Scheda Tecnica LED SMD 27-21/GHC-YR1S2M/3C - 2.0x1.25x0.8mm - 3.95V Max - 95mW - Verde Brillante - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LED SMD 27-21 è un dispositivo a montaggio superficiale compatto, progettato per assemblaggi elettronici ad alta densità. Il suo vantaggio principale risiede nell'ingombro significativamente ridotto rispetto ai LED tradizionali a telaio con piedini, consentendo progetti di circuiti stampati (PCB) più piccoli, una maggiore densità di componenti e, in definitiva, apparecchiature finali più compatte. Il dispositivo è leggero, rendendolo particolarmente adatto per applicazioni miniaturizzate e con vincoli di spazio.

La tecnologia di base utilizza un chip semiconduttore InGaN (Indio Gallio Nitruro) incapsulato in una resina trasparente, che emette una luce verde brillante. È un LED monocromatico, fornito in un formato compatibile con le attrezzature standard di assemblaggio automatico pick-and-place. Il prodotto è conforme alle principali direttive ambientali e di sicurezza, essendo privo di piombo (Pb-free), conforme RoHS, conforme al regolamento UE REACH e privo di alogeni (con Bromo <900 ppm, Cloro <900 ppm e Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Chiave

• Miniaturizzazione:Consente progetti di scheda più piccoli e una maggiore densità di impacchettamento.
• Compatibile con l'Automazione:Confezionato in nastro da 8mm su bobine da 7 pollici di diametro per compatibilità con i sistemi di posizionamento automatico.
• Robusta Compatibilità di Processo:Adatto sia per i processi di saldatura a rifusione a infrarossi che a fase di vapore.
• Conformità Ambientale:Rispetta gli standard Pb-free, RoHS, REACH e privi di alogeni.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti (Absolute Maximum Ratings)

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a o oltre questi limiti non è garantito.

• Tensione Inversa (V_R):5 V - La massima tensione che può essere applicata in direzione inversa.
• Corrente Diretta (I_F):25 mA - La massima corrente continua DC in diretta.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100 mA - La massima corrente diretta impulsiva, ammissibile con un ciclo di lavoro di 1/10 e una frequenza di 1 kHz.
• Dissipazione di Potenza (P_d):95 mW - La massima potenza che il dispositivo può dissipare a una temperatura ambiente (T_a) di 25°C.
• Scarica Elettrostatica (ESD) Modello Corpo Umano (HBM):150 V - Indica una moderata sensibilità all'ESD; sono richieste procedure di manipolazione appropriate.
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C - L'intervallo di temperatura ambiente per un funzionamento affidabile.
• Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):Rifusione: picco di 260°C per massimo 10 secondi. Saldatura manuale: 350°C per massimo 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard di T_a=25°C e I_F=20 mA, salvo diversa specifica. Definiscono le prestazioni ottiche ed elettriche del LED.

• Intensità Luminosa (I_v):112 a 285 mcd (millicandela). Il valore tipico non è specificato, indicando che le prestazioni sono gestite attraverso il sistema di binning descritto in seguito.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi (tipico). Questo ampio angolo di visione lo rende adatto per applicazioni di indicazione e retroilluminazione dove la visibilità da varie angolazioni è importante.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):518 nm (tipico). La lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale è più forte.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):520 a 535 nm. Questa è la percezione monocromatica del colore del LED da parte dell'occhio umano.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):35 nm (tipico). La larghezza dello spettro emesso alla metà della sua intensità massima (FWHM).
• Tensione Diretta (V_F):2.75 a 3.95 V a I_F=20 mA. Questo intervallo è critico per il progetto del circuito, in particolare per il calcolo della resistenza limitatrice di corrente.
• Corrente Inversa (I_R):50 μA (max) a V_R=5V.

Note Importanti:La scheda tecnica specifica le tolleranze per i parametri chiave: Intensità Luminosa (±11%), Lunghezza d'Onda Dominante (±1 nm) e Tensione Diretta (±0.1 V). Avverte anche esplicitamente che la condizione di tensione inversa è solo per scopi di test e che il LED non deve essere operato in polarizzazione inversa.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire colore e luminosità consistenti in produzione, i LED vengono suddivisi in bin di prestazioni. Questo dispositivo utilizza un sistema di binning tridimensionale.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I bin sono definiti dai codici R1, R2, S1 e S2, con valori minimi e massimi di intensità luminosa misurati a I_F=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

I bin sono definiti dai codici X, Y e Z, controllando la precisa tonalità di verde.

