Scheda Tecnica LED SMD 0603 Verde - Dimensioni 1.6x0.8x0.6mm - Tensione 3.2V - Potenza 76mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un Diodo Emettitore di Luce (LED) a montaggio superficiale (SMD) nel formato di package 0603. Il dispositivo utilizza un materiale semiconduttore a Nitruro di Indio e Gallio (InGaN) per produrre luce verde. È progettato per processi di assemblaggio automatizzati ed è compatibile con le tecniche standard di saldatura a rifusione a infrarossi e a fase vapore, rendendolo adatto per la produzione elettronica di alto volume.

I vantaggi principali di questo componente includono l'ingombro ridotto, la compatibilità con le direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose) e la progettazione per l'affidabilità nei sistemi di posizionamento automatizzati. È destinato all'uso in un'ampia gamma di applicazioni elettroniche consumer e industriali dove sono richiesti indicatori luminosi, retroilluminazione o display di stato.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I valori massimi assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi valori non sono per il funzionamento continuo.

• Dissipazione di Potenza (Pd):76 mW. Questa è la potenza totale massima che il package LED può dissipare come calore a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.
• Corrente Diretta di Picco (I_F(PEAK)):100 mA. Questa è la corrente massima ammissibile in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms). Superare questo valore può causare un guasto catastrofico immediato.
• Corrente Diretta Continua (I_F):20 mA. Questa è la corrente massima raccomandata per il funzionamento continuo in DC per garantire affidabilità a lungo termine e un'uscita luminosa stabile.
• Derating della Corrente DC:Oltre i 50°C di temperatura ambiente, la corrente continua massima ammissibile diminuisce linearmente a un tasso di 0.25 mA per grado Celsius. Questo è fondamentale per la gestione termica in ambienti chiusi o ad alta temperatura.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può rompere la giunzione PN del LED.
• Temperatura di Funzionamento e Conservazione:Il dispositivo è classificato per funzionare tra -20°C e +80°C e può essere conservato tra -30°C e +100°C.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard di 25°C di temperatura ambiente e una corrente diretta (I_F) di 20 mA, salvo diversa specificazione.

• Intensità Luminosa (I_V):Varia da un minimo di 71.0 mcd a un massimo di 450.0 mcd, con un valore tipico fornito. Questa ampia gamma è gestita attraverso un sistema di binning (dettagliato in seguito). L'intensità è misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla risposta fotopica dell'occhio umano (curva CIE).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore misurato sull'asse. Un angolo di 130 gradi indica un pattern di luce ampio e diffuso, adatto per applicazioni di indicatori.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P):530 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'uscita di potenza spettrale è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):525 nm. Questa è derivata dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda che meglio descrive il colore percepito della luce. È il parametro chiave per la coerenza del colore.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):35 nm. Questa è la larghezza dello spettro emesso a metà della sua potenza massima (Larghezza a Metà Altezza - FWHM). Una larghezza di banda più stretta indica un colore più puro e saturo.
• Tensione Diretta (V_F):Varia da 2.80 V (Min) a 3.60 V (Max), con un valore tipico di 3.20 V a 20 mA. Questa variazione è gestita dal binning della tensione.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo di 10 µA quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5 V. Un valore significativamente più alto di questo nell'applicazione può indicare un dispositivo danneggiato.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in "bin" in base a parametri di prestazione chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano specifici requisiti di tolleranza per la loro applicazione.

3.1 Binning della Tensione Diretta

Le unità sono classificate in base alla loro tensione diretta (V_F) misurata a 20 mA. I bin (da D7 a D10) hanno una tolleranza di ±0.1V all'interno di ciascun bin.
Esempio: Il bin D8 contiene LED con V_Ftra 3.00V e 3.20V.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa

Le unità sono classificate in base alla loro intensità luminosa (I_V) misurata a 20 mA. I bin (Q, R, S, T) hanno una tolleranza di ±15% all'interno di ciascun bin.
Esempio: Il bin S contiene LED con intensità tra 180.0 mcd e 280.0 mcd.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Le unità sono classificate in base alla loro lunghezza d'onda dominante (λ_d) misurata a 20 mA. I bin (AP, AQ, AR) hanno una tolleranza di ±1 nm all'interno di ciascun bin.
Esempio: Il bin AQ contiene LED con una lunghezza d'onda dominante tra 525.0 nm e 530.0 nm, producendo una specifica tonalità di verde.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene nel datasheet siano referenziate specifiche curve grafiche (Fig.1, Fig.6), le loro implicazioni sono standard per la tecnologia LED.

