Scheda Tecnica LED SMD 18-225A/R6GHW-B01/3T - Package 3.2x1.6x1.3mm - Tensione 2.0V/3.3V - Rosso/Verde Brillante - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie 18-225A rappresenta una soluzione LED SMD (Surface Mount Device) compatta e ad alte prestazioni. Questa scheda tecnica copre due varianti principali del materiale del chip: l'R6 (AlGaInP) per l'emissione di rosso brillante e il GH (InGaN) per l'emissione di verde brillante. Il dispositivo è incapsulato in resina bianca diffusa. Il suo vantaggio principale risiede nell'ingombro significativamente ridotto rispetto ai LED tradizionali a telaio, consentendo una maggiore densità di impacchettamento sui PCB, riducendo i requisiti di spazio di stoccaggio e contribuendo infine alla miniaturizzazione delle apparecchiature finali. La costruzione leggera lo rende inoltre ideale per applicazioni in cui spazio e peso sono vincoli critici.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

L'utilizzo del dispositivo oltre questi limiti può causare danni permanenti. I valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Tensione Inversa (V_R):5 V (sia per R6 che per GH). Superare questo valore può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta (I_F):25 mA (DC continua sia per R6 che per GH).
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):60 mA per R6, 100 mA per GH. Questo valore è specificato con un ciclo di lavoro di 1/10 e una frequenza di 1 kHz, adatto per funzionamento impulsato.
• Dissipazione di Potenza (P_d):60 mW per R6, 95 mW per GH. Questa è la massima potenza che il package può dissipare senza superare i suoi limiti termici.
• Scarica Elettrostatica (ESD) Modello Corpo Umano (HBM):2000 V per R6, 150 V per GH. La variante GH (InGaN) è più sensibile all'ESD, richiedendo precauzioni di manipolazione più rigorose.
• Temperatura di Funzionamento (T_opr):-40°C a +85°C. Questo definisce l'intervallo di temperatura ambiente per un funzionamento affidabile.
• Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):Saldatura a rifusione: picco di 260°C per un massimo di 10 secondi. Saldatura manuale: 350°C per un massimo di 3 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a Ta=25°C e una corrente di prova standard di I_F=10mA, salvo diversa indicazione. Definiscono l'emissione luminosa e il comportamento elettrico del LED.

• Intensità Luminosa (I_v):R6: 28,5 a 72,0 mcd (tipico). GH: 72,0 a 180 mcd (tipico). Il chip GH produce un'intensità luminosa significativamente maggiore nelle stesse condizioni di pilotaggio.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi (tipico). Questo ampio angolo di visione è caratteristico del package in resina bianca diffusa, fornendo un pattern di emissione quasi lambertiano adatto per l'illuminazione d'area e indicatori.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):R6: 632 nm (tipico). GH: 518 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):R6: 615-625 nm. GH: 520-535 nm. Questa è la percezione monocromatica del colore del LED da parte dell'occhio umano. Le tolleranze sono ±1nm.
• Larghezza di Banda della Radiazione Spettrale (Δλ):R6: 20 nm (tipico). GH: 35 nm (tipico). Questo indica la purezza spettrale; una larghezza di banda più piccola significa un colore più saturo.
• Tensione Diretta (V_F):R6: 1,7-2,4 V (Tipico 2,0V). GH: 2,7-3,7 V (Tipico 3,3V). La caduta di tensione è una funzione del bandgap del materiale semiconduttore. La tolleranza è ±0,10V.
• Corrente Inversa (I_R):R6: 10 μA max a V_R=5V. GH: 50 μA max a V_R=5V.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

I LED sono selezionati (binnati) in base a parametri ottici chiave per garantire coerenza all'interno di un lotto di produzione e per scopi progettuali.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

R6 (Rosso):

• Bin N: 28,5 - 45,0 mcd
• Bin P: 45,0 - 72,0 mcd

GH (Verde):

• Bin Q1: 72,0 - 90,0 mcd
• Bin Q2: 90,0 - 112 mcd
• Bin R1: 112 - 140 mcd
• Bin R2: 140 - 180 mcd

La tolleranza per l'intensità luminosa è ±11%.

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

I LED verdi sono ulteriormente binnati per lunghezza d'onda dominante per controllare la coerenza del colore.

