Scheda Tecnica LED SMD 19-218/GHC-YR1S2M/3T - Verde Brillante - 20mA - 3.2V Tip - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento descrive in dettaglio le specifiche tecniche di un LED a montaggio superficiale (SMD) che emette luce verde brillante. Il componente è progettato per il montaggio ad alta densità su schede a circuito stampato (PCB), offrendo vantaggi in termini di miniaturizzazione e processi di assemblaggio automatizzati.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il LED è fornito su nastro da 8mm avvolto su bobina da 7 pollici di diametro, rendendolo compatibile con le attrezzature standard di pick-and-place automatizzate. È adatto sia per processi di saldatura a rifusione a infrarossi che a fase di vapore. Si tratta di un LED monocromatico (a singolo colore). Il prodotto è conforme alle normative ambientali: è privo di piombo (Pb-free), aderisce alla direttiva RoHS, è conforme ai regolamenti REACH dell'UE e soddisfa i requisiti alogeni-free (Bromo <900 ppm, Cloro <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

Il compatto package SMD offre significativi vantaggi progettuali rispetto ai componenti tradizionali con piedini. Questi includono una riduzione dello spazio sulla scheda, una maggiore densità di componenti, requisiti di stoccaggio minimizzati e, in definitiva, la possibilità di realizzare apparecchiature finali più piccole. La natura leggera del package lo rende anche ideale per applicazioni miniaturizzate e portatili.

1.2 Applicazioni Target

Questo LED è adatto per una varietà di funzioni di indicazione e retroilluminazione, tra cui:

• Retroilluminazione di cruscotti e interruttori nei controlli automobilistici o industriali.
• Indicatori di stato e retroilluminazione tastiere in dispositivi di telecomunicazione come telefoni e fax.
• Retroilluminazione piatta per display a cristalli liquidi (LCD), interruttori e simboli.
• Applicazioni generiche di indicazione.

2. Specifiche Tecniche

2.1 Selezione del Dispositivo e Materiale

Il chip LED è realizzato utilizzando materiale semiconduttore Nitruro di Gallio e Indio (InGaN), che produce un colore emesso verde brillante. La resina di incapsulamento è trasparente acqua.

2.2 Valori Massimi Assoluti

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

• Tensione Inversa (V_R):5 V
• Corrente Diretta (I_F):25 mA (Continua)
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100 mA (Ciclo di Lavoro 1/10 @ 1 kHz)
• Dissipazione di Potenza (P_d):110 mW
• Scarica Elettrostatica (ESD) Modello Corpo Umano (HBM):150 V
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C
• Temperatura di Stoccaggio (T_stg):-40°C a +90°C
• Temperatura di Saldatura (T_sol):
  • Saldatura a Rifusione: Picco di 260°C per massimo 10 secondi.
  • Saldatura Manuale: 350°C per massimo 3 secondi.

2.3 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono specificati a una temperatura ambiente di 25°C e rappresentano le prestazioni operative tipiche.

• Intensità Luminosa (I_v):112 - 285 mcd (misurata a I_F= 20 mA). Tolleranza ±11%.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):120 gradi (tipico).
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):518 nm (tipico).
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):520 - 535 nm. Tolleranza ±1 nm.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):20 nm (tipico).
• Tensione Diretta (V_F):2.75 - 3.95 V (a I_F= 20 mA). Tolleranza ±0.05 V.
• Corrente Inversa (I_R):50 μA massimo (a V_R= 5 V).

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. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino requisiti applicativi specifici.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono categorizzati in quattro bin (R1, R2, S1, S2) in base alla loro intensità luminosa misurata a 20 mA.

• R1:112 - 140 mcd
• R2:140 - 180 mcd
• S1:180 - 225 mcd
• S2:225 - 285 mcd

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

La lunghezza d'onda dominante, correlata al colore percepito, è suddivisa in tre gruppi (X, Y, Z).

• X:520 - 525 nm
• Y:525 - 530 nm
• Z:530 - 535 nm

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in quattro codici (5, 6, 7, 8) all'interno del gruppo M. Questo è importante per la progettazione del circuito limitatore di corrente.

