LED a Vista Superiore Serie 67-21 - Package P-LCC-2 - Bianco - 1.75-2.35V - 120mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie 67-21 rappresenta una famiglia di LED a vista superiore progettati per applicazioni di indicazione e retroilluminazione. Questi componenti sono alloggiati in un compatto package P-LCC-2 (Portatore di Chip Conduttivo in Plastica) con corpo bianco e finestra trasparente incolore, che contribuisce a un ampio angolo di visione. L'obiettivo progettuale principale è ottimizzare l'accoppiamento luminoso attraverso un riflettore interno, rendendo questi LED particolarmente adatti all'uso con light pipe. Il loro basso requisito di corrente diretta li rende una scelta eccellente per applicazioni sensibili al consumo energetico, come dispositivi elettronici portatili, cruscotti automobilistici e apparecchiature di telecomunicazione.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi chiave di questa serie di LED includono un ampio angolo di visione tipicamente di 120 gradi, compatibilità con apparecchiature di posizionamento automatico e processi di saldatura a rifusione in fase di vapore, e disponibilità su nastro da 8mm e bobina per la produzione di grandi volumi. Il prodotto è privo di piombo e conforme alle normative RoHS. I mercati di riferimento sono diversificati, comprendendo l'automotive (retroilluminazione cruscotto e interruttori), le telecomunicazioni (indicatori per telefoni e fax), la retroilluminazione generale per LCD e simboli, e qualsiasi applicazione di indicazione generica che richieda un'illuminazione affidabile e a basso consumo.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce una suddivisione dettagliata dei parametri critici elettrici, ottici e termici che definiscono i limiti di prestazione e le condizioni operative del LED.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Queste non sono condizioni operative raccomandate. La tensione inversa massima (VR) è di 5V. La corrente diretta continua (IF) non deve superare i 50mA, mentre una corrente diretta di picco (IFP) di 100mA è ammissibile in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10 a 1kHz). La dissipazione di potenza massima (Pd) è di 120mW. Il dispositivo può resistere a una scarica elettrostatica (ESD) di 2000V utilizzando il modello del corpo umano (HBM). L'intervallo di temperatura operativa (Topr) va da -40°C a +85°C, e l'intervallo di temperatura di stoccaggio (Tstg) va da -40°C a +90°C. Le temperature di saldatura sono specificate sia per il reflow (260°C per 10 secondi) che per la saldatura manuale (350°C per 3 secondi).

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le Caratteristiche Elettro-Ottiche sono misurate in condizioni di prova standard di Ta=25°C e IF=20mA. L'intensità luminosa (Iv) ha un intervallo tipico, con un minimo di 180 mcd e un massimo di 565 mcd, soggetto a una tolleranza di ±11%. La lunghezza d'onda dominante (λd) per i dati forniti è nello spettro rosso, compresa tra 621nm e 631nm, con una tolleranza di ±1nm. La tensione diretta (VF) varia da 1.75V a 2.35V, con una tolleranza di ±0.1V. L'angolo di visione (2θ1/2) è tipicamente di 120 gradi. La corrente inversa (IR) è al massimo di 10µA a VR=5V.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza in luminosità, colore e caratteristiche elettriche, i LED vengono suddivisi in bin. Ciò consente ai progettisti di selezionare i componenti che soddisfano requisiti applicativi specifici.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'intensità luminosa è suddivisa in cinque bin: S1 (180-225 mcd), S2 (225-285 mcd), T1 (285-360 mcd), T2 (360-450 mcd) e U1 (450-565 mcd). Tutte le misurazioni sono a IF=20mA.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

La lunghezza d'onda dominante è raggruppata sotto il codice 'F', con due sub-bin: FF1 (621-626 nm) e FF2 (626-631 nm).

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è raggruppata sotto il codice 'B', con tre sub-bin: 0 (1.75-1.95V), 1 (1.95-2.15V) e 2 (2.15-2.35V).

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono informazioni sul comportamento del LED in condizioni variabili, il che è cruciale per un progetto di circuito robusto.

4.1 Curva di Derating della Corrente Diretta

Una curva mostra la massima corrente diretta ammissibile che diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. Questo è fondamentale per la gestione termica e per garantire l'affidabilità a lungo termine.

4.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

Questa curva caratteristica IV mostra la relazione tra corrente diretta e tensione diretta a 25°C. È non lineare, tipica di un diodo, ed è essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente.

4.3 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva dimostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente diretta. Aiuta i progettisti a bilanciare i requisiti di luminosità con il consumo energetico e lo stress del dispositivo.

4.4 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Questo grafico mostra la riduzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura di giunzione, evidenziando l'importanza della dissipazione del calore nel mantenere una luminosità costante.

4.5 Distribuzione Spettrale

Il grafico dell'emissione spettrale mostra una lunghezza d'onda di picco attorno a 632nm, confermando l'emissione di colore rosso, con una tipica larghezza di banda spettrale (Δλ) di 20nm.

4.6 Diagramma di Radiazione

Un grafico polare illustra la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa, confermando l'ampio angolo di visione di 120 gradi. L'intensità è relativamente uniforme in un'ampia regione centrale.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package

Il disegno tecnico specifica le dimensioni fisiche del package P-LCC-2. Le misure critiche includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive, la spaziatura dei terminali e la dimensione dell'apertura della lente. Tutte le tolleranze non specificate sono di ±0.1mm.