• Bin 1: 520 - 525 nm
• Bin 2: 525 - 530 nm
• Bin 3: 530 - 535 nm

La tolleranza per la lunghezza d'onda dominante è ±1nm.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Caratteristiche R6 (Rosso AlGaInP)

Le curve fornite illustrano le relazioni chiave:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione esponenziale. La tensione diretta aumenta con la corrente e diminuisce leggermente con l'aumento della temperatura.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:L'emissione luminosa aumenta linearmente con la corrente nell'intervallo di funzionamento normale prima degli effetti di saturazione.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:L'emissione luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente a causa della ridotta efficienza quantistica interna e dell'aumento della ricombinazione non radiativa. Questa derating è fondamentale per la gestione termica.
• Curva di Derating della Corrente Diretta:Specifica la massima corrente diretta continua ammissibile in funzione della temperatura ambiente. La corrente deve essere ridotta a temperature più elevate per rimanere entro il limite di dissipazione di potenza.
• Distribuzione Spettrale:Mostra il picco di emissione intorno a 632 nm con una larghezza di banda tipica di 20 nm.
• Diagramma di Radiazione:Raffigura la distribuzione spaziale dell'intensità, confermando l'ampio angolo di visione di 130 gradi con un pattern quasi lambertiano.

4.2 Caratteristiche GH (Verde InGaN)

Le curve GH mostrano relazioni simili ma con valori quantitativi diversi:

• Tensione diretta più alta (tipico 3,3V vs. 2,0V per R6).
• Dipendenza dalla temperatura diversa per intensità luminosa e tensione diretta.
• Spettro centrato intorno a 518 nm con una larghezza di banda più ampia di 35 nm.
• Un profilo di derating della corrente diretta diverso a causa del suo diverso rating di dissipazione di potenza (95 mW vs. 60 mW).

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il package SMD ha le seguenti dimensioni chiave (in mm, tolleranza ±0,1mm salvo specificato):

• Lunghezza: 3,2 mm
• Larghezza: 1,6 mm
• Altezza: 1,3 mm ±0,2 mm
• Larghezza del Terminale: 0,4 mm ±0,15 mm
• Lunghezza del Terminale: 0,7 mm ±0,1 mm
• Passo dei Terminali: 1,6 mm

5.2 Identificazione della Polarità e Progetto dei Pad

Il catodo è contrassegnato. Viene fornito un layout consigliato per i pad di saldatura con dimensioni: larghezza pad 0,8mm, lunghezza 0,8mm, con un'intercapedine di 0,4mm tra i pad. Questa è una raccomandazione; il progetto dei pad dovrebbe essere ottimizzato in base al processo specifico di produzione del PCB e ai requisiti termici. Il documento sottolinea che la dimensione del pad può essere modificata in base alle esigenze individuali.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Processo di Saldatura

Il dispositivo è compatibile con i processi di rifusione a infrarossi e a fase di vapore. Viene specificato un profilo di saldatura a rifusione 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.
• Tempo entro 5°C dal picco: 10 secondi massimo.
• Velocità di Riscaldamento: 3°C/sec massimo.
• Velocità di Raffreddamento: 6°C/sec massimo.

Note Critiche:La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte. Non dovrebbe essere applicato stress al corpo del LED durante il riscaldamento. Il PCB non dovrebbe deformarsi dopo la saldatura.

6.2 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I componenti sono imballati in sacchetti barriera resistenti all'umidità con essiccante.

• Prima dell'apertura:Conservare a ≤30°C e ≤90% UR.
• Dopo l'apertura:La "vita a terra" è di 1 anno a ≤30°C e ≤60% UR. Le parti non utilizzate devono essere risigillate in un imballaggio a prova di umidità.
• Essiccazione:Se l'indicatore dell'essiccante cambia o viene superato il tempo di conservazione, essiccare a 60±5°C per 24 ore prima dell'uso per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" durante la rifusione.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti su nastro portante goffrato da 8 mm di larghezza su bobine da 7 pollici di diametro. La quantità caricata è di 3000 pezzi per bobina. Le dimensioni dettagliate della bobina e del nastro portante sono fornite nella scheda tecnica.

7.2 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene diversi codici:

• P/N: Numero di Prodotto (es., 18-225A/R6GHW-B01/3T).
• QTY: Quantità di Imballaggio.
• CAT: Classe di Intensità Luminosa (Codice bin, es., P, R1).
• HUE: Coordinate di Cromaticità & Classe di Lunghezza d'Onda Dominante (es., Bin 2).
• REF: Classe di Tensione Diretta.
• LOT No: Numero di Lotto Tracciabile.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Come elencato nella scheda tecnica:

• Retroilluminazione per cruscotti e interruttori automobilistici.
• Apparecchiature di telecomunicazione: Indicatori di stato e retroilluminazione tastiera in telefoni e fax.
• Retroilluminazione piatta per piccoli LCD, interruttori e simboli.
• Indicatori generici e luci di stato in elettronica di consumo, controlli industriali ed elettrodomestici.