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

3.3 Binning della Tensione Diretta

I bin sono definiti dai codici 5, 6, 7 e 8, cruciali per progettare circuiti di pilotaggio a corrente uniforme, specialmente quando più LED sono collegati in parallelo.

• 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 fa riferimento a tipiche curve delle caratteristiche elettro-ottiche, essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard. Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, tipicamente includono:

• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Mostra come l'output luminoso diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questo è critico per la gestione termica in applicazioni ad alta potenza o ad alta temperatura ambiente.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta:Illustra la relazione non lineare tra corrente di pilotaggio e output luminoso. Operare al di sopra della corrente raccomandata porta a un'efficienza ridotta e a un degrado accelerato.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta (Curva I-V):Dimostra la relazione esponenziale, evidenziando la necessità di circuiti limitatori di corrente. Un piccolo aumento di tensione può causare un grande, potenzialmente distruttivo, aumento di corrente.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a ~518 nm e la larghezza di banda di ~35 nm, confermando il punto di colore verde brillante.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED SMD 27-21 ha un package rettangolare compatto. Le dimensioni chiave (in mm, con una tolleranza generale di ±0.1mm salvo specificato) includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive, nonché la spaziatura e le dimensioni dei pad. Queste dimensioni sono critiche per il progetto del land pattern sul PCB per garantire una corretta saldatura e allineamento. La polarità è indicata da una marcatura sul package, che deve essere allineata con la corrispondente marcatura sull'impronta PCB.

5.2 Identificazione della Polarità

La polarità corretta è essenziale per il funzionamento del dispositivo. Il disegno del package nella scheda tecnica indicherà il terminale catodico (negativo), tipicamente con un marcatore visivo come una tacca, un punto o uno spigolo smussato sul package. Il progetto dell'impronta PCB deve incorporare questo marcatore per prevenire errori di assemblaggio.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo è compatibile con processi di rifusione privi di piombo. Il profilo di temperatura raccomandato è cruciale per prevenire shock termici e danni:

• Preriscaldamento:150–200°C per 60–120 secondi.
• Tempo Sopra Liquido (TAL):60–150 secondi sopra 217°C.
• Temperatura di Picco:260°C massimo, mantenuta per non più di 10 secondi.
• Velocità di Rampa in Salita:Massimo 6°C al secondo.
• Tempo Sopra 255°C:Massimo 30 secondi.
• Velocità di Raffreddamento:Massimo 3°C al secondo.

Restrizione Critica:La saldatura a rifusione non deve essere eseguita più di due volte sullo stesso dispositivo.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è necessario prestare estrema attenzione:

• Utilizzare un saldatore con temperatura della punta inferiore a 350°C.
• Limitare il tempo di contatto a 3 secondi o meno per terminale.
• Utilizzare un saldatore con potenza nominale di 25W o inferiore.
• Lasciare un intervallo minimo di 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per consentire il raffreddamento.

6.3 Magazzinaggio e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in sacchetti barriera resistenti all'umidità con essiccante.

• Prima dell'Apertura:Conservare a ≤30°C e ≤60% Umidità Relativa.
• Tempo di Utilizzo a Punto (Floor Life):Dopo l'apertura del sacchetto anti-umidità, i componenti devono essere utilizzati entro 168 ore (7 giorni).
• Ribaking (Ricottura):Se il tempo di utilizzo a punto viene superato o l'indicatore dell'essiccante cambia colore, è necessaria una ricottura a 60 ±5°C per 24 ore prima della saldatura a rifusione.

6.4 Riparazione e Rilavorazione

La riparazione dopo la saldatura è fortemente sconsigliata. Se inevitabile, deve essere utilizzato un saldatore specializzato a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, prevenendo stress meccanici sulle giunzioni saldate. Il potenziale di danneggiamento del LED durante la riparazione è alto e dovrebbe essere valutato preventivamente.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche di Confezionamento

Il dispositivo è fornito in formato nastro e bobina per l'assemblaggio automatico.

• Larghezza del Nastro Portante:8 mm.
• Diametro della Bobina:7 pollici.
• Quantità per Bobina:3000 pezzi.
• Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL):Implicito dal tempo di utilizzo a punto di 7 giorni e dai requisiti di ricottura, tipicamente corrispondente a MSL 3.

