SMD LED 19-213/G6W-FN1P1B/3T Datasheet - Giallo Verde Brillante - 2.0x1.25x1.1mm - 2.35V Max - 60mW - Documento Tecnico in Inglese

Panoramica del Prodotto

Il 19-213/G6W-FN1P1B/3T è un LED a montaggio superficiale (SMD) progettato per assemblaggi elettronici ad alta densità. Presenta un fattore di forma compatto che consente progetti di circuiti stampati (PCB) più piccoli, riduce i requisiti di stoccaggio e contribuisce infine alla miniaturizzazione delle apparecchiature finali. La sua costruzione leggera lo rende particolarmente adatto per applicazioni in cui lo spazio e il peso sono vincoli critici.

Questo LED è di tipo monocromatico ed emette una luce Giallo Verde Brillante. È costruito utilizzando materiale semiconduttore AlGaInP (Fosfuro di Alluminio Gallio Indio), noto per la sua alta efficienza nello spettro di lunghezze d'onda dal giallo al rosso. Il dispositivo è racchiuso in un contenitore in resina a diffusione d'acqua, che contribuisce a ottenere un ampio angolo di visione.

The product is compliant with key environmental and safety standards, including being Pb-free (lead-free), RoHS compliant, EU REACH compliant, and Halogen Free, with bromine (Br) and chlorine (Cl) content strictly controlled below specified limits (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Le Valutazioni di Massima Assoluta definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C e non devono essere superati in nessuna condizione operativa.

• Tensione Inversa (VR): 5 V. L'applicazione di una tensione superiore a questa in direzione inversa può causare il breakdown della giunzione.
• Corrente diretta continua (IF): 25 mA. Questa è la massima corrente continua che può attraversare continuamente il LED.
• Corrente diretta di picco (IFP): 60 mA. Questa specifica si applica in condizioni di impulso con un ciclo di lavoro di 1/10 a 1 kHz. Consente correnti istantanee più elevate per brevi durate, come nei circuiti di multiplexing.
• Dissipazione di Potenza (Pd): 60 mW. Questa è la quantità massima di potenza che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore. Superare questo limite può portare a surriscaldamento e riduzione della durata di vita.
• Temperatura di Esercizio (Topr): -40°C a +85°C. Il LED è progettato per funzionare all'interno di questo intervallo di temperatura ambiente.
• Temperatura di Stoccaggio (Tstg): -40°C a +90°C. Il dispositivo può essere conservato entro questo intervallo quando non è in funzione.
• Electrostatic Discharge (ESD) Human Body Model (HBM): 2000 V. Ciò indica la sensibilità del LED all'elettricità statica. Durante l'assemblaggio e la manipolazione devono essere seguite le corrette procedure di gestione dell'ESD.
• Soldering Temperature (Tsol): Il dispositivo può resistere a una saldatura a riflusso a 260°C per un massimo di 10 secondi o a una saldatura manuale a 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le Caratteristiche Elettro-Ottiche sono misurate a Ta=25°C e una IF di 20 mA, che rappresenta la condizione di test tipica. Questi parametri definiscono l'emissione luminosa e il comportamento elettrico del LED.

• Intensità Luminosa (Iv): Varia da un minimo di 28,5 mcd a un massimo di 57,0 mcd. Il valore effettivo è determinato dal processo di binning (vedere Sezione 3). Si applica una tolleranza di ±11% all'intensità luminosa.
• Angolo di Visione (2θ1/2): Tipicamente 130 gradi. Questo è l'angolo completo a cui l'intensità luminosa è la metà di quella a 0 gradi (sull'asse). L'ampio angolo di visione è il risultato della resina diffondente ad acqua, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia.
• Lunghezza d'onda di picco (λp): Tipicamente 575 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza della luce emessa è al suo massimo.
• Lunghezza d'onda dominante (λd): Compresa tra 570,0 nm e 574,5 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che meglio corrisponde al colore della luce emessa. Ha una tolleranza di ±1 nm.
• Larghezza di banda della radiazione spettrale (Δλ): Tipicamente 20 nm. Questo parametro indica la larghezza spettrale della luce emessa, misurata a metà dell'intensità massima (Full Width at Half Maximum - FWHM).
• Tensione Diretta (VF): Varia da 1,75 V a 2,35 V a IF=20mA. Il valore specifico è determinato dalla classe di tensione (vedere Sezione 3). Si applica una tolleranza di ±0,1V.
• Corrente Inversa (IR): Massimo di 10 μA quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 5V. È fondamentale notare che questo dispositivo non è progettato per il funzionamento inverso; questa condizione di test è solo a scopo di caratterizzazione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino requisiti specifici dell'applicazione per l'uniformità.

