Scheda Tecnica LED SMD 19-217 - Arancione Rossastro - Angolo di Visione 120° - Corrente Diretta 5mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 19-217 è un LED a montaggio superficiale (SMD) progettato per assemblaggi elettronici moderni e compatti. Utilizza un chip in AlGaInP (Fosfuro di Alluminio Gallio Indio) per produrre una luce di colore arancione rossastro. Il suo vantaggio principale risiede nell'ingombro significativamente ridotto rispetto ai LED tradizionali a telaio, consentendo una maggiore densità di componenti sui circuiti stampati (PCB), riducendo i requisiti di stoccaggio e contribuendo alla miniaturizzazione dell'apparecchiatura finale. Il componente è leggero, rendendolo adatto per applicazioni dove spazio e peso sono vincoli critici.

1.1 Vantaggi Principali

• Miniaturizzazione:Il package SMD consente progetti di scheda più compatti.
• Compatibilità con l'Automazione:Fornito su nastro da 8mm su bobine da 7 pollici, è pienamente compatibile con attrezzature automatiche pick-and-place ad alta velocità.
• Compatibilità di Processo:Adatto sia per processi di saldatura a rifusione a infrarossi che a fase di vapore.
• Conformità Ambientale:Il prodotto è senza piombo, conforme a RoHS, EU REACH e standard alogeni-free (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.2 Applicazioni Target

Questo LED è versatile e trova impiego in vari ruoli di illuminazione e indicazione, tra cui:

• Retroilluminazione per cruscotti, interruttori e simboli.
• Indicatori di stato e retroilluminazione tastiere in dispositivi di telecomunicazione come telefoni e fax.
• Luci indicatrici per uso generico.

2. Approfondimento Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Tensione Inversa (V_R):5 V
• Corrente Diretta Continua (I_F):25 mA
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):60 mA (a ciclo di lavoro 1/10, 1 kHz)
• Dissipazione di Potenza (P_d):60 mW
• Scarica Elettrostatica (ESD) Modello Corpo Umano (HBM):2000 V
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C
• Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +90°C
• Temperatura di Saldatura (T_sol):Rifusione: 260°C per max 10 sec; Manuale: 350°C per max 3 sec.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Misurate a temperatura ambiente (T_a) di 25°C e corrente di test standard (I_F) di 5 mA, salvo diversa specifica.

• Intensità Luminosa (I_v):14.5 mcd (Min), 36.0 mcd (Max). Si applica una tolleranza di ±11%.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):120 gradi (Tipico). Questo ampio angolo garantisce una buona visibilità da varie prospettive.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):621 nm (Tipico).
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):605.5 nm (Min), 625.5 nm (Max). Si applica una tolleranza di ±1 nm. Questo parametro definisce il colore percepito.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):18 nm (Tipico). Indica la purezza spettrale della luce emessa.
• Tensione Diretta (V_F):1.7 V (Min), 2.2 V (Max) a I_F=5mA. Si applica una tolleranza di ±0.05V. Questo è critico per il calcolo della resistenza limitatrice di corrente.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (Max) a V_R=5V. Il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Binnato a I_F= 5 mA.

• L2:14.5 – 18.0 mcd
• M1:18.0 – 22.5 mcd
• M2:22.5 – 28.5 mcd
• N1:28.5 – 36.0 mcd

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Binnato a I_F= 5 mA. Questo si correla direttamente alla tonalità dell'arancione rossastro.

• E1:605.5 – 609.5 nm
• E2:609.5 – 613.5 nm
• E3:613.5 – 617.5 nm
• E4:617.5 – 621.5 nm
• E5:621.5 – 625.5 nm

3.3 Binning della Tensione Diretta

Binnato a I_F= 5 mA. Importante per progettare circuiti di pilotaggio a corrente uniforme su più LED.

• 19:1.7 – 1.8 V
• 20:1.8 – 1.9 V
• 21:1.9 – 2.0 V
• 22:2.0 – 2.1 V
• 23:2.1 – 2.2 V

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche essenziali per comprendere il comportamento del LED in diverse condizioni operative.

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

Questa relazione non lineare mostra che un piccolo aumento della tensione oltre il tipico V_Fpuò causare un grande, potenzialmente dannoso, aumento della corrente. Ciò sottolinea l'assoluta necessità di utilizzare una resistenza limitatrice di corrente o un driver a corrente costante in serie con il LED.

4.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

L'emissione luminosa aumenta con la corrente diretta ma non in modo lineare. Operare al di sopra della corrente continua raccomandata (25mA) può aumentare la luminosità ma ridurrà la durata e l'affidabilità a causa dell'aumento della temperatura di giunzione.

