Scheda Tecnica LED SMD Giallo Diffuso AlInGaP - Angolo Visivo 120° - Tensione Diretta 1.8-2.4V - Dissipazione 72mW - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD) che utilizza un materiale semiconduttore in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) per produrre una luce gialla diffusa. Progettato per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB), questo componente è caratterizzato dalle sue dimensioni ridotte, rendendolo adatto per applicazioni con vincoli di spazio in un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questo LED includono la conformità alle direttive sulla restrizione delle sostanze pericolose (RoHS), la compatibilità con le attrezzature automatiche pick-and-place e l'idoneità per i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR). Viene fornito su nastro da 8 mm standard del settore avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, facilitando la produzione di grandi volumi. Il dispositivo è precondizionato secondo gli standard di sensibilità all'umidità JEDEC Livello 3. Le sue applicazioni target spaziano dalle infrastrutture di telecomunicazioni, apparecchiature per l'automazione d'ufficio, elettrodomestici, pannelli di controllo industriali e segnaletica interna. Usi specifici includono indicatori di stato, illuminazione simbolica e retroilluminazione dei pannelli frontali.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Una comprensione completa dei limiti operativi e delle prestazioni del dispositivo in condizioni standard è fondamentale per una progettazione del circuito affidabile.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti non è garantito. Tutti i valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Dissipazione di Potenza (Pd):72 mW. Questa è la massima potenza che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_F(peak)):80 mA. Questa corrente è ammessa solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0,1 ms.
• Corrente Diretta Continua (I_F):30 mA DC. Questa è la corrente massima raccomandata per il funzionamento continuo.
• 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

Questi parametri definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo in condizioni operative normali, misurate a Ta=25°C e una corrente di prova (I_F) di 20mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (I_V):Varia da un minimo di 140,0 mcd a un massimo di 450,0 mcd. Il valore tipico rientra in questo intervallo. L'intensità è misurata utilizzando una combinazione di sensore e filtro che approssima la curva di risposta fotopica (CIE) dell'occhio.
• Angolo Visivo (2θ_1/2):120 gradi (tipico). Questo ampio angolo visivo, definito come l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del valore assiale, è il risultato della lente diffusa, fornendo un pattern di illuminazione ampio e uniforme adatto per applicazioni come indicatori.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):Circa 592 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza raggiunge il suo massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Specificata tra 584,5 nm e 594,5 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano per definire il colore (giallo) ed è derivata dalle coordinate di cromaticità CIE.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):Circa 15 nm (tipico). Questo indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa.
• Tensione Diretta (V_F):Varia da 1,8 V (min) a 2,4 V (max) a 20mA. Il valore tipico rientra in questo intervallo. Questo parametro è cruciale per la progettazione del driver e la selezione dell'alimentazione.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo di 10 μA quando viene applicata una tensione inversa (V_R) di 5V. È fondamentale notare che il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa; questa condizione di prova è solo per la caratterizzazione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione e consentire ai progettisti di selezionare LED con caratteristiche strettamente raggruppate, i dispositivi vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave.

3.1 Binning della Tensione Diretta (V_f)

Le unità sono in Volt (V) misurate a I_F= 20mA. Ogni bin ha una tolleranza di ±0,1V.

• Bin D2:1,8V (Min) a 2,0V (Max)
• Bin D3:2,0V (Min) a 2,2V (Max)
• Bin D4:2,2V (Min) a 2,4V (Max)

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (I_V)

Le unità sono in millicandele (mcd) misurate a I_F= 20mA. La tolleranza su ogni bin è ±11%.

• Bin R2:140,0 mcd a 180,0 mcd
• Bin S1:180,0 mcd a 224,0 mcd
• Bin S2:224,0 mcd a 280,0 mcd
• Bin T1:280,0 mcd a 355,0 mcd
• Bin T2:355,0 mcd a 450,0 mcd

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (W_d)

Le unità sono in nanometri (nm) misurate a I_F= 20mA. La tolleranza per ogni bin è ±1nm.

• Bin H:584,5 nm a 587,0 nm
• Bin J:587,0 nm a 589,5 nm
• Bin K:589,5 nm a 592,0 nm
• Bin L:592,0 nm a 594,5 nm

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include curve caratteristiche tipiche che illustrano la relazione tra vari parametri. Queste curve sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard.