3.1 Classificazione dell'Intensità Luminosa

I LED sono suddivisi in tre classi (N1, N2, P1) in base alla loro intensità luminosa misurata a IF=20mA.

• Classe N1: Da 28,5 mcd (Min) a 36,0 mcd (Max)
• Bin N2: Da 36,0 mcd (Min) a 45,0 mcd (Max)
• Bin P1: 45.0 mcd (Min) to 57.0 mcd (Max)

Selezionare un bin più stretto (ad es., solo P1) garantisce che tutti i LED in un array avranno una luminosità molto simile.

3.2 Classificazione della Lunghezza d'Onda Dominante

I LED vengono suddivisi in tre categorie (CC2, CC3, CC4) per controllare la tonalità precisa della luce giallo-verde.

• Categoria CC2: Da 570,0 nm (Min) a 571,5 nm (Max)
• Bin CC3: Da 571,5 nm (Min) a 573,0 nm (Max)
• Bin CC4: 573.0 nm (Min) to 574.5 nm (Max)

Questa classificazione è fondamentale per applicazioni in cui la coerenza cromatica è di primaria importanza, come negli indicatori multi-LED o nelle unità di retroilluminazione.

3.3 Classificazione per Tensione Diretta

Gli LED sono raggruppati in tre fasce di tensione (0, 1, 2) per gestire la progettazione dell'alimentazione e l'accoppiamento della corrente nei circuiti in serie/parallelo.

• Fascia 0: Da 1,75 V (Min) a 1,95 V (Max)
• Bin 1: Da 1,95 V (Min) a 2,15 V (Max)
• Bin 2: 2.15 V (Min) a 2.35 V (Max)

Utilizzare LED dello stesso voltage bin semplifica il calcolo della resistenza di limitazione della corrente e migliora l'uniformità della corrente di pilotaggio.

4. Analisi della Curva di Prestazione

Il datasheet fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del LED in condizioni variabili. Comprenderle è fondamentale per un progetto di circuito robusto.

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

La curva I-V mostra la relazione esponenziale tra corrente e tensione. Per questo LED, a una corrente operativa tipica di 20 mA, la tensione diretta varia tra 1,75V e 2,35V a seconda del bin. La curva sottolinea l'importanza di utilizzare un dispositivo limitatore di corrente (resistore o driver a corrente costante) piuttosto che una sorgente a tensione costante, poiché un piccolo aumento della tensione può causare un grande, e potenzialmente dannoso, aumento della corrente.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Questa curva dimostra la dipendenza della luminosità dalla temperatura. L'intensità luminosa tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. Ad esempio, alla temperatura massima di esercizio di +85°C, la luminosità può essere significativamente inferiore rispetto a 25°C. I progettisti devono tenere conto di questa riduzione di prestazione nelle applicazioni che operano ad alte temperature ambientali per garantire che sia mantenuta una luminosità sufficiente.

4.3 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questo grafico mostra che la luminosità aumenta con la corrente diretta, ma la relazione non è perfettamente lineare, specialmente a correnti più elevate. L'operazione al di sopra della corrente continua raccomandata (25 mA) può portare a rendimenti decrescenti in termini di luminosità, aumentando significativamente la generazione di calore e accelerando il deprezzamento del lumen.

4.4 Distribuzione dello Spettro

La curva di distribuzione spettrale conferma la natura monocromatica del LED, con un singolo picco attorno a 575 nm (giallo-verde) e un tipico FWHM di 20 nm. La banda stretta è caratteristica dei LED basati su AlGaInP.

4.5 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questa curva critica determina la corrente diretta massima ammissibile in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la corrente massima consentita deve essere ridotta per rimanere entro i limiti di dissipazione di potenza e termici del dispositivo. Per un funzionamento affidabile a lungo termine, la curva di derating deve essere seguita rigorosamente.

