Scheda Tecnica LED SMD LTSA-E67RVEWTU - Rosso Diffuso AlInGaP - 70mA - 185.5mW - 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). Il componente è progettato per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB) ed è adatto per applicazioni con vincoli di spazio. Le sue caratteristiche principali includono una lente diffusa e una sorgente di luce rossa basata sulla tecnologia a semiconduttore Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP).

1.1 Caratteristiche Principali e Mercato di Riferimento

Il LED è progettato con diverse caratteristiche chiave che ne migliorano l'affidabilità e la facilità di integrazione. È conforme alla direttiva sulla Restrizione delle Sostanze Pericolose (RoHS). Il componente è fornito in un imballaggio standard del settore: su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, facilitando l'assemblaggio automatizzato ad alta velocità pick-and-place. Ha subito un precondizionamento al Livello di Sensibilità all'Umidità JEDEC MSL 2a, garantendo robustezza contro i danni da umidità durante la rifusione. Inoltre, il prodotto è qualificato secondo lo standard AEC-Q101 Rev. D, un parametro di riferimento critico per i componenti utilizzati nell'elettronica automobilistica. Il suo design è compatibile con i processi di rifusione a infrarossi (IR). L'applicazione target principale sono i sistemi accessori automobilistici, dove l'affidabilità e le prestazioni in condizioni ambientali variabili sono fondamentali.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione dettaglia i limiti assoluti e le caratteristiche operative del LED. Comprendere questi parametri è essenziale per una progettazione affidabile del circuito e per garantire che il componente operi all'interno della sua area di funzionamento sicura (SOA).

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. La massima corrente diretta continua in DC (IF) è di 70 mA. In condizioni di impulso con un ciclo di lavoro 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms, il dispositivo può gestire una corrente di picco diretta di 100 mA. La massima dissipazione di potenza (Pd) è di 185.5 mW. Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura di funzionamento e stoccaggio da -40°C a +100°C. Per i processi di saldatura senza piombo, può resistere a un profilo di rifusione a infrarossi con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi.

2.2 Caratteristiche Termiche

La gestione termica è cruciale per le prestazioni e la longevità del LED. La resistenza termica dalla giunzione del semiconduttore all'aria ambiente (RθJA) è tipicamente di 280 °C/W, misurata su un PCB FR4 standard con spessore di 1.6mm e un'area del pad di rame di 16mm². La resistenza termica dalla giunzione al punto di saldatura (RθJS) è tipicamente di 130 °C/W, fornendo un percorso più diretto per lo smaltimento del calore. La massima temperatura di giunzione ammissibile (Tj) è di 125°C. Superare questa temperatura accelererà il decadimento del flusso luminoso e può portare a un guasto catastrofico.

2.3 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le caratteristiche elettro-ottiche sono misurate a Ta=25°C e una corrente di prova (IF) di 50 mA, che è un punto operativo comune al di sotto del massimo assoluto. L'intensità luminosa (Iv) varia da un minimo di 1800 millicandele (mcd) a un massimo di 3550 mcd. L'angolo di visione (2θ½), definito come l'angolo totale in cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore assiale, è di 120 gradi, indicando un pattern di emissione ampio e diffuso. La lunghezza d'onda di picco di emissione (λP) è di 632 nm. La lunghezza d'onda dominante (λd), che definisce il colore percepito, ha un intervallo specificato di 618 nm a 630 nm. La larghezza di banda spettrale (Δλ) è di circa 20 nm. La tensione diretta (VF) a 50 mA varia da 1.9V a 2.65V. La corrente inversa (IR) è limitata a un massimo di 10 μA quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 12V; è importante notare che il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire coerenza di colore e luminosità nelle applicazioni di produzione, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Il lotto è etichettato con un codice che rappresenta i suoi ranghi di tensione diretta (Vf), intensità luminosa (Iv) e lunghezza d'onda dominante (Wd).

