SMD LED 19-21/G PC-FL1M2B/3T Datasheet - Verde Puro - 2.0x1.25x0.8mm - 2.35V Max - 60mW - Documento Tecnico in Inglese

1. Panoramica del Prodotto

Il 19-21/G PC-FL1M2B/3T è un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD) progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono soluzioni di indicazione o retroilluminazione compatte, efficienti e affidabili. Questo componente rappresenta un progresso significativo rispetto ai LED tradizionali a telaio di collegamento, consentendo una sostanziale riduzione dello spazio sulla scheda, un aumento della densità di impaccamento e contribuendo infine alla miniaturizzazione delle apparecchiature per l'utente finale. La sua costruzione leggera ne migliora ulteriormente l'idoneità per applicazioni in cui dimensioni e peso sono vincoli critici.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

I principali vantaggi di questo LED SMD derivano dal suo design del package e dalla conformità dei materiali:

• Package Compatto: Fornito su nastro da 8mm avvolto su bobina da 7 pollici di diametro, rendendolo pienamente compatibile con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place ad alta velocità, semplificando così il processo produttivo.
• Solida Compatibilità di Processo: Progettato per resistere ai processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) e in fase vapore, garantendo un fissaggio affidabile ai circuiti stampati (PCB).
• Conformità Ambientale e Normativa: The device is manufactured as a Pb-free (lead-free) component. It complies with the EU's RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, REACH regulations, and meets halogen-free standards (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).
• Tipo Monocromatico: Emette un singolo colore verde puro, fornendo una cromaticità costante per scopi di indicazione.

1.2 Applicazioni Target

Questo LED è progettato per un'ampia gamma di applicazioni, tra cui:

• Interni Automobilistici: Retroilluminazione per quadri strumenti, indicatori del cruscotto e pannelli di comando.
• Telecomunicazioni: Indicatori di stato e retroilluminazione della tastiera in telefoni, fax e altri dispositivi di comunicazione.
• Elettronica di Consumo: Retroilluminazione piatta per display a cristalli liquidi (LCD), illuminazione di interruttori e indicatori simbolici.
• Indicazione per Uso Generale: Qualsiasi applicazione che richieda una sorgente luminosa verde piccola, brillante e affidabile.

2. Specifiche Tecniche: Analisi Approfondita

Le prestazioni e l'affidabilità del LED sono definite dai suoi valori massimi assoluti e dalle caratteristiche elettro-ottiche. L'utilizzo del dispositivo al di là di questi limiti specificati può causare danni permanenti o degradarne le prestazioni.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di sollecitazione che non devono essere superati, neppure momentaneamente, in qualsiasi condizione di funzionamento. Tutti i valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Tensione Inversa (VR): 5 V. L'applicazione di una tensione inversa superiore a questo valore può causare un'immediata rottura della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (IF): 25 mA. La massima corrente continua che può attraversare in modo continuativo il LED.
• Corrente Diretta di Picco (IFP): 60 mA. Questa è la massima corrente diretta impulsiva, ammissibile solo con un ciclo di lavoro di 1/10 a 1 kHz. Non è per funzionamento continuo.
• Dissipazione di Potenza (Pd): 60 mW. La massima quantità di potenza che il package può dissipare come calore, calcolata come Tensione Diretta (VF) × Corrente Diretta (IF).
• Scarica Elettrostatica (ESD) Modello Corpo Umano (HBM): 2000 V. Questo valore indica la sensibilità del LED all'elettricità statica. Durante l'assemblaggio e la manipolazione sono obbligatorie le corrette procedure di gestione ESD.
• Temperatura di Esercizio (Topr): -40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale è garantito il funzionamento del LED.
• Temperatura di Magazzinaggio (Tstg): Da -40°C a +90°C. Intervallo di temperatura per la conservazione del dispositivo quando non alimentato.
• Temperatura di Saldatura (Tsol):
  • Saldatura a Rifusione: Temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi.
  • Saldatura Manuale: Temperatura della punta del saldatore non superiore a 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono l'emissione luminosa e il comportamento elettrico del LED in condizioni operative normali (Ta=25°C, IF=20mA salvo diversa indicazione). La colonna "Tip." rappresenta i valori tipici o medi, mentre "Min." e "Max." definiscono i limiti garantiti.