8.2 Considerazioni Critiche di Progetto

Limitazione di Corrente:Una resistenza di limitazione della corrente esterna èassolutamente obbligatoria. La tensione diretta del LED ha un coefficiente di temperatura negativo e una tolleranza stretta. Un piccolo aumento della tensione di alimentazione può causare un grande, potenzialmente distruttivo, aumento della corrente diretta. Il valore della resistenza deve essere calcolato in base alla tensione di alimentazione (V_CC), alla tensione diretta tipica del LED (V_F), e alla corrente diretta desiderata (I_F): R = (V_CC- V_F) / I_F. Gestione Termica:Sebbene sia un piccolo dispositivo SMD, la dissipazione di potenza (fino a 95mW per GH) deve essere considerata, specialmente ad alte temperature ambiente. Rispettare la curva di derating della corrente diretta. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB (utilizzando il progetto del pad termico) per condurre il calore lontano dalla giunzione del LED.Protezione ESD:Implementare procedure standard di manipolazione ESD, in particolare per la variante GH (InGaN) più sensibile. Considerare l'uso di dispositivi di protezione ESD su linee sensibili se il LED è in un'area accessibile all'utente.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

La serie 18-225A offre un chiaro vantaggio rispetto ai LED più grandi, a foro passante, in termini di spazio su scheda e compatibilità con il montaggio automatizzato. Nel panorama dei LED SMD, i suoi principali fattori di differenziazione sono:

• Ampio Angolo di Visione (130°):La resina bianca diffusa fornisce un pattern di emissione molto ampio e uniforme, ideale per applicazioni che richiedono visibilità ad ampio angolo piuttosto che un fascio focalizzato.
• Opzioni a Doppio Materiale di Chip:Offrire sia AlGaInP (R6) che InGaN (GH) nello stesso ingombro del package fornisce flessibilità di progetto per coppie di indicatori rosso/verde o applicazioni multicolore.
• Binning Dettagliato:La disponibilità di molteplici bin di intensità luminosa e lunghezza d'onda consente ai progettisti di selezionare i componenti per applicazioni che richiedono una stretta coerenza di luminosità o colore.
• Robusta Compatibilità con la Rifusione:Profili di rifusione senza piombo chiaramente definiti e informazioni sulla gestione della sensibilità all'umidità supportano i moderni processi di produzione ad alto volume.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo LED direttamente da un'alimentazione logica a 5V o 3,3V?R:No.Devi sempre utilizzare una resistenza di limitazione della corrente in serie. Ad esempio, con un'alimentazione a 5V e un LED verde (V_F~3,3V) a I_F=20mA: R = (5V - 3,3V) / 0,020A = 85 Ohm. Utilizzare il valore standard successivo (es., 82 o 100 Ohm) e verificare la corrente effettiva e la dissipazione di potenza.

D2: Perché il rating ESD per il LED verde (GH) è inferiore a quello per il rosso (R6)?R: Questa è una proprietà fondamentale del materiale. I LED basati su InGaN (blu, verde, bianco) generalmente hanno tensioni di tenuta ESD inferiori rispetto ai LED basati su AlGaInP (rosso, ambra). Ciò richiede una manipolazione più attenta per la variante verde.

D3: Cosa significa il colore "bianco diffuso" della resina per l'emissione luminosa?R: La resina diffusa disperde la luce emessa dal chip, creando un angolo di visione più ampio e uniforme (130°) e dando al LED spento un aspetto bianco. Ammorbidisce l'emissione luminosa, rendendola meno puntiforme e più adatta per l'illuminazione di pannelli.

D4: Come interpreto i codici bin quando ordino?R: Specificare i codici bin CAT (luminosità) e HUE (colore per il verde) richiesti in base alla tolleranza della tua applicazione per la variazione di luminosità e lo scostamento di colore. Per indicatori non critici, un bin più ampio può essere accettabile e conveniente. Per array di retroilluminazione dove l'uniformità è chiave, specificare un bin stretto è cruciale.

