Scheda Tecnica LED a Riflettore SMD Serie 67-21 - Package P-LCC-2 - 3.5V Max - 110mW - Verde/Giallo/Blu/Arancione - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie 67-21 rappresenta una famiglia di diodi a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD) che integra un riflettore all'interno di un package P-LCC-2. Questo design è concepito per fornire un ampio angolo di visione e un'emissione luminosa ottimizzata, rendendolo particolarmente adatto per applicazioni che richiedono un efficiente accoppiamento della luce in guide luminose. La serie è disponibile in più colori tra cui arancione chiaro, verde, blu e giallo, con corpo bianco e finestra trasparente incolore. Il suo basso requisito di corrente diretta lo rende una scelta ideale per applicazioni sensibili al consumo energetico, come i dispositivi elettronici portatili.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questa serie di LED derivano dal design del suo package. Il riflettore integrato migliora significativamente l'estrazione e la direzionalità della luce, ottenendo un pattern di emissione ampio e uniforme. Questa caratteristica è cruciale per la retroilluminazione di simboli, interruttori e pannelli LCD dove è richiesta un'illuminazione uniforme. Il dispositivo è pienamente compatibile con le attrezzature standard di pick-and-place automatizzate ed è fornito su nastro da 8mm e bobina per assemblaggi ad alto volume. La sua compatibilità con vari processi di saldatura, inclusa la rifusione in fase di vapore, a infrarossi e a onda, offre flessibilità nella produzione. Il prodotto è anche conforme RoHS e senza piombo. I mercati target includono interni auto (cruscotto e retroilluminazione interruttori), apparecchiature di telecomunicazione (indicatori e retroilluminazione in telefoni/fax) ed elettronica di consumo generale che richiede soluzioni affidabili per luci di segnalazione o retroilluminazione.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Le prestazioni elettriche e ottiche del LED sono definite in specifiche condizioni di test, tipicamente a una corrente diretta (I_F) di 20mA e una temperatura ambiente (T_a) di 25°C. Comprendere questi parametri è essenziale per un corretto design del circuito e per garantire l'affidabilità a lungo termine.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono per il funzionamento continuo. I limiti chiave includono una tensione inversa massima (V_R) di 5V, una corrente diretta continua (I_F) di 30mA e una corrente diretta di picco (I_FP) di 100mA in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10 a 1kHz). La dissipazione di potenza massima (P_d) è di 110mW. Il dispositivo può operare in un intervallo di temperatura da -40°C a +85°C e può essere conservato tra -40°C e +90°C. Sono specificati anche i profili di temperatura di saldatura per prevenire danni al package durante l'assemblaggio.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

I parametri di prestazione tipici forniscono i valori attesi in condizioni operative normali. Per la variante specifica implicita nel documento (probabilmente un LED verde in base ai dati sulla lunghezza d'onda), l'intensità luminosa (I_v) varia da un minimo di 900 mcd a un massimo di 1800 mcd. L'angolo di visione (2θ_1/2), definito come l'angolo in cui l'intensità scende alla metà del suo valore di picco, è tipicamente di 120 gradi, confermando l'affermazione dell'ampio angolo. La lunghezza d'onda dominante (λ_d) per questo esempio è compresa tra 520nm e 535nm, collocandola nello spettro verde. La tensione diretta (V_F) varia da 2.7V a 3.5V a 20mA. Una resistenza limitatrice di corrente è obbligatoria nel circuito applicativo per evitare di superare la corrente diretta massima, poiché i LED presentano una relazione I-V non lineare dove un piccolo aumento di tensione può causare un grande, e potenzialmente distruttivo, picco di corrente.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino le esigenze specifiche della loro applicazione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'emissione luminosa è categorizzata in tre codici bin: V2 (900-1120 mcd), W1 (1120-1420 mcd) e W2 (1420-1800 mcd). La tolleranza per l'intensità luminosa è ±11%. I progettisti devono tenere conto di questa variazione quando progettano per requisiti di luminosità minima.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Il colore (lunghezza d'onda dominante) è suddiviso in tre codici: X (520-525 nm), Y (525-530 nm) e Z (530-535 nm), con una stretta tolleranza di ±1nm. Ciò garantisce la coerenza del colore all'interno di un lotto, fondamentale per applicazioni in cui più LED sono utilizzati uno accanto all'altro.

