Scheda Tecnica LED SMD 16-213/GHC-YR1S1/3T - Verde Brillante - 2.7-3.7V - 25mA - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 16-213/GHC-YR1S1/3T è un LED a montaggio superficiale (SMD) progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono dimensioni compatte, elevata affidabilità e prestazioni ottiche eccellenti. Questo componente utilizza un chip semiconduttore InGaN (Indio Gallio Nitruro) per produrre un'emissione luminosa verde brillante. I suoi principali vantaggi includono un ingombro significativamente ridotto rispetto ai LED tradizionali a telaio, consentendo una maggiore densità di impacchettamento sui circuiti stampati (PCB), riducendo i requisiti di stoccaggio e contribuendo infine alla miniaturizzazione delle apparecchiature finali. Il dispositivo è leggero, risultando particolarmente adatto per applicazioni portatili e con vincoli di spazio.

Il posizionamento chiave del prodotto include il suo utilizzo come indicatore ad alta efficienza e sorgente per retroilluminazione. È confezionato su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, garantendo compatibilità con le attrezzature standard di assemblaggio automatico pick-and-place. Il LED è costruito con un incapsulamento in resina trasparente, che massimizza l'emissione luminosa e garantisce un aspetto pulito e brillante.

2. Approfondimento Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

I limiti operativi del dispositivo sono definiti in condizioni di Ta=25°C. Superare questi valori può causare danni permanenti.

• Tensione Inversa (V_R):5V. Applicare una tensione inversa superiore può danneggiare la giunzione PN del LED.
• I bin sono definiti per I_F):25mA. Questa è la massima corrente DC consigliata per il funzionamento continuo.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100mA. Questo valore si applica in condizioni di impulso con un duty cycle di 1/10 a 1kHz, consentendo brevi periodi di maggiore luminosità.
• Dissipazione di Potenza (P_d):110mW. Questa è la massima potenza che il package può dissipare come calore senza superare i suoi limiti termici.
• Scarica Elettrostatica (ESD):Resiste a 150V (Modello Corpo Umano). Procedure di manipolazione ESD corrette sono essenziali durante l'assemblaggio.
• Temperatura di Funzionamento (T_opr):-40°C a +85°C. Il LED è classificato per funzionare in un'ampia gamma di condizioni ambientali.
• Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):Il dispositivo può resistere alla saldatura a rifusione con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi, o alla saldatura manuale a 350°C per un massimo di 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le prestazioni tipiche sono misurate a Ta=25°C con I_F=20mA, salvo diversa specificazione.

• Intensità Luminosa (I_v):Varia da un minimo di 112 mcd a un massimo di 225 mcd, con un valore tipico all'interno di questo intervallo di bin. Si applica una tolleranza di ±11%.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):120 gradi. Questo ampio angolo garantisce una buona visibilità da varie prospettive.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):Tipicamente 518 nm, indica la lunghezza d'onda alla quale l'intensità della luce emessa è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Varia da 520 nm a 535 nm, definendo il colore percepito (verde). Si applica una tolleranza di ±1 nm.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Tipicamente 35 nm, misurata a metà dell'intensità massima (FWHM).
• Tensione Diretta (V_F):Varia da 2.7V (min) a 3.7V (max), con un valore tipico di 3.3V a 20mA. Si applica una tolleranza di ±0.05V.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo di 50 μA quando viene applicata una tensione inversa di 5V.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il prodotto è classificato in bin in base a parametri ottici ed elettrici chiave per garantire coerenza nella progettazione dell'applicazione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Bins are defined for I_va I_F=20mA:

• R1:112 mcd a 140 mcd
• R2:140 mcd a 180 mcd
• S1:180 mcd a 225 mcd

Il codice bin specifico (es., parte di GHC-YR1S1) indica l'intervallo di intensità garantito per quell'unità particolare.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

I bin sono definiti per λ_da I_F=20mA:

• X:520 nm a 525 nm
• Y:525 nm a 530 nm
• Z:530 nm a 535 nm

Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con una tonalità di verde molto specifica per applicazioni di abbinamento colore.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche critiche per la progettazione.

