Scheda Tecnica LED SMD 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T - Package 1.6x0.8x0.6mm - Tensione 2.7-3.1V - Potenza 40mW - Bianco Puro - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T è un LED a montaggio superficiale (SMD) compatto, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono miniaturizzazione ed alta affidabilità. Questo LED monocromatico emette una luce bianca pura, ottenuta tramite un chip InGaN incapsulato in una resina diffondente gialla. Il suo vantaggio principale risiede nell'ingombro significativamente ridotto rispetto ai LED tradizionali a telaio, consentendo una maggiore densità di componenti sui circuiti stampati (PCB), riducendo lo spazio di stoccaggio delle attrezzature e contribuendo infine allo sviluppo di dispositivi finali più piccoli e leggeri. Il componente è pienamente conforme alla direttiva RoHS, aderisce alle normative UE REACH ed è prodotto come prodotto privo di alogeni, con contenuto di bromo e cloro rigorosamente controllato al di sotto degli standard di settore.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

La filosofia di progettazione del LED SMD 17-21 si concentra sull'abilitare la miniaturizzazione. Le sue piccole dimensioni fisiche si traducono direttamente in uno spazio richiesto sulla scheda più piccolo, permettendo ai progettisti di creare prodotti più compatti. La natura leggera del package lo rende particolarmente adatto per applicazioni portatili e miniaturizzate dove ogni grammo conta. Il dispositivo è fornito su nastro da 8mm montato su bobine da 7 pollici di diametro, garantendo compatibilità con le attrezzature di assemblaggio pick-and-place automatiche ad alta velocità, fondamentale per la produzione di massa. La sua compatibilità con i processi di saldatura a rifusione sia a infrarossi che a fase vapore fornisce flessibilità nella produzione. I mercati target principali includono l'elettronica di consumo, gli interni automotive (in particolare retroilluminazione di cruscotti e interruttori), apparecchiature di telecomunicazione per indicatori di stato e retroilluminazione generale per LCD e pannelli di controllo.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici definiti nella scheda tecnica, spiegandone il significato per la progettazione del circuito e l'affidabilità.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al LED. Queste non sono condizioni per il funzionamento normale, ma piuttosto soglie che non devono mai essere superate.

• Tensione Inversa (VR): 5V- Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a 5V può causare un'immediata rottura della giunzione. La scheda tecnica nota esplicitamente che il dispositivo non è progettato per il funzionamento inverso; questa specifica è principalmente per la condizione di test della corrente inversa (IR). Nell'applicazione, è spesso necessaria una protezione del circuito esterno (come un diodo in parallelo) se è possibile una tensione inversa.
• Corrente Diretta (IF): 10mA- Questa è la massima corrente continua DC raccomandata per un funzionamento affidabile a lungo termine. Superare questa corrente aumenta la temperatura di giunzione, accelera la riduzione del flusso luminoso e riduce significativamente la durata del dispositivo.
• Corrente Diretta di Picco (IFP): 100mA- Il LED può sopportare brevi impulsi di corrente (con un ciclo di lavoro di 1/10 a 1kHz) fino a 100mA. Questo è rilevante per il funzionamento in impulsi o per sovratensioni momentanee, ma non deve essere utilizzato per calcolare la dissipazione di potenza in regime stazionario.
• Dissipazione di Potenza (Pd): 40mW- Questa è la massima potenza che il package può dissipare come calore ad una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. La potenza effettivamente dissipata è calcolata come Tensione Diretta (VF) * Corrente Diretta (IF). Operare vicino o sopra questo limite richiede un'attenta gestione termica.
• Temperatura di Funzionamento & Conservazione:Il dispositivo è classificato per funzionare da -40°C a +85°C e può essere conservato da -40°C a +90°C. Questo ampio intervallo lo rende adatto per ambienti automotive e industriali.
• Temperatura di Saldatura:Sono specificati due profili: 260°C per 10 secondi per la saldatura a rifusione (tipica per processi senza piombo), e 350°C per 3 secondi per la saldatura manuale. Il rispetto di questi limiti è fondamentale per prevenire danni al die interno o al package plastico.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (Ta=25°C, IF=5mA) e definiscono le prestazioni del LED.