3.1 Binning della Tensione Diretta (Vf)

La tensione diretta è suddivisa in bin con passi di circa 0.15V. I codici bin vanno da C (1.90V - 2.05V) a G (2.50V - 2.65V). A ciascun bin si applica una tolleranza di ±0.1V. Selezionare LED dallo stesso bin Vf aiuta a mantenere una distribuzione uniforme della corrente quando più dispositivi sono collegati in parallelo.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (Iv)

L'intensità luminosa è categorizzata in tre bin: X1 (1800-2240 mcd), X2 (2240-2800 mcd) e Y1 (2800-3550 mcd). A ciascun bin si applica una tolleranza di ±11%. Ciò consente ai progettisti di selezionare il livello di luminosità appropriato per la loro applicazione.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (Wd)

La lunghezza d'onda dominante, che determina la tonalità precisa del rosso, è suddivisa in bin con passi di 3nm. I codici bin sono 5 (618-621 nm), 6 (621-624 nm), 7 (624-627 nm) e 8 (627-630 nm). La tolleranza per ciascun bin è di ±1 nm. Questo controllo rigoroso è essenziale per applicazioni che richiedono punti colore specifici.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono informazioni su come si comporta il LED in condizioni variabili, il che è fondamentale per una progettazione robusta del sistema.

4.1 Caratteristica Corrente vs. Tensione (I-V)

La tensione diretta mostra una relazione logaritmica con la corrente diretta. A correnti basse, la tensione è vicina al potenziale intrinseco del diodo. All'aumentare della corrente, la tensione aumenta a causa della resistenza in serie del materiale semiconduttore e dei contatti. I progettisti devono utilizzare questa curva per selezionare resistori di limitazione della corrente o circuiti driver appropriati per garantire che il LED operi alla luminosità desiderata senza superare i suoi valori massimi.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'intensità luminosa è generalmente proporzionale alla corrente diretta nell'intervallo operativo normale. Tuttavia, l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento della generazione di calore e di altri processi di ricombinazione non radiativa. Far funzionare il LED significativamente al di sopra della sua corrente consigliata ne ridurrà la durata.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Le prestazioni di un LED sono fortemente dipendenti dalla temperatura. All'aumentare della temperatura di giunzione, la tensione diretta tipicamente diminuisce leggermente per una data corrente. Più significativamente, l'output luminoso diminuisce. La lunghezza d'onda dominante può anche spostarsi leggermente con la temperatura. Un efficace smaltimento del calore è quindi essenziale per mantenere prestazioni ottiche consistenti, specialmente in applicazioni ad alta potenza o ad alta temperatura ambiente come gli ambienti automobilistici.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni Fisiche e Identificazione della Polarità

Il LED è conforme a un profilo di contenitore standard EIA. Tutte le dimensioni critiche sono fornite in millimetri, con una tolleranza generale di ±0.2 mm salvo diversa specificazione. Una nota di progettazione chiave è che il terminale dell'anodo funge anche da dissipatore di calore primario per il LED. Una corretta identificazione dell'anodo e del catodo è cruciale durante il layout e l'assemblaggio del PCB per garantire una connessione di polarità corretta.

5.2 Layout Consigliato dei PAD PCB

Viene fornito un land pattern (impronta) consigliato per il PCB per garantire una saldatura affidabile e prestazioni termiche ottimali. Questo pattern è progettato per la compatibilità con i processi di rifusione a infrarossi. Rispettare questo layout consigliato aiuta a ottenere filetti di saldatura corretti, garantisce stabilità meccanica e massimizza il trasferimento di calore dal pad termico del LED (anodo) al PCB.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profilo di Rifusione a Infrarossi

È specificato un profilo dettagliato di rifusione a infrarossi per processi senza piombo, in conformità allo standard J-STD-020. Il profilo include fasi di pre-riscaldamento, stabilizzazione termica, rifusione e raffreddamento. Il parametro critico è una temperatura di picco del corpo del package non superiore a 260°C, mantenuta per un massimo di 10 secondi. Seguire questo profilo è essenziale per prevenire danni termici alla lente in epossidica e alla struttura semiconduttrice interna del LED.

