colore della luce emessa. La tolleranza è ±1 nm.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):35 nm (tipico). Questa è la larghezza dello spettro emesso, misurata a metà dell'intensità massima (Larghezza a Metà Altezza - FWHM).
• Tensione Diretta (VF):Varia da 2,7V (min) a 3,7V (max), con un valore tipico di 3,3V a 20mA. Questo parametro è cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (IR):Massimo di 50 μA quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 5V. È fondamentale notare che questo dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa; questa condizione di test è solo per la caratterizzazione.

3. 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. Il 15-21/GHC-YR2U1/3T utilizza un sistema di binning bidimensionale.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'intensità luminosa è suddivisa in sei bin distinti (R2, S1, S2, T1, T2, U1), ciascuno dei quali definisce un intervallo specifico di intensità minima e massima misurata in millicandele (mcd) a IF=20mA. Ad esempio, il bin U1 rappresenta l'intervallo di intensità più alto, da 450,0 a 565,0 mcd, mentre il bin R2 rappresenta l'intervallo più basso, da 140,0 a 180,0 mcd. Il codice prodotto \"YR2U1\" indica bin specifici per la lunghezza d'onda dominante (Y) e l'intensità luminosa (U1).

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

La lunghezza d'onda dominante, che definisce il colore percepito, è suddivisa in tre bin (X, Y, Z). Il bin X copre 520,0-525,0 nm, il bin Y copre 525,0-530,0 nm e il bin Z copre 530,0-535,0 nm. Ciò garantisce che i LED dello stesso bin di lunghezza d'onda appaiano visivamente coerenti nel colore.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Queste sono essenziali per una progettazione termica e ottica avanzata.

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Questa curva mostra la relazione esponenziale tra corrente e tensione. Viene utilizzata per determinare il punto di lavoro e per progettare resistori di limitazione della corrente o driver appropriati.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta:Questo grafico dimostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente di pilotaggio. Tipicamente mostra una relazione sub-lineare, dove l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Questa curva critica mostra la derating dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura di giunzione. L'intensità luminosa tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura, fattore che deve essere considerato nei progetti che operano ad alte temperature ambiente.
• Curva di Derating della Corrente Diretta:Questo grafico definisce la massima corrente diretta continua ammissibile in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la corrente massima deve essere ridotta per rimanere entro i limiti di dissipazione di potenza del dispositivo.
• Distribuzione Spettrale:Questo grafico mostra la potenza ottica relativa in funzione della lunghezza d'onda, centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco di 518 nm con una larghezza di banda tipica di 35 nm.
• Diagramma di Radiazione:Questo grafico polare illustra la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa, confermando l'angolo di visione di 130 gradi.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package

Il LED ha un ingombro SMD compatto. Le dimensioni chiave includono una dimensione del corpo di circa 2,0 mm di lunghezza e 1,25 mm di larghezza, con un'altezza di 0,8 mm. La scheda tecnica fornisce un disegno dimensionale dettagliato che include il layout dei pad, le dimensioni complessive e la posizione della marcatura del catodo. Le tolleranze sono tipicamente ±0,1 mm salvo diversa specifica. Il catodo è chiaramente marcato per il corretto orientamento sul PCB.

5.2 Specifiche di Confezionamento

Il dispositivo è fornito in confezione resistente all'umidità per prevenire danni dall'umidità ambientale durante lo stoccaggio. I componenti sono caricati in nastro portante con tasche dimensionate per il package 15-21. Questo nastro portante è avvolto su una bobina standard da 7 pollici di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Il confezionamento include un essiccante ed è sigillato all'interno di una busta di alluminio impermeabile all'umidità. L'etichetta sulla busta contiene informazioni critiche come il numero di prodotto (P/N), la quantità (QTY), il grado di intensità luminosa (CAT), il grado di cromaticità/lunghezza d'onda (HUE), il grado di tensione diretta (REF) e il numero di lotto (LOT No).

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una corretta manipolazione e saldatura sono vitali per l'affidabilità. Le precauzioni chiave includono:

• Limitazione della Corrente:È obbligatorio un resistore esterno di limitazione della corrente. La caratteristica I-V esponenziale del LED significa che una piccola variazione di tensione può causare un grande picco di corrente, portando a un guasto immediato.
• Sensibilità all'Umidità:Il dispositivo è confezionato in una busta barriera all'umidità. Una volta aperta, i LED devono essere utilizzati entro 168 ore (7 giorni) se conservati in condizioni ≤30°C e ≤60% UR. Le parti non utilizzate devono essere rinchiuse in busta con essiccante. Se il tempo di esposizione viene superato o l'indicatore dell'essiccante ha cambiato colore, è necessario un trattamento di essiccamento (bake-out) a 60±5°C per 24 ore prima della saldatura a rifusione.
• Profilo di Saldatura a Rifusione:È specificato un profilo di rifusione senza piombo (Pb-free). I parametri chiave includono una fase di pre-riscaldamento tra 150-200°C per 60-120 secondi, un tempo sopra il liquidus (217°C) di 60-150 secondi e una temperatura di picco non superiore a 260°C per un massimo di 10 secondi. La velocità massima di riscaldamento è di 6°C/sec e la velocità massima di raffreddamento è di 3°C/sec. La rifusione non deve essere eseguita più di due volte.
• Saldatura Manuale:Se è necessaria una riparazione manuale, utilizzare un saldatore con una temperatura della punta inferiore a 350°C. Il tempo di contatto per terminale deve essere inferiore a 3 secondi e si consiglia un saldatore a doppia punta per la rimozione per evitare stress meccanici. La potenza del saldatore dovrebbe essere di 25W o inferiore.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Il colore verde brillante e le dimensioni compatte rendono questo LED adatto a una varietà di applicazioni:

