Scheda Tecnica LED SMD 15-21/S3C-AP1Q2/2T - Arancione Rossastro - 2.0V - 60mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un LED SMD (Surface Mount Device) compatto e ad alte prestazioni. Il componente è progettato per i moderni processi di assemblaggio elettronico, offrendo un equilibrio tra emissione luminosa, affidabilità e facilità di integrazione in applicazioni con spazio limitato.

1.1 Vantaggi Principali e Posizionamento

Il vantaggio principale di questo LED è la sua impronta miniaturizzata, che consente riduzioni significative delle dimensioni del circuito stampato (PCB) e una maggiore densità di componenti. Ciò porta a design di prodotto finale più compatti. Il componente è leggero, rendendolo particolarmente adatto per dispositivi elettronici portatili e miniaturizzati. Viene fornito su nastro da 8mm avvolto su bobina da 7 pollici di diametro, garantendo compatibilità con le attrezzature standard di pick-and-place automatico utilizzate nella produzione di grandi volumi.

1.2 Mercato di Riferimento e Applicazioni

Questo LED è versatile e si rivolge a diverse aree applicative chiave. Il suo uso principale è nella retroilluminazione, in particolare per cruscotti di pannelli strumenti, interruttori e simboli. È anche ben adatto per apparecchiature di telecomunicazione, fungendo da indicatori di stato e retroilluminazione in dispositivi come telefoni e fax. Inoltre, può essere utilizzato per la retroilluminazione piatta di piccoli pannelli LCD e per applicazioni di indicazione generica dove è richiesto un segnale arancione rossastro.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici del LED, come definiti in condizioni di prova standard (Ta=25°C).

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Tensione Inversa (V_R):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):25 mA. La massima corrente continua per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):60 mA (Ciclo di Lavoro 1/10 @ 1kHz). Questo valore consente brevi impulsi di corrente più elevata, utili per schemi di multiplexing o funzionamento impulsato.
• Dissipazione di Potenza (P_d):60 mW. La massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare come calore senza superare i suoi limiti termici.
• Scarica Elettrostatica (ESD) Modello Corpo Umano (HBM):2000 V. Ciò indica un livello moderato di robustezza ESD; sono comunque raccomandate procedure di manipolazione adeguate.
• Temperatura di Funzionamento (T_opr):-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è specificato per funzionare.
• Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura:Il dispositivo può resistere alla saldatura a rifusione con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi, o alla saldatura manuale a 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni del LED in condizioni operative tipiche (I_F=20mA, Ta=25°C).

• Intensità Luminosa (I_v):45.0 mcd (Min), 112.0 mcd (Max). Il valore tipico rientra in questo ampio intervallo, gestito attraverso un sistema di binning (vedi Sezione 3). L'angolo di visione (2θ_1/2) è tipicamente di 130 gradi, fornendo un pattern di emissione ampio e diffuso.
• Caratteristiche Spettrali:
  • Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):Tipicamente 621 nm.
  • Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):605.5 nm (Min), 625.5 nm (Max). Questa è la lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano ed è anch'essa soggetta a binning.
  • Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Tipicamente 18 nm, definisce la purezza del colore.
• Caratteristiche Elettriche:
  • Tensione Diretta (V_F):1.70 V (Min), 2.00 V (Tip), 2.40 V (Max) a I_F=20mA. Questa tensione relativamente bassa è caratteristica della tecnologia del materiale AlGaInP.
  • Corrente Inversa (I_R):10 μA (Max) a V_R=5V. Una nota critica specifica che il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa; questo parametro di test è solo per la caratterizzazione della dispersione.

