Scheda Tecnica LED SMD 19-213 - Verde Brillante - Angolo Visivo 120° - 2.7-3.2V - 25mA - Resina Trasparente - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 19-213 è un LED a montaggio superficiale (SMD) progettato per applicazioni elettroniche moderne e compatte. Utilizza la tecnologia a chip InGaN (Nitruro di Indio e Gallio) per produrre un'emissione luminosa verde brillante. Il vantaggio principale di questo componente è la sua dimensione miniaturizzata, che consente riduzioni significative dell'ingombro sul PCB (circuito stampato), permette una maggiore densità di componenti e contribuisce alla miniaturizzazione complessiva delle apparecchiature finali. La sua costruzione leggera lo rende inoltre una scelta ideale per applicazioni in cui spazio e peso sono vincoli critici.

Il LED è confezionato su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, rendendolo pienamente compatibile con le attrezzature automatiche ad alta velocità per il prelievo e posizionamento (pick-and-place). Questa compatibilità semplifica il processo produttivo per la produzione in serie.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali del LED SMD 19-213 derivano dal suo fattore di forma SMD e dalla conformità dei materiali. L'eliminazione dei tradizionali "lead frame" (telaietti conduttori) comporta una connessione più robusta al PCB e prestazioni migliori in ambienti ad alta vibrazione. Il prodotto è classificato come privo di piombo (Pb-free), conforme alla direttiva RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose) dell'UE e rispetta i regolamenti REACH (Registrazione, Valutazione, Autorizzazione e Restrizione delle Sostanze Chimiche). È inoltre privo di alogeni, con contenuto di Bromo (Br) e Cloro (Cl) ciascuno inferiore a 900 ppm e il loro totale combinato inferiore a 1500 ppm, rendendolo adatto per progetti attenti all'ambiente.

Le applicazioni target sono varie, focalizzate su funzioni di indicazione e retroilluminazione. I mercati chiave includono gli interni automotive (es. retroilluminazione di cruscotti e interruttori), apparecchiature di telecomunicazione (es. luci spia su telefoni e fax) ed elettronica di consumo (es. retroilluminazione piana per LCD, interruttori e simboli). La sua natura general-purpose lo rende adatto anche a una vasta gamma di altre applicazioni di indicazione.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici definiti nella scheda tecnica. Comprendere questi limiti e valori tipici è cruciale per una progettazione del circuito affidabile.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Queste non sono condizioni per il funzionamento normale.

• 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 IR.
• Corrente Diretta (IF): 25mA- La massima corrente continua DC che può scorrere attraverso il LED. Superare questo valore genererà un calore eccessivo, portando a una rapida riduzione del flusso luminoso (lumen depreciation) o a un guasto catastrofico.
• Corrente Diretta di Picco (IFP): 100mA- Questa è la massima corrente impulsiva ammissibile, specificata con un duty cycle di 1/10 e una frequenza di 1kHz. Permette brevi periodi di luminosità più elevata ma deve essere utilizzata con un attento controllo dei tempi.
• Dissipazione di Potenza (Pd): 95mW- La massima potenza che il package può dissipare sotto forma di calore, calcolata come VF * IF. Operare vicino a questo limite richiede un'attenta gestione termica del PCB.
• Scarica Elettrostatica (ESD): 150V (HBM)- Questo rating secondo il modello del corpo umano (HBM) indica un livello moderato di sensibilità alle ESD. Procedure di manipolazione ESD corrette durante l'assemblaggio e la movimentazione sono obbligatorie per prevenire guasti latenti o immediati.
• Temperatura di Esercizio (Topr): -40°C a +85°C- L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è garantito funzionare entro le specifiche pubblicate.
• Temperatura di Conservazione (Tstg): -40°C a +90°C- L'intervallo di temperatura per la conservazione in condizioni di non funzionamento.
• Temperatura di Saldatura (Tsol): Specifica due profili: Saldatura a rifusione (picco di 260°C per un massimo di 10 secondi) e Saldatura manuale (puntale del saldatore a 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale).

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard di Ta=25°C e IF=5mA, salvo diversa indicazione. Definiscono le prestazioni ottiche del LED.