4.1 Caratteristica Corrente vs. Tensione (I-V)

Questa curva mostra la relazione tra la tensione diretta (V_F) e la corrente diretta (I_F). Per i LED AlInGaP, questa curva è tipicamente esponenziale. I progettisti la utilizzano per determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente operativa desiderata e per calcolare la dissipazione di potenza (P_d= V_F* I_F).

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questo grafico descrive come l'emissione luminosa (I_V) varia con la corrente di pilotaggio (I_F). La relazione è generalmente lineare nell'intervallo operativo raccomandato ma satura a correnti più elevate. È cruciale per progettare circuiti in cui è richiesto il controllo della luminosità tramite corrente.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Sono tipicamente incluse curve che mostrano la variazione della tensione diretta e dell'intensità luminosa con la temperatura ambiente. L'intensità luminosa generalmente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione, mentre la tensione diretta diminuisce. Questa informazione è vitale per applicazioni che operano in ambienti a temperature estreme.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Polarità

Il dispositivo è conforme a un contorno di package SMD standard del settore. Disegni meccanici dettagliati specificano lunghezza, larghezza, altezza, passo dei terminali e tolleranze generali (tipicamente ±0,2mm). Il package presenta una lente diffusa per ottenere l'angolo visivo specificato di 120 gradi. La polarità è indicata da un segno del catodo o da una geometria specifica della piazzola sull'impronta del dispositivo.

5.2 Layout Consigliato dei Piazzole PCB

Viene fornito un disegno del land pattern per garantire una saldatura affidabile e una corretta gestione termica. Ciò include le dimensioni e la spaziatura consigliate per le piazzole di saldatura per prevenire ponticelli di stagno e garantire un forte legame meccanico durante i processi di rifusione.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione IR

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

• Temperatura di Pre-riscaldo:150°C a 200°C.
• Tempo di Pre-riscaldo:Massimo 120 secondi.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido:Massimo 10 secondi (si raccomanda di non superare due cicli di rifusione).

Si sottolinea che il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dalla pasta saldante e dal forno, e dovrebbe essere caratterizzato di conseguenza.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, si dovrebbero osservare i seguenti limiti:

• Temperatura del Saldatore:Massimo 300°C.
• Tempo di Saldatura:Massimo 3 secondi per giunto. Questa operazione dovrebbe essere eseguita una sola volta.

6.3 Condizioni di Stoccaggio e Manipolazione

Uno stoccaggio corretto è fondamentale per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare "popcorning" (crepe nel package) durante la rifusione.

• Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR). Utilizzare entro un anno.
• Confezione Aperta:Conservare a ≤30°C e ≤60% UR. I componenti dovrebbero essere sottoposti a rifusione entro 168 ore (7 giorni) dall'esposizione. Per stoccaggi più lunghi, utilizzare un contenitore sigillato con essiccante o un essiccatore a azoto.
• Essiccazione (Baking):Se esposti per più di 168 ore, essiccare a circa 60°C per almeno 48 ore prima dell'assemblaggio per rimuovere l'umidità.

6.4 Pulizia

Se è richiesta una pulizia post-saldatura, utilizzare solo solventi specificati. Si raccomanda l'immersione in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare il package del LED.

7. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

7.1 Metodo di Pilotaggio

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per garantire una luminosità uniforme quando si pilotano più LED, dovrebbero essere collegati in serie con una resistenza limitatrice di corrente o, preferibilmente, pilotati da una sorgente di corrente costante. Non è raccomandato collegare i LED direttamente in parallelo a causa delle variazioni nella tensione diretta (V_F), che possono portare a uno squilibrio significativo della corrente e a una luminosità non uniforme.

7.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia relativamente bassa (72mW max), una corretta progettazione termica sul PCB è comunque importante, specialmente quando si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima. Una temperatura di giunzione eccessiva ridurrà l'emissione luminosa e accorcerà la durata del dispositivo. Garantire un'adeguata area di rame attorno alle piazzole di saldatura aiuta la dissipazione del calore.

7.3 Precauzioni per l'Applicazione

Questo prodotto è destinato all'uso in apparecchiature elettroniche commerciali e industriali standard. È richiesta una consultazione speciale per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale o in cui un guasto potrebbe compromettere la sicurezza, come nell'aviazione, nei sistemi di supporto vitale medico o nei sistemi di controllo dei trasporti. I progettisti devono attenersi a tutti i valori massimi assoluti e alle condizioni operative raccomandate.

