Scheda Tecnica LED Blu Media Potenza SMD 67-21S - Package PLCC-2 - 150mA - 3.2V Tip. - 540mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il 67-21S è un LED a media potenza per montaggio superficiale (SMD) progettato per applicazioni di illuminazione generale. Utilizza un package PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier), che offre un fattore di forma compatto adatto ai processi di assemblaggio automatizzato. Il colore primario emesso è il blu, ottenuto tramite la tecnologia a chip InGaN, incapsulato in una resina trasparente per massimizzare l'emissione luminosa. Questo LED è caratterizzato da un'elevata efficienza e da un ampio angolo di visione di 120 gradi, rendendolo versatile per varie esigenze di illuminazione. È conforme alle direttive RoHS ed è prodotto come componente senza piombo (Pb-free).

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi chiave di questo LED includono il suo equilibrio tra prestazioni e consumo energetico, spesso definito "media potenza". Fornisce un flusso luminoso superiore rispetto ai tipici LED indicatori a bassa potenza, mantenendo una migliore gestione termica ed efficienza rispetto ad alcune controparti ad alta potenza. Il suo ampio angolo di visione garantisce una distribuzione uniforme della luce, fondamentale per l'illuminazione d'ambiente. I mercati principali sono l'illuminazione decorativa e per intrattenimento, dove colore e luce diffusa sono importanti, e l'illuminazione per l'agricoltura, dove specifici spettri luminosi possono influenzare la crescita delle piante. È anche adatto per l'illuminazione generica in prodotti consumer e commerciali.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I limiti operativi del dispositivo sono definiti in condizioni specifiche (temperatura del punto di saldatura a 25°C). La corrente diretta continua massima (I_F) è di 150 mA. Può sopportare una corrente diretta di picco (I_FP) di 300 mA, ma solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 10 ms. La dissipazione di potenza massima (P_d) è di 540 mW. L'intervallo di temperatura operativa (T_opr) va da -40°C a +85°C, e l'intervallo di temperatura di conservazione (T_stg) va da -40°C a +100°C. La resistenza termica dalla giunzione al punto di saldatura (R_{th J-S}) è di 50 °C/W, un parametro critico per la progettazione della gestione termica. La temperatura massima ammissibile della giunzione (T_j) è di 125°C. Il dispositivo è sensibile alle scariche elettrostatiche (ESD), richiedendo procedure di manipolazione appropriate.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

In condizioni di test standard (T_saldatura= 25°C, I_F= 150 mA), sono specificate le prestazioni tipiche del LED. Il flusso luminoso (Φ) varia da un minimo di 9,0 lm a un massimo di 15,0 lm, con una tolleranza tipica di ±11%. La tensione diretta (V_F) tipicamente è compresa tra 2,9 V e 3,6 V, con una tolleranza di produzione più stretta di ±0,1V. L'angolo di visione (2θ_1/2), definito come l'angolo in cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco, è tipicamente di 120 gradi. La corrente inversa (I_R) è specificata con un massimo di 50 μA quando viene applicata una tensione inversa (V_R) di 5V.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri prestazionali chiave.

3.1 Binning Fotometrico (Flusso Luminoso)

L'output del flusso luminoso è categorizzato in più codici bin (B8, B9, L1-L5). Ogni codice rappresenta un intervallo specifico di flusso misurato a 150 mA. Ad esempio, il bin B8 copre da 9,0 a 9,5 lm, mentre il bin L5 copre da 14,0 a 15,0 lm. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con il livello di luminosità desiderato per la loro applicazione.

3.2 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in codici da 36 a 42. Ogni codice rappresenta un intervallo di 0,1V, partendo da 2,9-3,0V per il bin 36 fino a 3,5-3,6V per il bin 42. Selezionare LED dallo stesso bin di tensione o da bin adiacenti è importante per garantire una distribuzione uniforme della corrente quando più LED sono collegati in parallelo.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Il colore (lunghezza d'onda dominante) è suddiviso in due intervalli: B54 (465-470 nm) e B55 (470-475 nm). Ciò fornisce un certo grado di coerenza cromatica per applicazioni in cui è richiesta una specifica tonalità di blu. La tolleranza di misura per la lunghezza d'onda dominante/picco è di ±1 nm.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Distribuzione Spettrale

Il grafico dello spettro fornito mostra una tipica curva di emissione per un LED blu InGaN. Il picco è centrato nella regione delle lunghezze d'onda blu (intorno a 465-475 nm), con una larghezza spettrale relativamente stretta, caratteristica di questo materiale semiconduttore.

