Scheda Tecnica LED SMD 3014 Bianco - Dimensioni 3.0x1.4x0.8mm - Tensione 2.4-3.6V - Potenza 0.093W - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un LED a montaggio superficiale (SMD) in formato package 3014, configurato per emissione a visione dall'alto. Il colore primario emesso è il bianco, ottenuto attraverso una combinazione di materiale chip InGaN e un incapsulante resinoso giallastro. Il dispositivo è progettato per applicazioni di indicazione e illuminazione generica dove prestazioni affidabili e facilità di assemblaggio sono fondamentali.

I vantaggi principali di questo LED includono il suo compatto package P-LCC-2, che facilita il montaggio ad alta densità su PCB. Presenta un riflettore interno e un corpo del package bianco per migliorare l'emissione luminosa e la direzionalità. Il dispositivo è pienamente conforme agli standard ambientali e di produzione moderni, essendo privo di piombo, conforme RoHS, conforme REACH e privo di alogeni. È pre-condizionato secondo JEDEC J-STD-020D Livello 3 per la sensibilità all'umidità, garantendo affidabilità nei processi di saldatura a rifusione.

Il mercato di riferimento comprende un'ampia gamma di dispositivi elettronici che richiedono indicazione di stato, retroilluminazione o illuminazione generale. Il suo design lo rende adatto sia per l'elettronica di consumo che industriale.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I limiti operativi del dispositivo sono definiti in condizioni ambientali standard (Ta=25°C). Superare questi valori può causare danni permanenti.

• Tensione Inversa (VR):5 V. Questa è la massima tensione che può essere applicata in direzione inversa ai terminali del LED.
• Corrente Diretta (IF):30 mA. La massima corrente continua DC raccomandata per un funzionamento affidabile.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):60 mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 a 1 kHz.
• Dissipazione di Potenza (Pd):93 mW. La massima potenza che il package può dissipare senza superare il limite di temperatura di giunzione.
• Temperatura di Giunzione (Tj):115 °C. La massima temperatura ammissibile della giunzione semiconduttrice.
• Temperatura di Esercizio (Topr):-40 °C a +85 °C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è specificato per funzionare.
• Temperatura di Magazzinaggio (Tstg):-40 °C a +90 °C.
• Scarica Elettrostatica (ESD):Resiste a 2000 V (Modello Corpo Umano), indicando una moderata sensibilità alla manipolazione.
• Temperatura di Saldatura:Il dispositivo può resistere alla saldatura a rifusione con una temperatura di picco di 260°C per 10 secondi, o alla saldatura manuale a 350°C per 3 secondi per terminale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

I parametri di prestazione chiave sono misurati a Ta=25°C con una corrente diretta (IF) di 20 mA, che è la condizione di test standard.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da un minimo di 2240 mcd a un massimo di 3550 mcd, con un valore tipico implicito in questo intervallo. Si applica una tolleranza di ±11% all'intensità luminosa.
• Angolo di Visione (2θ1/2):L'angolo completo a cui l'intensità luminosa è la metà dell'intensità di picco è tipicamente di 120 gradi, indicando un pattern di visione ampio adatto per l'illuminazione diffusa.
• Tensione Diretta (VF):Varia da 2,40 V a 3,60 V a 20 mA. La tolleranza per la tensione diretta è specificata come ±0,1V. Questo parametro è cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (IR):Massimo di 10 μA quando viene applicata una tensione inversa di 5V, indicando buone caratteristiche di diodo.
• Tolleranza delle Coordinate di Cromaticità:Il punto colore sul diagramma CIE ha una tolleranza di ±0,01, importante per la coerenza del colore nelle applicazioni che richiedono più LED.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza in luminosità e colore, i LED vengono suddivisi in bin in base alle prestazioni misurate.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono categorizzati in due bin principali in base alla loro intensità luminosa misurata a IF=20mA:

• Codice Bin BB:Intervallo di intensità luminosa da 2240 mcd a 2800 mcd.
• Codice Bin CA:Intervallo di intensità luminosa da 2800 mcd a 3550 mcd.

La tolleranza di ±11% si applica all'interno di ciascun bin. Questo binning consente ai progettisti di selezionare LED appropriati per il livello di luminosità richiesto nella loro applicazione.

