LED SMD Giallo con Angolo di Visione di 120 Gradi - Caratteristiche Elettriche/Ottiche - Applicazioni per Accessori Auto - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce specifiche tecniche complete per un LED (Light Emitting Diode) ad alte prestazioni di tipo SMD (Surface-Mount Device). Il dispositivo è progettato per affidabilità e prestazioni in ambienti impegnativi, rivolgendosi specificamente alle applicazioni accessorie nel settore automobilistico. Il suo fattore di forma miniaturizzato e il package standardizzato lo rendono adatto ai processi di assemblaggio automatizzato su PCB (Printed Circuit Board) e a design con vincoli di spazio.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il LED incorpora diverse caratteristiche chiave che contribuiscono alla sua robustezza e facilità di integrazione:

• Conformità Ambientale:Il prodotto è conforme alle direttive RoHS (Restriction of Hazardous Substances).
• Gestione Automatizzata:Viene fornito confezionato in nastro da 12 mm su bobine da 7 pollici di diametro, compatibile con le attrezzature standard di pick-and-place automatizzate.
• Standard di Alta Affidabilità:Il dispositivo viene sottoposto a precondizionamento accelerato fino al livello JEDEC 2 ed è qualificato secondo lo standard AEC-Q101 Rev D, che è il riferimento per i componenti a semiconduttore discreti nelle applicazioni automobilistiche.
• Compatibilità di Processo:È progettato per essere compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), standard nella moderna produzione elettronica.
• Interfaccia Elettrica:Il dispositivo è compatibile con I.C. (Integrated Circuit), semplificando la progettazione del circuito di pilotaggio.

1.2 Mercato di Riferimento e Applicazioni

L'applicazione primaria prevista è persistemi accessori automobilistici. Ciò include funzioni di illuminazione interne ed esterne che non fanno parte dei sistemi di illuminazione critici per la sicurezza (es. fari, luci freno). Esempi possono includere spie del cruscotto, luci d'ambiente, luci di cortesia (puddle lights) o indicatori di stato per vari sottosistemi del veicolo. La combinazione di alta luminosità, ampio angolo di visione e qualifica di grado automobilistico lo rende adatto a questi scopi.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce una suddivisione dettagliata delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche del dispositivo. Tutti i parametri sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C salvo diversa indicazione.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito.

• Dissipazione di Potenza (Pd):530 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_F(PEAK)):400 mA. Questa è la massima corrente impulsiva ammissibile, tipicamente definita in condizioni specifiche (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms) per gestire la temperatura di giunzione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):Da 5 mA a 200 mA. Questo è l'intervallo consigliato per il funzionamento continuo. La corrente minima garantisce un'emissione luminosa stabile, mentre la massima previene il surriscaldamento.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:Da -40°C a +110°C. Questo ampio intervallo è caratteristico dei componenti di grado automobilistico.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:Resiste a 260°C per 10 secondi, in linea con i profili comuni di rifusione senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Termiche

La gestione termica è fondamentale per le prestazioni e la longevità del LED. Questi parametri definiscono come il calore si propaga dalla giunzione del semiconduttore.

• Resistenza Termica, Giunzione-Ambiente (R_θJA):Tipica 50 °C/W. Misurata su un PCB FR4 (spessore 1.6mm) con una piazzola di rame di 16mm². Questo valore indica di quanto aumenta la temperatura di giunzione per ogni watt di potenza dissipata, rispetto all'aria ambiente.
• Resistenza Termica, Giunzione-Punto di Saldatura (R_θJS):Tipica 30 °C/W. Questo è spesso un parametro più utile in quanto descrive il percorso termico verso il PCB, che è il dissipatore di calore primario. Un valore più basso è migliore.
• Temperatura Massima di Giunzione (T_J):125 °C. Il limite superiore assoluto per la temperatura alla giunzione del semiconduttore.

2.3 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici in condizioni di test standard (I_F= 140mA, Ta=25°C).