• Intensità Luminosa (Iv): 45 - 112 mcd (Min - Max)- La luminosità percepita del LED misurata in millicandele. L'ampio intervallo indica che viene utilizzato un sistema di binning (dettagliato nella Sezione 3). Il valore tipico non è dichiarato, ricadendo da qualche parte all'interno di questo intervallo.
• Angolo Visivo (2θ1/2): 120° (Tipico)- L'ampiezza angolare alla quale l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco. Questo è un angolo visivo molto ampio, ideale per applicazioni che richiedono visibilità da posizioni fuori asse.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp): 518 nm (Tipico)- La lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza della luce emessa è al massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd): 520 - 535 nm- La singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che evocherebbe lo stesso colore percepito dell'emissione del LED. Questo è il parametro chiave per la specifica del colore ed è anch'esso soggetto a binning.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ): 35 nm (Tipico)- L'ampiezza dello spettro emesso, misurata a metà della potenza massima (Larghezza a Metà Altezza - FWHM). Un valore di 35nm è caratteristico dei LED verdi InGaN.
• Tensione Diretta (VF): 2.70 - 3.20 V- La caduta di tensione ai capi del LED quando è pilotato alla corrente di test di 5mA. Anche questo intervallo è soggetto a binning. La tolleranza per questo parametro è di ±0.05V rispetto al valore del bin.
• Corrente Inversa (IR): 50 μA (Max)- La massima corrente di dispersione quando viene applicata la tensione inversa specificata (5V).

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Il 19-213 utilizza tre parametri di binning indipendenti.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED vengono suddivisi in quattro bin (P1, P2, Q1, Q2) in base alla loro intensità luminosa misurata a IF=5mA. I bin hanno i seguenti intervalli: P1 (45.0-57.0 mcd), P2 (57.0-72.0 mcd), Q1 (72.0-90.0 mcd) e Q2 (90.0-112.0 mcd). Si applica una tolleranza di ±11% al valore del bin. I progettisti devono selezionare il bin appropriato per soddisfare il livello di luminosità richiesto per la loro applicazione.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

La coerenza del colore è gestita suddividendo la lunghezza d'onda dominante in tre gruppi: X (520-525 nm), Y (525-530 nm) e Z (530-535 nm). Si applica una tolleranza di ±1nm. Ciò garantisce che tutti i LED in un determinato lotto producano una tonalità di verde molto simile.

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in cinque gruppi con passi di 0.1V: 29 (2.70-2.80V), 30 (2.80-2.90V), 31 (2.90-3.00V), 32 (3.00-3.10V) e 33 (3.10-3.20V). La tolleranza è di ±0.05V. Conoscere il bin della VF può aiutare a progettare circuiti di limitazione della corrente più precisi, specialmente quando si pilotano più LED in serie.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche tipiche, essenziali per comprendere il comportamento del LED in condizioni non standard.

4.1 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente (Ta). Come tutti i LED, il 19-213 subisce una riduzione del flusso luminoso con l'aumento della temperatura. I progettisti devono tenere conto di questa derating termico nelle applicazioni in cui il LED o il suo ambiente possono riscaldarsi, per garantire che una luminosità sufficiente sia mantenuta alla massima temperatura di esercizio.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra la relazione non lineare tra corrente di pilotaggio ed emissione luminosa. Sebbene l'aumento della corrente incrementi la luminosità, l'efficienza (lumen per watt) tipicamente diminuisce a correnti più elevate a causa dell'aumentata generazione di calore. Mostra anche che l'emissione luminosa si satura quando la corrente si avvicina al valore massimo nominale.

4.3 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta (Curva IV)

La curva IV è fondamentale per la progettazione del circuito. Mostra la relazione esponenziale tra tensione e corrente in un diodo. Il "ginocchio" della curva, intorno alla tensione diretta tipica, è dove il LED inizia a emettere luce in modo significativo. Questa curva è cruciale per selezionare il metodo di limitazione della corrente appropriato (es. valore della resistenza o impostazioni del driver a corrente costante).

4.4 Diagramma di Radiazione

Un diagramma polare raffigura la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa. L'angolo visivo di 120° del 19-213 risulta in un pattern di emissione ampio, simile a lambertiano. Ciò conferma la sua idoneità per l'illuminazione di aree ampie e per indicatori che devono essere visti da varie angolazioni.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package

La scheda tecnica fornisce un disegno 2D dettagliato del package del LED con le dimensioni critiche. Le misure chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive, la dimensione e la posizione delle piazzole di saldatura e la posizione dell'identificatore del catodo (tipicamente una tacca o un segno verde su un angolo). Tutte le tolleranze non specificate sono di ±0.1mm. Questo disegno è essenziale per creare il land pattern (impronta) del PCB nel software CAD.