• Intensità Luminosa (Iv): 72.0 - 180.0 mcd (Tipico)- Questa è la quantità di luce visibile emessa in una direzione specifica. L'ampio intervallo (da 72 a 180 mcd) indica che i LED sono suddivisi in diversi "bin" in base all'output misurato, dettagliato in una sezione successiva. La corrente di test di 5mA è al di sotto del valore massimo, fornendo un margine di sicurezza per la misurazione.
• Angolo di Visione (2θ1/2): 150° (Tipico)- Questo è l'angolo a cui l'intensità luminosa è la metà di quella a 0° (sull'asse). Un angolo di visione di 150° è molto ampio, producendo un pattern di emissione diffuso, simile a lambertiano, adatto per l'illuminazione d'ambiente e la retroilluminazione dove è desiderata una distribuzione uniforme della luce, piuttosto che un fascio focalizzato.
• Tensione Diretta (VF): 2.7V - 3.1V (Max)- Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando è pilotato alla corrente di test di 5mA. La variazione è dovuta alle tolleranze del processo semiconduttore ed è gestita anche attraverso il binning. Un resistore limitatore di corrente deve essere sempre utilizzato in serie con il LED per impostare la corrente di funzionamento, poiché la VF non è un valore fisso.
• Corrente Inversa (IR): 50 μA (Max)- Questa è la corrente di dispersione quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5V. È tipicamente molto piccola in un dispositivo integro.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono testati e suddivisi in gruppi di prestazioni o "bin". Il 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T utilizza un sistema di binning multi-parametro, come indicato dal codice "KQ1R2B5Y".

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'intensità luminosa è suddivisa in quattro bin distinti (Q1, Q2, R1, R2). Quando si specifica o si ordina, la "R2" nel numero di parte indica il bin selezionato.

• Bin Q1:72.0 - 90.0 mcd
• Bin Q2:90.0 - 112.0 mcd
• Bin R1:112.0 - 140.0 mcd
• Bin R2:140.0 - 180.0 mcd

Ciò consente ai progettisti di scegliere un livello di luminosità appropriato per la loro applicazione, con i bin più alti tipicamente utilizzati dove l'output luminoso massimo è critico.

3.2 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in bin con passi di 0.1V da 2.7V a 3.1V. La "B5" nel numero di parte corrisponde a uno di questi bin. Abbinare i bin VF in un progetto può aiutare a garantire una condivisione uniforme della corrente quando più LED sono collegati in parallelo.

• Bin 29:2.7 - 2.8V
• Bin 30:2.8 - 2.9V
• Bin 31:2.9 - 3.0V
• Bin 32:3.0 - 3.1V

3.3 Binning delle Coordinate di Cromaticità

Il colore della luce bianca è definito dalle sue coordinate di cromaticità (x, y) sul diagramma CIE 1931. La scheda tecnica definisce quattro bin rettangolari (3, 4, 5, 6) su questo grafico. La "Y" nel numero di parte probabilmente fa riferimento alla resina diffondente gialla e al relativo bin di colore (es. bin 5). La tolleranza specificata è di ±0.01 in entrambe le coordinate x e y, che è una tolleranza standard per i LED bianchi e garantisce un colore percepito coerente all'interno di un lotto.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

Il LED SMD 17-21 ha un package rettangolare compatto. Le dimensioni chiave (in mm) includono una dimensione tipica del corpo di circa 1.6mm di lunghezza e 0.8mm di larghezza, con un'altezza di circa 0.6mm. Le dimensioni esatte, inclusa la posizione dei pad e le tolleranze (±0.1mm salvo diversa indicazione), sono fornite nel disegno dettagliato del package. Il catodo è chiaramente marcato, essenziale per il corretto orientamento durante l'assemblaggio. Le piccole dimensioni richiedono un progetto preciso dei pad sul PCB per garantire una corretta saldatura e stabilità meccanica.

4.2 Confezionamento e Manipolazione

I componenti sono consegnati in confezioni per dispositivi sensibili all'umidità (MSD). Sono forniti su nastro portante in rilievo (passo 8mm) avvolto su bobine da 7 pollici, con 3000 pezzi per bobina. Il confezionamento include un essiccante ed è sigillato all'interno di una busta di alluminio anti-umidità. L'etichetta della bobina contiene informazioni critiche: Numero di Parte del Cliente (CPN), Numero di Parte del Produttore (P/N), quantità (QTY) e i codici bin specifici per Intensità Luminosa (CAT), Cromaticità (HUE) e Tensione Diretta (REF).

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione e saldatura corretta sono cruciali per l'affidabilità dei componenti SMD.

5.1 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

Il LED è sensibile all'umidità (classificazione MSL implicita). La busta non deve essere aperta finché i componenti non sono pronti per l'uso. Dopo l'apertura, i LED non utilizzati devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% UR e utilizzati entro 168 ore (7 giorni). Se questo periodo viene superato o l'essiccante indica saturazione, è richiesta una cottura a 60±5°C per 24 ore prima dell'uso per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" durante la saldatura a rifusione.