3.2 Binning delle Coordinate di Cromaticità

Il colore della luce bianca è definito dalle sue coordinate sul diagramma di cromaticità CIE 1931. La scheda tecnica fornisce una tabella dettagliata dei codici bin (es. SB, J5, J6, K5, K6, L5, L6, M5, M6) con i corrispondenti valori minimi e massimi delle coordinate x e y. Ad esempio, il codice bin J5 copre le coordinate da (0,2800, 0,2566) a (0,2800, 0,2666). Questo binning preciso è essenziale per applicazioni dove l'uniformità del colore tra più LED è critica, come nella retroilluminazione di display o nell'illuminazione architetturale. La tolleranza per queste coordinate è di ±0,01.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche che forniscono una visione più approfondita del comportamento del LED in condizioni variabili.

4.1 Distribuzione Spettrale

La tipica curva di distribuzione spettrale mostra l'intensità relativa della luce emessa attraverso diverse lunghezze d'onda. Per un LED bianco, questo mostra tipicamente un picco ampio nella regione blu (dal chip InGaN) e un picco secondario più ampio nella regione giallo-verde (dalla conversione del fosforo). La lunghezza d'onda di picco (λp) è un parametro chiave. La curva è confrontata con la curva standard di risposta dell'occhio V(λ).

4.2 Pattern di Radiazione

Il diagramma delle caratteristiche di radiazione (intensità relativa vs. angolo) rappresenta visivamente l'angolo di visione di 120 gradi, mostrando come l'intensità luminosa diminuisce dal centro (asse a 0 gradi) verso i bordi.

4.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

Questa curva illustra la relazione non lineare tra la corrente che scorre attraverso il LED e la caduta di tensione ai suoi capi. È essenziale per progettare il circuito di pilotaggio, poiché una piccola variazione di tensione può portare a una grande variazione di corrente. La curva mostra tipicamente un aumento esponenziale.

4.4 Cromaticità vs. Corrente Diretta

Questo grafico mostra come le coordinate del colore (x, y) possono spostarsi con i cambiamenti della corrente operativa. Comprendere questa relazione è importante per le applicazioni in cui viene utilizzata la regolazione dell'intensità o la modulazione della corrente, poiché può influenzare la coerenza del colore.

4.5 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva dimostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente di pilotaggio. È generalmente lineare in un intervallo ma satura a correnti più elevate. Operare oltre la regione lineare è inefficiente e aumenta il calore.

4.6 Corrente Diretta Massima Ammissibile vs. Temperatura

Questa curva di derating è di fondamentale importanza per l'affidabilità. Mostra la massima corrente diretta che il LED può gestire in funzione della temperatura ambiente (o del case). All'aumentare della temperatura, la corrente massima ammissibile diminuisce per prevenire il surriscaldamento della giunzione oltre il suo limite di 115°C. Questo grafico deve essere consultato per qualsiasi progetto che opera in ambienti a temperatura elevata.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è fornito in un package standard 3014. Le dimensioni chiave (in mm, con una tolleranza tipica di ±0,1mm se non specificato) includono:

• Lunghezza totale: 3,0 mm
• Larghezza totale: 1,4 mm
• Altezza totale: 0,8 mm
• Dimensioni e spaziatura dei pad per il progetto del land pattern sul PCB.

Il disegno quotato è essenziale per creare la corretta impronta PCB per garantire una corretta saldatura e allineamento.

5.2 Identificazione della Polarità

Il diagramma a vista dall'alto indica tipicamente il segno del catodo, essenziale per il corretto orientamento durante l'assemblaggio. Una polarità errata impedirà l'illuminazione del LED e potrebbe sottoporlo a tensione inversa.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Viene fornito il profilo di temperatura raccomandato per la saldatura a rifusione senza piombo. Le fasi chiave includono:

• Preriscaldamento:Rampa dall'ambiente a 150-200°C ad una velocità massima di 3°C/sec, mantenuta per 60-120 secondi.
• Rifusione:La temperatura sopra 217°C dovrebbe essere mantenuta per 60-150 secondi, con una temperatura di picco non superiore a 260°C mantenuta per un massimo di 10 secondi.
• Raffreddamento:Raffreddamento da sopra 255°C ad una velocità massima di 6°C/sec.

La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte sullo stesso dispositivo.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore deve essere inferiore a 350°C e il tempo di contatto per terminale non deve superare i 3 secondi. Si raccomanda un saldatore a bassa potenza (≤25W), con un intervallo di almeno 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per consentire il raffreddamento.