5.2 Identificazione della Polarità

La polarità corretta è vitale per il funzionamento. Il package include un marcatore visivo per identificare il terminale catodo (-). Progettisti e tecnici di assemblaggio devono fare riferimento al disegno dimensionale per orientare correttamente il componente sul PCB.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il rispetto di queste linee guida è fondamentale per ottenere giunzioni saldate affidabili senza danneggiare il LED.

6.1 Profilo di Rifusione (Reflow)

Viene fornito un profilo di temperatura di rifusione consigliato per saldatura senza piombo. I parametri chiave includono: una zona di preriscaldamento tra 150-200°C per 60-120 secondi, un tempo sopra il liquido (217°C) di 60-150 secondi, una temperatura di picco non superiore a 260°C e un tempo massimo al picco di 10 secondi. La velocità massima di riscaldamento è di 6°C/sec e la velocità massima di raffreddamento è di 3°C/sec. La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte.

6.2 Precauzioni per la Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è richiesta estrema cautela. La temperatura della punta del saldatore deve essere inferiore a 350°C e il tempo di contatto con ciascun terminale non deve superare i 3 secondi. Si consiglia un saldatore a bassa potenza (≤25W). Dovrebbe essere lasciato un intervallo minimo di 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per permettere la dissipazione del calore.

6.3 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in una busta barriera resistente all'umidità con essiccante. La busta non deve essere aperta finché i componenti non sono pronti per l'uso. Dopo l'apertura, i LED non utilizzati dovrebbero essere conservati a ≤30°C e ≤60% di Umidità Relativa e utilizzati entro 168 ore (7 giorni). Se il tempo di conservazione viene superato o l'essiccante indica assorbimento di umidità, è necessario un trattamento di "baking" (essiccazione) a 60±5°C per 24 ore prima dell'uso per prevenire il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I componenti sono forniti in nastro portante goffrato con dimensioni specificate nella scheda tecnica. Il nastro è avvolto su una bobina standard da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Le dimensioni della bobina (diametro del mozzo, diametro della flangia, larghezza) sono fornite per la compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatico.

7.2 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene diversi codici chiave: P/N (Numero di Prodotto), QTY (Quantità di Confezionamento), CAT (Classe/Intensità Luminosa), HUE (Cromaticità/Classe Lunghezza d'Onda Dominante), REF (Classe Tensione Diretta) e LOT No (Numero di Lotto Tracciabile). Comprendere questa etichettatura è importante per il controllo dell'inventario e per garantire che il corretto bin di prestazione venga utilizzato in produzione.

8. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

8.1 La Limitazione di Corrente è Obbligatoria

La scheda tecnica afferma enfaticamente che deve essere utilizzata una resistenza di limitazione della corrente esterna (o un driver a corrente costante).deveessere utilizzato. I LED mostrano un aumento esponenziale rapido della corrente con un piccolo aumento della tensione oltre la loro tensione diretta. Senza limitazione di corrente, anche una minima fluttuazione della tensione di alimentazione può far sì che la corrente superi il valore massimo nominale, portando a un guasto immediato.

8.2 Gestione Termica

Sebbene il package stesso dissipi calore, il percorso principale per la rimozione del calore è attraverso le piazzole di saldatura nel rame del PCB. Per applicazioni che operano ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima, considerare l'uso di un PCB con adeguati "thermal relief", tracce di rame più larghe, o addirittura una piazzola termica dedicata collegata a un piano di massa per aiutare a dissipare il calore.

8.3 Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

Dato il rating ESD HBM di 150V, può essere consigliabile incorporare una protezione ESD di base sulle linee collegate al LED (es. utilizzando un diodo soppressore di tensione transiente o una resistenza in serie) in ambienti soggetti a scariche statiche, specialmente se il LED è accessibile all'utente.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il 19-213 si differenzia principalmente attraverso la combinazione di un angolo visivo molto ampio di 120° e della resina trasparente. Molti LED indicatori utilizzano una resina diffusa per ampliare l'angolo visivo, ma questo riduce l'intensità di picco sull'asse. Il 19-213 raggiunge un ampio angolo con una resina trasparente, che può fornire una luminosità percepita più elevata direttamente sull'asse mantenendo una buona visibilità fuori asse. La sua piena conformità alle moderne normative ambientali (RoHS, REACH, Senza Alogeni) è anche un requisito standard ma essenziale per la maggior parte dei nuovi progetti.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Quale valore di resistenza devo usare con un'alimentazione a 5V?

