Scheda Tecnica LED SMD - Rosso Diffuso AlInGaP - Angolo Visivo 120° - 2.0V Tipico - Potenza 72mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un LED a montaggio superficiale (SMD) che utilizza una lente diffusa e una sorgente luminosa in AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), che emette luce rossa. Questi LED sono progettati per processi di assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB), rendendoli ideali per applicazioni dove lo spazio è limitato e la produzione in volumi elevati è richiesta.

1.1 Vantaggi Principali e Mercati Target

I vantaggi principali di questo componente includono la compatibilità con le attrezzature automatiche pick-and-place e i processi di rifusione a infrarossi (IR), standard nella moderna produzione elettronica. È confezionato su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, facilitando la manipolazione e l'assemblaggio efficienti. Il dispositivo è conforme RoHS, garantendo il rispetto delle normative ambientali. Le sue applicazioni target spaziano su un'ampia gamma di elettronica di consumo e industriale, inclusi ma non limitati a: apparecchiature di telecomunicazione (es. telefoni cordless e cellulari), dispositivi per l'automazione d'ufficio (es. computer portatili), sistemi di rete, elettrodomestici e segnaletica interna. È comunemente utilizzato per indicazione di stato, illuminazione simbolica e retroilluminazione di pannelli frontali.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Assoluti Massimi

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

• Dissipazione di Potenza (Pd):72 mW. Questa è la potenza massima che il package del LED può dissipare in sicurezza sotto forma di calore.
• Corrente Diretta Continua (IF):30 mA DC. La massima corrente in regime stazionario per un funzionamento affidabile.
• Corrente Diretta di Picco:80 mA, ammissibile solo in condizioni impulsive (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms).
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento:-40°C a +85°C.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:-40°C a +100°C.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Le prestazioni tipiche sono misurate a Ta=25°C e una corrente diretta (IF) di 20 mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da un minimo di 90.0 mcd a un massimo di 280.0 mcd. Il valore effettivo è determinato dal codice di binning (vedi Sezione 3).
• Angolo Visivo (2θ½):120 gradi (tipico). Questo ampio angolo visivo, caratteristico di una lente diffusa, garantisce che la luce sia distribuita su un'ampia area anziché essere altamente direzionale.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):631 nm (tipico), con una tolleranza di ±1 nm. Questo parametro definisce il colore percepito (rosso). La lunghezza d'onda di emissione di picco (λp) è tipicamente 639 nm.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):Circa 15 nm, indicando la purezza spettrale della luce rossa.
• Tensione Diretta (VF):2.0 V (tipico), con un massimo di 2.4 V a 20 mA. La tolleranza è ±0.1 V.
• Corrente Inversa (IR):Massimo di 10 µA a 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 caratterizzazione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza della luminosità tra i lotti di produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base alla loro intensità luminosa misurata a 20 mA.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I codici di bin e i corrispondenti intervalli di intensità sono i seguenti. La tolleranza all'interno di ogni bin è ±11%.

• Q2:90.0 – 112.0 mcd
• R1:112.0 – 140.0 mcd
• R2:140.0 – 180.0 mcd
• S1:180.0 – 224.0 mcd
• S2:224.0 – 280.0 mcd

Questo sistema consente ai progettisti di selezionare il grado di luminosità appropriato per la loro specifica applicazione, bilanciando prestazioni e costo.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene i dati grafici specifici siano riferiti nella scheda tecnica, le relazioni tipiche possono essere descritte:

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

Il materiale AlInGaP presenta una caratteristica curva I-V in cui la tensione diretta aumenta in modo logaritmico con la corrente. Il tipico Vf di 2.0V a 20mA è un parametro chiave per la progettazione del circuito di pilotaggio.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'emissione luminosa (intensità luminosa) è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta entro l'intervallo di funzionamento consigliato. Superare la massima corrente DC non produrrà aumenti proporzionali della luce e rischia di danneggiare il dispositivo.