2.3 Considerazioni Termiche

Le prestazioni del LED sono fortemente dipendenti dalla temperatura. La curva di derating della corrente diretta è essenziale per il progetto. All'aumentare della temperatura ambiente (T_a) oltre i 25°C, la massima corrente diretta continua ammissibile deve essere ridotta linearmente per prevenire surriscaldamento e degrado accelerato. La curva di derating fornisce la relazione specifica, assicurando che la temperatura di giunzione rimanga entro limiti sicuri.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire coerenza nella produzione di massa, i LED vengono selezionati (binnati) in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano requisiti applicativi specifici per luminosità e colore.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'emissione luminosa è categorizzata in quattro bin (P1, P2, Q1, Q2), ciascuno coprente un intervallo specifico da 45.0 mcd a 112.0 mcd. Ad esempio, il bin Q2 contiene LED con intensità tra 90.0 e 112.0 mcd. Una tolleranza di ±11% si applica all'interno di ciascun bin.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Il colore (lunghezza d'onda dominante) è suddiviso in cinque bin (da E1 a E5), che vanno da 605.5 nm a 625.5 nm con passi di circa 4nm. Il bin E4, ad esempio, copre da 617.5 a 621.5 nm. Una tolleranza più stretta di ±1nm è mantenuta all'interno di ciascun bin di lunghezza d'onda.

3.3 Binning della Tensione Diretta

La scheda tecnica riporta una tolleranza della tensione diretta di ±0.1V, sebbene una tabella di binning specifica per V_Fnon sia fornita nell'estratto. Questa tolleranza stretta aiuta nella progettazione di circuiti di pilotaggio a corrente costante.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono una comprensione più profonda del comportamento del LED in condizioni variabili.

4.1 Distribuzione Spettrale

La curva spettrale mostra un singolo picco ben definito centrato intorno a 621 nm, confermando l'emissione arancione rossastra del materiale del chip AlGaInP. La larghezza di banda ridotta indica una buona saturazione del colore.

4.2 Diagramma di Radiazione

Il diagramma polare illustra la distribuzione spaziale della luce. Il tipico angolo di visione di 130 gradi è confermato, mostrando un pattern di emissione quasi-Lambertiano (coseno) dove l'intensità è massima a 0 gradi (perpendicolare al chip) e diminuisce gradualmente verso i lati.

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

Questa curva mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. La tensione aumenta bruscamente a correnti molto basse e poi aumenta più linearmente nel normale intervallo operativo (circa 2.0V a 20mA).

4.4 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra che l'emissione luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta nell'intervallo operativo, sebbene l'efficienza possa diminuire leggermente a correnti molto elevate a causa dell'aumento del calore.

4.5 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Questa è una curva critica che mostra lo "spegnimento termico". All'aumentare della temperatura ambiente, l'intensità luminosa diminuisce. L'emissione può calare significativamente quando la temperatura si avvicina al limite operativo massimo, un fattore chiave per progetti in ambienti caldi.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è conforme al profilo del package SMD "15-21". Disegni dimensionali dettagliati specificano lunghezza, larghezza, altezza e posizioni dei terminali con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa indicazione. Queste informazioni sono cruciali per il progetto dell'impronta sul PCB e i controlli di ingombro.

5.2 Identificazione della Polarità

Un chiaro segno del catodo è indicato sul package, essenziale per il corretto orientamento durante l'assemblaggio. Installare il LED con polarità inversa impedirà l'illuminazione e potrebbe sottoporlo a stress da tensione inversa.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione corretta è vitale per l'affidabilità.

6.1 Limitazione della Corrente

Una resistenza di limitazione esterna è obbligatoria. La caratteristica I-V esponenziale del LED significa che un piccolo aumento di tensione può causare un grande, potenzialmente distruttivo, aumento di corrente. La resistenza imposta il punto di lavoro.

6.2 Sensibilità all'Umidità e Conservazione

I componenti sono imballati in una busta barriera resistente all'umidità con essiccante. La busta non deve essere aperta finché le parti non sono pronte per l'uso. Dopo l'apertura, i LED non utilizzati devono essere conservati in condizioni di 30°C/60%UR o inferiori e utilizzati entro 168 ore (7 giorni). Se superato, è richiesta una cottura a 60±5°C per 24 ore prima della rifusione per prevenire danni da "popcorning" durante la saldatura.

6.3 Profilo di Rifusione

Viene fornito un profilo di rifusione dettagliato senza piombo:

• Preriscaldamento:150-200°C per 60-120 secondi.
• Tempo Sopra Liquido (217°C):60-150 secondi.
• Temperatura di Picco:260°C massimo, mantenuta per non più di 10 secondi.
• Velocità di Riscaldamento/Raffreddamento:Massimo 6°C/sec e 3°C/sec, rispettivamente.