• Intensità Luminosa (I_V):Da 4.5 cd (Min) a 11.2 cd (Max). Misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta fotopica (occhio umano) (CIE). Il valore effettivo è suddiviso in bin (vedi Sezione 3).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):Tipico 120 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco (sull'asse). Un ampio angolo di visione come questo fornisce un pattern di illuminazione ampio e uniforme.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):Tipica 592 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Da 583 nm a 595 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda che meglio rappresenta il colore percepito della luce, derivata dal diagramma di cromaticità CIE. Viene suddivisa in bin per garantire coerenza.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):Tipica 18 nm. Questo indica la purezza spettrale; una larghezza più stretta significa un colore più saturo e puro.
• Tensione Diretta (V_F):Da 1.90 V (Min) a 2.65 V (Max) a 140mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. Viene suddivisa in bin per facilitare la progettazione del circuito.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 μA a V_R= 12V. Il dispositivo non è progettato per funzionamento in polarizzazione inversa; questo parametro è solo a scopo di test.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire colore e prestazioni coerenti nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave. Il codice di lotto segue il formato: Vf / Iv / Wd (es. D/DA/3).

3.1 Binning della Tensione Diretta (Vf)

I bin garantiscono che i LED abbiano cadute di tensione simili, importante per la condivisione della corrente in circuiti paralleli o per una progettazione prevedibile del driver.

• Codici Bin:C (1.90-2.05V), D (2.05-2.20V), E (2.20-2.35V), F (2.35-2.50V), G (2.50-2.65V).
• Tolleranza:±0.1V all'interno di ciascun bin.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (Iv)

Questo raggruppa i LED in base alla loro luminosità di emissione.

• Codici Bin:DA (4.5-5.6 cd), DB (5.6-7.1 cd), EA (7.1-9.0 cd), EB (9.0-11.2 cd).
• Tolleranza:±11% all'interno di ciascun bin.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (Wd)

Questo garantisce un colore giallo percepito in modo coerente tra i lotti di produzione.

• Codici Bin:3 (583-586 nm), 4 (586-589 nm), 5 (589-592 nm), 6 (592-595 nm).
• Tolleranza:±1 nm all'interno di ciascun bin.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono informazioni su come si comporta il LED in condizioni variabili.

4.1 Distribuzione Spaziale (Pattern del Fascio)

Il diagramma polare fornito (Fig. 2) rappresenta visivamente l'angolo di visione di 120 gradi. Mostra l'intensità luminosa relativa in funzione dell'angolo rispetto all'asse centrale. Il pattern è tipicamente Lambertiano o quasi-Lambertiano per LED con un angolo di visione così ampio, il che significa che l'intensità diminuisce con il coseno dell'angolo.

4.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta / Intensità Luminosa

Sebbene non esplicitamente graficate nell'estratto fornito, le curve tipiche per i LED AlInGaP mostrano una relazione non lineare. La tensione diretta (V_F) aumenta in modo logaritmico con la corrente. L'intensità luminosa (I_V) è generalmente proporzionale alla corrente diretta fino a un certo punto, dopodiché si verifica un calo di efficienza a causa dell'aumento del calore e di altri effetti del semiconduttore. Il funzionamento ai 140mA consigliati è probabilmente all'interno della regione ad alta efficienza.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Le prestazioni del LED sono sensibili alla temperatura. All'aumentare della temperatura di giunzione:

• Tensione Diretta (V_F):Diminuisce leggermente (coefficiente di temperatura negativo).
• Intensità Luminosa (I_V):Diminuisce. L'emissione luminosa può calare significativamente ad alte temperature, motivo per cui la gestione termica (basso R_θJS) è cruciale.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Può spostarsi leggermente, influenzando potenzialmente il colore percepito, specialmente in applicazioni con binning stretto.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Identificazione della Polarità

Il LED utilizza un contorno di package standard EIA. Le dimensioni critiche includono lunghezza, larghezza e altezza, con una tolleranza tipica di ±0.2mm. Una nota di progettazione chiave è che illead frame dell'ANODO funge anche da dissipatore di calore primarioper il LED. Ciò significa che la piazzola dell'anodo sul PCB dovrebbe essere progettata per massimizzare la dissipazione termica, poiché è il percorso principale per il calore per uscire dalla giunzione del LED ed entrare nel PCB.

