Scheda Tecnica LED Giallo SMD5050N - 5.0x5.0x1.6mm - 2.2V - 0.234W - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie SMD5050N è un LED a montaggio superficiale ad alta luminosità, progettato per applicazioni che richiedono un'illuminazione gialla affidabile. Caratterizzato da un ingombro di 5.0mm x 5.0mm, questo LED offre un ampio angolo di visione di 120 gradi ed è adatto per una varietà di applicazioni di illuminazione, segnaletica e indicatori. Il suo vantaggio principale risiede nelle prestazioni costanti e nel sistema di binning standardizzato, che garantisce uniformità di colore e flusso luminoso tra i lotti di produzione.

2. Analisi dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I seguenti parametri definiscono i limiti operativi del LED. Superare questi valori può causare danni permanenti.

• Corrente Diretta (IF): 90 mA (Continua)
• Corrente Diretta Impulsiva (IFP): 120 mA (Larghezza impulso ≤10ms, Ciclo di lavoro ≤1/10)
• Dissipazione di Potenza (PD): 234 mW
• Temperatura di Esercizio (Topr): -40°C a +80°C
• Temperatura di Magazzinaggio (Tstg): -40°C a +80°C
• Temperatura di Giunzione (Tj): 125°C
• Temperatura di Saldatura (Tsld): Saldatura a rifusione a 200°C o 230°C per un massimo di 10 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche Tipiche

Misurate in condizioni di prova standard di T_s=25°C e I_F=60mA.

• Tensione Diretta (V_F): Tipica 2.2V, Massima 2.6V (±0.08V tolleranza)
• Tensione Inversa (V_R): 5V
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d): 590 nm (tipica)
• Corrente Inversa (I_R): Massima 10 µA
• Angolo di Visione (2θ_1/2): 120 gradi

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza, i LED vengono selezionati (binnati) in base a parametri di prestazione chiave.

3.1 Binning del Flusso Luminoso

Binnato a I_F=60mA. La misura del flusso luminoso ha una tolleranza di ±7%.

• Codice A6: 2.5 lm (Min), 3 lm (Tip)
• Codice A7: 3 lm (Min), 3.5 lm (Tip)
• Codice A8: 3.5 lm (Min), 4 lm (Tip)
• Codice A9: 4 lm (Min), 4.5 lm (Tip)
• Codice B1: 4.5 lm (Min), 5 lm (Tip)

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Definisce la tonalità specifica della luce gialla emessa.

• Codice Y1: 585 nm a 588 nm
• Codice Y2: 588 nm a 591 nm
• Codice Y3: 591 nm a 594 nm

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono informazioni sul comportamento del LED in condizioni variabili.

4.1 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta (Curva IV)

Questa curva mostra la relazione tra la tensione diretta applicata e la corrente risultante. È essenziale per progettare circuiti di limitazione della corrente appropriati per prevenire la fuga termica.

4.2 Corrente Diretta vs. Flusso Luminoso Relativo

Questo grafico illustra come l'emissione luminosa scala con la corrente di pilotaggio. Tipicamente mostra una relazione quasi lineare all'interno dell'intervallo operativo consigliato, ma l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento del calore.

4.3 Temperatura di Giunzione vs. Potenza Spettrale Relativa

Questa curva dimostra l'effetto della temperatura di giunzione sull'emissione spettrale del LED. Per i LED gialli, l'aumento della temperatura può causare un leggero spostamento nella lunghezza d'onda dominante e una riduzione dell'emissione luminosa complessiva.

4.4 Distribuzione della Potenza Spettrale

Questo grafico mostra l'intensità della luce emessa attraverso lo spettro visibile, confermando la natura monocromatica del LED giallo con un picco intorno ai 590nm.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni Fisiche

Il package SMD5050N misura 5.0mm in lunghezza, 5.0mm in larghezza e 1.6mm in altezza. Le tolleranze dimensionali sono specificate come ±0.10mm per le dimensioni .X e ±0.05mm per le dimensioni .XX.

5.2 Progetto Consigliato del Pad e dello Stencil

Per una saldatura affidabile, è consigliato un specifico land pattern e un progetto dell'apertura dello stencil. I diagrammi forniti assicurano la corretta formazione del giunto di saldatura, una buona dissipazione termica e stabilità meccanica. Il progetto tipicamente presenta sei pad (due per ogni chip LED interno in una comune configurazione a 3 chip).

5.3 Identificazione della Polarità

Il package del LED include una marcatura di polarità, solitamente una tacca o un punto vicino al pin del catodo. L'orientamento corretto è cruciale per il funzionamento del circuito.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Sensibilità all'Umidità e Precottura

Il LED SMD5050N è classificato come sensibile all'umidità (MSL). Se la busta sigillata con barriera all'umidità originale viene aperta e i componenti sono esposti all'umidità ambientale oltre i limiti specificati, devono essere precotti prima della saldatura a rifusione per prevenire danni da \"popcorn\".

