Scheda Tecnica LED Serie 67-21 - Package 2.0x1.25x1.1mm - Tensione Diretta 1.75-2.35V - Rosso Brillante - 60mW - Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie 67-21 rappresenta una famiglia di LED a montaggio superficiale (SMD) con visione dall'alto, alloggiati in un compatto package P-LCC-2. Questo dispositivo è caratterizzato da un corpo bianco e da una finestra trasparente incolore, che contribuiscono alla sua funzione di indicatore ottico efficiente. Una caratteristica di progetto chiave è l'ampio angolo di visione, ottenuto grazie alla geometria del package e a un inter-riflettore integrato. Questo design ottimizza l'accoppiamento della luce, rendendo il LED particolarmente adatto per applicazioni che utilizzano guide luminose (light pipe) per convogliare l'illuminazione. Il dispositivo opera a bassa corrente, aumentando il suo appeal per applicazioni sensibili al consumo energetico, come l'elettronica portatile. È conforme agli standard di produzione senza piombo (Pb-free) e rispetta le normative RoHS.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questa serie di LED includono il fattore di forma compatto, l'eccellente angolo di visione e la compatibilità con i processi di assemblaggio automatizzati. L'ampio angolo di visione di 120 gradi garantisce la visibilità da varie orientazioni. Il dispositivo è compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione in fase di vapore, a infrarossi e a onda, facilitando la produzione di grandi volumi. Viene fornito su nastro da 8mm e bobina, allineandosi ai requisiti delle attrezzature automatiche pick-and-place. Il basso requisito di corrente diretta lo rende ideale per dispositivi alimentati a batteria dove il risparmio energetico è critico. I mercati target includono apparecchiature di telecomunicazione (es. telefoni, fax), elettronica di consumo, pannelli di controllo industriali e applicazioni generiche di indicazione dove è necessaria un'indicazione di stato affidabile e a basso consumo.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Le prestazioni del LED sono definite in specifiche condizioni di temperatura ambiente (Ta=25°C). Comprendere questi parametri è cruciale per il progetto 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 è consigliato operare al di fuori di questi limiti.

• Tensione Inversa (V_R):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):25 mA.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):60 mA, ammissibile in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, frequenza 1 kHz).
• Dissipazione di Potenza (P_d):60 mW. Questa è la massima perdita di potenza ammissibile sotto forma di calore.
• Scarica Elettrostatica (ESD) HBM:2000 V. Questo valore indica la sensibilità del dispositivo all'elettricità statica; devono essere seguite le corrette procedure di manipolazione ESD.
• Temperatura di Funzionamento (T_opr):-40°C a +85°C.
• Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-40°C a +90°C.
• Temperatura di Saldatura:Per la saldatura a rifusione, è specificato un picco di temperatura di 260°C per un massimo di 10 secondi. Per la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore non deve superare i 350°C per 3 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a una corrente di test standard di I_F= 20 mA.

• Intensità Luminosa (I_v):Varia da 57 mcd (minimo) a 140 mcd (massimo), con un valore tipico implicito dal sistema di binning. La tolleranza è ±11%.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):120 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):632 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale è più forte.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Tra 617.5 nm e 633.5 nm, definisce il colore percepito (rosso brillante). La tolleranza è ±1 nm.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):20 nm (tipico). Questo indica la purezza spettrale della luce emessa.
• Tensione Diretta (V_F):Tra 1.75 V e 2.35 V a 20 mA, con una tolleranza di ±0.1 V. Questo parametro è critico per determinare il valore della resistenza di limitazione della corrente richiesta.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 μA quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5 V.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono categorizzati in quattro bin (P2, Q1, Q2, R1) in base alla loro intensità luminosa misurata a 20 mA. Ad esempio, il bin R1 contiene LED con intensità tra 112 mcd e 140 mcd.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Il colore (lunghezza d'onda dominante) è suddiviso in quattro gruppi (E4, E5, E6, E7), ciascuno che copre 4 nm. Il gruppo A, bin E7, ad esempio, copre lunghezze d'onda da 629.5 nm a 633.5 nm.