4.6 Diagramma di Radiazione

Il diagramma di radiazione (o distribuzione spaziale) è tipicamente Lambertiano o quasi-Lambertiano per un package diffondente, confermando l'ampio angolo di visione di 130 gradi. Questo profilo è ideale per applicazioni che richiedono un'illuminazione uniforme e ad ampia area piuttosto che un fascio focalizzato.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Confezionamento

Il LED ha un ingombro compatto SMD. Le dimensioni chiave (in mm, tolleranza ±0,1 mm salvo diversa specifica) includono:

• Lunghezza totale: 2,0 mm
• Larghezza totale: 1,25 mm
• Altezza totale: 1,1 mm
• Le dimensioni e la spaziatura dei terminali sono fornite per la progettazione del land pattern del PCB.

Il catodo è tipicamente identificato da una marcatura sul package o da una geometria specifica del pad (ad es., una tacca o una marcatura verde). I progettisti devono consultare il disegno dimensionale dettagliato per identificare correttamente la polarità e progettare il layout delle piazzole di saldatura.

5.2 Imballaggio Resistente all'Umidità e Informazioni sulla Bobina

I LED sono forniti in imballaggio resistente all'umidità per prevenire danni causati dall'umidità ambientale, aspetto fondamentale per la conformità al MSL (Moisture Sensitivity Level).

• Imballaggio: I dispositivi sono confezionati su nastro portante largo 8 mm, avvolto su una bobina da 7 pollici di diametro.
• Quantità: 3000 pezzi per bobina.
• Sacchetto barriera all'umidità: Il rocchetto è sigillato all'interno di un sacchetto di alluminio impermeabile insieme a un essiccante e a una scheda indicatrice di umidità.
• Informazioni sull'etichetta: L'etichetta del rocchetto include informazioni critiche come il Numero di Parte (P/N), la quantità (QTY) e i codici di classificazione specifici per l'Intensità Luminosa (CAT), la Lunghezza d'Onda Dominante (HUE) e la Tensione Diretta (REF).

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

Una manipolazione e una saldatura corrette sono essenziali per l'affidabilità.

6.1 Conservazione e manipolazione

• Non aprire la busta anti-umidità fino al momento dell'uso.
• Dopo l'apertura, i LED non utilizzati devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% di Umidità Relativa.
• La "vita a scaffale" dopo l'apertura della confezione è di 168 ore (7 giorni). Se superata, o se l'indicatore del disidratante mostra saturazione, i LED devono essere essiccati a 60 ±5°C per 24 ore prima dell'uso.
• Seguire sempre le precauzioni ESD (Electrostatic Discharge) durante la manipolazione.

6.2 Profilo di Saldatura a Rifusione (Senza Piombo)

Il profilo di rifusione consigliato è fondamentale per le leghe di saldatura senza piombo (SAC).

• Pre-riscaldamento: 150-200°C per 60-120 secondi.
• Time Above Liquidus (TAL): 60-150 secondi al di sopra dei 217°C.
• Peak Temperature: Massimo di 260°C, mantenuta per un massimo di 10 secondi.
• Velocità di Rampa: Velocità massima di riscaldamento di 6°C/sec fino al picco; velocità massima di raffreddamento di 3°C/sec.
• Importante: Non eseguire la saldatura a rifusione più di due volte sullo stesso dispositivo.

6.3 Saldatura Manuale

Se è necessario un intervento manuale, è richiesta la massima cautela:

• Utilizzare un saldatore con temperatura della punta ≤350°C.
• Applicare calore a ciascun terminale per ≤3 secondi.
• Utilizzare un saldatore a bassa potenza (≤25W).
• Lasciare un minimo di 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per evitare shock termici.
• Per la rimozione, si consiglia l'uso di un saldatore a doppia punta per riscaldare entrambi i terminali contemporaneamente ed evitare sollecitazioni meccaniche sul LED.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Retroilluminazione: Ideale per la retroilluminazione di interruttori, simboli e piccoli indicatori del cruscotto nell'elettronica automobilistica e di consumo.
• Indicatori di Stato: Ideale per indicatori di alimentazione, connettività o stato in apparecchiature di telecomunicazione (telefoni, fax), hardware di rete e pannelli di controllo industriale.
• Illuminazione Generale: Adatto per scopi generali di indicazione a basso livello in un'ampia varietà di dispositivi elettronici.
• Retroilluminazione LCD a Sottile Profilo: Può essere utilizzato in array per fornire illuminazione laterale a piccoli display LCD monocromatici.