• Condizioni di Magazzinaggio (Non Aperto): Temperatura <30°C, Umidità Relativa <85%.
• Condizioni di Magazzinaggio (Aperto): Utilizzare entro 12 ore o conservare in un armadio asciutto (<20% UR o con azoto).
• Requisito di Precottura: Richiesto se la carta indicatrice di umidità mostra esposizione o se esposti all'aria per >12 ore.
• Metodo di Precottura: 60°C per 24 ore sulla bobina originale. Non superare i 60°C. Utilizzare entro 1 ora dalla precottura o riporre in magazzinaggio asciutto.

6.2 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il LED può resistere a un processo standard di rifusione a infrarossi o a convezione. La temperatura di picco massima è di 230°C o 200°C, con il tempo sopra il liquidus non superiore a 10 secondi. Consultare il profilo specifico per la pasta saldante utilizzata.

7. Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

I LED sono dispositivi a semiconduttore suscettibili ai danni da scariche elettrostatiche.

7.1 Meccanismi di Danno ESD

L'ESD può causare guasti latenti o catastrofici. Il danno latente può aumentare la corrente di dispersione e ridurre la durata di vita, mentre il guasto catastrofico risulta in un'immediata non funzionalità (LED morto).

7.2 Misure di Controllo ESD

• Utilizzare postazioni di lavoro e pavimenti antistatici collegati a terra.
• Il personale deve indossare braccialetti collegati a terra, camici antistatici e guanti.
• Utilizzare ionizzatori per neutralizzare le cariche statiche nell'area di lavoro.
• Assicurarsi che tutti gli strumenti (es. saldatori) siano correttamente collegati a terra.
• Utilizzare materiali conduttivi o dissipativi per la manipolazione e l'imballaggio.

8. Suggerimenti per Applicazioni e Progettazione del Circuito

8.1 Metodologia di Pilotaggio

Per prestazioni e longevità ottimali, pilotare il LED con una sorgente di corrente costante. Ciò garantisce un'emissione luminosa stabile e protegge il LED da picchi di corrente e variazioni termiche. Se si utilizza una sorgente di tensione costante, è obbligatorio un resistore di limitazione della corrente in serie per ogni stringa di LED.

8.2 Configurazioni di Circuito Consigliate

Configurazione A (Con Resistenze Individuali): Ogni LED o stringa parallela ha la propria resistenza in serie. Ciò fornisce una regolazione di corrente individuale ed è più tollerante alle variazioni di V_Ftra i LED.

Configurazione B (Stringa in Serie con Singola Resistenza): Più LED sono collegati in serie con un resistore di limitazione della corrente. Questo è più efficiente ma richiede un'alimentazione a tensione più alta e tutti i LED nella stringa devono avere V_F.

8.3 Precauzioni per l'Assemblaggio

• Maneggiare sempre i LED con protezione ESD.
• Evitare di toccare la lente in silicone con le mani nude per prevenire la contaminazione da oli e sali, che può ridurre l'emissione luminosa.
• Utilizzare strumenti di presa a vuoto o pinzette a punta morbida per evitare danni meccanici all'incapsulante in silicone morbido o ai bonding wires.
• Durante i test del sistema, collegare il driver al carico LED prima di applicare l'alimentazione in ingresso per evitare transitori di tensione.

9. Regola di Numerazione del Modello

Il numero di parte segue un formato strutturato:T [Codice Forma] [Numero Chip] [Codice Lente] - [Codice Flusso][Codice Lunghezza d'Onda].

Esempio: T5A003YA si decodifica come:

- T: Prefisso del produttore.

- 5A: Codice forma per il package 5050N.

- 0: Codice interno.

- 3: Tre chip LED all'interno del package.

- YA: Colore giallo, specifico bin di flusso e lunghezza d'onda (A per il flusso, Y per la lunghezza d'onda).

Altri codici definiscono il tipo di lente (00=nessuna, 01=con lente) e varie opzioni di colore (R=Rosso, G=Verde, B=Blu, ecc.).

10. Scenari di Applicazione Tipici

Il LED Giallo SMD5050N è ben adatto per:

- Illuminazione Architettonica e Decorativa: Creare un'illuminazione calda e d'accento.

- Insegne e Lettere Canale: Fornire retroilluminazione o illuminazione uniforme.

- Illuminazione Interna Automobilistica: Luci del cruscotto e di cortesia.

- Elettronica di Consumo: Indicatori di stato e retroilluminazione per elettrodomestici.

- Moduli RGB a Colori Completi: Come componente gialla in sistemi di bianco regolabile o di miscelazione del colore (quando utilizzato con LED di altri colori o a conversione di fosforo appropriati).