4.1 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

La curva mostra che l'intensità luminosa è relativamente stabile da -40°C a circa 25°C. Oltre i 25°C, l'intensità diminuisce gradualmente all'aumentare della temperatura, una caratteristica comune dei LED dovuta all'aumento della ricombinazione non radiativa e ad altri effetti termici. Alla massima temperatura operativa di 85°C, l'emissione può essere significativamente ridotta rispetto alla temperatura ambiente. Questo deve essere considerato nei progetti dove sono previste alte temperature ambientali.

4.2 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo grafico definisce la massima corrente diretta ammissibile in funzione della temperatura ambiente. A 25°C, sono consentiti i pieni 25mA. All'aumentare della temperatura ambiente, la corrente massima ammissibile deve essere ridotta linearmente per evitare di superare il limite di dissipazione di potenza di 110mW del dispositivo e garantire l'affidabilità a lungo termine. Ciò è cruciale per prevenire la fuga termica e guasti prematuri.

3.3 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

La relazione è generalmente lineare a correnti basse ma può mostrare segni di saturazione o calo di efficienza a correnti più elevate (avvicinandosi al valore massimo). La curva consente ai progettisti di prevedere la luminosità per una data corrente di pilotaggio.

4.4 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale mostra un singolo picco dominante centrato intorno a 518 nm (verde), con la caratteristica FWHM di 35 nm. C'è un'emissione minima in altre parti dello spettro visibile, confermando un colore verde puro.

4.5 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

Questa curva IV dimostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. La tensione diretta aumenta con la corrente. L'intervallo V_Fspecificato (2.7V-3.7V a 20mA) è visibile su questa curva. I progettisti la usano per calcolare il valore necessario della resistenza limitatrice di corrente per una data tensione di alimentazione.

4.6 Diagramma di Radiazione

Il diagramma polare illustra l'angolo di visione di 120°. L'intensità è quasi uniforme all'interno del cono centrale e diminuisce verso i bordi. Questo pattern è importante per applicazioni che richiedono angoli di illuminazione specifici.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED ha un ingombro SMD compatto. Le dimensioni critiche includono la dimensione del corpo, la spaziatura dei terminali e l'altezza complessiva. Un disegno dimensionato dettagliato è fornito nella scheda tecnica con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa indicazione. Viene mostrato anche il layout consigliato delle piazzole sul PCB, progettato per una saldatura affidabile e stabilità meccanica. Si consiglia ai progettisti di modificare le dimensioni delle piazzole in base al loro specifico processo di produzione PCB e ai requisiti termici.

5.2 Identificazione della Polarità

Il componente ha un anodo e un catodo. Il disegno nella scheda tecnica indica la polarità, tipicamente marcata da una tacca, un punto o una forma diversa del terminale. La polarità corretta deve essere osservata durante il layout e l'assemblaggio del PCB per garantire il corretto funzionamento.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Viene fornito un profilo di temperatura dettagliato per la saldatura a rifusione senza piombo:

• Preriscaldamento:150-200°C per 60-120 secondi.
• Tempo Sopra Liquido (217°C):60-150 secondi.
• Temperatura di Picco:260°C massimo, mantenuta per non più di 10 secondi.
• Velocità di Riscaldamento:Massimo 6°C/secondo.
• Velocità di Raffreddamento:Massimo 3°C/secondo.

Si raccomanda di non sottoporre il LED a più di due cicli di rifusione. Si dovrebbe evitare lo stress sul corpo del LED durante il riscaldamento e l'imbarcamento del PCB dopo la saldatura.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore dovrebbe essere inferiore a 350°C e il tempo di contatto per terminale non dovrebbe superare i 3 secondi. Si raccomanda un saldatore a bassa potenza (≤25W). Dovrebbe essere consentito un intervallo di raffreddamento di almeno 2 secondi tra la saldatura dei due terminali per prevenire shock termici.