Il valore della resistenza (R) dipende dalla corrente diretta desiderata (IF) e dalla tensione diretta (VF) del specifico bin del LED. Usare la Legge di Ohm: R = (V_alimentazione - VF) / IF. Ad esempio, con un'alimentazione a 5V, una VF di 3.0V (Bin 31) e un IF target di 20mA: R = (5 - 3.0) / 0.020 = 100 Ohm. Calcolare sempre la dissipazione di potenza nella resistenza: P_resistenza = (V_alimentazione - VF) * IF. In questo caso, P = 2V * 0.02A = 0.04W, quindi una resistenza standard da 1/8W (0.125W) è sufficiente.

10.2 Posso pilotare questo LED con un segnale PWM per la regolazione della luminosità?

Sì, la modulazione di larghezza d'impulso (PWM) è un metodo eccellente per regolare la luminosità dei LED. Funziona commutando rapidamente il LED acceso e spento. La luminosità percepita è proporzionale al duty cycle (la percentuale di tempo in cui il LED è acceso). La regolazione PWM mantiene la coerenza del colore del LED, a differenza della regolazione analogica (riduzione della corrente), che può causare uno spostamento di colore. Assicurarsi che la frequenza PWM sia sufficientemente alta (tipicamente >100Hz) per evitare sfarfallio visibile.

10.3 Perché il processo di conservazione e di "baking" (essiccazione) è così importante?

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 pressione di vapore all'interno del package. Ciò può portare a delaminazione interna, crepe della resina o rottura dei fili di collegamento (wire bonds) - un fenomeno noto come "popcorning". Il confezionamento sensibile all'umidità e le procedure di baking sono progettati per prevenire questa modalità di guasto.

11. Esempi Pratici di Progettazione e Utilizzo

11.1 Array Multi-LED per Retroilluminazione di Pannelli

Per retroilluminare un piccolo LCD o un pannello di interruttori, più LED 19-213 possono essere disposti in un array. A causa del binning della tensione diretta, è generalmente più affidabile collegare i LED in parallelo, ciascuno con la propria resistenza di limitazione della corrente, piuttosto che in serie. Questa configurazione garantisce che le variazioni di VF tra i singoli LED non causino una distribuzione di corrente e una luminosità non uniformi. Un driver a corrente costante IC progettato per più canali LED in parallelo fornirebbe la soluzione più uniforme ed efficiente per array più grandi.

11.2 Indicatore di Stato con Microcontrollore

Quando pilotato direttamente da un pin GPIO di un microcontrollore, è necessario verificare la capacità di erogazione/assorbimento di corrente del pin. Molti pin MCU hanno un limite di 20-25mA, che si allinea bene con il massimo di questo LED. Il circuito consisterebbe nel LED e in una resistenza in serie collegata tra il pin MCU e massa (per una configurazione a corrente assorbita) o VCC (per una configurazione a corrente erogata). Il valore della resistenza è calcolato utilizzando la tensione di uscita dell'MCU (es. 3.3V) e la VF del LED.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il LED 19-213 si basa su una struttura a diodo semiconduttore realizzata in Nitruro di Indio e Gallio (InGaN). Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale di giunzione del diodo (circa 2.7-3.2V), elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva del semiconduttore. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione della lega InGaN determina l'energia della banda proibita del semiconduttore, che determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. In questo caso, la lega è sintonizzata per produrre fotoni nello spettro verde (520-535 nm). La resina epossidica trasparente incapsula il chip semiconduttore, fornisce stabilità meccanica e funge da lente per modellare la luce emessa nell'angolo visivo di 120°.

13. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Il 19-213 rappresenta una tecnologia matura e ampiamente adottata nel mercato dei LED SMD. La tendenza in questo settore continua verso diversi sviluppi chiave. In primo luogo, c'è una costante spinta verso l'aumento dell'efficienza luminosa (più luce emessa per watt di ingresso elettrico), che migliora l'efficienza energetica. In secondo luogo, la ricerca di una maggiore purezza e saturazione del colore, specialmente nello spettro verde, rimane attiva. In terzo luogo, la miniaturizzazione del package continua, con fattori di forma ancora più piccoli del 19-213 che diventano comuni per dispositivi ultra-compatti. Infine, l'integrazione è una tendenza crescente, con LED multicolore (RGB) o LED con circuiti di controllo integrati (come LED indirizzabili via I2C) che combinano più funzioni in un unico package, semplificando progettazione e assemblaggio. Il 19-213, con il suo focus su affidabilità, ampia disponibilità e conformità, funge da componente fondamentale in un vasto ecosistema di applicazioni di indicazione e illuminazione.