5.2 Progetto Consigliato della Piazzola di Montaggio su PCB

Viene fornito un diagramma del land pattern per la saldatura a rifusione IR. Seguire questa raccomandazione è essenziale per ottenere una corretta formazione del giunto di saldatura, garantire una buona connessione elettrica e, soprattutto, massimizzare il trasferimento di calore dalla piazzola anodo/dissipatore agli strati di rame del PCB. Le dimensioni e la forma di questa piazzola influenzano direttamente la resistenza termica effettiva (R_θJS).

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione IR

È specificato un grafico dettagliato del profilo di rifusione, conforme a J-STD-020 per processi senza piombo. I parametri chiave includono:

• Pre-riscaldamento:Rampa fino a 150-200°C.
• Tempo di Soak/Pre-riscaldamento:Massimo 120 secondi per consentire la stabilizzazione della temperatura e l'attivazione del flussante.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido (TAL):Il tempo trascorso sopra il punto di fusione della saldatura è critico; il profilo garantisce che sia entro i limiti (tipicamente 60-90 secondi) per formare giunti affidabili senza danni termici al componente.
• Numero di Passaggi:Massimo due cicli di rifusione.

6.2 Saldatura Manuale (Se Necessaria)

Se è richiesta una riparazione manuale:

• Temperatura del Saldatore:Massimo 300°C.
• Tempo di Saldatura:Massimo 3 secondi per giunto.
• Numero di Riparazioni:Una sola volta per la saldatura manuale per minimizzare lo stress termico.

6.3 Pulizia

Se è necessaria una pulizia post-saldatura, utilizzare solo solventi specificati per evitare di danneggiare il package del LED. Gli agenti consigliati sono alcol etilico o alcol isopropilico. Il LED deve essere immerso a temperatura normale per meno di un minuto.

7. Precauzioni per Stoccaggio e Manipolazione

7.1 Sensibilità all'Umidità

Questo prodotto è classificato comeLivello di Sensibilità all'Umidità (MSL) 2secondo JEDEC J-STD-020.

• Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione è di un anno dalla data di codice quando conservato nella busta originale anti-umidità con essiccante.
• Confezione Aperta:Per i componenti rimossi dalla busta sigillata, l'ambiente di stoccaggio non deve superare 30°C e 60% UR. Si raccomanda di completare la saldatura a rifusione IR entro 365 giorni dall'apertura.
• Stoccaggio Prolungato (Aperto):Conservare in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto.
• Essiccazione (Baking):Se i componenti sono stati esposti alle condizioni ambientali per più di 365 giorni, devono essere essiccati a circa 60°C per almeno 48 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire danni da \"popcorning\" durante la rifusione.

7.2 Precauzione per l'Applicazione

Il LED è progettato per apparecchiature elettroniche ordinarie e accessori automobilistici. Per applicazioni in cui un guasto potrebbe mettere direttamente a rischio la vita o la salute (es. sistemi primari di aviazione, supporto vitale medico, dispositivi di sicurezza critici), è richiesta una valutazione specifica dell'affidabilità e una consultazione con il produttore prima dell'integrazione nel progetto.

8. Informazioni su Imballaggio e Ordine

8.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il dispositivo viene fornito in nastro portante goffrato standard del settore.

• Larghezza del Nastro:12 mm.
• Diametro della Bobina:7 pollici (178 mm).
• Quantità per Bobina:Standard 1000 pezzi, con una quantità minima d'ordine di 500 pezzi per bobina.
• Nastro di Copertura:Le tasche vuote sono sigillate con un nastro di copertura superiore.
• Componenti Mancanti:È consentito un massimo di due LED mancanti consecutivi (tasche vuote) per specifica.
• Standard:L'imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481.

8.2 Informazioni sull'Etichetta

L'etichetta della bobina include il codice descrittivo del lotto nel formato Vf_Bin/Iv_Bin/Wd_Bin (es. D/DA/3), consentendo la tracciabilità delle caratteristiche elettriche e ottiche del lotto.