4.3 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

L'intensità luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. Questo derating termico è una considerazione critica per le applicazioni che operano in ambienti ad alta temperatura. La curva mostra le prestazioni da -40°C a +100°C.

4.4 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questa curva definisce la massima corrente diretta continua ammissibile in funzione della temperatura ambiente. Per prevenire il surriscaldamento, la corrente massima deve essere ridotta quando si opera al di sopra di una certa temperatura (tipicamente 25°C).

4.5 Distribuzione Spettrale

Il grafico mostra l'intensità relativa della luce emessa su diverse lunghezze d'onda, centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco di 621 nm. La forma e la larghezza (18 nm) di questa curva determinano la purezza del colore.

4.6 Diagramma di Radiazione

Un diagramma polare che illustra la distribuzione angolare dell'intensità luminosa, confermando l'angolo di visione di 120 gradi dove l'intensità scende alla metà del suo valore massimo.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il LED è fornito in un package SMD standard. Le dimensioni esatte (lunghezza, larghezza, altezza) e il layout dei pad sono definiti nel disegno del package all'interno della scheda tecnica. Il disegno include dimensioni critiche come la spaziatura dei terminali e il land pattern PCB raccomandato per garantire una corretta saldatura e stabilità meccanica. Il componente presenta una lente in resina epossidica trasparente. La polarità è indicata da una marcatura sul package o da un design asimmetrico dei pad (tipicamente il pad del catodo può essere marcato o avere una forma diversa). I progettisti devono consultare il disegno dimensionale specifico per una creazione accurata dell'impronta.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione (Senza Piombo)

Un processo critico per un assemblaggio affidabile.

• Preriscaldamento:150–200°C per 60–120 secondi.
• Tempo Sopra Liquido (217°C):60–150 secondi.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
• Tempo al Picco:Massimo 10 secondi.
• Velocità di Riscaldamento:Massimo 6°C/secondo.
• Velocità di Raffreddamento:Massimo 3°C/secondo.

Importante:La saldatura a rifusione non deve essere eseguita più di due volte sullo stesso LED.

6.2 Saldatura Manuale

Se la saldatura manuale è inevitabile:

• Utilizzare un saldatore con temperatura della punta < 350°C.
• Limitare il tempo di contatto a 3 secondi per terminale.
• Utilizzare un saldatore con potenza nominale di 25W o inferiore.
• Lasciare un intervallo minimo di 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per prevenire shock termici.

6.3 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in una busta resistente all'umidità con essiccante.

• Non aprirela busta fino al momento dell'uso.
• Dopo l'apertura, i LED non utilizzati devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% di umidità relativa.
• La "vita a terra" dopo l'apertura è di 168 ore (7 giorni).
• Se la vita a terra viene superata o l'essiccante indica assorbimento di umidità, è necessario un trattamento di baking: 60 ±5°C per 24 ore prima dell'uso.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

L'imballaggio standard è di 3000 pezzi per bobina. Le dimensioni della bobina, del nastro portante e del nastro di copertura sono specificate per garantire la compatibilità con le attrezzature automatizzate. L'etichetta sulla bobina fornisce informazioni chiave per la tracciabilità e la corretta applicazione: Numero di Prodotto (P/N), quantità (QTY) e i codici di bin specifici per Intensità Luminosa (CAT), Lunghezza d'Onda Dominante (HUE) e Tensione Diretta (REF).

8. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

8.1 La Limitazione di Corrente è Obbligatoria

Deve essere sempre utilizzata una resistenza limitatrice di corrente esterna in serie con il LED. Il valore della resistenza (R) può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F, dove V_Fè la tensione diretta del LED alla corrente desiderata I_F. Utilizzare sempre il V_Fmassimo dalla scheda tecnica per un progetto conservativo per prevenire sovracorrenti.

8.2 Gestione Termica

Sebbene il package sia piccolo, la dissipazione di potenza (fino a 60mW) genera calore. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB (pad di sfiato termico) attorno ai pad di saldatura del LED per aiutare a dissipare il calore, specialmente quando si opera ad alte correnti o in ambienti caldi. Rispettare la curva di derating della corrente diretta.

8.3 Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

Sebbene classificato per 2000V HBM, durante l'assemblaggio e la manipolazione dovrebbero essere osservate le normali precauzioni di gestione ESD per prevenire danni latenti.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LED 19-217, basato sulla tecnologia AlGaInP, offre vantaggi distinti per applicazioni in arancione rossastro rispetto ad altre tecnologie come AllnGaP o LED filtrati. L'AlGaInP fornisce tipicamente una maggiore efficienza luminosa e una migliore stabilità del colore rispetto alle variazioni di temperatura e corrente per i colori nello spettro dal rosso all'ambra. Il suo angolo di visione di 120 gradi è più ampio di molti LED "a vista dall'alto", rendendolo adatto per applicazioni che richiedono un'ampia visibilità. Il formato SMD offre un profilo più basso e una migliore idoneità per l'assemblaggio automatizzato rispetto alle controparti a foro passante.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Perché il mio LED ha bisogno di una resistenza?

