Scheda Tecnica LED SMD 0603 Verde - Dimensioni 1.6x0.8x0.6mm - Tensione 2.8-3.8V - Potenza 80mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un LED (Diodo Emettitore di Luce) SMD (Dispositivo a Montaggio Superficiale) in miniatura in un package standard 0603. Questo componente è progettato per il montaggio automatizzato su circuito stampato (PCB) ed è ideale per applicazioni con vincoli di spazio. Il LED emette luce verde utilizzando un materiale semiconduttore InGaN (Nitruro di Indio e Gallio), fornendo una sorgente luminosa brillante ed efficiente adatta a un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche moderne.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questo LED includono le dimensioni estremamente compatte, la compatibilità con le macchine automatiche pick-and-place e l'idoneità per i processi di saldatura a rifusione IR ad alto volume. È progettato per essere conforme alla direttiva RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose). I suoi mercati di riferimento spaziano dall'elettronica di consumo, alle telecomunicazioni, all'informatica e alle apparecchiature industriali. Applicazioni tipiche includono indicatori di stato, retroilluminazione per pannelli frontali e tastiere, illuminazione di segnali e illuminazione decorativa in dispositivi come telefoni cellulari, laptop, hardware di rete, elettrodomestici e cartellonistica interna.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce una suddivisione dettagliata delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche del LED. Comprendere questi parametri è fondamentale per una progettazione del circuito affidabile e un'integrazione di sistema efficace.

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 sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Dissipazione di Potenza (Pd):80 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il package del LED può dissipare come calore senza superare i suoi limiti termici.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni di impulso (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms) per prevenire il surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua (I_F):20 mA. Questa è la massima corrente diretta continua consigliata per il funzionamento normale.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-40°C a +85°C. Il LED è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-40°C a +100°C. Il dispositivo può essere conservato senza alimentazione applicata entro questo intervallo.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a Ta=25°C e I_F=20mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (I_V):450 - 1400 mcd (millicandela). Questa è una misura della luminosità percepita del LED dall'occhio umano. L'ampio intervallo indica che il dispositivo è disponibile in diversi bin di luminosità (vedi Sezione 3).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):110 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa è la metà di quella misurata sull'asse (0 gradi). Un angolo di 110 gradi indica un pattern di visione ampio e diffuso.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):518 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):520 - 535 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che meglio corrisponde al colore della luce emessa dal LED. È il parametro chiave per la specifica del colore.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):35 nm (tipico). Questo indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa, misurata come larghezza totale a metà altezza (FWHM) dello spettro di emissione.
• Tensione Diretta (V_F):2.8 - 3.8 V a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando è percorso da corrente. L'intervallo corrisponde a diversi bin di tensione.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (max) a V_R=5V. I LED non sono progettati per funzionare in polarizzazione inversa. Questo parametro è principalmente per test di garanzia della qualità.

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 requisiti specifici di luminosità, colore e tensione.

3.1 Binning della Tensione Diretta (V_F)

I LED sono categorizzati in bin in base alla loro caduta di tensione diretta a 20mA. Ogni bin ha una tolleranza di ±0.1V. I bin sono: D7 (2.8-3.0V), D8 (3.0-3.2V), D9 (3.2-3.4V), D10 (3.4-3.6V) e D11 (3.6-3.8V). Selezionare LED dallo stesso bin V_Faiuta a garantire una luminosità uniforme quando più LED sono collegati in parallelo.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (I_V)

I LED sono ordinati per luminosità in cinque bin di intensità, ciascuno con una tolleranza di ±11%. I bin sono: U1 (450-560 mcd), U2 (560-710 mcd), V1 (710-900 mcd), V2 (900-1120 mcd) e W1 (1120-1400 mcd). Ciò consente la selezione in base ai requisiti di luminosità dell'applicazione.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d)

Il colore (tonalità) della luce verde è controllato dal binning della lunghezza d'onda dominante, con una tolleranza di ±1nm per bin. I bin sono: AP (520-525 nm), AQ (525-530 nm) e AR (530-535 nm). Ciò garantisce la coerenza del colore tra più LED in un display o in un array di indicatori.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Le rappresentazioni grafiche delle caratteristiche del LED forniscono una comprensione più approfondita del suo comportamento in condizioni variabili. La scheda tecnica include curve tipiche per le seguenti relazioni (fare riferimento al documento originale per i grafici specifici).