4.3 Distribuzione Spettrale

Lo spettro di emissione è centrato attorno a 631 nm (lunghezza d'onda dominante) con una tipica larghezza a mezza altezza di 15 nm, producendo un colore rosso saturo.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Polarità

Il dispositivo si conforma a un'impronta standard del package EIA. Disegni dimensionali dettagliati sono forniti nella scheda tecnica, con tutte le dimensioni in millimetri e una tolleranza generale di ±0.2 mm. Il catodo è tipicamente identificato da una marcatura sul package o da una specifica geometria del pad sul nastro. Viene specificato anche il layout consigliato dei pad di attacco PCB per la rifusione a infrarossi o in fase vapore, per garantire una corretta formazione del giunto di saldatura e stabilità meccanica.

5.2 Confezionamento in Nastro e Bobina

I LED sono forniti in nastro portante goffrato con nastro protettivo di copertura, avvolti su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. Il confezionamento segue le specifiche ANSI/EIA 481. Note chiave includono: le tasche vuote dei componenti sono sigillate ed è consentito un massimo di due componenti mancanti consecutivi ("lampade") per bobina.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profilo di Rifusione IR

Viene fornito un profilo di temperatura suggerito conforme a J-STD-020B per processi senza piombo (Pb-free). I parametri critici includono:

• Preriscaldamento:150°C a 200°C.
• Tempo di Preriscaldamento:Massimo 120 secondi.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido:Si raccomanda di seguire le specifiche del produttore della pasta saldante e le linee guida JEDEC.

Poiché il design della scheda, la densità dei componenti e le caratteristiche del forno variano, questo profilo dovrebbe essere utilizzato come obiettivo generico e ottimizzato per la specifica linea di assemblaggio.

6.2 Saldatura Manuale (Saldatore)

Se è necessario un intervento manuale di riparazione, la temperatura della punta del saldatore non deve superare i 300°C e il tempo di contatto deve essere limitato a un massimo di 3 secondi per giunto di saldatura. La risaldatura dovrebbe essere eseguita una sola volta.

7. Precauzioni per lo Stoccaggio e la Manipolazione

7.1 Condizioni di Stoccaggio

• Confezione Sigillata:Conservare a ≤ 30°C e ≤ 70% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione è di un anno se conservata nella busta originale anti-umidità con essiccante.
• Confezione Aperta:I componenti esposti all'aria ambiente dovrebbero essere conservati a ≤ 30°C e ≤ 60% UR. Si raccomanda vivamente di completare il processo di rifusione IR entro 168 ore (7 giorni) dall'apertura della busta.
• Stoccaggio Prolungato (Fuori Busta):Per uno stoccaggio oltre le 168 ore, posizionare i componenti in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto. I componenti stoccati fuori busta per più di 168 ore richiedono un trattamento di "baking" a circa 60°C per almeno 48 ore prima della saldatura, per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

7.2 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, utilizzare solo solventi a base alcolica come alcol isopropilico (IPA) o alcol etilico. Immergere il LED per meno di un minuto a temperatura ambiente normale. Non utilizzare detergenti chimici non specificati poiché potrebbero danneggiare la lente epossidica o il package.

8. Considerazioni di Progettazione per l'Applicazione

8.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per garantire una luminosità uniforme quando si pilotano più LED, è essenziale utilizzare una resistenza limitatrice di corrente in serie con ciascun LED. Non è consigliabile collegare i LED direttamente in parallelo senza resistenze individuali, poiché lievi variazioni nella tensione diretta (Vf) tra i dispositivi possono causare uno squilibrio significativo della corrente, portando a luminosità non uniforme e potenziale sovracorrente in alcuni LED. La scheda tecnica illustra il circuito consigliato (Circuito A) con una resistenza in serie per ciascun LED.

8.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia relativamente bassa (72 mW), mantenere la temperatura di giunzione del LED entro l'intervallo specificato è cruciale per l'affidabilità a lungo termine e la stabilità dell'emissione luminosa. Assicurarsi di utilizzare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche se il LED è operato alla o vicino alla sua corrente nominale massima, specialmente in ambienti ad alta temperatura.