4.2 Tensione Diretta vs. Temperatura di Giunzione

La Figura 1 illustra come la tensione diretta si sposta con l'aumento della temperatura di giunzione. La tensione tipicamente diminuisce linearmente all'aumentare della temperatura (un coefficiente di temperatura negativo), caratteristica comune dei diodi a semiconduttore. Questo deve essere considerato nei circuiti di pilotaggio a tensione costante.

4.3 Potenza Radiometrica Relativa vs. Corrente Diretta

La Figura 2 mostra la relazione tra la potenza ottica in uscita e la corrente diretta. L'output aumenta in modo sub-lineare con la corrente e l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento della generazione di calore e di altri effetti non ideali.

4.4 Flusso Luminoso Relativo vs. Temperatura di Giunzione

La Figura 3 dimostra l'effetto di quenching termico. All'aumentare della temperatura di giunzione, l'output del flusso luminoso diminuisce. Un adeguato dissipatore di calore è essenziale per mantenere l'output luminoso e la longevità.

4.5 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV)

La Figura 4 presenta la classica curva caratteristica IV del diodo a 25°C. Mostra la relazione esponenziale tra corrente e tensione una volta superata la tensione di soglia.

4.6 Corrente di Pilotaggio Massima vs. Temperatura di Saldatura

La Figura 5 fornisce una curva di derating. Indica la corrente diretta massima ammissibile per mantenere la temperatura di giunzione al di sotto del suo limite di 125°C, in base alla temperatura del punto di saldatura (che è correlata alla temperatura del PCB). A temperature ambiente o della scheda più elevate, la corrente deve essere ridotta.

4.7 Diagramma di Radiazione

La Figura 6 è un diagramma polare che mostra la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa. Il pattern conferma il profilo di emissione ampio, simile a Lambertiano, con un angolo di visione di 120°.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

La scheda tecnica include un disegno dimensionale dettagliato del package PLCC-2. Le dimensioni chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive, nonché la spaziatura e le dimensioni dei pad. Il catodo è tipicamente identificato da un segno o da un angolo smussato sul package. Tutte le tolleranze non specificate sono di ±0,15 mm.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

Il LED è adatto per la saldatura a rifusione. Il profilo di temperatura massimo raccomandato è di 260°C di picco per una durata di 10 secondi. Per la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore non deve superare i 350°C e il tempo di contatto deve essere limitato a 3 secondi per pad. Questi limiti sono cruciali per prevenire danni al package plastico e ai fili di connessione interni.

7. Informazioni su Imballaggio e Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I componenti sono forniti su nastro e bobina resistenti all'umidità per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. Sono fornite le dimensioni della bobina e delle tasche del nastro portacomponenti. La quantità standard caricata è di 4000 pezzi per bobina.

7.2 Sensibilità all'Umidità e Imballaggio

I LED sono imballati in una busta di alluminio a prova di umidità con essiccante per proteggerli dall'umidità ambientale durante lo stoccaggio e il trasporto, poiché l'assorbimento di umidità può causare il fenomeno del "popcorning" durante la saldatura a rifusione.

7.3 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene informazioni come il numero di prodotto (P/N), la quantità (QTY) e i codici bin specifici per l'intensità luminosa (CAT), la lunghezza d'onda dominante (HUE) e la tensione diretta (REF).

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Illuminazione Decorativa e per Intrattenimento:Il colore blu e l'ampio angolo lo rendono adatto per l'illuminazione d'accento, la segnaletica e gli effetti scenici.
Illuminazione per l'Agricoltura:La luce blu è un componente chiave negli spettri di illuminazione orticola, influenzando la morfologia e la fotosintesi delle piante.
Illuminazione Generale:Può essere utilizzato in array per pannelli luminosi, faretti e altri apparecchi dove è necessaria una sorgente luminosa blu diffusa o bianca (quando combinata con fosfori).

8.2 Considerazioni di Progettazione

Gestione Termica:Con una R_{th J-S}di 50 °C/W, un efficace dissipatore di calore tramite il PCB (utilizzando via termiche, piazzole di rame) è obbligatorio per un funzionamento affidabile a piena corrente.
Pilotaggio della Corrente:Si raccomanda vivamente un driver a corrente costante rispetto a una sorgente a tensione costante per garantire un output luminoso stabile e prevenire la fuga termica.
Ottica:L'ampio angolo di visione può richiedere ottiche secondarie (lenti, riflettori) se si desidera un fascio più focalizzato.
Protezione ESD:Implementare la protezione ESD sugli ingressi del PCB e garantire una manipolazione corretta durante l'assemblaggio.

