Scheda Tecnica LED Bianco T-1 3/4 - Diametro 5mm - 3.3V Tipici - Potenza 120mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per una lampada LED bianca ad alta efficienza a montaggio through-hole. Il dispositivo è progettato per applicazioni di indicazione e illuminazione generica dove sono richieste prestazioni affidabili e facilità di assemblaggio. Presenta un popolare diametro del package T-1 3/4, che lo rende compatibile con layout PCB standard e montaggi su pannello.

La tecnologia di base si fonda su materiale semiconduttore InGaN (Nitruro di Indio e Gallio) depositato su un substrato di zaffiro, che consente la produzione di luce bianca. Il prodotto è conforme alle direttive RoHS, il che significa che è fabbricato senza l'uso di piombo (Pb) e altre sostanze pericolose soggette a restrizioni. I vantaggi chiave evidenziati includono basso consumo energetico, alta efficienza luminosa e compatibilità con circuiti integrati grazie al suo basso requisito di corrente.

1.1 Applicazioni Target

Questo LED è destinato all'uso in apparecchiature elettroniche ordinarie. Le aree di applicazione tipiche includono, ma non sono limitate a: indicatori di stato in apparecchiature per l'ufficio, retroilluminazione per interruttori e pannelli, illuminazione generale in elettronica di consumo e indicatori di segnale in dispositivi di comunicazione. È adatto per applicazioni dove è sufficiente un'affidabilità standard.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

Le prestazioni del LED sono caratterizzate in specifiche condizioni ambientali (Ta=25°C). Comprendere questi parametri è cruciale per una corretta progettazione del circuito e per ottenere le prestazioni attese nell'applicazione finale.

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 e dovrebbe essere evitato per un'operazione affidabile.

• Dissipazione di Potenza (Pd):Massimo 120 mW. Questa è la potenza totale che il package può dissipare in sicurezza sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):Massimo 100 mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms per prevenire il surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua (I_F):Massimo 30 mA DC. Questa è la corrente massima raccomandata per il funzionamento continuo.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento (T_opr):Da -30°C a +80°C. Il dispositivo è funzionale entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione (T_stg):Da -40°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per un massimo di 5 secondi, misurata a 1.6mm (0.063") dal corpo del LED.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici e garantiti misurati nella condizione di test standard di I_F= 20mA e T_a=25°C.

• Intensità Luminosa (I_v):2500 mcd (Min), 5200 mcd (Tip), 9300 mcd (Max). L'intensità è misurata sull'asse meccanico secondo gli standard CIE 127. Si applica una tolleranza di ±15% all'intensità garantita.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):50 gradi (Tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore assiale.
• Coordinate di Cromaticità (x, y):x=0.29 (Tip), y=0.28 (Tip). Queste coordinate definiscono il punto bianco sul diagramma di cromaticità CIE 1931.
• Tensione Diretta (V_F):2.7V (Min), 3.3V (Tip), 3.7V (Max) a I_F=20mA. Questo parametro è critico per la selezione dell'appropriato resistore limitatore di corrente.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 50 µA a una Tensione Inversa (V_R) di 5V. Il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

I LED sono selezionati (binnati) in base a parametri ottici chiave per garantire la coerenza all'interno di un lotto di produzione. Il codice del bin è marcato su ogni busta di imballaggio.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa (I_v)

I LED sono classificati in diversi ranghi in base alla loro intensità luminosa misurata a 20mA. I ranghi sono: T (2500-3200 mcd), U (3200-4200 mcd), V (4200-5500 mcd), W (5500-7200 mcd) e X (7200-9300 mcd).

3.2 Binning della Tonalità (Cromaticità)

I LED sono anche binnati secondo le loro coordinate di cromaticità per controllare la variazione di colore della luce bianca. La scheda tecnica fornisce una tabella di specifica della tonalità con le coordinate per i bin B1, B2, C1, C2, D1 e D2. La tolleranza di misura per le coordinate del colore è di ±0.01.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche tipiche che illustrano come si comporta il LED in condizioni variabili. Queste sono essenziali per considerazioni di progettazione avanzata.

4.1 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta (Curva I-V)

Questa curva mostra la relazione non lineare tra la tensione ai capi del LED e la corrente che lo attraversa. Dimostra la tensione di soglia e come V_Faumenti con I_F.

4.2 Corrente Diretta vs. Intensità Luminosa Relativa

Questo grafico illustra la dipendenza dell'emissione luminosa dalla corrente di pilotaggio. In generale, l'intensità luminosa aumenta con la corrente ma può saturare o degradarsi a correnti molto elevate a causa del calo di efficienza e del riscaldamento.

4.3 Temperatura Ambiente vs. Intensità Luminosa Relativa

Questa curva è fondamentale per comprendere le prestazioni termiche. Mostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente, una caratteristica delle sorgenti luminose a semiconduttore.