6.3 Conservazione e Manipolazione

• I LED sono confezionati in buste resistenti all'umidità. La busta dovrebbe essere aperta solo immediatamente prima dell'uso.
• L'ambiente raccomandato all'apertura è <30°C e <60% di Umidità Relativa.
• Se le condizioni del Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) vengono superate, o se la scheda indicatrice di umidità mostra umidità eccessiva, i componenti devono essere essiccati a 60°C ±5°C per 24 ore prima dell'uso.
• Non dovrebbe essere applicato stress al corpo del LED durante il riscaldamento o dopo la saldatura, e i circuiti stampati non dovrebbero deformarsi.

7. Confezionamento e Informazioni d'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti su nastro portatore goffrato avvolto su bobine. Le quantità standard caricate per bobina sono 250, 500, 1000 o 2000 pezzi. Vengono fornite le dimensioni dettagliate per la tasca del nastro portatore, il passo e la bobina per garantire la compatibilità con le attrezzature automatiche pick-and-place.

7.2 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene informazioni chiave: Numero Prodotto Cliente (CPN), Numero Prodotto (P/N), Quantità Confezionamento (QTY), Grado Intensità Luminosa (CAT), Grado Lunghezza d'Onda Dominante/Tonalità (HUE), Grado Tensione Diretta (REF) e Numero di Lotto (LOT No).

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Indicatori di Stato:Ideali per interruttori, simboli e indicatori ottici nell'elettronica di consumo, elettrodomestici e pannelli di controllo industriali.
• Retroilluminazione:Adatto per telefoni cellulari, tastiere e cartelli pubblicitari illuminati grazie al suo profilo sottile e all'ampio angolo di visione.
• Illuminazione Generale:Può essere utilizzato come sostituto delle tradizionali lampade spia in applicazioni indoor e outdoor.
• Accoppiamento con Guida Luce:Il design del package è ben adatto per accoppiare la luce in guide luce illuminate lateralmente per l'illuminazione di pannelli.

8.2 Considerazioni Critiche di Progetto

• Limitazione della Corrente:Una resistenza di limitazione della corrente esterna è assolutamente obbligatoria. La caratteristica I-V esponenziale significa che una piccola variazione di tensione causa una grande variazione di corrente, che può distruggere istantaneamente il LED ("bruciarlo"). Il valore della resistenza deve essere calcolato in base alla tensione di alimentazione e alla tensione diretta del LED alla corrente operativa desiderata.
• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, un corretto layout del PCB per dissipare il calore è importante, specialmente quando si opera ad alte temperature ambientali o vicino alla corrente massima. Consultare la curva di derating.
• Protezione ESD:Sebbene classificato per 2000V HBM, dovrebbero essere osservate le normali precauzioni ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai LED tradizionali a foro passante, questo LED SMD 3014 offre vantaggi significativi:

• Dimensioni e Densità:L'impronta compatta di 3,0x1,4mm consente una densità di montaggio molto più elevata sui PCB.
• Costo di Assemblaggio:Consente il pick-and-place e la saldatura a rifusione completamente automatizzati, riducendo tempi e costi di assemblaggio rispetto all'inserimento manuale.
• Prestazioni:Offre tipicamente una maggiore efficienza luminosa e caratteristiche ottiche più consistenti grazie alla produzione automatizzata e al binning.
• Affidabilità:La costruzione a stato solido e il design a montaggio superficiale portano generalmente a una maggiore resistenza agli urti e alle vibrazioni.

All'interno della famiglia dei LED SMD, il package 3014 offre un equilibrio tra emissione luminosa, dimensioni e costo, posizionandosi tra package più piccoli come 0402/0603 (emissione inferiore) e package più grandi come 2835/5050 (emissione superiore).

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Di quale valore di resistenza ho bisogno per un'alimentazione a 5V?

R: Utilizzando la Legge di Ohm: R = (Valimentazione - Vf) / If. Assumendo un Vf tipico di 3,0V e una If desiderata di 20mA: R = (5V - 3,0V) / 0,020A = 100 Ohm. Utilizzare sempre il Vf massimo dalla scheda tecnica (3,6V) per un progetto conservativo per garantire che la corrente non superi i limiti: R_min = (5V - 3,6V) / 0,030A ≈ 47 Ohm. Un valore tra 68-100 Ohm è comune.

D: Posso pilotare questo LED con un'alimentazione a 3,3V?