• Intensità Luminosa (Iv): Da 11,5 mcd (Min) a 28,5 mcd (Max). Questa è la luminosità percepita del LED misurata in millicandele. Il valore effettivo per un'unità specifica dipende dal suo codice bin (vedere Sezione 3).
• Angolo di Visione (2θ1/2): 100 gradi (Tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa è la metà dell'intensità a 0 gradi (sull'asse). Un angolo di 100 gradi fornisce un cono di visione ampio.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp): 561 nm (Tipico). La lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale della luce emessa è al suo massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd): Da 557,5 nm (Min) a 565,5 nm (Max). Questa è l'unica lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che meglio corrisponde al colore della luce del LED. È il parametro chiave per la specifica del colore.
• Larghezza di Banda della Radiazione Spettrale (Δλ): 20 nm (Tipico). La larghezza dello spettro emesso a metà dell'intensità di picco (Larghezza a Metà Altezza - FWHM). Una larghezza di banda più stretta indica un colore spettralmente più puro.
• Tensione Diretta (VF): 1.75 V (Min) a 2.35 V (Max) a IF=20mA. La caduta di tensione ai capi del LED quando conduce corrente. Questo parametro è cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (IR): 10 μA (Max) a VR=5V. Una piccola corrente di dispersione che scorre quando il LED è polarizzato inversamente. Il datasheet nota esplicitamente che il dispositivo non è progettato per il funzionamento inverso; questa condizione di test è solo per caratterizzazione.

Note Importanti sulle Tolleranze: Il datasheet specifica le tolleranze di fabbricazione per i parametri chiave: Intensità Luminosa (±11%), Lunghezza d'Onda Dominante (±1nm) e Tensione Diretta (±0.1V). Queste tolleranze si applicano ai valori all'interno di ciascun bin (vedi sezione successiva).

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in "bin" in base alle prestazioni misurate. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con caratteristiche rigorosamente controllate in base alle esigenze specifiche dell'applicazione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono classificati in quattro bin di intensità (L1, L2, M1, M2) in base al loro Iv misurato a 20mA. Ciò consente la selezione per applicazioni che richiedono livelli di luminosità specifici.

• Bin L1: 11.5 – 14.5 mcd
• Bin L2: 14.5 – 18.0 mcd
• Bin M1: 18.0 – 22.5 mcd
• Bin M2: 22.5 – 28.5 mcd

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Il colore (tonalità) della luce verde è controllato mediante l'ordinamento in quattro intervalli di lunghezza d'onda (da C10 a C13). Ciò è fondamentale per le applicazioni in cui è importante la coerenza cromatica tra più indicatori.

• Bin C10: 557.5 – 559.5 nm
• Bin C11: 559.5 – 561.5 nm
• Bin C12: 561.5 – 563.5 nm
• Bin C13: 563.5 – 565.5 nm

3.3 Classificazione per Tensione Diretta

I LED vengono anche classificati in base alla loro caduta di tensione diretta a 20mA. Ciò aiuta nella progettazione di alimentatori e circuiti di limitazione della corrente, specialmente quando si pilotano più LED in serie.

• Bin 0: 1.75 – 1.95 V
• Bin 1: 1.95 – 2.15 V
• Bin 2: 2.15 – 2.35 V

La combinazione di questi tre codici di bin (ad esempio, M2, C11, 1) definisce in modo univoco le caratteristiche prestazionali di un lotto specifico di LED.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Il datasheet fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del LED in condizioni variabili. Comprendere queste curve è essenziale per una progettazione robusta del circuito.

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

Questa curva mostra la relazione esponenziale tra la corrente che attraversa il LED e la tensione ai suoi capi. La tensione diretta (VF) aumenta con la corrente. La curva è cruciale per selezionare un resistore limitatore di corrente appropriato o progettare un driver a corrente costante. La VF tipica a 20mA è di circa 2.0V, ma può variare tra 1.75V e 2.35V in base al binning.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questo grafico mostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente di pilotaggio. Tipicamente si tratta di una relazione sub-lineare; raddoppiare la corrente non raddoppia l'emissione luminosa. Operare a o al di sotto dei 20mA consigliati garantisce efficienza e longevità ottimali.