7.2 Considerazioni Progettuali e Precauzioni

• Limitazione di Corrente Obbligatoria: Un resistore di limitazione di corrente esterno o un driver a corrente costante DEVONO essere sempre utilizzati in serie con il LED. La caratteristica esponenziale I-V significa che una piccola variazione di tensione provoca una grande variazione di corrente, che può distruggere istantaneamente il LED.
• Gestione Termica: Sebbene il pacchetto sia di piccole dimensioni, la dissipazione di potenza (fino a 60mW) genera calore. Assicurarsi di utilizzare un'adeguata area di rame sul PCB o thermal vias, specialmente quando si opera ad alte temperature ambientali o vicino alla corrente massima.
• Progettazione Ottica: L'ampio angolo di visione di 130 gradi fornisce un'emissione estesa. Per una luce più direzionale, potrebbero essere necessarie lenti esterne o light guide.
• Binning per la Coerenza: Per applicazioni multi-LED (array, retroilluminazione), specificare bin stretti per la Lunghezza d'Onda Dominante (HUE) e l'Intensità Luminosa (CAT) per ottenere colore e luminosità uniformi.
• Evitare lo Sforzo Meccanico: Non piegare o applicare forza al PCB in prossimità del LED saldato, poiché ciò può crepare il die del semiconduttore o i fili di connessione all'interno del package.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LED 19-213 offre diversi vantaggi chiave nella sua categoria:

• Vantaggio Dimensionale: La sua impronta di 2.0 x 1.25 mm è significativamente più piccola rispetto ai tradizionali LED con piedini (ad es., rotondi da 3mm o 5mm), consentendo una maggiore densità di componenti sui PCB.
• Ampio Angolo di Visione: L'angolo di 130 gradi ottenuto da un package a diffusione d'acqua è superiore a quello di molti LED SMD con lente trasparente, fornendo un'illuminazione più uniforme su un'area più ampia senza l'uso di ottiche secondarie.
• Conformità Ambientale: La piena conformità agli standard RoHS, REACH e Halogen-Free la rende adatta alle più recenti normative ambientali globali e ad applicazioni sensibili come gli interni automobilistici.
• Robust Binning: Una matrice di binning 3x3x3 ben definita (Intensità, Lunghezza d'onda, Tensione) offre ai progettisti un controllo preciso sulle prestazioni ottiche ed elettriche del prodotto finale, migliorando la resa e la coerenza.
• Compatibilità: Confezionato su nastro standard da 8mm e compatibile con le macchine automatiche pick-and-place, si integra perfettamente nelle linee di assemblaggio automatizzate ad alto volume.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Perché una resistenza limitatrice di corrente è assolutamente necessaria?

La tensione diretta del LED ha un intervallo (1.75V-2.35V) e un coefficiente di temperatura negativo (VF diminuisce all'aumentare della temperatura). Se collegato direttamente a una sorgente di tensione anche leggermente superiore alla sua VF, la corrente aumenterà in modo incontrollato, limitata solo dalla resistenza parassita del circuito, superando quasi certamente il Valore Massimo Assoluto di 25mA e causando un guasto immediato. La resistenza imposta una corrente di funzionamento prevedibile e sicura.

9.2 Posso alimentare questo LED con una tensione di 3.3V o 5V?

Sì, ma è necessario utilizzare una resistenza in serie. Ad esempio, con un'alimentazione da 3.3V e una corrente target di 20mA, assumendo una VF tipica di 2.1V: R = (Vsupply - VF) / IF = (3.3V - 2.1V) / 0.020A = 60 Ohm. Si selezionerebbe il valore standard più vicino (ad esempio, 62 Ohm) e si calcolerebbe la corrente effettiva e la dissipazione di potenza nella resistenza. Per un progetto conservativo, utilizzare sempre la VF massima del bin per garantire che la corrente non diventi troppo bassa, o la VF minima per garantire che non diventi troppo alta.

9.3 Cosa succede se faccio funzionare il LED alla sua corrente di picco (60mA) in modo continuo?

Funzionare in modo continuo alla corrente di picco impulsiva specificata viola le specifiche di Massima Assoluta. Causerà un grave surriscaldamento, accelererà drasticamente la riduzione del flusso luminoso (il LED si affievolirà rapidamente) e porterà quasi certamente a un guasto catastrofico in breve tempo. La specifica di 60mA è valida solo per impulsi molto brevi.