7.2 Spiegazione dell'Etichetta

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

• P/N:Numero di Prodotto (es., 27-21/GHC-YR1S2M/3C).
• CAT:Classe di Intensità Luminosa (es., S2).
• HUE:Coordinate di Cromaticità & Classe di Lunghezza d'Onda Dominante (es., Y).
• REF:Classe di Tensione Diretta (es., 6).
• LOT No:Numero di Lotto di Produzione per tracciabilità.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Retroilluminazione:Ideale per indicatori di cruscotto, illuminazione di interruttori e retroilluminazione piatta per LCD e simboli grazie al suo ampio angolo di visione e colore uniforme.
• Apparecchiature di Telecomunicazione:Indicatori di stato e retroilluminazione di tastiere in dispositivi come telefoni e fax.
• Indicazione Generica:Qualsiasi applicazione che richieda un indicatore verde brillante, compatto e affidabile.

8.2 Considerazioni di Progetto Critiche

1. La Limitazione di Corrente è Obbligatoria:I LED sono dispositivi pilotati a corrente. Una resistenza limitatrice di corrente esterna deve essere sempre utilizzata in serie con il LED. Il valore è calcolato usando 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 25 mA nelle condizioni peggiori.
2. Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, mantenere una bassa temperatura di giunzione è la chiave per l'affidabilità a lungo termine e un output luminoso stabile. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche se si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima.
3. Protezione ESD:Implementare precauzioni ESD standard durante la manipolazione e l'assemblaggio. Considerare l'aggiunta di diodi di soppressione di tensione transiente (TVS) o resistenze su linee sensibili se l'ambiente applicativo è soggetto a scariche statiche.
4. Binning per la Coerenza:Per applicazioni che richiedono un aspetto uniforme (es., array multi-LED), specificare bin stretti per intensità luminosa (CAT) e lunghezza d'onda dominante (HUE). Utilizzare LED dello stesso lotto di produzione (LOT No.) migliora ulteriormente la coerenza.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LED SMD 27-21 si differenzia principalmente attraverso il suo equilibrio tra dimensioni, prestazioni e caratteristiche di affidabilità.

• vs. LED a Telaio con Piedini più Grandi:Offre una drastica riduzione dell'ingombro e del peso, consentendo progetti moderni miniaturizzati. Il formato SMD consente un assemblaggio automatico più veloce e affidabile.
• vs. Altri LED SMD Verdi:La combinazione specifica di un angolo di visione di 130 gradi, un colore verde brillante dal chip InGaN e una completa conformità ambientale (Privo di Alogeni, REACH) lo rende adatto a un'ampia gamma di applicazioni consumer e industriali dove questi fattori sono prioritari.
• Conformità Integrata:La pre-conformità con le principali normative globali (RoHS, REACH, Privo di Alogeni) riduce l'overhead di qualificazione per gli integratori, fornendo un vantaggio significativo nei mercati regolamentati.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Perché una resistenza limitatrice di corrente è assolutamente necessaria?

R1: La caratteristica I-V di un LED è esponenziale. Un piccolo aumento della tensione diretta oltre il valore tipico causa un aumento molto grande della corrente, che può superare istantaneamente il Valore Massimo Assoluto di 25 mA e distruggere il dispositivo. La resistenza fornisce una caduta di tensione lineare e prevedibile per stabilizzare la corrente.

D2: Posso pilotare questo LED con un'alimentazione a 3.3V senza resistenza?

R2: No. Anche se 3.3V è all'interno dell'intervallo V_F(2.75-3.95V), il V_Feffettivo di un LED specifico non è noto senza binning. Un'alimentazione a 3.3V potrebbe applicare 3.3V direttamente a un LED con un V_Fdi 3.0V, causando una corrente eccessiva. Utilizzare sempre una resistenza in serie.

D3: Cosa succede se supero i 7 giorni di tempo di utilizzo a punto dopo aver aperto il sacchetto?

R3: Il package in plastica assorbe umidità. Durante la saldatura a rifusione, questa umidità può espandersi rapidamente, causando delaminazione interna o \"popcorning\", che incrina il package e porta al guasto. La ricottura a 60°C per 24 ore rimuove questa umidità assorbita.

D4: Perché la rifusione è limitata a due cicli?

R4: Ogni ciclo di rifusione sottopone il dispositivo a uno stress termico significativo. Cicli multipli possono degradare i bonding interni dei fili, indebolire le giunzioni saldate o danneggiare il chip semiconduttore stesso, riducendo l'affidabilità.