• Curva IV:La relazione tra corrente diretta (I_F) e tensione diretta (V_F) è esponenziale. Un piccolo aumento della tensione oltre la tensione di "ginocchio" provoca un grande, potenzialmente dannoso, aumento della corrente. Questo è il motivo per cui il pilotaggio a corrente costante è essenziale.
• Intensità Luminosa vs. Corrente:L'uscita luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta entro l'intervallo di funzionamento. Tuttavia, l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento del calore.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura:L'uscita luminosa di un LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa è una considerazione critica per le applicazioni che operano ad alte temperature ambiente o con una scarsa gestione termica.
• Distribuzione Spettrale:Lo spettro della luce emessa è approssimativamente gaussiano, centrato attorno alla lunghezza d'onda di picco. La lunghezza d'onda dominante definisce il punto di colore percepito sul grafico CIE.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è conforme all'impronta standard EIA 0603, con dimensioni di circa 1.6mm di lunghezza, 0.8mm di larghezza e 0.6mm di altezza (tolleranza ±0.10mm). La lente è trasparente. Per il layout preciso dei pad e la geometria del componente, consultare i disegni meccanici dettagliati.

5.2 Identificazione della Polarità

La polarità è tipicamente indicata da una marcatura sul corpo del componente o da una caratteristica asimmetrica nel package. Il catodo è solitamente contrassegnato. La polarità corretta deve essere osservata durante l'assemblaggio, poiché una polarizzazione inversa superiore a 5V può danneggiare il dispositivo.

5.3 Imballaggio in Nastro e Bobina

I componenti sono forniti su nastro portante goffrato da 8mm di larghezza avvolto su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro. La quantità standard per bobina è di 3000 pezzi. L'imballaggio segue gli standard ANSI/EIA 481-1-A, garantendo la compatibilità con le attrezzature automatiche pick-and-place. Il nastro ha una copertura per proteggere i componenti dalla contaminazione.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il LED è compatibile con processi di saldatura senza piombo (Pb-free). Viene fornito un profilo di rifusione a infrarossi suggerito:
- Preriscaldamento:da 150°C a 200°C.
- Tempo di Preriscaldamento:Massimo 120 secondi per consentire l'equalizzazione termica e l'attivazione del flussante.
- Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
- Tempo Sopra il Liquido:Massimo 10 secondi alla temperatura di picco. La rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è necessario prestare estrema attenzione:
- Temperatura del Saldatore:Massimo 300°C.
- Tempo di Saldatura:Massimo 3 secondi per terminale.
- La saldatura manuale dovrebbe essere eseguita una sola volta per minimizzare lo stress termico sul package in plastica.

6.3 Pulizia

Dovrebbero essere utilizzati solo agenti di pulizia specificati. I solventi raccomandati sono alcol etilico o alcol isopropilico a temperatura ambiente. Il LED dovrebbe essere immerso per meno di un minuto. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare la lente epossidica o il package.

6.4 Conservazione e Manipolazione

- Conservare in un ambiente non superiore a 30°C e al 70% di umidità relativa.
- Una volta rimossi dalla busta barriera all'umidità originale, i componenti dovrebbero essere sottoposti a rifusione entro una settimana.
- Per una conservazione più lunga al di fuori dell'imballaggio originale, utilizzare un contenitore sigillato con essiccante o un'atmosfera di azoto.
- I componenti conservati per oltre una settimana al di fuori della busta dovrebbero essere "baked" a circa 60°C per almeno 24 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

7. Raccomandazioni per la Progettazione Applicativa

7.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

I LED sono dispositivi pilotati a corrente. Per garantire una luminosità uniforme, specialmente quando si collegano più LED in parallelo, si raccomanda vivamente una resistenza limitatrice di corrente in serie per ogni LED (Modello di Circuito A). Pilotare più LED in parallelo direttamente da una sorgente di tensione (Modello di Circuito B) non è raccomandato, poiché piccole variazioni nella caratteristica della tensione diretta (V_F) tra i singoli LED causeranno differenze significative nella ripartizione della corrente e, di conseguenza, nella luminosità.

7.2 Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

Il LED è sensibile alle scariche elettrostatiche. Il danno da ESD può manifestarsi come elevata corrente di dispersione inversa, bassa tensione diretta o completa mancata emissione di luce. Devono essere prese precauzioni:
- Gli operatori dovrebbero indossare braccialetti a terra o guanti antistatici.
- Tutte le postazioni di lavoro, le attrezzature e gli strumenti devono essere correttamente messi a terra.
- Utilizzare ionizzatori per neutralizzare la carica statica che può accumularsi sulla lente in plastica durante la manipolazione.
- Seguire le procedure standard di manipolazione ESD (ANSI/ESD S20.20).