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

Questa curva mostra la relazione esponenziale tra la corrente che scorre attraverso il LED e la tensione ai suoi capi. È non lineare, il che significa che una piccola variazione di tensione può causare una grande variazione di corrente. Questo è il motivo per cui i LED dovrebbero essere pilotati da una sorgente limitata in corrente, non da una sorgente di tensione costante.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra come l'uscita luminosa (in mcd) aumenti all'aumentare della corrente diretta. È generalmente lineare in un certo intervallo ma saturerà a correnti molto elevate a causa degli effetti termici e del calo di efficienza.

4.3 Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente

Questa curva dimostra la dipendenza termica dell'uscita luminosa. Tipicamente, l'intensità luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. Comprendere questa derating è fondamentale per le applicazioni che operano in ambienti ad alta temperatura.

4.4 Distribuzione Spettrale

Questo grafico mostra la potenza ottica relativa emessa a diverse lunghezze d'onda. È centrato attorno alla lunghezza d'onda di picco (518 nm) e ha una forma caratteristica definita dalla larghezza a mezza altezza (35 nm).

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è alloggiato in un package standard EIA 0603. Le dimensioni chiave (in millimetri) includono una lunghezza del corpo di 1.6mm, una larghezza di 0.8mm e un'altezza di 0.6mm. I terminali anodo e catodo sono chiaramente marcati. Tutte le tolleranze dimensionali sono ±0.1mm salvo diversa specifica. Un disegno dimensionale dettagliato è fornito nella scheda tecnica originale.

5.2 Layout Consigliato dei Pad di Saldatura su PCB

Viene fornito un diagramma del land pattern per progettare i pad di saldatura sul PCB. Questo pattern è ottimizzato per una saldatura affidabile durante i processi di rifusione IR, garantendo una corretta formazione del filetto di saldatura e stabilità meccanica.

5.3 Identificazione della Polarità

Il package del LED ha una marcatura o una forma specifica (spesso una tacca o un punto verde) per identificare il terminale catodo. La polarità corretta deve essere osservata durante il montaggio per garantire il corretto funzionamento.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profilo di Rifusione IR Consigliato

Per i processi di saldatura senza piombo, è consigliato un profilo di temperatura di rifusione specifico, conforme a J-STD-020B. I parametri chiave includono una zona di pre-riscaldamento (150-200°C, max 120 sec), una temperatura di picco non superiore a 260°C e un tempo sopra il liquidus (TAL) appropriato per la pasta saldante utilizzata. Il componente può resistere a questo profilo un massimo di due volte.

6.2 Condizioni di Conservazione

I dispositivi sensibili all'umidità, non aperti, devono essere conservati a ≤30°C e ≤70% UR e utilizzati entro un anno. Una volta aperta la busta barriera all'umidità, i LED devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% UR. I componenti esposti all'aria ambiente per più di 168 ore richiedono una procedura di baking (circa 60°C per almeno 48 ore) prima della rifusione per prevenire il "popcorning" o la delaminazione durante la saldatura.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, devono essere utilizzati solo solventi a base di alcol specificati come alcol etilico o alcol isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare il package del LED.

6.4 Saldatura Manuale

Se è richiesta la saldatura manuale, la temperatura del saldatore non deve superare i 300°C e il tempo di saldatura deve essere limitato a un massimo di 3 secondi per terminale. La saldatura manuale deve essere eseguita una sola volta.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti su nastro portante in rilievo da 12mm di larghezza avvolto su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 4000 pezzi. Le dimensioni del nastro e della bobina sono conformi agli standard ANSI/EIA-481 per garantire la compatibilità con le apparecchiature di montaggio automatizzate.