• 5:2.75 - 3.05 V
• 6:3.05 - 3.35 V
• 7:3.35 - 3.65 V
• 8:3.65 - 3.95 V

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Queste sono cruciali per una progettazione del circuito robusta.

4.1 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente. I progettisti devono tenere conto di questa derating termico, specialmente in ambienti ad alta temperatura o applicazioni ad alta potenza, per garantire che venga mantenuta una luminosità sufficiente.

4.2 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 sicura diminuisce per prevenire il surriscaldamento e garantire l'affidabilità a lungo termine. Il massimo assoluto di 25 mA è valido solo a o al di sotto di 25°C ambiente.

4.3 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questa curva descrive la relazione non lineare tra corrente di pilotaggio e emissione luminosa. Sebbene l'aumento della corrente incrementi la luminosità, aumenta anche la dissipazione di potenza e la temperatura di giunzione, influenzando efficienza e durata.

4.4 Distribuzione Spettrale

La curva di emissione spettrale mostra l'intensità della luce emessa su diverse lunghezze d'onda, centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco di circa 518 nm. La banda stretta è caratteristica dei LED verdi basati su InGaN.

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

Questa curva fondamentale mostra la relazione esponenziale tra tensione e corrente in un diodo. La tensione di "ginocchio" è dove inizia la conduzione in modo significativo. La pendenza nella regione operativa indica la resistenza dinamica.

4.6 Diagramma di Radiazione

Il diagramma polare illustra la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa. L'angolo di visione di 120 gradi indica un pattern di emissione ampio, simile a lambertiano, adatto per l'illuminazione di aree e indicatori a visione ampia.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

La scheda tecnica include un disegno dimensionale dettagliato del package del LED. Le dimensioni critiche includono lunghezza, larghezza, altezza del corpo e posizionamento dei terminali catodo/anodo. Tutte le tolleranze non specificate sono ±0.1 mm.

5.2 Layout Consigliato delle Piazzole di Saldatura

Viene fornita un'impronta consigliata per il PCB per garantire una saldatura affidabile e stabilità meccanica. Le dimensioni consigliate delle piazzole sono di riferimento; i progettisti dovrebbero modificarle in base al loro specifico processo di produzione PCB e ai requisiti termici.

6. Informazioni su Etichetta e Imballaggio

6.1 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene diversi codici per tracciabilità e identificazione:

• CPN:Numero di Prodotto del Cliente.
• P/N:Numero di Prodotto del Produttore (es., 19-218/GHC-YR1S2M/3T).
• QTY:Quantità di Imballaggio.
• CAT:Classe di Intensità Luminosa (es., R1, S2).
• HUE:Coordinate di Cromaticità & Classe di Lunghezza d'Onda Dominante (es., X, Y, Z).
• REF:Classe di Tensione Diretta (es., 5, 6, 7, 8).
• LOT No:Numero di Lotto di Produzione per tracciabilità.

6.2 Dimensioni Bobina e Nastro

Sono specificate le dimensioni del nastro portacomponenti e della bobina da 7 pollici di diametro. La quantità standard caricata è di 3000 pezzi per bobina.

6.3 Imballaggio Resistente all'Umidità

I LED sono imballati in una busta barriera all'umidità (busta alluminio anti-umidità) insieme a un essiccante per assorbire l'umidità ambientale. Un'etichetta sulla busta indica il livello di sensibilità all'umidità (MSL) e le istruzioni di manipolazione. Questo imballaggio è fondamentale per componenti sensibili ai danni indotti dall'umidità durante la saldatura a rifusione ("popcorning").

7. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

7.1 Precauzioni Critiche

Protezione da Sovracorrente:I LED sono dispositivi pilotati a corrente. Un resistore limitatore di corrente esternodeveessere utilizzato in serie. Una piccola variazione nella tensione diretta può causare una grande variazione di corrente, potenzialmente portando a un guasto immediato (bruciatura).