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in tre gruppi (0, 1, 2) all'interno del Gruppo B. Il bin 0 copre da 1.75V a 1.95V, il bin 1 da 1.95V a 2.15V e il bin 2 da 2.15V a 2.35V. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con tolleranze di tensione più strette per applicazioni che richiedono una distribuzione uniforme della corrente in stringhe parallele.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva mostra che l'emissione luminosa aumenta con la corrente diretta ma non in modo lineare. Sottolinea l'importanza di pilotare il LED alla sua corrente nominale o vicino ad essa per un'efficienza ottimale. Pilotare significativamente al di sopra della corrente nominale porta a rendimenti decrescenti in luminosità e a un eccessivo calore.

4.2 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta

La curva IV dimostra la relazione esponenziale del diodo. La tensione diretta aumenta con la corrente. La curva è essenziale per l'analisi della gestione termica, poiché la potenza dissipata (V_F* I_F) genera calore.

4.3 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo grafico indica la massima corrente diretta continua ammissibile in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura ambiente, la corrente massima ammissibile deve essere ridotta per evitare di superare il limite di temperatura di giunzione e il valore nominale di dissipazione di 60 mW. Ad esempio, a 85°C, la corrente continua massima è significativamente inferiore ai 25 mA nominali a 25°C.

4.4 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

L'emissione luminosa del LED dipende dalla temperatura. Questa curva mostra tipicamente una diminuzione dell'intensità luminosa all'aumentare della temperatura ambiente (e quindi di giunzione). Questa caratteristica deve essere presa in considerazione nei progetti che operano in un ampio intervallo di temperature.

4.5 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale conferma la natura monocromatica del chip AlGaInP, mostrando un picco dominante nella regione del rosso (~632 nm) con una larghezza di banda definita.

4.6 Diagramma di Radiazione

Il diagramma polare rappresenta visivamente l'angolo di visione di 120 gradi, mostrando la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa. Il pattern è tipicamente Lambertiano o quasi-Lambertiano per questo tipo di package.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package

Il package P-LCC-2 ha un ingombro compatto. Le dimensioni chiave includono una lunghezza del corpo di circa 2.0 mm, una larghezza di 1.25 mm e un'altezza di 1.1 mm. Il catodo è identificato da una tacca o da una marcatura verde sul package. Disegni dettagliati specificano le raccomandazioni per il layout dei pad nel progetto PCB per garantire una corretta saldatura e stabilità meccanica. Tutte le tolleranze non specificate sono ±0.1 mm.

5.2 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta del dispositivo contiene codici per le sue caratteristiche di binning: CAT indica il Rango di Intensità Luminosa, HUE indica il Rango di Lunghezza d'Onda Dominante e REF indica il Rango di Tensione Diretta. Ciò consente una precisa tracciabilità e selezione.

5.3 Dimensioni della Bobina e del Nastro

I LED sono forniti su nastro portante da 8mm avvolto su bobine standard da 180 mm. Le dimensioni del nastro portante (dimensione tasca, passo) sono specificate per essere compatibili con le attrezzature di assemblaggio automatizzate. Ogni bobina contiene 2000 pezzi.

5.4 Confezionamento Resistente all'Umidità

Per lo stoccaggio prolungato e per prevenire problemi legati all'umidità dei dispositivi sensibili, le bobine sono confezionate in sacchetti di alluminio impermeabili all'umidità con essiccante e cartine indicatrici di umidità.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il dispositivo è classificato per i processi di saldatura SMD standard.