4.4 Diagramma di Direttività

Il diagramma di direttività (o pattern di radiazione) rappresenta visivamente la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa attorno al LED, correlata alla specifica dell'angolo di visione di 50 gradi.

4.5 Spettro e Cromaticità vs. Corrente

La curva di distribuzione spettrale mostra la potenza relativa emessa a diverse lunghezze d'onda, definendo la qualità del colore della luce bianca. La relazione tra corrente diretta e coordinate di cromaticità indica qualsiasi spostamento di colore che può verificarsi pilotando il LED a correnti diverse dalla condizione di test.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il dispositivo utilizza un package radiale con terminali standard con un diametro della lente T-1 3/4 (circa 5mm).

• Dimensioni:Tutte le dimensioni principali sono fornite in millimetri con una tolleranza generale di ±0.25mm salvo diversa specifica.
• Distanza tra i Terminali:Misurata dove i terminali emergono dal corpo del package, che è un parametro critico per la progettazione dell'impronta PCB.
• Identificazione della Polarità:Tipicamente, il terminale più lungo denota l'anodo (positivo), e un punto piatto sulla flangia della lente può anche indicare il lato del catodo. La marcatura specifica dovrebbe essere verificata dal disegno del package.
• Sporgenza della Resina:Al massimo 1.0mm di resina può sporgere sotto la flangia.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione corretta è essenziale per prevenire danni e garantire l'affidabilità a lungo termine.

6.1 Formatura dei Terminali

La piegatura dei terminali deve essere eseguita in un punto ad almeno 3mm dalla base della lente del LED. La base del telaio dei terminali non deve essere usata come fulcro. La formatura deve essere eseguita a temperatura ambiente, prima del processo di saldatura.

6.2 Processo di Saldatura

Deve essere mantenuta una distanza minima di 2mm tra la base della lente e il punto di saldatura. Bisogna evitare di immergere la lente nella lega di saldatura. Non deve essere applicato stress esterno ai terminali mentre il LED è caldo.

• Saldatura Manuale (Saldatore):Temperatura massima 350°C per un massimo di 3 secondi (una sola volta).
• Saldatura a Onda:Preriscaldamento a un massimo di 100°C per un massimo di 60 secondi. La temperatura dell'onda di saldatura non deve superare i 260°C per un massimo di 5 secondi.
• Rifusione IR:Questo processo è esplicitamente dichiarato non adatto per questa lampada LED di tipo through-hole.

6.3 Conservazione e Pulizia

Per la conservazione, l'ambiente non deve superare i 30°C e il 70% di umidità relativa. I LED rimossi dalla loro confezione originale dovrebbero essere utilizzati entro tre mesi. Per una conservazione più lunga, è consigliato un contenitore sigillato con essiccante o un ambiente di azoto. Alcol isopropilico o simili solventi a base alcolica sono adatti per la pulizia se necessario.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

La configurazione di imballaggio standard è la seguente:

• 500 pezzi per busta anti-statico.
• 10 buste per cartone interno (totale 5.000 pezzi).
• 8 cartoni interni per cartone esterno master (totale 40.000 pezzi).

Il numero di parte LTW-2L3DV5S segue una specifica convenzione di codifica dove gli elementi indicano probabilmente Tipo Lente (Water Clear), Colore (Bianco), package (T-1 3/4) e bin di prestazione (V5 relativo a intensità/tonalità).

8. Raccomandazioni per la Progettazione dell'Applicazione

8.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

Un LED è un dispositivo operato a corrente. Per garantire una luminosità uniforme e prevenire l'"accaparramento" di corrente, specialmente quando più LED sono collegati in parallelo, è fortemente raccomandato utilizzare un resistore limitatore di corrente dedicato in serie con ciascun LED. Pilotare LED in parallelo senza resistori individuali (come mostrato in un circuito non raccomandato) può portare a differenze significative di luminosità a causa delle variazioni naturali nella tensione diretta (V_F) dei singoli dispositivi.

8.2 Gestione Termica

Sebbene il design through-hole aiuti la dissipazione del calore tramite i terminali, dovrebbero essere considerati la massima dissipazione di potenza di 120mW e il coefficiente di temperatura negativo dell'emissione luminosa. Operare ad alte temperature ambiente o ad alte correnti di pilotaggio ridurrà l'emissione luminosa e potrebbe influenzare l'affidabilità a lungo termine. Un'adeguata spaziatura e possibilmente ventilazione dovrebbero essere considerate nella progettazione dell'applicazione.

8.3 Progettazione Ottica

L'angolo di visione di 50 gradi fornisce un fascio ragionevolmente ampio. Per applicazioni che richiedono focalizzazione o diffusione, possono essere utilizzate ottiche secondarie (lenti, guide luminose). La lente water-clear è adatta per tali applicazioni.