7.2 Quantità Minima d'Ordine

La quantità di confezionamento standard è di 4000 pezzi per bobina. È disponibile una quantità minima di confezionamento di 500 pezzi per quantità residue.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per una luminosità costante, specialmente quando si utilizzano più LED in parallelo, ogni LED dovrebbe essere pilotato dalla propria resistenza limitatrice di corrente collegata in serie. Pilotare i LED direttamente da un pin di un microcontrollore richiede di assicurarsi che la capacità di erogazione/assorbimento di corrente del pin e la V_Ftotale della catena di LED rientrino nei limiti di tensione del sistema.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante per impostare la corrente operativa a 20mA o meno per il funzionamento continuo.
• Gestione Termica:Sebbene il package sia piccolo, assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche se si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima per mantenere prestazioni e longevità.
• Protezione ESD:Sebbene non esplicitamente dichiarato, durante il montaggio devono essere osservate le normali precauzioni di manipolazione ESD (Scarica Elettrostatica) per dispositivi a semiconduttore.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Questo LED verde 0603, basato sulla tecnologia InGaN, offre diversi vantaggi chiave. Rispetto alle tecnologie più vecchie come AlGaInP (usata per il rosso/giallo), l'InGaN fornisce una maggiore efficienza e luminosità per le lunghezze d'onda verde e blu. Il package 0603 è una delle impronte standardizzate più piccole per LED SMD, offrendo un significativo risparmio di spazio rispetto a package più grandi come 0805 o 1206. Il suo ampio angolo di visione di 110 gradi lo rende adatto per applicazioni che richiedono un'ampia visibilità, a differenza dei LED ad angolo stretto utilizzati per l'illuminazione focalizzata.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Posso pilotare questo LED direttamente con un'alimentazione a 5V?

No. Collegare un'alimentazione a 5V direttamente ai capi del LED causerebbe un flusso di corrente eccessivo, probabilmente distruggendolo istantaneamente. È necessario utilizzare sempre una resistenza limitatrice di corrente in serie. Il valore della resistenza può essere calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Ad esempio, con un'alimentazione a 5V, una V_Fdi 3.2V e una I_Fdesiderata di 20mA: R = (5 - 3.2) / 0.02 = 90 ohm. Una resistenza standard da 91 ohm o 100 ohm sarebbe appropriata.

10.2 Perché c'è un intervallo così ampio nell'intensità luminosa (450-1400 mcd)?

Questo intervallo rappresenta la diffusione totale di tutta la produzione. Attraverso il processo di binning (Sezione 3.2), i LED vengono suddivisi in intervalli di luminosità specifici e più stretti (es. U1, V2, W1). I progettisti possono specificare un particolare codice bin quando ordinano per garantire LED con luminosità coerente e prevedibile per la loro applicazione.

10.3 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 maggior potenza ottica, misurata da uno spettrometro. La lunghezza d'onda dominante (λ_d) è una misura psicofisica; è la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che apparirebbe avere lo stesso colore all'occhio umano dell'output a spettro ampio del LED. λ_dè più rilevante per la specifica del colore nelle applicazioni visive.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore multi-LED per un router di rete.Il pannello richiede 10 LED verdi per indicare l'attività del collegamento su diverse porte. L'uniformità di luminosità e colore è fondamentale per un aspetto professionale.

1. Selezione dei Componenti:Specificare LED dallo stesso bin di Intensità (es. V1: 710-900 mcd) e dallo stesso bin di Lunghezza d'Onda Dominante (es. AQ: 525-530 nm) per garantire coerenza visiva.
2. Progettazione del Circuito:Progettare dieci circuiti di pilotaggio identici, ciascuno costituito dal LED in serie con una resistenza limitatrice di corrente. Collegare ogni circuito tra un pin GPIO del microcontrollore e massa. Il valore della resistenza è calcolato in base alla tensione alta di uscita del microcontrollore (es. 3.3V) e alla V_Ftipica del LED dal suo bin di tensione.
3. Layout del PCB:Utilizzare il land pattern consigliato. Assicurare un'adeguata spaziatura tra i LED per una distribuzione uniforme della luce e per prevenire il crosstalk termico.
4. Montaggio:Seguire le linee guida del profilo di rifusione IR. Dopo il montaggio, pulire se necessario utilizzando alcol isopropilico.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un LED è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia. In un diodo standard, questa energia viene rilasciata come calore. In un LED, il materiale semiconduttore (in questo caso, InGaN) è scelto in modo che questa energia venga rilasciata principalmente come fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. L'ampio angolo di visione è ottenuto attraverso la geometria del chip LED e le proprietà della lente di incapsulamento.

13. Tendenze di Sviluppo

La tendenza generale nei LED SMD per applicazioni indicatrici è verso dimensioni del package ancora più piccole (es. 0402, 0201) per consentire progetti PCB a densità più elevata. C'è una spinta continua per aumentare l'efficienza luminosa (più luce in uscita per unità di potenza elettrica in ingresso) e migliorare la coerenza del colore attraverso tolleranze di binning più strette. Inoltre, i progressi nei materiali di incapsulamento mirano a migliorare l'affidabilità sotto profili di rifusione a temperature più elevate e a migliorare la resistenza a fattori ambientali come umidità e cicli termici.