11. Confronto Tecnico e Considerazioni

Rispetto a package più piccoli come il 3528, il 5050 offre un'emissione luminosa totale più elevata grazie alle sue dimensioni maggiori e alla capacità di ospitare più chip. Il suo angolo di visione di 120 gradi è più ampio di alcuni LED con lente focalizzata, rendendolo ideale per l'illuminazione d'area piuttosto che per quella a spot. I progettisti dovrebbero considerare la gestione termica, poiché la dissipazione di potenza (fino a 234mW) richiede un'adeguata area di rame sul PCB o un dissipatore per la massima durata, specialmente quando pilotato ad alte correnti o in alte temperature ambientali.

12. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra i codici di flusso luminoso (A6, A7, ecc.)?

R: Questi codici rappresentano diversi gradi di luminosità. Un codice più alto (es. B1) indica un'emissione di flusso luminoso tipica e minima più elevata. Selezionare il bin in base alla luminosità richiesta per la propria applicazione.

D: La precottura è sempre necessaria prima della saldatura?

R: No. La precottura è richiesta solo se i componenti sensibili all'umidità sono stati esposti ad ambienti umidi oltre i limiti specificati sulla carta indicatrice di umidità della busta o dopo una conservazione prolungata al di fuori di un ambiente asciutto.

D: Posso pilotare questo LED a 90mA in modo continuo?

R: Sebbene 90mA sia il valore massimo assoluto, il funzionamento continuo a questo livello genererà calore significativo e probabilmente ridurrà la durata di vita. Per un funzionamento affidabile a lungo termine, è consigliabile pilotare il LED alla corrente di prova tipica di 60mA o inferiore, con un'adeguata gestione termica.

D: Perché è consigliato un driver a corrente costante rispetto a una sorgente di tensione costante con una resistenza?

R: Un driver a corrente costante compensa la variazione della tensione diretta (V_F) tra i LED e in funzione della temperatura, garantendo un'emissione luminosa costante e prevenendo la fuga termica. Offre una migliore stabilità ed efficienza, specialmente per le stringhe in serie.

13. Studio di Caso di Progettazione

Scenario: Progettazione di un'unità di retroilluminazione per un pannello di visualizzazione informativo.

1. Requisito: Illuminazione gialla uniforme su un'area di 200mm x 100mm con un'illuminamento target di 150 lux.

2. Selezione del LED: Viene scelto l'SMD5050N (Codice B1, 5 lm tipici) per la sua luminosità e ampio angolo di visione.

3. Progettazione Ottica: I LED sono disposti a griglia con un foglio diffusore posto sopra per fondere i singoli punti in un campo uniforme. La spaziatura è calcolata in base all'angolo di visione del LED e all'uniformità target.

4. Progettazione Elettrica: I LED sono raggruppati in stringhe parallele di 4 LED in serie. Viene selezionato un driver a corrente costante per fornire 60mA per stringa. La tensione di uscita del driver deve superare la somma delle V_Fdi 4 LED (circa 8.8V-10.4V) più un margine.

5. Progettazione Termica: Il PCB è progettato con ampie piazzole di rame collegate ai pad termici del LED. I via termici trasferiscono il calore a uno strato di rame sul lato inferiore. I calcoli confermano che la temperatura di giunzione rimane al di sotto degli 80°C in un ambiente a 40°C.

6. Assemblaggio: I LED sono posizionati utilizzando una macchina pick-and-place. La scheda assemblata viene precotta secondo le linee guida MSL prima di subire un processo controllato di saldatura a rifusione. Le precauzioni ESD sono mantenute per tutto il processo.

14. Principio Operativo

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce attraverso l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, gli elettroni dalla regione di tipo n si ricombinano con le lacune dalla regione di tipo p nello strato attivo. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). Il colore della luce è determinato dal bandgap del materiale semiconduttore utilizzato. Per un LED giallo monocromatico come l'SMD5050N, il materiale semiconduttore (tipicamente basato su AlInGaP) è progettato per avere un bandgap corrispondente a una lunghezza d'onda di circa 590 nanometri.

15. Tendenze Tecnologiche

L'industria dei LED continua a evolversi verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), un miglioramento della resa cromatica e una maggiore affidabilità. Per i LED monocromatici come il giallo, le tendenze includono:

- Binning della Lunghezza d'Onda più Stretto: Controllo più stretto della lunghezza d'onda dominante per applicazioni di colore più precise.

- Funzionamento a Temperature più Alte: Sviluppo di materiali e packaging che mantengono le prestazioni a temperature di giunzione più elevate.

- Miniaturizzazione con Alta Emissione: Dimensioni del package più piccole che forniscono un'emissione luminosa paragonabile a package legacy più grandi.

- Soluzioni Integrate: LED con regolazione di corrente integrata, circuiti di protezione (ESD, sovratemperatura) o persino microcontrollori per applicazioni di illuminazione intelligente.

- Fosfori Avanzati: Per LED bianchi e a spettro ampio, ma che influenzano anche la stabilità e la qualità di alcuni LED colorati.