11. Caso di Studio di Progettazione

Scenario:Progettazione di un pannello di controllo compatto con indicatori multi-stato.Requisito:Rosso per "Guasto", Verde per "Pronto". Lo spazio è estremamente limitato. Gli indicatori devono essere chiaramente visibili da un ampio angolo. Il processo di montaggio utilizza posizionamento SMD automatizzato e saldatura a rifusione.Implementazione della Soluzione:

1. Selezione del Componente:Utilizzare 18-225A/R6 per il rosso e 18-225A/GH per il verde. L'identico ingombro di 3,2x1,6mm semplifica il layout del PCB.
2. Progetto del Circuito:Per un'alimentazione di sistema a 3,3V:
   • LED Rosso: R = (3,3V - 2,0V) / 0,010A = 130 Ohm. Utilizzare una resistenza da 130Ω o 120Ω. Potenza in R: (1,3V^2)/130Ω ≈ 13mW.
   • LED Verde: R = (3,3V - 3,3V) / 0,010A = 0 Ohm. Questo è problematico. Un'alimentazione a 3,3V è alla V_Ftipica del LED verde, non lasciando margine di tensione per la resistenza. Soluzione: a) Utilizzare una corrente più bassa (es., 5mA), b) Utilizzare una tensione di alimentazione più alta per il circuito LED, o c) Utilizzare un driver a corrente costante.
3. Layout del PCB:Posizionare i LED vicino al bordo del pannello. Utilizzare i pad di saldatura consigliati o leggermente più grandi collegati a una piccola zona di rame per la dissipazione del calore. Assicurarsi che le marcature di polarità sulla serigrafia corrispondano al segno del catodo sul LED.
4. Produzione:Programmare la macchina pick-and-place per la dimensione del corpo di 3,2x1,6mm. Seguire precisamente il profilo di rifusione specificato. Conservare le bobine aperte in armadi asciutti se non utilizzate immediatamente.
5. Binning:Per questo pannello con più indicatori identici, specificare un singolo bin di luminosità (es., CAT P per il rosso, CAT R1 per il verde) per garantire un aspetto uniforme su tutte le unità.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

I LED sono diodi semiconduttori che emettono luce attraverso l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. L'energia rilasciata durante questa ricombinazione viene emessa come fotoni (luce). Il colore (lunghezza d'onda) della luce emessa è determinato dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore utilizzato nella regione attiva.

• R6 (AlGaInP):Il Fosfuro di Alluminio Gallio Indio è un sistema di materiale utilizzato per produrre LED ad alta efficienza nello spettro del rosso, arancione e ambra. Ha un bandgap diretto adatto per un'emissione luminosa efficiente.
• GH (InGaN):Il Nitruro di Gallio Indio è il sistema di materiale per LED blu, verdi e bianchi. Variando il contenuto di indio, il bandgap può essere sintonizzato. Raggiungere un'elevata efficienza nell'emissione verde ("green gap") è stata una sfida storica in questo sistema di materiali.

La luce del minuscolo chip semiconduttore è incapsulata in un package di resina epossidica o siliconica. La resina "bianca diffusa" contiene particelle di diffusione che randomizzano la direzione dei fotoni, creando l'ampio e uniforme pattern di emissione. Il package fornisce anche protezione meccanica, contatti elettrici e aiuta nella dissipazione del calore.

13. Tendenze del Settore

Il mercato dei LED SMD continua a evolversi spinto dalle richieste di miniaturizzazione, maggiore efficienza e costi inferiori. Le tendenze rilevanti per dispositivi come il 18-225A includono:

• Efficienza Aumentata:Miglioramenti continui nella crescita epitassiale e nel progetto del chip portano a una maggiore efficienza luminosa (più luce emessa per watt elettrico), consentendo indicatori più luminosi o un consumo energetico inferiore.
• Coerenza di Colore Migliorata:Progressi nel controllo di produzione e strategie di binning più sofisticate consentono tolleranze di colore e luminosità più strette, fondamentali per applicazioni come array di retroilluminazione e display a colori completi.
• Gamut di Colore Espanso:Lo sviluppo di nuovi fosfori ed emettitori a banda stretta (come i quantum dot) consente LED con colori più saturi, espandendo lo spazio colore ottenibile per i display.
• Integrazione:La tendenza verso l'integrazione di più chip LED (RGB, RGBW), IC di controllo e persino componenti passivi in un unico modulo package continua, semplificando l'assemblaggio del prodotto finale.
• Focus sull'Affidabilità:Man mano che i LED penetrano nei mercati automobilistico, industriale e medico, c'è un'enfasi crescente sui dati di affidabilità a lungo termine, l'analisi delle modalità di guasto e la qualificazione in condizioni ambientali severe (alta temperatura, umidità, cicli termici).

Sebbene esistano formati di package più nuovi e piccoli (es., 0201, 01005), l'ingombro di 3,2x1,6mm rimane un cavallo di battaglia popolare e robusto per applicazioni di indicatori generici e retroilluminazione, offrendo un buon equilibrio tra dimensioni, luminosità, facilità di manipolazione e prestazioni termiche.