• Retroilluminazione:Ideale per la retroilluminazione di simboli, interruttori e indicatori nei cruscotti automobilistici, nell'elettronica di consumo e nei pannelli di controllo industriali.
• Apparecchiature di Telecomunicazione:Utilizzato come indicatori di stato e retroilluminazione per tastiere in telefoni, fax e hardware di rete.
• Retroilluminazione Piatta per LCD:Può essere utilizzato in array per fornire illuminazione laterale o retroilluminazione diretta per piccoli display LCD monocromatici o a colori.
• Indicazione Generale:Qualsiasi applicazione che richieda un indicatore di stato luminoso, affidabile e compatto.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, mantenere una bassa temperatura di giunzione è la chiave per massimizzare l'emissione luminosa e la longevità. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o l'uso di via termiche se si opera ad alte temperature ambiente o ad alte correnti di pilotaggio.
• Circuito di Pilotaggio della Corrente:Utilizzare sempre una sorgente di corrente costante o una sorgente di tensione con un resistore di limitazione della corrente in serie. Calcolare il valore del resistore in base alla tensione di alimentazione (Vs), alla tensione diretta del LED (VF, utilizzare il valore massimo per sicurezza) e alla corrente diretta desiderata (IF): R = (Vs - VF) / IF.
• Progettazione Ottica:L'ampio angolo di visione di 130 gradi fornisce un'illuminazione diffusa. Per una luce focalizzata, potrebbero essere necessarie lenti esterne o guide luminose.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

La principale differenziazione del LED SMD 15-21 risiede nella combinazione di un fattore di forma molto piccolo (2,0x1,25mm) con un'intensità luminosa relativamente alta (fino a 565 mcd per il bin U1). Rispetto a LED SMD più grandi (es. 3528, 5050), consente un notevole risparmio di spazio sulla scheda. Rispetto a package ancora più piccoli di tipo chip-scale, offre una manipolazione e una saldatura più facili grazie al suo package definito con terminali saldabili. L'uso della tecnologia InGaN per il verde brillante fornisce un'efficienza più elevata e una migliore saturazione del colore rispetto alle tecnologie più datate. La sua conformità a severi standard ambientali (RoHS, REACH, Halogen-Free) lo rende adatto ai mercati globali con requisiti normativi stringenti.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Che valore di resistore devo usare con un'alimentazione da 5V?

R: Utilizzando il VF massimo di 3,7V e un IF target di 20mA: R = (5V - 3,7V) / 0,020A = 65 Ohm. Utilizzare il valore standard successivo più alto, come 68 Ohm, per garantire che la corrente non superi i 20mA.

D: Posso pilotare questo LED con 30mA per una luminosità maggiore?

R: No. Il Valore Massimo Assoluto per la corrente diretta continua (IF) è 25 mA. Superare questo valore rischia di danneggiare il dispositivo immediatamente o a lungo termine. Per una luminosità maggiore, selezionare un LED da un bin di intensità luminosa più alto (es. T2 o U1).

D: La busta è stata aperta da 10 giorni. Posso ancora usare i LED?

R: Non direttamente per la saldatura a rifusione. È necessario prima eseguire un trattamento di essiccamento (bake-out) a 60±5°C per 24 ore per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire danni da \"popcorning\" durante la rifusione.

D: Come identifico il catodo?

R: Il package ha una marcatura distinta per il catodo, come mostrato nel disegno dimensionale. Sull'impronta PCB, il pad del catodo è tipicamente indicato nella serigrafia.

10. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Pannello Indicatori Multi-Stato

Un progettista sta creando un pannello di controllo compatto con 12 indicatori di stato. Lo spazio è estremamente limitato. Selezionando il LED 15-21, può posizionare gli indicatori su una griglia da 0,1 pollici (2,54mm). Sceglie il bin di luminosità U1 per un'alta visibilità. Progetta il PCB con una linea comune a 5V. Per ogni LED, posiziona un resistore da 68 ohm 0603 in serie. Crea una connessione di alleggerimento termico sul pad del catodo per facilitare la saldatura ma assicura una solida connessione al piano di massa per la dissipazione del calore. Durante l'assemblaggio, segue le procedure di gestione dell'umidità e utilizza il profilo di rifusione specificato. Il risultato è un pannello indicatori luminoso, affidabile e ad alta densità che soddisfa tutti i requisiti di dimensioni e prestazioni.

11. Introduzione al Principio Tecnico

Questo LED si basa sulla tecnologia a semiconduttore InGaN (Indio Gallio Nitruro). Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva. La loro ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione della lega InGaN nello strato attivo determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa – in questo caso, verde brillante a ~518 nm. L'incapsulante in resina trasparente protegge il die semiconduttore e funge da lente primaria, contribuendo a modellare il pattern di emissione di 130 gradi. Il package SMD fornisce protezione meccanica, connessioni elettriche e un percorso termico dal die al PCB.

12. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

La tendenza per i LED SMD come il 15-21 continua verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), un miglioramento della coerenza del colore attraverso binning più stretti e un'affidabilità aumentata. C'è anche una spinta verso dimensioni di package ancora più piccole (es. package chip-scale) mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche. L'adozione diffusa della tecnologia InGaN ha reso possibili LED verdi e blu ad alta luminosità, storicamente più difficili da produrre rispetto ai LED rossi. Gli sviluppi futuri potrebbero includere driver integrati o circuiti di controllo all'interno del package, nonché progressi nei materiali per migliorare ulteriormente l'efficienza ad alte temperature ed estendere la durata operativa. L'enfasi sulla conformità ambientale e sui processi di produzione sostenibili è anche una tendenza persistente e crescente in tutto il settore.