9. Suggerimenti per l'Applicazione e Considerazioni di Progetto

9.1 Scenari Applicativi Tipici

• Interni Auto:Spie del cruscotto, indicatori di posizione del cambio, luci di stato dell'impianto audio, illuminazione ambientale del vano piedi o della console.
• Esterni Auto:Luci di cortesia (puddle lights), illuminazione delle maniglie delle portiere, luci segnaletiche o di accento non critiche.
• Uso Generale come Indicatore:LED di stato in altre apparecchiature di trasporto o industriali dove sono vantaggiosi l'ampio angolo di visione e l'alta luminosità.

9.2 Considerazioni di Progetto Critiche

1. Gestione Termica:Questo è l'aspetto più critico. Il layout del PCB deve massimizzare le dimensioni e la connettività termica (utilizzando via agli strati di rame interni o posteriori) dellapiazzola dell'anodo, poiché è il percorso termico principale. Il mancato rispetto di ciò porterà a temperature di giunzione più elevate, ridotta emissione luminosa, accelerazione del decadimento del flusso luminoso e durata di vita più breve.
2. Pilotaggio della Corrente:Utilizzare un circuito driver a corrente costante, non un semplice resistore limitatore di corrente collegato a una sorgente di tensione variabile, per un'emissione luminosa stabile e uniforme. Assicurarsi che il driver possa fornire la corrente richiesta (5-200mA DC) e possa gestire il bin della tensione diretta dei LED utilizzati.
3. Progetto Ottico:L'angolo di visione di 120 gradi fornisce luce diffusa e ampia. Per fasci focalizzati, sarebbero necessarie ottiche secondarie (lenti). La lente \"water clear\" significa che il LED emette il colore giallo nativo senza diffusione.
4. Protezione ESD:Sebbene non dichiarato esplicitamente come sensibile, implementare una protezione ESD di base sulle linee di controllo che pilotano il LED è una buona pratica per la robustezza.

10. Confronto Tecnico e Differenziazione

Sebbene in questa scheda tecnica non venga fornito un confronto diretto fianco a fianco con altri codici articolo, i principali fattori di differenziazione di questo LED possono essere dedotti dalle sue specifiche:

• vs. LED Commerciali Standard:Il principale fattore di differenziazione è laqualifica AEC-Q101e l'ampio intervallo di temperatura (-40°C a +110°C), che lo rende adatto agli ambienti automobilistici dove sono comuni temperature estreme e vibrazioni.
• vs. LED ad Angolo Stretto:L'angolo di visione di 120 gradiè significativamente più ampio di molti LED indicatori (che possono essere 30-60 gradi), rendendolo migliore per l'illuminazione di aree o applicazioni in cui il LED può essere visto da angoli fuori asse.
• vs. LED non Binnati:Il completobinning a tre parametri (Vf, Iv, Wd)garantisce una coerenza molto più elevata in luminosità, colore e comportamento elettrico all'interno di una produzione, essenziale per applicazioni che richiedono un aspetto uniforme o prestazioni del circuito prevedibili.

11. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?
R: La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P) è la lunghezza d'onda fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) è un valore calcolato che rappresenta il colore percepito dall'occhio umano, basato sull'intero spettro di emissione e sulle funzioni di corrispondenza dei colori CIE. λ_dè più rilevante per la specifica del colore.

D2: Perché c'è una corrente diretta minima (5mA)?
R: A correnti molto basse, l'emissione luminosa di un LED può diventare instabile e non lineare. Specificare un minimo garantisce che il dispositivo operi in una regione prevedibile e stabile della sua curva di prestazione.

D3: Posso pilotare questo LED con un alimentatore da 12V e una resistenza?
R: Tecnicamente sì, ma non è raccomandato per prestazioni o affidabilità ottimali. Il calcolo R = (12V - V_F) / I_Fè semplice, ma qualsiasi variazione nella tensione di alimentazione o nella tensione diretta del LED (dovuta al binning o alla temperatura) causerà una grande variazione nella corrente e quindi nella luminosità. Un driver a corrente costante è fortemente preferibile.

D4: L'anodo è il dissipatore di calore. Significa che la piazzola del catodo non è termicamente importante?
R: Corretto. Il percorso termico primario è intenzionalmente progettato attraverso l'anodo. Mentre la connessione del catodo condurrà un po' di calore, il layout del PCB dovrebbe concentrare gli sforzi di gestione termica (ampia area di rame, via termiche) esclusivamente sulla piazzola dell'anodo per la massima efficacia.

12. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di una striscia LED ambientale per la console centrale di un'auto.

1. Analisi dei Requisiti:Necessità di un'illuminazione gialla uniforme e soffusa lungo una striscia di 30cm, visibile da varie posizioni di seduta. La tensione di funzionamento è il sistema nominale a 12V del veicolo. L'ambiente di temperatura varia dall'avviamento a freddo all'abitacolo caldo.
2. Selezione del Componente:Questo LED è adatto grazie al suo grado automobilistico, all'ampio angolo di visione (per una diffusione uniforme) e al colore giallo. L'alta luminosità consente di pilotarlo al di sotto della sua corrente massima per una maggiore efficienza e una vita più lunga.
3. Progettazione del Circuito:Viene selezionato un driver LED a corrente costante switching, configurato per fornire 100mA per LED. Questo è al di sotto del punto di test di 140mA, fornendo un margine per la derating termica. L'impostazione di corrente del driver è indipendente dalle fluttuazioni del sistema elettrico del veicolo (9-16V).
4. Layout del PCB:Il design utilizza una disposizione lineare di LED. Il passo più critico è progettare una grande e solida area di rame per la piazzola dell'anodo di ciascun LED, collegata attraverso molteplici via termici a un piano di massa interno dedicato che funge da diffusore di calore. Le piazzole del catodo sono collegate con tracce sottili.
5. Integrazione Ottica:I LED sono posizionati dietro una guida luminosa/diffusore bianco latte o strutturato per disperdere il fascio di 120 gradi in una linea di luce perfettamente uniforme, nascondendo i singoli \"punti caldi\" dei LED.
6. Validazione:L'assemblaggio viene testato nell'intervallo di temperatura per garantire che l'emissione luminosa soddisfi i requisiti quando è caldo e che non si verifichino guasti legati alla condensa durante i cicli di umidità (validando che siano state seguite le procedure di gestione MSL-2).

13. Introduzione alla Tecnologia

Questo LED utilizza un sistema di materiale semiconduttoreAlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). Questo materiale è particolarmente efficiente nella produzione di luce nelle regioni gialla, arancione, rossa e ambra dello spettro. I principali vantaggi di AlInGaP includono un'elevata efficienza quantica interna e una buona stabilità termica rispetto ad alcuni altri sistemi di materiali. La lente \"water clear\" è tipicamente realizzata in epossidico o silicone ad alta temperatura trasparente alla lunghezza d'onda emessa, consentendo di vedere il colore puro del die del semiconduttore senza alterazioni o diffusione.

14. Tendenze e Sviluppi del Settore

La tendenza generale nei LED SMD, in particolare per applicazioni automobilistiche e industriali, è verso:

1. Aumento dell'Efficienza (lm/W):Miglioramenti continui nella crescita epitassiale e nel design del chip producono più luce per lo stesso input elettrico, riducendo il consumo energetico e il carico termico.
2. Maggiore Densità di Potenza e Miglioramento della Gestione Termica:I nuovi design dei package incorporano percorsi termici migliori (come il dissipatore anodo dedicato qui) e materiali per gestire correnti di pilotaggio più elevate in ingombri più piccoli.
3. Affidabilità Migliorata e Qualificazione Più Stringente:Standard come AEC-Q101 vengono continuamente rivisti e ci si aspetta che i componenti superino test più rigorosi per una maggiore durata, specialmente nelle applicazioni automobilistiche dove sono comuni durate di 10-15 anni.
4. Binning Più Stretto e Coerenza del Colore:Poiché applicazioni come l'illuminazione ambientale diventano più estetiche, aumenta la domanda di LED con coordinate di colore estremamente coerenti (oltre la semplice lunghezza d'onda dominante) e intensità tra i lotti di produzione.
5. Integrazione:C'è una tendenza verso l'integrazione di più chip LED, circuiti di controllo e talvolta ottiche in singoli \"moduli LED\" più intelligenti per semplificare il progetto dell'utente finale.