8.3 Ambito di Applicazione e Limitazioni

Questo componente è destinato all'uso in apparecchiature elettroniche standard. Non è progettato o qualificato per applicazioni in cui l'alta affidabilità è critica per la sicurezza, come nell'aviazione, nel controllo dei trasporti, nei sistemi di supporto vitale medico o nei dispositivi di sicurezza. Per tali applicazioni, è obbligatoria la consultazione con il produttore per componenti specificamente qualificati.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto alle tecnologie LED più datate, i LED AlInGaP offrono una maggiore efficienza e una migliore saturazione del colore per i toni rossi e ambra. Il package con lente diffusa fornisce un ampio angolo visivo di 120 gradi, vantaggioso per applicazioni che richiedono un'illuminazione ad ampia area o visibilità da più angoli, a differenza dei LED ad angolo stretto utilizzati per fasci focalizzati. La compatibilità con i processi standard di rifusione IR lo differenzia dai LED che richiedono saldatura manuale o a onda, consentendo un assemblaggio economico e ad alta velocità.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Quale valore di resistenza devo usare per un'alimentazione a 5V?

Utilizzando la Legge di Ohm (R = (V_alimentazione - Vf_LED) / I_LED) e assumendo un Vf tipico di 2.0V e una corrente desiderata di 20 mA: R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 Ohm. Una resistenza standard da 150 Ω sarebbe adatta. Calcolare sempre utilizzando il Vf massimo possibile (2.4V) per garantire che la corrente non superi il valore nominale massimo nelle condizioni peggiori.

10.2 Posso pilotare questo LED con correnti più alte in impulso per flash più luminosi?

Sì, la scheda tecnica specifica una corrente diretta di picco di 80 mA in condizioni impulsive (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Questo può essere utilizzato per ottenere una luminosità istantanea più elevata per applicazioni stroboscopiche o indicatori, ma la corrente media nel tempo non deve causare il superamento della dissipazione di potenza di 72 mW.

10.3 Come interpreto il codice di binning sul mio ordine?

Il codice di bin (es. R2, S1) corrisponde all'intervallo di intensità luminosa. Quando si ordina, specificare un codice di bin assicura di ricevere LED con luminosità entro quell'intervallo specifico, importante per la coerenza nell'aspetto del prodotto.

11. Esempio Pratico di Progettazione e Utilizzo

11.1 Progettazione di un Pannello Indicatore di Stato

Consideriamo un router con più LED di stato. Utilizzando questo LED SMD, il progettista dovrebbe:

1. Selezionare il bin di luminosità appropriato (es. R2 per luminosità media) in base alla visibilità richiesta.
2. Progettare il layout del PCB utilizzando le dimensioni consigliate dei pad per garantire una corretta saldatura e allineamento.
3. Per ciascun LED, calcolare e posizionare una resistenza limitatrice di corrente in serie basata sulla tensione di alimentazione del sistema (es. 3.3V o 5V).
4. Seguire il profilo di rifusione IR consigliato durante l'assemblaggio.
5. Se la scheda assemblata necessita di pulizia, utilizzare solo alcol isopropilico.

Questo approccio garantisce luci indicatrici affidabili, uniformi e di lunga durata.

12. Principio di Funzionamento

Questo LED si basa sul materiale semiconduttore AlInGaP. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia di accensione del diodo, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica degli strati AlInGaP determina l'energia del bandgap, che a sua volta definisce la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa - in questo caso, rosso a circa 631 nm. La lente epossidica diffusa contiene particelle di diffusione che randomizzano la direzione dei fotoni emessi, creando un ampio e uniforme angolo visivo invece di un fascio stretto.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nella tecnologia LED SMD continua verso una maggiore efficienza luminosa (più luce emessa per watt di ingresso elettrico), un miglioramento della resa cromatica e dimensioni del package più piccole che consentono design ad alta densità. C'è anche un focus sul miglioramento dell'affidabilità in condizioni operative di temperatura e corrente più elevate. L'adozione diffusa della saldatura senza piombo e della conformità RoHS, come si vede con questo componente, rimane un requisito standard nella produzione elettronica globale.