6.3 Rilavorazione e Riparazione

Si sconsiglia la riparazione dopo la saldatura. Se inevitabile, dovrebbe essere usato un saldatore a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, minimizzando lo stress sul LED. Il potenziale impatto sulle caratteristiche del LED dovuto alla rilavorazione deve essere valutato preventivamente.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti in nastro portante goffrato con dimensioni specificate nella scheda tecnica. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Le dimensioni della bobina (diametro 7 pollici) sono fornite per la configurazione delle attrezzature di movimentazione automatica.

7.2 Sensibilità all'Umidità e Conservazione

Il prodotto è confezionato in una busta di alluminio a tenuta di umidità con essiccante e una scheda indicatrice di umidità. Per prevenire danni indotti dall'umidità ("popcorning") durante la rifusione:

• Prima dell'apertura:Conservare a ≤30°C e ≤90% UR.
• Dopo l'apertura:La "vita a scaffale" è di 1 anno a ≤30°C e ≤60% UR. Le parti non utilizzate dovrebbero essere risigillate.
• Essiccazione:Se l'essiccante indica saturazione o il tempo di conservazione è superato, essiccare a 60±5°C per 24 ore prima dell'uso.

7.3 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene codici per:

• Numero di Parte del Cliente (CPN)
• Numero di Prodotto (P/N)
• Quantità di Imballaggio (QTY)
• Classe di Intensità Luminosa (CAT)
• Classe di Cromaticità/Lunghezza d'Onda Dominante (HUE)
• Classe di Tensione Diretta (REF)
• Numero di Lotto (LOT No.)

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Retroilluminazione:Ideale per indicatori di cruscotto, illuminazione di interruttori e retroilluminazione piatta per pannelli LCD e simboli.
• Telecomunicazioni:Indicatori di stato e retroilluminazione tastiera in telefoni e fax.
• Indicazione Generale:Stato alimentazione, selezione modalità e altri indicatori dell'interfaccia utente in un'ampia varietà di elettronica di consumo, industriale e automobilistica.

8.2 Considerazioni Critiche di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Una resistenza esterna in serie èassolutamente obbligatoriaper limitare la corrente diretta. La caratteristica esponenziale V-I del LED significa che un piccolo aumento di tensione può causare un grande e distruttivo picco di corrente.
• Gestione Termica:Rispettare la curva di derating della corrente diretta. Garantire un'adeguata area di rame sul PCB o altri sistemi di dissipazione se si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima.
• Protezione ESD:Implementare circuiti di protezione ESD su linee sensibili e seguire le corrette procedure di manipolazione durante l'assemblaggio.
• Progettazione Ottica:Considerare l'angolo di visione di 120° e il diagramma di radiazione quando si progettano guide luminose, lenti o diffusori per ottenere l'effetto di illuminazione desiderato.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto alle vecchie tecnologie LED a foro passante, questo LED SMD offre vantaggi significativi:

• Dimensioni & Densità:Ingombro drasticamente più piccolo che consente la miniaturizzazione.
• Automazione:Completamente compatibile con l'assemblaggio SMT ad alta velocità, riducendo i costi di produzione.
• Prestazioni:La tecnologia InGaN fornisce un'efficienza più alta e un'emissione verde più brillante rispetto ai materiali più vecchi.
• Affidabilità:La costruzione SMD porta spesso a migliori prestazioni termiche e robustezza meccanica se saldata correttamente.
• Conformità:Il dispositivo è senza piombo, conforme alle normative RoHS e REACH UE e soddisfa gli standard senza alogeni (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm), rendendolo adatto per progetti attenti all'ambiente e mercati globali.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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

Usando la Legge di Ohm (R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F) e assumendo una V_Ftipica di 3.3V a 20mA: R = (5V - 3.3V) / 0.02A = 85 ohm. Una resistenza standard da 82 o 100 ohm sarebbe appropriata. Calcolare sempre per la V_Fminima (2.7V) per garantire che la corrente non superi il valore massimo.