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in quattro bin: 10 (2.70-2.90V), 11 (2.90-3.10V), 12 (3.10-3.30V) e 13 (3.30-3.50V), con una tolleranza di ±0.1V. Conoscere il bin V_Fè importante per calcolare il valore preciso della resistenza limitatrice per ottenere la corrente di pilotaggio desiderata, specialmente quando si opera con un'alimentazione a bassa tensione o strettamente regolata.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il dispositivo utilizza un package P-LCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier). Nel datasheet sono forniti disegni dettagliati delle dimensioni del package, specificando lunghezza, larghezza, altezza, passo dei terminali e geometria dei pad. Queste dimensioni sono critiche per il design dell'impronta sul PCB. Il package presenta un corpo bianco che aiuta la riflessione della luce e una lente epossidica trasparente incolore. La polarità è indicata dalla struttura fisica del package, tipicamente con una tacca o un catodo contrassegnato. Il pattern di pad PCB consigliato garantisce una corretta saldatura e stabilità meccanica.

5. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

Una corretta manipolazione e saldatura sono vitali per mantenere l'integrità e le prestazioni del dispositivo.

5.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Per la saldatura senza piombo, deve essere seguito uno specifico profilo di temperatura. La fase di preriscaldamento dovrebbe salire da 150°C a 200°C in 60-120 secondi. Il tempo sopra la temperatura del liquidus (217°C) dovrebbe essere mantenuto per 60-150 secondi, con una temperatura di picco non superiore a 260°C per più di 10 secondi. La velocità di riscaldamento massima dovrebbe essere di 3°C/sec e la velocità di raffreddamento non dovrebbe superare i 6°C/sec. La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte sullo stesso dispositivo.

5.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, bisogna prestare estrema attenzione. La temperatura della punta del saldatore dovrebbe essere inferiore a 350°C e il tempo di contatto con ciascun terminale non dovrebbe superare i 3 secondi. Si consiglia un saldatore a bassa potenza (≤25W). Dovrebbe essere rispettato un intervallo minimo di 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per prevenire shock termici.

5.3 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I componenti sono imballati in buste resistenti all'umidità con un essiccante e una cartina indicatrice di umidità. La busta dovrebbe essere aperta solo immediatamente prima dell'uso in un ambiente controllato a meno di 30°C e 60% di umidità relativa. Una volta aperta, i componenti devono essere utilizzati entro il tempo di vita specificato (non esplicitamente dichiarato nell'estratto ma tipicamente definito dal Livello di Sensibilità all'Umidità, MSL). Se la cartina indicatrice mostra umidità eccessiva, i componenti devono essere essiccati a 60°C ±5°C per 24 ore prima dell'uso.

6. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

I LED sono forniti su nastro portante goffrato da 8mm di larghezza, caricati su bobine standard. Una bobina tipica contiene 2000 pezzi, sebbene possano essere disponibili quantità minime d'ordine di 250, 500 o 1000 pezzi. Le dimensioni della bobina e del nastro sono specificate con precisione per garantire la compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatizzate. L'etichetta dell'imballaggio include informazioni critiche come il numero del prodotto, la quantità e i codici bin specifici per l'intensità luminosa (CAT), la lunghezza d'onda dominante (HUE) e la tensione diretta (REF), insieme al numero di lotto per la tracciabilità.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Interni Auto:Retroilluminazione per strumenti del cruscotto, pulsanti di controllo e interruttori. L'ampio angolo di visione garantisce la visibilità da diverse posizioni del guidatore.
• Telecom/Elettronica di Consumo:Indicatori di stato e retroilluminazione tastiera in telefoni, fax e telecomandi. Il basso assorbimento di corrente è vantaggioso per la durata della batteria.
• Luci Indicatrici Generali:Indicatori di stato alimentazione, selezione modalità e allarme in vari dispositivi elettronici.
• Applicazioni con Guide di Luce:L'emissione luminosa ottimizzata e l'ampio angolo rendono questa serie ideale per l'accoppiamento in guide di luce in acrilico o policarbonato, che poi guidano la luce verso una posizione desiderata su un pannello, consentendo un design meccanico flessibile.

7.2 Considerazioni di Progetto

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie per impostare la corrente diretta. Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare il V_Fmassimo dal datasheet (o dal bin specifico) per garantire che la corrente non superi mai il valore massimo nominale nelle condizioni peggiori.
• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche se si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima per mantenere la temperatura di giunzione entro i limiti.
• Protezione ESD:Il dispositivo ha una resistenza ESD di 1000V (HBM). Implementare le precauzioni ESD standard durante la manipolazione e l'assemblaggio. Per applicazioni sensibili, considerare l'aggiunta di soppressione di tensione transiente sulle linee collegate al LED.
• Design Ottico:Per applicazioni con guide di luce, la distanza e l'allineamento tra il LED e l'ingresso della guida sono critici. L'ampio angolo di visione aiuta ma potrebbe richiedere una coppa riflettente o un design di guida personalizzato per massimizzare l'efficienza di accoppiamento.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il differenziatore chiave della serie 67-21 è il riflettore integrato all'interno del package P-LCC-2. Rispetto ai LED SMD standard senza questa caratteristica, offre un'efficienza di emissione luminosa superiore e un pattern di fascio più controllato e ampio. Ciò elimina la necessità di un riflettore esterno in molti design, risparmiando spazio e costi. La combinazione di un ampio angolo di visione di 120 gradi e la disponibilità in più colori all'interno della stessa impronta del package offre flessibilità di design. La sua compatibilità con tutti i principali processi di saldatura lo rende anche un componente versatile e pronto all'uso per varie linee di produzione.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Perché una resistenza limitatrice di corrente è assolutamente necessaria?