8. Specifiche di Imballaggio e Nastro

I LED sono forniti su nastro portante goffrato da 8 mm di larghezza sigillato con nastro di copertura, avvolto su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. L'imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481. Vengono forniti dettagli dimensionali chiave per la tasca del nastro e per il mozzo/flangia della bobina per garantire la compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatizzate.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

I fattori chiave di differenziazione di questo LED giallo AlInGaP sono la combinazione di un ampio angolo visivo di 120 gradi (reso possibile dalla lente diffusa) e le specifiche proprietà cromatiche del sistema di materiale AlInGaP, che tipicamente offre un'elevata efficienza luminosa e una buona stabilità del colore rispetto alla temperatura e alla corrente rispetto ad alcune altre tecnologie per l'emissione gialla. La struttura dettagliata di binning per V_F, I_V, e λ_dconsente una selezione precisa in applicazioni critiche per il colore o la luminosità.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?

La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P) è la lunghezza d'onda fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) è un valore calcolato basato sulla percezione del colore umana (coordinate CIE) e rappresenta la singola lunghezza d'onda del colore spettrale puro che corrisponde al colore percepito del LED. Per scopi progettuali, la lunghezza d'onda dominante è più rilevante per la specifica del colore.

10.2 Posso pilotare questo LED a 30mA in modo continuo?

Sì, 30mA DC è la massima corrente diretta continua nominale. Tuttavia, per una longevità e affidabilità ottimali, è spesso consigliabile operare al di sotto del massimo assoluto, ad esempio alla tipica corrente di prova di 20mA. La corrente di pilotaggio effettiva dovrebbe essere determinata in base alla luminosità richiesta e alle condizioni termiche dell'applicazione.

10.3 Perché c'è un limite di tempo rigido per la rifusione dopo l'apertura della confezione?

I package SMD possono assorbire umidità dall'atmosfera. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, questa umidità intrappolata può vaporizzarsi rapidamente, creando una pressione interna che può crepare il package o delaminare le interfacce interne - un guasto noto come "popcorning". La durata di vita di 168 ore (floor life) è il tempo massimo di esposizione raccomandato per cui questo rischio è gestito, presupponendo lo stoccaggio entro i limiti specificati di temperatura e umidità.

11. Caso di Studio di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello multi-indicatore di stato per un router di rete.Il pannello richiede che diversi LED di stato gialli siano uniformemente luminosi. Il progettista seleziona LED dallo stesso bin di Intensità (es. Bin T1: 280-355 mcd) per garantire una variazione visiva minima. Per semplificare la progettazione dell'alimentazione, vengono scelti LED da un bin di Tensione Diretta più stretto (es. Bin D3: 2,0-2,2V). I LED sono pilotati in una configurazione a stringa in serie da un'alimentazione a 12V utilizzando un driver a corrente costante impostato a 20mA, garantendo una corrente identica attraverso ciascun LED e una perfetta corrispondenza della luminosità. L'ampio angolo visivo di 120 gradi garantisce che gli indicatori siano chiaramente visibili da varie angolazioni in un ambiente d'ufficio. Il layout del PCB include la geometria consigliata delle piazzole e una piccola connessione di alleggerimento termico a un piano di massa per la dissipazione del calore.

12. Principio di Funzionamento

Questo LED si basa su un'eterostruttura semiconduttrice in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP). Quando viene applicata una tensione di polarizzazione diretta che supera l'energia del bandgap del materiale, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano in modo radiativo. L'energia rilasciata durante questa ricombinazione corrisponde a fotoni nell'intervallo di lunghezze d'onda giallo (circa 590 nm). La lente epossidica diffusa che incapsula il chip semiconduttore disperde la luce emessa, ampliando il pattern di radiazione da un fascio stretto all'angolo visivo specificato di 120 gradi, creando un aspetto più diffuso e uniforme adatto per applicazioni come indicatori.

13. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia LED a montaggio superficiale continua a evolversi verso una maggiore efficienza, dimensioni del package più piccole e una migliore resa cromatica. Mentre l'AlInGaP rimane un materiale dominante per LED rossi, arancioni e gialli ad alta efficienza, la ricerca in corso si concentra sull'ottimizzazione delle strutture epitassiali e dei sistemi di fosfori per spingere ulteriormente i limiti di efficienza. Le tendenze nel packaging includono progetti migliorati di gestione termica all'interno della stessa impronta e lo sviluppo di profili ancora più sottili per l'elettronica di consumo ultra-sottile. La spinta verso l'automazione e l'affidabilità continua a perfezionare gli standard per l'imballaggio su nastro e bobina e la compatibilità con la saldatura a rifusione.