7.3 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa (76mW max), una corretta progettazione termica prolunga la durata e mantiene un'uscita luminosa stabile. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB per lo smaltimento del calore, specialmente quando si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima nominale. Rispettare la specifica di derating della corrente sopra i 50°C.

8. Confronto Tecnico e Considerazioni

Rispetto a tecnologie più vecchie come il GaP, questo LED verde basato su InGaN offre una maggiore efficienza e un'uscita più luminosa. Il package 0603 fornisce un ingombro significativamente più piccolo rispetto ai vecchi package LED come 0805 o 1206, consentendo progetti PCB ad alta densità. L'ampio angolo di visione di 130 gradi è ideale per indicatori omnidirezionali, mentre LED con angolo più stretto potrebbero essere preferiti per applicazioni a fascio focalizzato. Il sistema di binning completo consente una corrispondenza più stretta di colore e luminosità nelle applicazioni critiche rispetto ai componenti non binnati o binnati in modo ampio.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un'uscita logica a 5V?
R: No. Con un tipico V_Fdi 3.2V, collegarlo direttamente a 5V causerebbe una corrente eccessiva e distruggerebbe il LED. È necessario utilizzare una resistenza limitatrice di corrente in serie. Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.

D: Perché c'è un intervallo così ampio nell'intensità luminosa (71-450 mcd)?
R: Questa è la dispersione completa della produzione. Attraverso il sistema di binning (Q, R, S, T), è possibile acquistare LED da un intervallo di intensità specifico e più ristretto (ad es., Bin S: 180-280 mcd) per garantire la coerenza nel vostro prodotto.

D: Questo LED è adatto per uso esterno?
R: L'intervallo di temperatura di funzionamento è -20°C a +80°C. Sebbene possa funzionare in molte condizioni esterne, l'esposizione prolungata alla luce solare diretta, all'umidità e alle radiazioni UV potrebbe degradare la lente epossidica nel tempo. Per ambienti ostili, considerare LED con rivestimento conformale o specificamente classificati per uso esterno.

D: Cosa succede se supero la tensione inversa nominale?
R: Superare i 5V in polarizzazione inversa può causare il breakdown a valanga della giunzione PN, portando a un danno immediato e permanente, spesso un cortocircuito.

10. Caso di Studio: Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore di stato per un router di rete.
Il pannello richiede 10 LED verde brillante identici per mostrare l'attività del collegamento e lo stato di alimentazione. Per garantire che tutti i LED abbiano la stessa luminosità e colore, il progettista specifica il BinSper l'intensità (180-280 mcd) e il BinAQper la lunghezza d'onda dominante (525-530 nm). Per garantire una corrente costante, ogni LED è pilotato da un pin GPIO su un microcontrollore tramite una resistenza in serie da 100 ohm (calcolata per un'alimentazione di 3.3V e una corrente target di ~20mA). Il layout del PCB include un piccolo pad di alleggerimento termico collegato a un piano di massa per la dissipazione del calore. Durante l'assemblaggio, la fabbrica utilizza il profilo di rifusione IR raccomandato e gli operatori seguono i protocolli ESD. Il risultato è un pannello con luci indicatrici uniformi e affidabili.

11. Principio di Funzionamento

Questo è un dispositivo fotonico a semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale di built-in della giunzione, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva (il pozzo quantico InGaN). Questi portatori di carica si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore InGaN, che viene ingegnerizzata durante il processo di crescita epitassiale per produrre luce verde (~525-530 nm). La lente epossidica serve a proteggere il die semiconduttore, modellare il fascio di luce in uscita e migliorare l'estrazione della luce dal chip.

12. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia sottostante per i LED verdi, l'InGaN, continua a evolversi. Le tendenze includono:
- Aumento dell'Efficienza:La ricerca in corso mira a ridurre l'"efficiency droop" (il calo di efficienza a correnti di pilotaggio più elevate) e a migliorare l'efficienza quantistica interna, portando a LED più luminosi a potenza inferiore.
- Miniaturizzazione:Le dimensioni del package continuano a ridursi (ad es., da 0603 a 0402 e più piccole) per soddisfare le esigenze dell'elettronica di consumo ultra-compatta.
- Migliore Coerenza del Colore:I progressi nella crescita epitassiale e negli algoritmi di binning consentono tolleranze di colore più strette direttamente dalla produzione, riducendo la necessità di una selezione secondaria.
- Maggiore Affidabilità:I miglioramenti nei materiali di packaging e nelle tecnologie di attacco del die stanno estendendo le durate operative e aumentando la resistenza allo stress termico e meccanico.