5.2 Processo di Saldatura

Saldatura a Rifusione:È specificato un profilo di rifusione senza piombo con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi. Il componente non deve subire più di due cicli di rifusione. Deve essere evitato lo stress sul corpo del LED durante il riscaldamento.

Saldatura Manuale:Se necessario, la saldatura manuale può essere eseguita con una temperatura della punta del saldatore ≤350°C per ≤3 secondi per terminale, utilizzando un saldatore a bassa potenza (≤25W). Si consiglia un intervallo di raffreddamento >2 secondi tra i terminali. La scheda tecnica avverte fortemente che la saldatura manuale spesso porta a danni.

Riparazione:La riparazione dopo la saldatura è sconsigliata. Se inevitabile, deve essere utilizzato un saldatore a doppia testa specializzato per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, prevenendo lo stress termico sul die. L'impatto sulle caratteristiche del LED deve essere valutato preventivamente.

6. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

6.1 Scenari Applicativi Tipici

• Retroilluminazione:Ideale per gruppi di strumenti del cruscotto, interruttori a membrana, tastiere e simboli grazie al suo ampio angolo di visione e alla distribuzione uniforme della luce.
• Indicatori di Stato:Perfetti per luci di stato di alimentazione, connettività o funzione in apparecchiature di telecomunicazione (telefoni, fax), elettronica di consumo e controlli industriali.
• Retroilluminazione LCD:Può essere utilizzato per retroilluminazione edge-lit o direct-lit in piccoli display LCD monocromatici o a colori.
• Indicazione Generica:Qualsiasi applicazione che richieda una luce indicatrice bianca compatta, affidabile e luminosa.

6.2 Considerazioni Critiche di Progetto

1. La Limitazione di Corrente è Obbligatoria:Un LED è un dispositivo pilotato in corrente. Un resistore in serie deve essere sempre utilizzato per impostare la corrente diretta. La scheda tecnica avverte che senza di esso, una piccola variazione nella tensione di alimentazione può causare una variazione ampia e distruttiva della corrente. Il valore del resistore è calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R = (V_alimentazione - VF_LED) / I_desiderata. Utilizzare sempre la VF massima dal bin o dalla scheda tecnica per un progetto conservativo.
2. Gestione Termica:Sebbene il package sia piccolo, la dissipazione di potenza (fino a 40mW) genera calore. Per il funzionamento continuo ad alte correnti (vicino a 10mA), assicurarsi che il PCB abbia un'adeguata dissipazione termica, specialmente se più LED sono raggruppati. Alte temperature di giunzione riducono l'output luminoso e la durata.
3. Protezione ESD:Il dispositivo ha una classificazione ESD HBM di 150V, che è relativamente bassa. Dovrebbero essere seguite le normali precauzioni ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio.
4. Progetto Ottico:L'angolo di visione di 150° e la resina diffondente gialla creano un fascio morbido e ampio. Per l'illuminazione focalizzata, sarebbero necessarie lenti esterne o guide della luce. La resina diffondente aiuta a ottenere un aspetto uniforme quando utilizzata dietro un pannello diffusore.

7. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il package 17-21 si colloca in una categoria di LED SMD molto piccoli. I suoi principali fattori di differenziazione sono la combinazione di un'intensità luminosa relativamente alta (fino a 180 mcd) all'interno di un ingombro estremamente ridotto (1.6x0.8mm). Rispetto a LED SMD più grandi (es. 3528, 5050), offre un risparmio di spazio superiore ma può avere un output luminoso totale o una gestione della potenza inferiori. Rispetto ai LED chip ancora più piccoli, offre una manipolazione più facile grazie alla sua forma incapsulata e alla lente integrata. L'esplicito binning per intensità, tensione e cromaticità fornisce un livello di coerenza delle prestazioni fondamentale per applicazioni che richiedono un aspetto uniforme, come array di retroilluminazione.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Perché la corrente diretta è limitata a 10mA se può gestire impulsi di 100mA?

R: La specifica di 10mA è per il funzionamento continuo, garantendo affidabilità a lungo termine e mantenendo le prestazioni ottiche specificate. La specifica di impulso di 100mA è per brevi durate (es. 0.1ms ogni 1ms). Il funzionamento continuo ad alta corrente aumenta la temperatura di giunzione, causando un degrado accelerato del fosforo e del semiconduttore, portando a un affievolimento prematuro o al guasto.

D: Come scelgo il resistore limitatore di corrente corretto?