7.2 Stoccaggio e Manipolazione

• Non aprire la busta anti-umidità finché i componenti non sono pronti per l'uso.
• Prima dell'apertura: Conservare a ≤30°C e ≤90% di Umidità Relativa (UR).
• Dopo l'apertura: La "vita a banco" (tempo in cui i componenti possono essere esposti all'aria ambiente della fabbrica) è di 1 anno a ≤30°C e ≤60% UR. Le parti non utilizzate devono essere risigillate in un imballaggio anti-umidità con essiccante.
• Se l'indicatore dell'essiccante ha cambiato colore o il tempo di stoccaggio è stato superato, è necessario un trattamento di baking: 60 ±5°C per 24 ore.

7.3 Condizioni di Saldatura

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: Massimo 260°C.
• Tempo entro 5°C dal picco: Massimo 10 secondi.
• Velocità di Riscaldamento: Massimo 3°C/sec (dal preriscaldamento al picco).
• Velocità di Raffreddamento: Massimo 6°C/sec.

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

Saldatura Manuale:Utilizzare un saldatore con temperatura della punta <350°C per non più di 3 secondi per terminale. La potenza del saldatore dovrebbe essere di 25W o inferiore. Lasciare un intervallo di almeno 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale. La saldatura manuale comporta un rischio maggiore di danni termici.

Riparazione:La riparazione dopo la saldatura non è raccomandata. Se inevitabile, utilizzare un saldatore a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali e sollevare il componente in modo uniforme per evitare di danneggiare le piazzole di saldatura o il LED stesso. Verificare la funzionalità del dispositivo dopo qualsiasi riparazione.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

8.1 Progettazione del Circuito

Utilizzare sempre un resistore in serie per limitare la corrente diretta. Calcolare il valore del resistore utilizzando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare il massimo V_Fdal bin o dalla scheda tecnica per garantire che la corrente non superi i limiti nelle condizioni peggiori. Considerare la potenza nominale del resistore (P = I_F²* R). Per pilotare più LED, una configurazione in serie è preferibile per l'accoppiamento di corrente, ma richiede una tensione di alimentazione più alta. Le configurazioni in parallelo richiedono resistori limitatori di corrente individuali per ciascun LED per prevenire lo squilibrio di corrente.

8.2 Gestione Termica

Sebbene sia un piccolo componente SMD, la gestione termica è vitale per longevità e prestazioni stabili. Le curve di derating mostrano chiaramente la perdita di prestazioni con la temperatura. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB (piazzole di sfiato termico) per dissipare il calore, specialmente quando si opera vicino alle correnti nominali massime o in alte temperature ambientali. Evitare di posizionare i LED vicino ad altri componenti che generano calore.

8.3 Integrazione Ottica

L'ampio angolo di visione di 120 gradi rende questo LED adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia. Per una luce più direzionale, potrebbero essere necessarie lenti esterne o guide luminose. La resina trasparente acqua fornisce un colore di base neutro per applicazioni in cui il LED potrebbe essere utilizzato con filtri colorati o diffusori.

9. Confronto Tecnico e Posizionamento

Questo LED verde basato su InGaN offre una soluzione tipica nel mercato dei LED indicatori SMD. I suoi principali fattori distintivi sono la conformità agli standard ambientali moderni (Alogeni-Free, REACH) e la sua specifica per processi di rifusione senza piombo. Le informazioni di binning fornite offrono un livello di coerenza di colore e luminosità importante per array o display multi-LED. La combinazione di un'intensità luminosa relativamente alta (fino a 285 mcd a 20mA) e un'impronta SMD standard lo rende una scelta versatile sia per compiti di indicazione che di retroilluminazione di basso livello. I progettisti dovrebbero confrontare il binning della tensione diretta e dei bin di intensità luminosa con i requisiti specifici dell'applicazione per il margine di tensione e l'uniformità della luminosità.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è lo scopo dei codici di binning?

R: Il binning garantisce coerenza elettrica e ottica. Ad esempio, utilizzare LED dallo stesso bin V_Fgarantisce una luminosità uniforme quando pilotati da un comune resistore limitatore di corrente. Utilizzare LED dallo stesso bin di lunghezza d'onda garantisce l'abbinamento dei colori.