10.2 Posso pilotare questo LED a 30mA per una maggiore luminosità?

No. Il Valore Massimo Assoluto per la corrente diretta continua è 25mA. Superare questo valore compromette l'affidabilità e può causare guasti immediati o graduali. Per una luminosità maggiore, selezionare un LED da un bin di intensità luminosa superiore (es., bin S1) o un prodotto classificato per corrente più alta.

10.3 In che modo la temperatura influisce sull'emissione luminosa?

Come mostrato nelle curve di prestazione, l'intensità luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. A 85°C, l'emissione può essere solo il 60-70% del suo valore a 25°C. Questo deve essere considerato nella progettazione ottica del sistema.

10.4 È necessario un dissipatore di calore?

Per il funzionamento continuo a 20mA e temperature ambiente moderate (<50°C), il calore è tipicamente dissipato adeguatamente attraverso i terminali del LED nel rame del PCB. Seguire il layout consigliato delle piazzole migliora questo aspetto. Per alte temperature ambiente o se si pilota vicino alla corrente massima, aumentare l'area di rame del PCB collegata alle piazzole del LED funge da dissipatore efficace.

11. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore di stato per un controllore industriale.

1. Requisito:Multipli LED verde brillante per indicare lo stato "Sistema Pronto". Il pannello opera in un ambiente fino a 60°C.
2. Selezione:Viene scelto il 16-213/GHC-YR1S1/3T nel bin S1 (180-225 mcd) per l'alta visibilità.
3. Progettazione del Circuito:Utilizzando una linea di alimentazione di sistema a 3.3V. Assumendo V_F= 3.3V, si calcola una resistenza in serie: R = (3.3V - 3.3V) / 0.02A = 0 ohm. Questo non è valido. Pertanto, il LED è pilotato a una corrente inferiore, es., 15mA. R = (3.3V - 3.0V*) / 0.015A = 20 ohm. (*V_Fstimata più bassa per 15mA dalla curva IV).
4. Controllo Termico:A 60°C ambiente, la curva di derating richiede di ridurre la corrente massima. Operare a 15mA fornisce un buon margine di sicurezza sotto il limite deratizzato, garantendo affidabilità a lungo termine.
5. Layout:Il design delle piazzole PCB segue la raccomandazione della scheda tecnica, con ulteriori piazzole di rame collegate alla piazzola del catodo per la diffusione del calore.
6. Risultato:Un sistema indicatore affidabile e costantemente brillante adatto all'ambiente operativo.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Questo LED opera sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione PN semiconduttrice. La regione attiva è composta da InGaN. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia del diodo, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva rispettivamente dagli strati di tipo N e di tipo P. Questi portatori di carica si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La composizione specifica della lega InGaN determina l'energia del bandgap, che corrisponde direttamente alla lunghezza d'onda (colore) della luce emessa—in questo caso, verde (~518 nm). La resina epossidica trasparente incapsula il chip semiconduttore, fornisce stabilità meccanica e funge da lente per modellare il fascio luminoso in uscita.

13. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo di LED SMD come questo fa parte di tendenze più ampie nell'optoelettronica:

• Miniaturizzazione:Riduzione continua delle dimensioni del package (es., da 0603 a 0402 a 0201 in dimensioni metriche) per consentire dispositivi sempre più piccoli.
• Efficienza Aumentata:Miglioramenti continui nella crescita epitassiale e nel design del chip portano a una maggiore efficienza luminosa (più luce emessa per watt elettrico in ingresso).
• Coerenza del Colore:Specifiche di binning più strette e processi di produzione avanzati garantiscono colore e luminosità molto uniformi tra i lotti di produzione, critici per array multi-LED e display.
• Affidabilità Migliorata:Materiali di incapsulamento migliorati e design di gestione termica stanno estendendo le durate operative e consentendo l'uso in ambienti più severi (temperature più alte, umidità).
• Integrazione:Le tendenze includono l'integrazione di IC di controllo, resistenze limitatrici di corrente o persino chip multi-colore (RGB) in un unico package, semplificando la progettazione del circuito per l'utente finale.

Queste tendenze guidano l'evoluzione del componente verso soluzioni più capaci, affidabili e user-friendly.