• Saldatura a Rifusione:È raccomandato un profilo di temperatura con un picco di 260°C ±5°C per una durata non superiore a 10 secondi.
• Saldatura Manuale:Se necessario, una temperatura della punta del saldatore non superiore a 350°C dovrebbe essere applicata per un massimo di 3 secondi per terminale.
• Magazzinaggio:Dopo l'apertura del sacchetto ermetico impermeabile, i componenti dovrebbero essere utilizzati entro un periodo di tempo specificato (non esplicitamente dichiarato ma implicito dal confezionamento) o sottoposti a baking secondo le procedure standard di gestione MSD se esposti all'umidità ambientale oltre i limiti di sicurezza.

7. Affidabilità e Qualificazione

Il prodotto è sottoposto a rigorosi test di affidabilità con un livello di confidenza del 90% e un LTPD del 10%. I test standard includono:

• Resistenza alla Saldatura a Rifusione:Resiste a 260°C per saldabilità e integrità del package.
• Cicli Termici:300 cicli tra -40°C e +100°C.
• Shock Termico:300 cicli tra -10°C e +100°C con transizioni rapide.
• Magazzinaggio ad Alta Temperatura:1000 ore a 100°C.
• Magazzinaggio a Bassa Temperatura:1000 ore a -40°C.

Questi test garantiscono la robustezza del dispositivo nelle dure condizioni ambientali comunemente riscontrate nei prodotti elettronici.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Indicatori di Stato:Indicatori di alimentazione, connettività o modalità in dispositivi di telecomunicazione, hardware di rete ed elettrodomestici.
• Retroilluminazione:Retroilluminazione laterale o diretta per pannelli LCD, interruttori a tastiera e simboli, spesso accoppiata con guide luminose.
• Sistemi con Guide Luminose:L'ampio angolo di visione e l'accoppiamento ottico ottimizzato lo rendono una sorgente ideale per guide luminose in plastica o acrilico.
• Dispositivi Portatili/Alimentati a Batteria:Grazie al suo basso consumo di corrente, è eccellente per smartphone, tablet, telecomandi e tecnologia indossabile.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie per limitare la corrente diretta al valore desiderato (es. 20 mA per una luminosità tipica). Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Considerare il caso peggiore di V_F(minimo) per evitare sovracorrenti.
• Gestione Termica:Rispettare la curva di derating della corrente. Per applicazioni ad alta temperatura ambiente o funzionamento continuo, assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o thermal vias per dissipare il calore, specialmente se si pilota vicino ai valori massimi assoluti.
• Protezione ESD:Implementare protezioni ESD sulle linee di segnale collegate al LED in applicazioni accessibili all'utente.
• Progetto Ottico:Quando si utilizzano guide luminose, considerare il diagramma di radiazione del LED e l'allineamento per massimizzare l'efficienza di accoppiamento.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ad altri LED indicatori SMD, i principali fattori di differenziazione della serie 67-21 sono la sua specifica geometria del package P-LCC-2, che produce un angolo di visione molto ampio di 120 gradi, e l'uso del materiale semiconduttore AlGaInP per il colore rosso brillante. L'AlGaInP offre tipicamente una maggiore efficienza luminosa e una migliore stabilità termica per i colori rosso e ambra rispetto a tecnologie più vecchie come il GaAsP. La combinazione di una finestra trasparente (vs. diffusa) e del design con inter-riflettore fornisce una maggiore intensità luminosa assiale, il che è vantaggioso per applicazioni con guide luminose dove la luce deve essere iniettata efficientemente in una piccola apertura.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Che valore di resistenza devo usare con un'alimentazione da 5V?

R: Utilizzando il valore massimo di V_Fdi 2.35V per un progetto conservativo a 20mA: R = (5V - 2.35V) / 0.02A = 132.5Ω. Una resistenza standard da 130Ω o 150Ω sarebbe adatta. Verificare sempre la corrente con il V_Feffettivo delle parti del vostro bin.

D: Posso pilotare questo LED a 30 mA per avere più luminosità?

R: No. La corrente diretta continua massima assoluta è 25 mA. Superare questo valore nominale viola le specifiche, riduce la durata a causa di una più rapida diminuzione del flusso luminoso (lumen depreciation) e rischia danni termici. Utilizzare la corrente di picco (60 mA pulsata) solo per lampeggi di breve durata.