6.2 Precauzioni per lo Stoccaggio e la Manipolazione

Il prodotto è classificato come Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) 2a secondo JEDEC J-STD-020. Mentre si trova nella sua originale busta sigillata barriera all'umidità con essiccante, dovrebbe essere conservato a ≤30°C e ≤70% UR e utilizzato entro un anno. Una volta aperta la busta, i componenti dovrebbero essere conservati a ≤30°C e ≤60% UR. Si raccomanda di completare il processo di rifusione IR entro 4 settimane dall'apertura della busta. Per lo stoccaggio oltre le 4 settimane al di fuori dell'imballaggio originale, i componenti dovrebbero essere conservati in un contenitore sigillato con essiccante o "baked" a circa 60°C per almeno 48 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, dovrebbero essere utilizzati solo solventi specificati. È accettabile immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. L'uso di detergenti chimici non specificati o aggressivi può danneggiare il package plastico e la lente ottica del LED.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti su nastro portante goffrato con una larghezza di 8mm. Il nastro è avvolto su una bobina standard da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. L'imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481. Vengono fornite dimensioni dettagliate per le tasche del nastro, il nastro di copertura e la bobina per garantire la compatibilità con le apparecchiature di assemblaggio automatizzate.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

L'applicazione primaria prevista è per funzioni accessorie automobilistiche. Ciò può includere l'illuminazione ambientale interna, le spie del cruscotto, l'illuminazione della console centrale o le luci di marcatura esterne dove è richiesta un'emissione rossa diffusa e ad ampio angolo. La sua qualifica AEC-Q101 lo rende adatto alle condizioni ambientali severe (temperatura, umidità, vibrazioni) presenti nei veicoli.

8.2 Considerazioni Critiche di Progettazione

Limitazione della Corrente:Un LED è un dispositivo guidato in corrente. Un resistore in serie o un circuito driver a corrente costante è obbligatorio per limitare la corrente diretta a un valore sicuro, tipicamente pari o inferiore all'intervallo consigliato di 50-70 mA, tenendo conto delle variazioni dell'alimentazione.
Gestione Termica:La massima temperatura di giunzione non deve essere superata. Progettare il layout del PCB per fornire un adeguato percorso termico dal pad dell'anodo. Per applicazioni ad alta corrente o ad alta temperatura ambiente, considerare l'uso di un'area di rame più grande sul PCB o ulteriori via termici per dissipare il calore.
Protezione ESD:Sebbene non esplicitamente dichiarato per questo dispositivo, i LED AlInGaP possono essere sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD). Si raccomanda di implementare le precauzioni standard di manipolazione ESD durante l'assemblaggio.
Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 120° e la lente diffusa forniscono un fascio ampio e morbido. Per applicazioni che richiedono un fascio più focalizzato, sarebbero necessarie ottiche secondarie (ad es. lenti, guide luminose).

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Questo LED rosso basato su AlInGaP offre vantaggi specifici. Rispetto a tecnologie più vecchie come il Fosfuro di Arseniuro di Gallio (GaAsP), l'AlInGaP fornisce una maggiore efficienza luminosa, risultando in una luminosità maggiore per la stessa corrente di ingresso. La lente diffusa crea un pattern di emissione uniforme e ampio, ideale per l'illuminazione d'ambiente piuttosto che per l'illuminazione a spot focalizzato. La qualifica AEC-Q101 e la classificazione MSL 2a sono differenziatori chiave per applicazioni automobilistiche e altre applicazioni impegnative, indicando test di affidabilità migliorati e resistenza all'umidità rispetto ai LED commerciali standard.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un'alimentazione a 5V o 12V?
R: No. È necessario utilizzare un meccanismo di limitazione della corrente. Per un'alimentazione a 5V, si usa comunemente un resistore in serie (R = (Valimentazione - Vf) / If). Per un'alimentazione a 12V, un resistore dissiperebbe calore eccessivo; si raccomanda un driver a corrente costante o un regolatore switching.

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?
R: La lunghezza d'onda di picco (λP) è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza è massima (632 nm). La lunghezza d'onda dominante (λd) è la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che corrisponderebbe al colore percepito del LED (618-630 nm). λd è più rilevante per la specifica del colore.

D: Perché la resistenza termica è importante?
R: Quantifica quanto efficacemente il calore può allontanarsi dalla giunzione del LED. Una resistenza termica più bassa significa una migliore dissipazione del calore, il che consente di pilotare il LED a correnti più elevate o in ambienti più caldi mantenendo la temperatura di giunzione entro limiti sicuri, garantendo così affidabilità a lungo termine e output luminoso stabile.