11. Caso di Studio Applicativo Pratico

Scenario: Progettazione di un pannello multi-indicatore di stato per un dispositivo di elettronica di consumo.

1. Requisito:10 LED verde brillante uniformi per indicatori \"accensione\" e \"modalità attiva\".
2. Passaggi di Progetto:
   • Progetto del Circuito:È disponibile un'alimentazione a 5V. Utilizzando il V_Fmassimo di 3.95V e un I_Ftarget di 20 mA, calcolare R = (5V - 3.95V) / 0.02A = 52.5Ω. Selezionare il valore standard più vicino (es., 56Ω). Ricalcolare la corrente effettiva: I_F= (5V - 3.2V_tip) / 56Ω ≈ 32 mA (troppo alta). Reiterare utilizzando un V_Ftipico più realistico di 3.2V: R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90Ω. Questo fornisce una corrente sicura tra 17.8 mA (a V_F=3.95V) e 20 mA (a V_F=3.2V). Una resistenza da 91Ω o 100Ω è una buona scelta.
   • Layout PCB:Posizionare i LED con il corretto allineamento di polarità. Fornire una spaziatura sufficiente per il cono di visione di 130 gradi se gli indicatori sono visti da un'angolazione.
   • Acquisto:Specificare bin stretti al distributore: es., CAT=S2 (225-285 mcd) e HUE=Y (525-530 nm) per garantire coerenza di luminosità e colore su tutti i 10 indicatori. È consigliabile richiedere parti dello stesso LOT No.
   • Assemblaggio:Seguire precisamente il profilo di rifusione. Utilizzare i LED entro 7 giorni dall'apertura del sacchetto sigillato.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi semiconduttori che convertono l'energia elettrica direttamente in luce attraverso un processo chiamato elettroluminescenza. Il cuore del LED 27-21 è un chip realizzato con materiali semiconduttori InGaN (Indio Gallio Nitruro). Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione P-N di questo semiconduttore, gli elettroni del materiale di tipo N si ricombinano con le lacune del materiale di tipo P nella regione attiva. Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (particelle di luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia della banda proibita del materiale semiconduttore. L'InGaN ha una banda proibita che corrisponde alla luce nello spettro dal blu al verde. In questo dispositivo, la composizione è sintonizzata per produrre luce verde brillante con una lunghezza d'onda di picco attorno a 518 nm. La resina epossidica trasparente che incapsula il chip lo protegge e funge anche da lente, modellando l'output luminoso nell'angolo di visione specificato di 130 gradi.

13. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Il LED 27-21 rappresenta una tecnologia matura e ampiamente adottata all'interno della più ampia evoluzione dell'illuminazione a stato solido. Le tendenze chiave che influenzano questo segmento di prodotto includono:

• Miniaturizzazione Continua:La spinta verso dispositivi elettronici più piccoli, sottili e ricchi di funzionalità spinge lo sviluppo di package LED sempre più piccoli (es., dimensioni 0201, 01005) mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche.
• Efficienza e Luminanza Migliorate:I miglioramenti continui nella crescita epitassiale e nel design del chip portano a una maggiore efficienza luminosa (più output luminoso per unità di input elettrico), consentendo un consumo energetico inferiore o una luminosità maggiore a parità di dimensioni del package.
• Coerenza del Colore e Binning Avanzato:Le richieste delle applicazioni display e automotive stanno spingendo verso tolleranze di binning più strette e l'uso di binning multi-parametro più sofisticati (es., combinando flusso, lunghezza d'onda e tensione diretta in un unico codice) per ottenere una perfetta uniformità in grandi array.
• Integrazione della Funzionalità:Una tendenza verso l'integrazione di circuiti di controllo (come driver a corrente costante) o più chip di colore (RGB) in un unico package per semplificare il progetto del sistema e ridurre l'area occupata sul PCB.
• Affidabilità e Idoneità ad Ambienti Ostili:Sviluppo di LED con prestazioni migliorate ad alte temperature e in condizioni di alta umidità, espandendo il loro utilizzo in applicazioni automotive, industriali e outdoor. La conformità ambientale (Privo di Alogeni, REACH) evidenziata in questa scheda tecnica è una risposta diretta alle tendenze normative globali.

Sebbene il 27-21 sia un componente standard, il suo design riflette queste richieste del settore per affidabilità, conformità e prestazioni in un formato compatto e automatizzabile.