R: Sì, ma con attenzione. L'intervallo della tensione diretta (2,4V-3,6V) significa che alcuni LED potrebbero non accendersi a 3,3V se il loro Vf è più alto. Anche se si accendono, la corrente sarà scarsamente regolata senza un circuito di pilotaggio. Per un funzionamento a 3,3V si raccomanda un driver a corrente costante o una resistenza di valore molto basso.

D: Come interpreto i codici di binning dell'intensità luminosa BB e CA?

R: Il Bin BB contiene LED con luminosità inferiore (2240-2800 mcd), e il Bin CA contiene LED più luminosi (2800-3550 mcd). Per un aspetto uniforme in un array, specificare e utilizzare LED dello stesso codice bin.

D: La scheda tecnica menziona "Resina colorata leggermente verde punteggiata." Questo influisce sul colore della luce?

R: La tonalità giallastra/verdastra della resina fa parte del sistema di conversione del colore. Il chip InGaN emette luce blu, che eccita i fosfori all'interno della resina per produrre luce gialla. La combinazione risulta in luce bianca. Il colore della resina stessa non è il colore della luce emessa.

11. Esempi Pratici di Progetto e Utilizzo

Esempio 1: Pannello Indicatore Multi-LED

Un pannello di controllo richiede 10 indicatori bianchi uniformi. Per garantire la coerenza, il progettista dovrebbe:

1. Specificare tutti i LED dallo stesso bin di intensità luminosa (es. CA) e dallo stesso bin di cromaticità (es. K5).

2. Utilizzare resistenze di limitazione della corrente identiche per ciascun LED, calcolate utilizzando il Vf massimo.

3. Disporre il PCB per fornire lunghezze di traccia uguali e smaltitori termici a ciascun pad del LED per minimizzare le variazioni.

Esempio 2: Retroilluminazione di un Piccolo Display

Quattro LED sono posizionati lungo il bordo di una guida luce per illuminare un LCD. Passaggi chiave:

1. Scegliere il posizionamento del LED e l'angolo di visione (120° è adatto) per garantire un accoppiamento uniforme nella guida.

2. Considerare l'uso di un IC driver LED a corrente costante invece di singole resistenze per garantire una luminosità identica e abilitare la regolazione dell'intensità via PWM.

3. Verificare che la temperatura operativa all'interno del contenitore del dispositivo non richieda il derating della corrente diretta utilizzando la curva "Corrente Diretta Massima Ammissibile vs. Temperatura".

12. Principio Operativo

Questo è un diodo emettitore di luce a stato solido. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la sua caratteristica tensione diretta (Vf), elettroni e lacune si ricombinano all'interno del materiale semiconduttore InGaN, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). L'emissione primaria dal chip è nello spettro blu. Questa luce blu colpisce quindi le particelle di fosforo incorporate nella resina di incapsulamento. I fosfori assorbono la luce blu e ri-emettono luce su uno spettro più ampio, prevalentemente nella regione gialla. L'occhio umano percepisce la miscela di luce blu diretta e luce gialla convertita dal fosforo come bianca. Il riflettore interno e il package bianco aiutano a dirigere più di questa luce emessa fuori dalla parte superiore del dispositivo, aumentando l'intensità luminosa complessiva.

13. Tendenze Tecnologiche

L'evoluzione dei LED SMD come il 3014 segue diverse chiare tendenze del settore:

Aumento dell'Efficienza:I continui miglioramenti nell'epitassia dei semiconduttori e nella tecnologia dei fosfori continuano ad aumentare l'efficienza luminosa (lumen per watt), consentendo una luce più brillante o un consumo energetico inferiore a parità di dimensioni del package.

Qualità del Colore:I progressi nelle miscele di fosfori multipli e nei design dei chip stanno migliorando l'Indice di Resa Cromatica (CRI) e consentendo una regolazione più precisa della temperatura di colore bianca (CCT).

Miniaturizzazione e Integrazione:Mentre il 3014 rimane popolare, c'è una tendenza verso package ancora più piccoli con emissione comparabile, così come moduli LED integrati che combinano il LED, il driver e il circuito di controllo in un unico package.

Illuminazione Intelligente:Il mercato più ampio si sta muovendo verso LED indirizzabili e regolabili (CCT e intensità), sebbene ciò richieda tipicamente package più complessi rispetto al semplice LED indicatore descritto qui.

Affidabilità e Standardizzazione:La continua aderenza e lo sviluppo di standard per test, binning e affidabilità (come LM-80 per la manutenzione del lumen) forniscono ai progettisti dati di prestazione a lungo termine più prevedibili.