La rifusione non deve essere eseguita più di due volte. Lo stress sul corpo del LED durante il riscaldamento deve essere evitato.

6.4 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore deve essere inferiore a 350°C, applicata per non più di 3 secondi per terminale, utilizzando un saldatore a bassa potenza (<25W). È richiesto un intervallo di raffreddamento >2 secondi tra i terminali. La rilavorazione è fortemente sconsigliata. Se inevitabile, deve essere utilizzato un saldatore a doppia testa specializzato per riscaldare contemporaneamente entrambi i terminali, prevenendo stress meccanico sulle giunzioni saldate. Il potenziale danno termico durante la rilavorazione deve essere valutato preventivamente.

7. Imballaggio e Informazioni d'Ordine

7.1 Specifiche d'Imballaggio

I LED sono forniti su nastro portante goffrato con dimensioni specificate per le tasche e i fori di trascinamento. Il nastro è avvolto su una bobina standard da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi.

7.2 Dettagli della Bobina e dell'Etichetta

Vengono fornite le dimensioni della bobina vuota. L'etichetta della bobina contiene informazioni critiche:

• Numero di Parte del Cliente (CPN)
• Numero di Parte del Produttore (P/N): 15-21/S3C-AP1Q2/2T
• Quantità d'Imballaggio (QTY)
• Classe di Intensità Luminosa (CAT)
• Classe di Cromaticità/Lunghezza d'Onda Dominante (HUE)
• Classe di Tensione Diretta (REF)
• Numero di Lotto (LOT No.)

Questa tracciabilità è essenziale per il controllo qualità e l'abbinamento dei componenti in produzione.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Progettazione del Circuito

Utilizzare sempre una resistenza in serie per impostare la corrente diretta. Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F, dove V_Fdovrebbe essere preso come valore massimo (2.4V) dalla scheda tecnica per garantire che la corrente non superi il limite nelle peggiori condizioni. Considerare la potenza nominale della resistenza (P = I_F²* R).

8.2 Gestione Termica

Sebbene il package sia piccolo, un efficace dissipazione del calore attraverso il PCB è importante per mantenere luminosità e longevità, specialmente in ambienti ad alta temperatura o quando si pilota vicino alla corrente massima. Utilizzare la curva di derating per determinare la corrente operativa sicura per la massima temperatura ambiente prevista nella propria applicazione. Assicurare un'adeguata area di rame attorno ai pad del LED sul PCB per fungere da diffusore termico.

8.3 Integrazione Ottica

L'ampio angolo di visione di 130 gradi rende questo LED adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia e uniforme senza ottiche secondarie. Per luce più direzionale, possono essere necessarie lenti esterne o guide luminose. La resina trasparente garantisce un'assorbimento minimo della luce all'interno del package stesso.

9. Conformità e Informazioni sui Materiali

Il prodotto è conforme a diverse direttive ambientali e di sicurezza chiave, un vantaggio significativo per la moderna produzione elettronica. È confermato essere senza piombo (Pb-free), allineandosi alla direttiva Restrizione delle Sostanze Pericolose (RoHS). È anche conforme al regolamento REACH dell'UE sulle sostanze chimiche. Inoltre, soddisfa i requisiti senza alogeni, con contenuto di Bromo (Br) e Cloro (Cl) ciascuno inferiore a 900 ppm, e la loro somma inferiore a 1500 ppm, riducendo l'impatto ambientale durante lo smaltimento.

10. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED tradizionali a foro passante o SMD più grandi, il differenziatore chiave di questo package 15-21 è la sua eccezionale miniaturizzazione, che abilita design compatti di nuova generazione. L'uso del materiale semiconduttore AlGaInP fornisce luce arancione rossastra efficiente con buona stabilità del colore su temperatura e durata, spesso superiore alle tecnologie più vecchie come il GaAsP. La combinazione di un ampio angolo di visione, robusta compatibilità SMT e piena conformità ambientale lo rende una scelta moderna e affidabile per applicazioni ad alto volume e sensibili al costo dove lo spazio sulla scheda è prezioso.

11. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

11.1 Quale valore di resistenza devo usare con un'alimentazione a 5V?

Utilizzando il V_Fmassimo di 2.4V e un I_Fobiettivo di 20mA: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ohm. Il valore standard più vicino di 130Ω o 150Ω sarebbe adatto. La dissipazione di potenza della resistenza sarebbe P = (0.020)²* 130 = 0.052W, quindi una resistenza standard da 1/8W (0.125W) è sufficiente.

11.2 Posso pilotare questo LED senza una resistenza di limitazione se la mia tensione di alimentazione corrisponde a V_F?

No.Questo è fortemente sconsigliato. La tensione diretta ha una tolleranza (da 1.7V a 2.4V) e varia con la temperatura. Una tensione di alimentazione fissa a, diciamo, 2.0V potrebbe causare una corrente eccessiva in un LED con un V_Fbasso, portando a un guasto rapido. Una resistenza in serie è essenziale per un funzionamento stabile e sicuro.

11.3 Perché il tempo di conservazione dopo l'apertura della busta è limitato a 7 giorni?

I package SMD possono assorbire umidità dall'aria. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, questa umidità intrappolata può vaporizzarsi rapidamente, creando pressione interna che può delaminare il package o crepare il die ("popcorning"). Il limite di 7 giorni e la procedura di cottura sono controlli di qualità critici per prevenire questa modalità di guasto.

11.4 Come interpreto i codici di bin (es. Q2, E4) sull'etichetta?

I codici di bin indicano il gruppo di prestazioni dei LED su quella bobina. "Q2" indica LED ad alta luminosità (90-112 mcd). "E4" indica una lunghezza d'onda dominante nell'intervallo 617.5-621.5 nm. Utilizzare parti dello stesso bin garantisce coerenza in luminosità e colore nel proprio prodotto.

12. Esempi Pratici di Progetto e Utilizzo

12.1 Retroilluminazione di Interruttori per Cruscotto

In un cruscotto automobilistico, più interruttori richiedono una retroilluminazione uniforme e affidabile. Diversi di questi LED possono essere posizionati dietro una calotta di interruttore traslucida. Il loro ampio angolo di visione garantisce un'illuminazione uniforme su tutta la superficie dell'interruttore. La bassa tensione operativa consente di pilotarli direttamente dai sistemi regolati a 5V o 3.3V del veicolo con semplici reti di resistenze. L'ampio intervallo di temperatura operativa (-40°C a +85°C) è adatto per l'ambiente automobilistico.

12.2 Indicatore di Stato su un Dispositivo di Rete

Per un indicatore di "attività del collegamento" o "alimentazione" su un router o modem, un singolo LED fornisce un segnale visivo chiaro. Il colore arancione rossastro è altamente visibile. Il componente può essere pilotato da un pin GPIO di un microcontrollore. Una resistenza in serie è collegata tra il GPIO e l'anodo del LED, con il catodo collegato a massa. Il firmware del microcontrollore può commutare il pin per creare pattern fissi o lampeggianti. Il formato SMD consente un design a profilo molto basso sul PCB del pannello frontale.

13. Principio di Funzionamento

Questo LED è basato su un chip semiconduttore realizzato in Fosfuro di Alluminio Gallio Indio (AlGaInP). Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva della giunzione semiconduttrice. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlGaInP determina l'energia del bandgap, che a sua volta definisce la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa—in questo caso, nello spettro arancione rossastro (605-625 nm). La luce generata all'interno del chip viene estratta attraverso la superficie superiore e modellata dalla lente in resina epossidica trasparente del package.

14. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nella tecnologia dei LED per indicatori e retroilluminazione continua verso una maggiore efficienza (più luce emessa per unità di potenza elettrica), una miniaturizzazione aumentata oltre package come il 15-21 e gamme di colori più ampie. C'è anche una forte attenzione al miglioramento dell'affidabilità e della longevità in condizioni severe, come temperature e umidità più elevate. L'integrazione dell'elettronica di controllo, come driver a corrente costante o controller a modulazione di larghezza d'impulso (PWM), direttamente nel package LED è un'altra tendenza in evoluzione, che semplifica la progettazione del circuito per l'utente finale. Inoltre, la spinta verso la sostenibilità continua a promuovere progressi nei materiali per soddisfare normative ambientali sempre più severe oltre RoHS e REACH.