D: La scheda tecnica menziona un test di tensione inversa. Posso usare questo LED in un circuito AC o con protezione da polarità inversa?
R: Il valore di tensione inversa di 12V è solo a scopo di test. Il dispositivo non è progettato per un funzionamento continuo in polarizzazione inversa. In un circuito AC o per la protezione dalla polarità, deve essere utilizzato un diodo esterno in serie per bloccare la tensione inversa ai capi del LED.

11. Esempio Pratico di Progettazione e Utilizzo

Scenario:Progettazione di un indicatore di stato rosso per un modulo di controllo automobilistico. Il modulo funziona dal sistema batteria del veicolo a 12V (nominale 14V quando in funzione). L'indicatore deve essere chiaramente visibile alla luce del giorno.
Passi di Progettazione:
1. Selezione della Corrente:Scegliere un punto operativo di 50 mA per un buon equilibrio tra luminosità e longevità.
2. Selezione del Driver:A causa dell'alta tensione di alimentazione, un semplice resistore sprecherebbe oltre 0.5W di potenza. Una soluzione migliore è un driver LED a corrente costante LDO (Low-Dropout) impostato a 50 mA.
3. Progettazione Termica:Il modulo potrebbe essere posizionato nel vano motore. Stimare la massima temperatura ambiente (es. 85°C). Calcolare l'aumento previsto della temperatura di giunzione: ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA. Utilizzando VF tipico=2.2V e RθJA=280°C/W, Pd=0.11W, quindi ΔTj ≈ 31°C. Tj = Ta + ΔTj = 85°C + 31°C = 116°C, che è al di sotto del massimo di 125°C. Questo è accettabile ma al limite. Per migliorare l'affidabilità, aumentare l'area di rame sul pad PCB collegato all'anodo per abbassare l'effettiva RθJA.
4. Selezione del Bin:Per un aspetto uniforme tra più unità in un cruscotto, specificare bin stretti per la lunghezza d'onda dominante (es. Bin 7) e l'intensità luminosa (es. Bin X2 o Y1).

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce sono dispositivi 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 attraverso la giunzione. Questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore. In un semiconduttore a bandgap diretto come l'AlInGaP, una parte significativa di questo evento di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda specifica (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. Le leghe AlInGaP sono progettate per produrre luce nelle parti rossa, arancione e gialla dello spettro visibile. La lente diffusa è realizzata in un materiale epossidico o siliconico che contiene particelle di diffusione. Queste particelle reindirizzano casualmente la luce emessa dal chip semiconduttore, ampliando l'angolo del fascio e creando un aspetto più uniforme e morbido eliminando il "punto caldo" centrale tipico di un LED a lente trasparente.

13. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

Il campo della tecnologia LED è in continua evoluzione. Per applicazioni di indicazione e segnalazione come questo componente, le tendenze si concentrano su diverse aree chiave.Aumento dell'Efficienza:La ricerca in corso nella scienza dei materiali mira a migliorare l'efficienza quantica interna (IQE) dell'AlInGaP e di altri materiali semiconduttori, ottenendo un output luminoso più elevato per unità di potenza elettrica in ingresso (lm/W).Affidabilità Migliorata:Le richieste dei mercati automobilistico e industriale guidano miglioramenti nei materiali del package (ad es. siliconi ad alta temperatura) e nelle tecnologie di attacco del die per resistere a temperature di giunzione più elevate e a cicli termici più estremi.Miniaturizzazione:C'è una costante spinta verso impronte di package più piccole mantenendo o aumentando la potenza ottica, consentendo un'integrazione più densa nei moderni dispositivi elettronici.Coerenza del Colore e Binning:I progressi nella crescita epitassiale e nel controllo del processo produttivo consentono distribuzioni più strette di lunghezza d'onda e intensità luminosa, riducendo la necessità di un ampio binning e semplificando la gestione dell'inventario per i produttori.Soluzioni Integrate:Una tendenza in crescita è l'integrazione del die LED con circuiti integrati driver, componenti di protezione (come diodi ESD) e persino logica di controllo in moduli singoli e intelligenti.