4.3 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

L'emissione luminosa di un LED dipende dalla temperatura. Questa curva mostra che l'intensità luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente (Ta). Ad esempio, alla temperatura massima di esercizio di +85°C, l'emissione luminosa può essere significativamente inferiore rispetto a 25°C. Questo fattore deve essere considerato nei progetti destinati ad operare in ambienti ad alta temperatura.

4.4 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questa è una delle curve più critiche per l'affidabilità. Mostra la massima corrente diretta continua ammissibile in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la massima corrente sicura diminuisce per prevenire surriscaldamento e degrado accelerato. A 85°C, la corrente massima ammissibile è inferiore ai 25mA nominali a 25°C.

4.5 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale traccia l'intensità relativa della luce emessa attraverso diverse lunghezze d'onda. Per questo LED AlGaInP Verde Puro, mostra un singolo picco dominante centrato attorno a 561 nm con una FWHM tipica di 20 nm, confermando la sua emissione monocromatica verde.

4.6 Diagramma di Radiazione (Distribuzione Spaziale)

Questo diagramma polare illustra come la luce viene emessa spazialmente dal LED. L'angolo di visione di 100 gradi è qui confermato, mostrando l'angolo a cui l'intensità scende al 50% del valore sull'asse. Il pattern appare approssimativamente Lambertiano (distribuzione coseno), cosa comune per i LED SMD con lente diffusa.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni e Contorno del Package

Il LED SMD 19-21 ha un ingombro molto compatto. Le dimensioni chiave (in mm, tolleranza ±0.1mm salvo indicazione) includono una dimensione del corpo di circa 2.0mm in lunghezza e 1.25mm in larghezza, con un'altezza tipica di 0.8mm. Il disegno dettagliato specifica la spaziatura dei pad (tipicamente 1.4mm), le raccomandazioni per il land pattern e i contorni generali del package per guidare la progettazione del layout del PCB.

5.2 Identificazione della Polarità

L'orientamento corretto è fondamentale. Il catodo (terminale negativo) è chiaramente contrassegnato. Sulla parte superiore del package è presente un distintivo segno del catodo (tipicamente un punto verde, una tacca o un angolo smussato). La metallizzazione sul lato inferiore può anche differire tra i pad dell'anodo e del catodo. Fare sempre riferimento allo schema del datasheet durante la progettazione e l'assemblaggio del PCB.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il rispetto di queste linee guida è fondamentale per garantire l'affidabilità dei giunti di saldatura e prevenire danni al LED.

6.1 Profilo di saldatura a rifusione (senza piombo)

Viene fornito il profilo di temperatura consigliato per la saldatura a rifusione senza piombo:

• Pre-riscaldamento: Rampa da temperatura ambiente a 150-200°C in 60-120 secondi per riscaldare uniformemente il circuito e attivare il flussante.
• Fase di stabilizzazione/Rifusione: Il tempo al di sopra del punto liquidus (217°C) deve essere di 60-150 secondi. La temperatura di picco non deve superare i 260°C e il tempo al di sopra dei 255°C deve essere limitato a un massimo di 30 secondi.
• Raffreddamento: La velocità massima di raffreddamento deve essere di 6°C al secondo.

È consentito un massimo di due cicli di rifusione.

6.2 Precauzioni per la saldatura manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è richiesta la massima cautela:

• Utilizzare un saldatore con temperatura della punta ≤ 350°C.
• Limitare il tempo di contatto a ≤ 3 secondi per terminale.
• Utilizzare un saldatore con potenza nominale ≤ 25W.
• Consentire un intervallo di raffreddamento di almeno 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale.
• Evitare di applicare stress meccanico al corpo del LED durante o dopo la saldatura.

6.3 Rilavorazione e riparazione

Si sconsiglia vivamente la riparazione dopo la saldatura. Se assolutamente inevitabile, è necessario utilizzare un saldatore a doppia punta specializzato per riscaldare contemporaneamente entrambi i terminali, consentendo una rimozione sicura. Il potenziale di danni termici durante la rielaborazione è elevato e le caratteristiche del LED devono essere verificate dopo la riparazione.