9. Affidabilità e Test

La scheda tecnica elenca una serie completa di test di affidabilità eseguiti con un livello di confidenza del 90% e un LTPD (Lot Tolerance Percent Defective) del 10%. I test includono resistenza alla saldatura a rifusione, shock termico, cicli di temperatura, stoccaggio e funzionamento ad alta temperatura/umidità, stoccaggio e funzionamento a bassa temperatura e test di vita operativa multipli ad alta temperatura in varie condizioni (25°C, 55°C, 85°C con diverse correnti). Questi test convalidano la robustezza del LED sotto tipici stress ambientali e operativi.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED a 300 mA in modo continuo?
R: No. La specifica di 300 mA è solo per funzionamento pulsato (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 10ms). La corrente continua massima è di 150 mA. Superare questo valore probabilmente surriscalderà e danneggerà il LED.

D: Perché il binning della tensione diretta è importante?
R: Quando si collegano più LED in parallelo, le differenze nella tensione diretta causano una distribuzione non uniforme della corrente. I LED con una V_Finferiore assorbiranno più corrente, potenzialmente portando a un guasto prematuro. Utilizzare LED dallo stesso bin di tensione minimizza questo rischio.

D: Come interpreto il valore della resistenza termica (50 °C/W)?
R: Significa che per ogni watt di potenza dissipata nella giunzione del LED, la temperatura di giunzione aumenterà di 50°C rispetto alla temperatura del punto di saldatura. Ad esempio, a 150 mA e una V_Fdi 3,2V, la potenza è ~0,48W. Ciò causerebbe un aumento di 24°C dal pad del PCB alla giunzione.

D: Qual è lo scopo della busta a prova di umidità?
R: I package SMD possono assorbire umidità dall'aria. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, questa umidità intrappolata può vaporizzarsi rapidamente, creando una pressione interna che incrina il package ("popcorning"). La busta a prova di umidità e l'essiccante prevengono l'assorbimento prima dell'uso.

11. Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Progettazione di una barra luminosa lineare utilizzando 20 pezzi del LED 67-21S.
Passaggi di Progettazione:
1. Progettazione Elettrica:Decidere una configurazione serie-parallelo. Ad esempio, collegare 10 stringhe in parallelo, con ogni stringa contenente 2 LED in serie. Ciò richiede una tensione di pilotaggio di ~6,4V (2 * 3,2V) e una corrente totale di 1,5A (10 stringhe * 150mA). È necessario un driver a corrente costante impostato a 1,5A e capace di un'uscita >7V.
2. Progettazione Termica:Calcolare la dissipazione di potenza totale: 20 LED * 0,48W ≈ 9,6W. Il PCB deve fungere da dissipatore di calore. Utilizzare uno strato di rame da 2 oz, via termiche sotto ogni pad del LED collegate a un ampio piano di massa interno, e considerare un PCB con nucleo in alluminio (MCPCB) per una migliore diffusione del calore.
3. Progettazione Ottica:Per una barra lineare, il fascio nativo di 120° può essere sufficiente. Se si utilizza una copertura diffondente, assicurarsi che abbia un'alta trasmittanza per mantenere l'efficienza.
4. Selezione dei Componenti:Specificare LED dallo stesso bin di flusso luminoso (es. L2) e dallo stesso bin di tensione diretta (es. 38) per garantire uniformità di luminosità e condivisione della corrente.

12. Introduzione al Principio Tecnico

Il LED 67-21S è basato su un'eterostruttura semiconduttore realizzata in Nitruro di Gallio e Indio (InGaN). Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva. La loro ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega InGaN determina l'energia del bandgap, che a sua volta definisce la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa – in questo caso, blu. Il package PLCC-2 ospita il die semiconduttore su un leadframe, lo collega con fili sottili e lo incapsula in una resina epossidica o siliconica trasparente che protegge il die e funge da elemento ottico primario.

13. Tendenze Tecnologiche

Il mercato per i LED a media potenza come il 67-21S continua ad evolversi. Le tendenze chiave includono:
Aumento dell'Efficienza (lm/W):Miglioramenti continui nel design del chip, nella crescita epitassiale e nell'efficienza di estrazione del package portano a un output luminoso più elevato per lo stesso input elettrico.
Migliore Coerenza Cromatica:Tolleranze di binning più strette e controlli di produzione avanzati riducono la variazione cromatica all'interno e tra i lotti di produzione.
Affidabilità Migliorata:Sviluppo di materiali per package più robusti (es. siliconi ad alta temperatura) e tecnologie di attacco del die per resistere a temperature operative più elevate e ambienti più severi.
Ottimizzazione per Applicazioni Specifiche:I LED sono sempre più personalizzati per mercati specifici come l'orticoltura, con spettri ottimizzati per i fotorecettori delle piante, o per l'illuminazione centrata sull'uomo, considerando i ritmi circadiani.