I LED sono diodi con una relazione corrente-tensione (I-V) esponenziale. Un piccolo aumento della tensione oltre la tensione diretta nominale provoca un aumento molto grande della corrente. Senza una resistenza per limitare questa corrente, il LED assorbirà rapidamente una corrente eccessiva, portando a surriscaldamento e guasto catastrofico, anche se la tensione dell'alimentatore sembra solo leggermente alta. La resistenza fornisce una caduta di tensione lineare e prevedibile per stabilizzare la corrente.

9.2 Posso pilotare questo LED direttamente con una sorgente di tensione?

No. Pilotare un LED direttamente con una sorgente di tensione è fortemente sconsigliato e probabilmente distruggerà il dispositivo. Deve essere pilotato con una sorgente di corrente o, più comunemente, con una sorgente di tensione in serie a una resistenza limitatrice come descritto sopra.

9.3 Cosa significa il "binning" dei parametri per il mio progetto?

Binning significa che i LED vengono testati e suddivisi in gruppi in base alle prestazioni. Se il tuo progetto richiede una luminosità o un colore molto coerenti tra più unità, dovresti specificare i codici bin richiesti (es. W2 per la massima luminosità, Y per una specifica tonalità di verde) quando ordini. Se il tuo progetto può tollerare una maggiore variazione, potresti accettare un mix più ampio di bin, il che potrebbe essere più conveniente.

9.4 Quante volte posso rifondere questo componente?

Il datasheet specifica che la saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte. Ogni ciclo di rifusione sottopone il componente a stress termico, che può potenzialmente degradare i bonding interni dei fili o l'incapsulante epossidico. Per la riparazione, sono fornite linee guida specifiche che utilizzano un saldatore a doppia testa per minimizzare il riscaldamento localizzato.

10. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello a membrana retroilluminato.Un progettista sta creando un pannello di controllo con 12 pulsanti illuminati. Ogni pulsante utilizza una guida di luce per convogliare la luce da un LED SMD montato sul PCB principale al cappuccio del pulsante. La serie 67-21 è selezionata per il suo ampio angolo di visione, che garantisce un efficiente accoppiamento nell'ingresso della guida di luce, e per il suo basso assorbimento di corrente, poiché il pannello è alimentato da un rail a 5V con un budget di corrente limitato. Il progettista calcola il valore della resistenza limitatrice utilizzando il V_Fmassimo di 3.5V per garantire un funzionamento sicuro su tutte le unità: R = (5V - 3.5V) / 0.02A = 75 Ohm. Viene scelta una resistenza standard da 75Ω o 82Ω. Il layout del PCB posiziona i LED precisamente sotto le aperture delle guide di luce e l'assemblaggio segue il profilo di rifusione specificato. Specificando un bin di lunghezza d'onda stretto (es. Y: 525-530nm), il progettista garantisce che tutti i pulsanti abbiano un colore verde uniforme.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

I diodi a emissione luminosa sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce attraverso l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata alla giunzione p-n, gli elettroni del materiale di tipo n si ricombinano con le lacune del materiale di tipo p nella regione attiva. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda specifica (colore) della luce emessa è determinata dall'energia della banda proibita dei materiali semiconduttori utilizzati (es. InGaN per verde/blu). Il riflettore integrato nella serie 67-21 è una cavità sagomata attorno al chip semiconduttore. Riflette la luce che altrimenti verrebbe emessa lateralmente o assorbita dal package verso l'alto nella direzione di visione, aumentando così l'emissione luminosa utile e modellando il pattern di radiazione in un fascio più ampio e uniforme.

12. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nei LED indicatori SMD continua verso una maggiore efficienza (più luce emessa per unità di potenza elettrica), un miglioramento della coerenza del colore attraverso un binning avanzato e un controllo di produzione, e un'affidabilità potenziata. Le tecnologie di packaging si stanno evolvendo per consentire angoli di visione ancora più ampi e una migliore gestione termica in impronte più piccole. C'è anche una crescente enfasi sulla compatibilità con processi di saldatura senza piombo e ad alta temperatura per soddisfare le normative ambientali globali e le esigenze delle applicazioni di grado automobilistico. L'integrazione di caratteristiche ottiche, come il riflettore in questa serie, direttamente nel package del LED è una tendenza chiave che semplifica il design del prodotto finale e migliora le prestazioni ottiche.