9. Confronto Tecnico e Considerazioni

Rispetto a tecnologie più vecchie come le lampadine a incandescenza, questo LED offre un'efficienza di gran lunga superiore, una durata di vita più lunga e una minore generazione di calore. Nell'ambito dei LED, questo dispositivo through-hole offre semplicità e robustezza per assemblaggi manuali o a onda, in contrasto con i LED a montaggio superficiale (SMD) che richiedono saldatura a rifusione e offrono un profilo più basso. La dimensione T-1 3/4 è uno standard de-facto, garantendo ampia disponibilità di zoccoli, supporti e fori di pannello compatibili.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Quale valore di resistore dovrei usare?

Il valore del resistore (R) è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Usa il V_Ftipico (3.3V) per la stima, ma considera il V_Fmax (3.7V) per assicurarsi che la corrente non scenda al di sotto dell'intensità minima richiesta al limite della tolleranza della tensione di alimentazione. Per un'alimentazione di 5V e un I_Ftarget di 20mA: R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 Ohm. Un resistore standard da 82 o 100 Ohm sarebbe appropriato, con potenza nominale P = I²R.

10.2 Posso pilotarlo direttamente da un pin di un microcontrollore?

Non è raccomandato pilotare il LED direttamente da un pin GPIO di un microcontrollore. La maggior parte dei pin GPIO ha una capacità limitata di erogazione/assorbimento di corrente (spesso 20-25mA come massimo assoluto, con meno raccomandato per il funzionamento continuo). Usare un pin al suo limite può stressare il microcontrollore. È una pratica migliore usare il GPIO per controllare un transistor (BJT o MOSFET) che poi pilota il LED con il suo proprio resistore limitatore di corrente.

10.3 Perché l'emissione luminosa diminuisce con la temperatura?

Questa è una caratteristica fondamentale dei LED a semiconduttore. All'aumentare della temperatura, i processi di ricombinazione non radiativa all'interno del semiconduttore diventano più dominanti, riducendo l'efficienza quantistica interna (il numero di fotoni generati per elettrone). Ciò si traduce in una minore emissione luminosa per la stessa corrente di pilotaggio.

11. Studio di Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Progettazione di una spia luminosa alimentata a rete (120V AC) per un elettrodomestico utilizzando un raddrizzatore a ponte e un condensatore per una conversione DC di base, ottenendo circa 150V DC.

Sfida di Progettazione:L'alta tensione e la necessità di isolamento elettrico e limitazione della corrente.

Soluzione:Un resistore in serie è obbligatorio. Il valore sarebbe molto alto: R ≈ (150V - 3.3V) / 0.020A ≈ 7335 Ohm (7.3 kΩ). La dissipazione di potenza nel resistore sarebbe P = I²R = (0.02)²* 7335 ≈ 2.93W, richiedendo un resistore grande e ad alta potenza che è inefficiente. Una soluzione migliore è utilizzare un circuito a caduta capacitiva o un driver IC dedicato ed efficiente per LED progettato per ingresso ad alta tensione, che migliora l'efficienza e la sicurezza. Questo caso evidenzia che mentre il LED stesso è semplice, il circuito di pilotaggio deve essere progettato con attenzione per l'ambiente applicativo.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

Questo LED bianco è basato su un chip semiconduttore InGaN che emette luce nella regione blu dello spettro. Per produrre luce bianca, la luce blu è parzialmente convertita in lunghezze d'onda più lunghe (giallo, rosso) utilizzando un rivestimento di fosforo (tipicamente YAG:Ce - Granato di Alluminio e Ittrio drogato con Cerio) applicato sul chip. La miscela della luce blu residua e della luce gialla/rossa convertita è percepita dall'occhio umano come bianca. Questo metodo è noto come luce bianca convertita da fosforo. La specifica miscela di fosfori determina la Temperatura di Colore Correlata (CCT) e l'Indice di Resa Cromatica (CRI) della luce bianca, che sono correlati alle coordinate di cromaticità specificate nella scheda tecnica.

13. Tendenze e Contesto del Settore

Il settore dell'optoelettronica ha visto una tendenza continua verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), un miglioramento della resa cromatica e costi più bassi. Mentre la tecnologia a montaggio superficiale (SMT) domina la produzione di volumi per applicazioni con vincoli di spazio come display e moduli di illuminazione, i LED through-hole come questo rimangono rilevanti per applicazioni che richiedono robustezza, assemblaggio manuale più facile, manutenzione o per l'uso in zoccoli. C'è anche una tendenza verso un binning più stretto per colore e flusso per garantire coerenza nelle applicazioni che utilizzano più LED. La conformità RoHS dichiarata è ormai uno standard globale, guidato da normative ambientali. Gli sviluppi futuri potrebbero includere chip con efficacia più elevata e sistemi di fosforo più avanzati per una migliore qualità della luce, anche in formati di package standard.