R: Usa la formula R = (V_alimentazione - VF) / IF. Per un'alimentazione di 5V e una corrente target di 5mA, usando la VF massima di 3.1V per sicurezza: R = (5 - 3.1) / 0.005 = 380 Ohm. Il valore standard più vicino (390 Ohm) sarebbe una buona scelta. Verifica sempre la potenza nominale del resistore: P = I^2 * R.

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin GPIO di un microcontrollore?

R: Possibilmente, ma con cautela. Un tipico pin GPIO può erogare/assorbire 20-25mA. Devi includere un resistore in serie. Inoltre, assicurati che la tensione di uscita del microcontrollore sia sufficientemente alta per superare la VF del LED (2.7-3.1V). Un microcontrollore a 3.3V potrebbe funzionare all'estremità inferiore dell'intervallo VF, ma un'alimentazione a 5V è più affidabile. Non collegare mai il LED direttamente tra il pin e massa senza un resistore.

D: Cosa significano "Senza Piombo" e "Senza Alogeni" per la mia applicazione?

R: "Senza Piombo" significa che le finiture saldabili non contengono piombo, conformi a normative ambientali come la RoHS. "Senza Alogeni" (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) significa che il materiale di imballaggio plastico contiene alogeni minimi, il che riduce l'emissione di fumi tossici se il dispositivo è esposto a calore estremo o fuoco, migliorando i profili ambientali e di sicurezza.

9. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di una tastiera retroilluminata per un dispositivo medico.

Il progetto richiede 12 luci indicatrici bianche dietro tasti in gomma siliconica. Lo spazio è estremamente limitato sul PCB a doppia faccia. Il LED 17-21 è selezionato per il suo ingombro minimo. Il progettista sceglie il bin di intensità luminosa R2 per garantire una buona visibilità in un ambiente ben illuminato. Tutti i LED sono specificati dallo stesso bin VF (es. 30) per promuovere una luminosità uniforme quando collegati in una configurazione parallela pilotata da un singolo resistore limitatore di corrente per ramo parallelo (non un singolo resistore per tutti e 12). Il layout del PCB posiziona i pad di dissipazione termica secondo il disegno della scheda tecnica. Alla ditta di assemblaggio viene istruito di seguire il profilo di rifusione specificato e di mantenere i componenti nella loro busta sigillata fino al momento prima del posizionamento. Dopo l'assemblaggio, l'ampio angolo di visione di 150° garantisce che ogni tasto sia illuminato uniformemente senza punti caldi.

10. Principio di Funzionamento e Tendenze Tecnologiche

10.1 Principio di Funzionamento di Base

Questo è un LED bianco a conversione di fosforo. Il nucleo è un chip semiconduttore in Nitruro di Gallio e Indio (InGaN) che emette luce nello spettro blu o vicino all'ultravioletto quando polarizzato direttamente (elettroluminescenza). Questa luce primaria viene poi assorbita da uno strato di fosforo - in questo caso un fosforo che emette giallo, sospeso nella resina diffondente incapsulante. Il fosforo riemette luce a lunghezze d'onda più lunghe (giallo). La combinazione della luce blu non convertita dal chip e della luce gialla convertita dal fosforo risulta nella percezione di luce "bianca". La tonalità esatta (bianco freddo, bianco puro, bianco caldo) è determinata dalla composizione e dalla quantità di fosforo utilizzato, che è controllata durante la produzione per rientrare nei bin di cromaticità specificati.

10.2 Tendenze Tecnologiche Obiettivo

La tendenza generale nella tecnologia dei LED SMD continua verso diversi obiettivi chiave:Aumento dell'Efficienza (lm/W):Migliorare l'output luminoso per unità di potenza elettrica in ingresso, riducendo il consumo energetico e il carico termico.Maggiore Affidabilità e Durata:Migliorare materiali e imballaggio per resistere a temperature più elevate e più ore di funzionamento con una riduzione minima del flusso luminoso.Migliore Coerenza e Resa del Colore:Tolleranze di binning più strette e lo sviluppo di fosfori che offrono valori di Indice di Resa Cromatica (CRI) più alti per una luce bianca dall'aspetto più naturale.Ulteriore Miniaturizzazione:Lo sviluppo di ingombri del package ancora più piccoli mantenendo o aumentando l'output luminoso.Soluzioni Integrate:La crescita di LED con regolatori di corrente integrati, controller o più chip in un singolo package per semplificare la progettazione del circuito. Il LED 17-21 rappresenta un punto maturo e conveniente in questa evoluzione continua, ottimizzato per prestazioni affidabili in applicazioni ad alto volume e con vincoli di spazio.