9.4 Come interpreto i codici bin sull'etichetta della bobina?

L'etichetta contiene codici come CAT:N2, HUE:CC3, REF:1. Questo indica che tutti i LED sul nastro hanno un'intensità luminosa compresa tra 36,0 e 45,0 mcd (N2), una lunghezza d'onda dominante tra 571,5 e 573,0 nm (CC3) e una tensione diretta tra 1,95 e 2,15V (1). È possibile specificare queste esatte categorie (bin) durante l'ordine per garantire la coerenza delle prestazioni per la propria applicazione.

9.5 Perché la procedura di conservazione e di baking è così importante?

I package SMD possono assorbire umidità dall'aria. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, l'umidità intrappolata si trasforma rapidamente in vapore, creando un'enorme pressione interna. Ciò può causare l'effetto "popcorn" – il distacco della resina epossidica dal telaio dei terminali (lead frame) o persino la rottura del die di silicio. La busta resistente all'umidità e le rigide regole sulla durata a terra (floor life) e sul pre-riscaldamento (baking) prevengono questa modalità di guasto.

10. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

10.1 Progettazione di un Pannello Indicatore di Stato Multi-LED

Scenario: Progettazione di un pannello di controllo con 10 indicatori di stato identici di colore giallo-verde.

Fasi di Progettazione:

1. Specificare i Bin: Per garantire che tutti i 10 LED appaiano identici, specificare un singolo bin, ristretto, sia per l'Intensità Luminosa (es. P1: 45-57mcd) che per la Lunghezza d'Onda Dominante (es. CC3: 571.5-573.0nm). Ciò potrebbe costare leggermente di più ma garantisce uniformità visiva.
2. Progettazione del Circuito: Pianificare di pilotare ciascun LED in modo indipendente con la propria resistenza di limitazione della corrente da un'alimentazione comune a 5V. Ciò evita problemi di accaparramento di corrente che possono verificarsi nelle connessioni in parallelo. Calcolare il valore della resistenza utilizzando la massima VF dal bin di tensione specificato (ad esempio, Bin 1 VF max=2,15V). R = (5V - 2,15V) / 0,020A = 142,5Ω. Utilizzare una resistenza standard da 150Ω. L'IF effettiva sarà di circa 19mA, che è sicura e fornisce un leggero margine.
3. Layout del PCB: Posizionare i LED con orientamento uniforme. Fornire una piccola zona di rame sotto il pad termico del LED (se presente) o attorno ai suoi terminali per favorire la dissipazione del calore, specialmente se il pannello opera in un ambiente caldo.
4. Assemblaggio: Seguire accuratamente il profilo di rifusione. Dopo l'assemblaggio, ispezionare visivamente a basso ingrandimento per verificare i filetti di saldatura e l'allineamento corretti.

11. Introduzione al Principio Operativo

Questo LED funziona secondo il principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttrice. La regione attiva è composta da AlGaInP (fosfuro di alluminio gallio indio). Quando viene applicata una tensione diretta superiore al potenziale intrinseco della giunzione, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Lì, si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlGaInP determina l'energia del bandgap, che corrisponde direttamente alla lunghezza d'onda (colore) della luce emessa—in questo caso, circa 575 nm (giallo-verde). L'incapsulante in resina a diffusione acquosa disperde la luce, ampliando il diagramma di emissione per ottenere l'ampio angolo di visione di 130 gradi.

12. Tendenze Tecnologiche e Contesto

I LED SMD come il 19-213 rappresentano la tendenza in corso nell'optoelettronica verso la miniaturizzazione, l'aumentata affidabilità e la compatibilità con processi di produzione automatizzati e ad alto volume. Il passaggio dal packaging through-hole a quello surface-mount è stato guidato dall'esigenza di assemblaggi elettronici più piccoli, leggeri e robusti. L'uso del materiale AlGaInP garantisce alta efficienza ed eccellente saturazione del colore nello spettro dall'ambra al rosso. Le tendenze future per questa classe di dispositivi potrebbero includere un'ulteriore riduzione delle dimensioni, aumenti dell'efficienza luminosa (maggiore emissione di luce per watt elettrico) e package con prestazioni termiche migliorate per consentire correnti di pilotaggio e luminosità più elevate da ingombri sempre più ridotti. L'enfasi sulla conformità ambientale (RoHS, Halogen-Free) è anche una tendenza permanente e crescente in tutta l'industria elettronica.