D: Come influisce la temperatura sulle prestazioni?

R: All'aumentare della temperatura, l'intensità luminosa diminuisce (vedi curva di prestazione) e la tensione diretta tipicamente diminuisce leggermente. Più criticamente, la corrente continua massima ammissibile deve essere ridotta secondo la curva di derating per evitare surriscaldamento.

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e dominante?

R: La lunghezza d'onda di picco (λ_p=632nm) è la lunghezza d'onda fisica della massima potenza spettrale. La lunghezza d'onda dominante (λ_d=617.5-633.5nm) è la lunghezza d'onda di una luce monocromatica che corrisponderebbe al colore percepito del LED. La lunghezza d'onda dominante è più rilevante per la specifica del colore.

11. Esempio Pratico di Applicazione

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore di stato per un router.

Il pannello ha cinque LED (Alimentazione, Internet, Wi-Fi, LAN1, LAN2) dietro una mascherina acrilica scura con guide luminose modellate. Il LED rosso brillante 67-21 è selezionato per l'indicatore \"Alimentazione\".

Passi di Progetto:

1. Elettrico:L'alimentazione logica interna del router è 3.3V. Assumendo un V_Ftipico di 2.0V e puntando a 15 mA per una luminosità adeguata e un consumo inferiore: R = (3.3V - 2.0V) / 0.015A ≈ 86.7Ω. Viene scelta una resistenza da 82Ω o 100Ω.

2. Ottico:L'ampio angolo di visione del LED garantisce che la luce sia catturata efficacemente dalla faccia di ingresso della guida luminosa, anche con piccoli disallineamenti di posizionamento dovuti al pick-and-place.

3. Termico:La corrente operativa di 15 mA è ben al di sotto del massimo di 25 mA, e la temperatura ambiente all'interno del contenitore del router è stimata a 50°C. Consultando la curva di derating, la corrente ammissibile a 50°C è ancora superiore a 20 mA, quindi il progetto è sicuro.

4. Binning:Per garantire una luminosità uniforme tra tutti e cinque gli indicatori sul pannello, si raccomanda di specificare un bin di intensità luminosa stretto (es. Q2 o R1) e un bin di lunghezza d'onda dominante consistente durante l'approvvigionamento.

12. Principio di Funzionamento

Il LED è un diodo semiconduttore basato su materiale Fosfuro di Alluminio Gallio Indio (AlGaInP). Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale di giunzione del diodo (circa 1.8-2.2V per l'AlGaInP rosso), elettroni e lacune vengono iniettati rispettivamente nella regione attiva dai materiali di tipo n e di tipo p. Questi portatori di carica si ricombinano in modo radiativo, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La specifica energia del bandgap della lega AlGaInP determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa, che in questo caso è nello spettro del rosso brillante. Il package incapsula il chip, fornisce protezione meccanica, ospita l'inter-riflettore per modellare l'emissione luminosa e incorpora la lente (finestra trasparente) per controllare il fascio luminoso.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nei LED indicatori SMD come il formato P-LCC-2 è verso un'efficienza luminosa sempre più alta (più luce emessa per unità di potenza elettrica in ingresso), consentendo correnti operative più basse per la stessa luminosità percepita, il che è fondamentale per progetti ad alta efficienza energetica. C'è anche una continua spinta verso la miniaturizzazione mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche. I processi produttivi sono ottimizzati per rese più elevate e tolleranze di binning più strette, fornendo ai progettisti colori e luminosità più consistenti tra i lotti di produzione. Inoltre, un'affidabilità migliorata sotto profili di rifusione ad alta temperatura (es. per saldatura senza piombo) e una maggiore robustezza ESD sono aspettative standard nei componenti moderni. La tecnologia AlGaInP sottostante per i LED rossi/arancio/ambra è matura ma continua a vedere miglioramenti incrementali in efficienza e durata.