I LED sono dispositivi pilotati a corrente. La loro caratteristica I-V è esponenziale, il che significa che un piccolo aumento della tensione provoca un grande aumento della corrente, che può distruggere istantaneamente il LED. Una resistenza limita la corrente a un valore sicuro e specificato.

10.2 Posso alimentare questo LED con una tensione di 5V?

Sì, ma devi usare una resistenza in serie. Ad esempio, per ottenere I_F=5mA con V_{alimentazione}=5V e un tipico V_F=2.0V, il valore della resistenza sarebbe R = (5V - 2.0V) / 0.005A = 600 Ohm. Usare un valore standard come 620 Ohm.

10.3 Cosa succede se supero la temperatura o il tempo massimo di saldatura?

Il calore eccessivo può danneggiare il die semiconduttore interno, i bonding wires o la lente epossidica, portando a un guasto immediato o a una ridotta affidabilità a lungo termine (diminuzione dell'emissione luminosa, variazione del colore). Seguire sempre il profilo raccomandato.

10.4 Come interpreto i codici di bin sull'etichetta?

I codici di bin (es. CAT: N1, HUE: E4, REF: 21) indicano il gruppo di prestazioni specifico dei LED su quella bobina. "N1" significa intensità luminosa tra 28.5-36.0 mcd, "E4" significa lunghezza d'onda dominante 617.5-621.5 nm e "21" significa tensione diretta 1.9-2.0V. Ciò consente prestazioni coerenti nel tuo prodotto.

11. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario:Progettazione di un pannello di indicatori di stato per un controllore industriale. Il pannello richiede più indicatori arancione rossastro che devono essere uniformemente luminosi e della stessa tonalità di colore, visibili da un ampio angolo da un operatore.

Implementazione:

1. Selezione del Componente:Il LED 19-217 è scelto per il suo formato SMD (facilita l'assemblaggio automatizzato), l'ampio angolo di visione di 120° e il binning disponibile per la coerenza.
2. Progettazione del Circuito:È disponibile un'alimentazione a 5V. Si mira a I_F= 5mA per lunga durata e luminosità moderata. Utilizzando il V_Fmassimo di 2.2V per un progetto conservativo: R = (5V - 2.2V) / 0.005A = 560 Ohm. Una resistenza da 560Ω, 1/8W è posta in serie con ciascun LED.
3. Layout del PCB:I LED sono posizionati con adeguata spaziatura. L'impronta PCB segue il land pattern raccomandato dalla scheda tecnica. Un'ulteriore area di rame è collegata al pad del catodo per un leggero miglioramento termico.
4. Procurement:I LED sono ordinati specificando requisiti di binning stretti (es. CAT: M2 o N1, HUE: E3 o E4) per garantire uniformità visiva su tutti gli indicatori del pannello.
5. Assemblaggio:I componenti sono assemblati utilizzando un profilo di rifusione senza piombo standard, rispettando rigorosamente i limiti di tempo e temperatura.

Questo approccio si traduce in un pannello indicatore affidabile, coerente e dall'aspetto professionale.

12. Principio di Funzionamento

La luce è prodotta attraverso un processo chiamato elettroluminescenza. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale interno del diodo, gli elettroni dal semiconduttore di tipo n e le lacune dal semiconduttore di tipo p vengono iniettati nella regione attiva (il pozzo quantico nello strato di AlGaInP). Quando questi elettroni e lacune si ricombinano, l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlGaInP determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa - in questo caso, arancione rossastro (~621 nm). Il package in resina epossidica trasparente funge da lente, modellando l'emissione luminosa nel diagramma di radiazione desiderato.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nei LED indicatori come il 19-217 è verso un'efficienza sempre più elevata (più luce emessa per unità di ingresso elettrico), il che riduce il consumo energetico e la generazione di calore. C'è anche una continua spinta verso la miniaturizzazione, portando a dimensioni del package sempre più piccole (es. 0402, 0201 metriche) mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche. I progressi nei materiali fosforici e semiconduttori continuano a migliorare la resa cromatica, la stabilità e la durata. Inoltre, l'integrazione dell'elettronica di controllo (come driver a corrente costante) direttamente nei package LED sta diventando più comune per una progettazione semplificata. La tecnologia sottostante AlGaInP rimane uno standard ad alte prestazioni per i colori rosso, arancione e ambra grazie alla sua efficienza e stabilità.