7. Conservazione e sensibilità all'umidità

Questo LED è confezionato in una busta barriera resistente all'umidità con essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità atmosferica, che può causare "popcorning" (crepe nel package) durante il reflow.

• Prima dell'Uso: Non aprire la busta anti-umidità fino al momento dell'assemblaggio.
• Dopo l'Apertura: Utilizzare i LED entro 168 ore (7 giorni) dall'apertura. Conservare le confezioni aperte a ≤ 30°C e ≤ 60% di Umidità Relativa.
• Ribaking: Se il tempo di conservazione viene superato o l'indicatore del disidratante mostra saturazione, è necessario un trattamento termico a 60 ±5°C per 24 ore prima del reflow.

8. Informazioni su Imballaggio e Ordini

8.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti in nastro portatore goffrato con una larghezza di 8mm. Ogni bobina ha un diametro di 7 pollici e contiene 3000 pezzi. Sono forniti disegni dettagliati per le dimensioni delle tasche del nastro portatore e per le dimensioni del mozzo/della flangia della bobina per garantire la compatibilità con le apparecchiature di assemblaggio automatizzate.

8.2 Informazioni sull'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene informazioni critiche per la rintracciabilità e la corretta applicazione:

• P/N: Codice Prodotto (es., 19-21/G PC-FL1M2B/3T).
• QTY: Quantità per Confezione (3000 pz/bobina).
• CAT (o Iv Rank): Codice Bin Intensità Luminosa (es., M1).
• HUE: Lunghezza d'Onda Dominante/Codice Bin Cromaticità (es., C11).
• REF (o VF Rank): Codice Bin della Tensione Diretta (es., 1).
• LOT No: Numero di Lotto di Produzione per la tracciabilità.

9. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

9.1 La Limitazione di Corrente è Obbligatoria

Il datasheet avverte esplicitamente: "Il cliente deve applicare resistenze per la protezione." I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Un piccolo aumento della tensione diretta può causare un grande, potenzialmente distruttivo, aumento della corrente. Una resistenza esterna limitatrice di corrente o un circuito di pilotaggio a corrente costante sono assolutamente essenziali. Il valore della resistenza può essere calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R = (Vsupply - VF) / IF, dove VF è il valore tipico o massimo del bin appropriato.

9.2 Gestione Termica

Sebbene il package sia piccolo, la dissipazione di potenza (fino a 60mW) genera calore. Per un funzionamento affidabile a lungo termine, specialmente ad alte temperature ambientali o correnti di pilotaggio:

• Seguire la curva di derating della corrente.
• Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB collegata ai pad del LED per fungere da dissipatore di calore.
• Evitare di posizionare il LED vicino ad altri componenti che generano calore.

9.3 Considerazioni Ottiche

Il largo angolo di visione di 100 gradi rende questo LED adatto per applicazioni in cui l'indicatore deve essere visibile da varie angolazioni. Per una luce più direzionale, potrebbero essere necessarie lenti esterne o guide luminose. La resina water-clear fornisce un aspetto luminoso e non saturo.

10. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LED 19-21/G, basato sulla tecnologia AlGaInP (Fosfuro di Alluminio Gallio Indio), offre vantaggi specifici per l'emissione di verde puro:

• vs. LED Verdi Tradizionali: La tecnologia AlGaInP offre tipicamente un'efficienza più elevata e una migliore purezza del colore (spettro più stretto) per i colori verde e giallo rispetto alle tecnologie più datate.
• vs. Package SMD di Maggiori Dimensioni: L'ingombro del 19-21 è tra i package LED SMD standard più piccoli, consentendo layout a densità più elevata rispetto ai LED di dimensioni 0603 o 0805.
• vs. Componenti Non Conformi: La sua piena conformità agli standard RoHS, REACH e senza alogeni è un fattore chiave di differenziazione nei mercati con normative ambientali rigorose, garantendo un'integrazione più semplice nei prodotti destinati alla vendita globale.

11. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

11.1 Di quale resistore ho bisogno per un'alimentazione a 5V?

Utilizzando la VF massima di 2.35V (Bin 2) e un IF obiettivo di 20mA per sicurezza: R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 Ohm. Il valore standard più vicino è 130 Ohm o 150 Ohm. Usando 150 Ohm si ottiene IF ≈ 17.7mA, che è sicuro e garantirà una durata leggermente superiore. Calcolare sempre in base alla propria tensione di alimentazione specifica e alla corrente scelta.

11.2 Posso pilotarlo con 3.3V?

Sì, un'alimentazione a 3.3V è adatta. Il calcolo per un resistore sarebbe: R = (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65 Ohm. Un resistore da 68 Ohm sarebbe una buona scelta. Assicurarsi che l'alimentatore possa fornire la corrente richiesta.

11.3 Perché l'emissione luminosa è inferiore ad alta temperatura?

Questa è una caratteristica fondamentale dei LED a semiconduttore. All'aumentare della temperatura, l'efficienza quantica interna della giunzione luminosa diminuisce e la ricombinazione non radiativa aumenta, determinando una minore emissione luminosa a parità di corrente di pilotaggio. La curva di derating compensa questo fenomeno riducendo la corrente ammissibile per gestire la temperatura di giunzione.

11.4 Cosa significano "Pb-free" e "Halogen-Free" per il mio design?

"Senza piombo" significa che la stagnatura sui terminali del componente e la saldatura interna utilizzata nella produzione non contengono piombo, in conformità con le normative ambientali globali. "Senza alogeni" significa che il composto di stampaggio plastico non contiene ritardanti di fiamma bromurati o clorurati al di sopra di limiti specificati, riducendo l'emissione di fumi tossici se il dispositivo è esposto a calore estremo o fuoco.

12. Studio di caso di progettazione: Retroilluminazione degli interruttori del cruscotto

Scenario: Progettazione della retroilluminazione per un interruttore del cruscotto automobilistico che deve essere visibile sia in condizioni di luce diurna che di oscurità, in un intervallo di temperatura operativa da -30°C a +85°C. Scelte Progettuali:

1. Selezione dei LED: Scegliere un bin con intensità luminosa più elevata (ad es., M2) per garantire una luminosità adeguata. Selezionare un bin di lunghezza d'onda stretto (ad es., C11) per la coerenza cromatica su tutti gli interruttori.
2. Circuito di Pilotaggio: Utilizzare un driver a corrente costante IC progettato per ambienti automobilistici invece di una semplice resistenza. Ciò garantisce una luminosità costante indipendentemente dalle fluttuazioni della tensione della batteria (ad es., da 9V a 16V). Impostare la corrente a 15-18mA per migliorare la longevità e tenere conto dell'elevata temperatura ambiente.
3. Layout del PCB: Fornire ampie piazzole di rame collegate ai pad termici del LED (anodo e catodo) per dissipare il calore nel PCB. Utilizzare via termiche se la scheda è multistrato.
4. Progettazione Ottica: L'angolo di visione di 100 gradi è sufficiente per la maggior parte dei progetti di interruttori. Può essere utilizzata una light pipe o un diffusore per distribuire uniformemente la luce sotto l'icona dell'interruttore.
5. Storage & Assembly: Seguire rigorosamente le linee guida sulla sensibilità all'umidità, poiché i circuiti stampati per applicazioni automotive sono spesso sottoposti a multipli cicli di rifusione.

Questo approccio garantisce un indicatore affidabile, luminoso e uniforme che soddisfa i requisiti di grado automotive.

13. Principio di funzionamento

Questo LED funziona secondo il principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttrice. Il materiale del chip è AlGaInP (Fosfuro di Alluminio Gallio Indio). Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale interno 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 in modo radiativo, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlGaInP determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa—in questo caso, verde puro attorno a 561 nm. L'incapsulante in resina epossidica trasparente protegge il chip, funge da lente per modellare l'emissione luminosa e può includere fosfori o diffusori (sebbene per un tipo monocromatico sia tipicamente trasparente).

Terminologia delle specifiche dei LED

Spiegazione completa dei termini tecnici dei LED