D: Posso pilotare questo LED senza un resistore limitatore di corrente se la mia alimentazione è esattamente 3.2V?

R: No. La tensione diretta ha un intervallo (2.75V-3.95V). Un'alimentazione di 3.2V potrebbe causare una corrente eccessiva in un LED con un basso V_F, portando al guasto. Un resistore in serie è sempre obbligatorio per pilotaggi a tensione costante.

D: Come interpreto il valore nominale di "Corrente Diretta di Picco" di 100mA?

R: Questo è un valore nominale di corrente pulsata (ciclo di lavoro 1/10 a 1kHz). Non dovrebbe essere utilizzato per funzionamento continuo. La corrente continua DC non deve superare i 25mA.

D: Perché l'imballaggio sensibile all'umidità è importante?

R: L'umidità assorbita nel package plastico può vaporizzarsi rapidamente durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, causando delaminazione interna, crepe o "popcorning", che distrugge il componente.

11. Esempio di Caso d'Uso Progettuale

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore di stato con 10 LED verdi uniformemente luminosi.

1. Impostazione della Corrente:Scegliere una corrente di pilotaggio. Per un equilibrio tra luminosità e longevità, selezionare I_F= 20 mA.
2. Selezione del Bin di Tensione:Per garantire una luminosità uniforme con un singolo valore di resistore limitatore, specificare LED dallo stesso bin di tensione diretta (es., Bin 6: 3.05-3.35V). Utilizzare il massimo V_Fdi quel bin (3.35V) per il calcolo del resistore nel caso peggiore.
3. Selezione del Bin di Luminosità:Specificare il bin di intensità luminosa richiesto (es., S1: 180-225 mcd) per garantire un livello minimo di luminosità.
4. Progettazione del Circuito:Con un'alimentazione di 5V (V_{alimentazione}), calcolare il resistore in serie: R = (5V - 3.35V) / 0.020A = 82.5Ω. Utilizzare il valore standard più vicino, 82Ω. Potenza del resistore: P = (0.020A)²* 82Ω = 0.0328W. Un resistore standard da 1/10W (0.1W) è sufficiente.
5. Layout:Posizionare i LED sul PCB utilizzando il layout consigliato delle piazzole. Collegare tutti i LED in parallelo, ciascuno con il proprio resistore in serie da 82Ω per prevenire lo squilibrio di corrente.
6. Assemblaggio:Seguire le linee guida del profilo di rifusione. Conservare le bobine aperte in un armadio asciutto se non utilizzate immediatamente.

12. Principio Operativo

Questo LED è un dispositivo fotonico a semiconduttore. Il suo nucleo è un chip realizzato con materiali InGaN (Nitruro di Gallio e Indio), che forma una giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia della giunzione, elettroni e lacune vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega InGaN determina l'energia del bandgap, che corrisponde direttamente alla lunghezza d'onda (colore) della luce emessa—in questo caso, verde brillante (~518-535 nm). La resina epossidica trasparente acqua incapsula il chip, fornendo protezione meccanica, modellando il diagramma di radiazione e agendo come mezzo rifrattivo.

13. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo di LED SMD come questo è guidato dalle tendenze di miniaturizzazione, automazione ed efficienza energetica nell'elettronica. C'è una spinta continua verso una maggiore efficienza luminosa (più luce emessa per watt elettrico), che migliora l'efficienza del sistema e riduce il carico termico. I progressi nella tecnologia dei fosfori e nel design dei chip stanno espandendo la gamma di colori e le capacità di resa cromatica dei LED. Inoltre, l'integrazione è una tendenza chiave, con package multi-chip (RGB, bianco) e persino circuiti integrati di pilotaggio combinati in moduli singoli. L'enfasi sulla conformità ambientale (Alogeni-Free, REACH) e sui processi di produzione ad alta affidabilità per applicazioni automobilistiche e industriali continua a modellare le specifiche dei componenti e i requisiti di test.