5.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente identificato da una tacca o da una marcatura verde sul package. La polarità corretta deve essere osservata durante l'assemblaggio per prevenire il guasto del dispositivo.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Il LED è adatto per la saldatura a rifusione in fase di vapore. La temperatura di picco massima raccomandata è di 260°C, e il dispositivo non deve essere esposto a temperature superiori a questa per più di 10 secondi. È applicabile un profilo di reflow standard per saldature senza piombo.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore non deve superare i 350°C, e il tempo di contatto per terminale deve essere limitato a 3 secondi o meno.

6.3 Condizioni di Stoccaggio

I dispositivi sono confezionati in sacchetti barriera resistenti all'umidità con essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità. Una volta aperto il sacchetto, i componenti dovrebbero essere utilizzati entro un periodo di tempo specificato (non esplicitamente dichiarato nel PDF fornito ma è pratica standard) o sottoposti a baking secondo le linee guida MSL (Livello di Sensibilità all'Umidità) prima del reflow per evitare danni da effetto \"popcorn\" durante la saldatura.

7. Informazioni su Confezionamento e Ordinazione

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti su nastro portante da 8mm. Le dimensioni della bobina e il passo delle tasche del nastro portante sono dettagliati nei disegni. Ogni bobina contiene 2000 pezzi.

7.2 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta della bobina contiene diversi codici: CAT (Classe di Intensità Luminosa), HUE (Classe di Lunghezza d'Onda Dominante) e REF (Classe di Tensione Diretta). Questi corrispondono direttamente alle informazioni di binning, consentendo la tracciabilità e garantendo l'uso della variante di prodotto corretta.

8. Raccomandazioni Applicative

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Automotive:Retroilluminazione per gruppi strumenti, interruttori del cruscotto e pannelli di controllo.
• Telecomunicazioni:Indicatori di stato su telefoni, fax e apparecchiature di rete.
• Elettronica di Consumo:Retroilluminazione per interruttori a membrana, tastiere e pannelli LCD negli elettrodomestici.
• Indicazione Generale:Indicatori di stato alimentazione, selezione modalità e allarme in un'ampia gamma di dispositivi elettronici.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante per limitare la corrente diretta al valore desiderato (es. 20mA per una luminosità tipica). Calcolare il valore della resistenza usando R = (Valimentazione - Vf) / If.
• Gestione Termica:Per un funzionamento continuo ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima, considerare il layout del PCB per la dissipazione del calore. Evitare di posizionare i LED vicino ad altre fonti di calore.
• Accoppiamento con Light Pipe:L'ampio angolo di visione e il design del package sono ottimizzati per i light pipe. Assicurare un corretto allineamento e uno spazio minimo tra il LED e il punto di ingresso del light pipe per un efficiente accoppiamento luminoso.
• Protezione ESD:Sebbene classificato per 2000V HBM, implementare le precauzioni ESD standard durante la manipolazione e l'assemblaggio.

9. Test di Affidabilità

L'affidabilità del prodotto è convalidata attraverso una serie di test condotti con un livello di confidenza del 90% e un LTPD (Percentuale Difettosa Tollerata per Lotto) del 10%. I test chiave includono:

• Saldatura a Rifusione:Resistenza a 260°C ±5°C per un massimo di 10 secondi.
• Ciclo Termico:300 cicli tra -40°C e +100°C.
• Shock Termico:Transizioni rapide tra -40°C e +100°C.

Questi test garantiscono la robustezza del dispositivo nei tipici ambienti di produzione e operativi.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Qual è lo scopo dei codici di binning (CAT, HUE, REF)?

I codici di binning sono utilizzati per classificare i LED in base alla loro intensità luminosa misurata (CAT), alla lunghezza d'onda/colore dominante (HUE) e alla tensione diretta (REF). Ciò consente ai produttori e ai progettisti di selezionare componenti con caratteristiche strettamente controllate, garantendo coerenza nella luminosità e nel colore del prodotto finale, specialmente quando più LED sono utilizzati in un array.

10.2 Posso pilotare questo LED senza una resistenza limitatrice di corrente?

No. Un LED è un dispositivo pilotato in corrente. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione superiore alla sua tensione diretta causerà un flusso di corrente eccessivo, potenzialmente distruggendo il LED istantaneamente a causa della fuga termica. Una resistenza in serie o un circuito attivo a corrente costante sono obbligatori.

10.3 In che modo la temperatura ambiente influisce sulle prestazioni?

All'aumentare della temperatura ambiente, aumenta la temperatura di giunzione del LED. Ciò porta a una diminuzione dell'efficienza luminosa (minore emissione luminosa a parità di corrente) e a un leggero calo della tensione diretta. La curva di derating specifica come la massima corrente ammissibile deve essere ridotta a temperature più elevate per prevenire surriscaldamento e guasto prematuro.

10.4 Questo LED è adatto per applicazioni esterne?

L'intervallo di temperatura operativa da -40°C a +85°C lo rende adatto a molti ambienti esterni e automobilistici. Tuttavia, per l'esposizione diretta all'esterno, sono necessarie considerazioni progettuali aggiuntive, come la protezione dalle radiazioni UV (che possono ingiallire l'epossidico nel tempo), la tenuta all'umidità dell'intero assemblaggio e una robusta gestione termica sotto la luce solare diretta.

11. Studio di Caso Pratico di Progetto

Scenario:Progettazione di un pannello a interruttori a membrana retroilluminato per un'unità di controllo industriale che richiede 10 LED indicatori rossi. Il pannello funziona con un'alimentazione di 5V in un ambiente fino a 60°C.

Passaggi di Progetto:

1. Selezione della Corrente:Scegliere una corrente diretta di 20mA per un buon equilibrio tra luminosità e longevità.
2. Calcolo della Resistenza:Utilizzando la massima tensione diretta dal bin B2 (2.35V) per un progetto nel caso peggiore: R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5Ω. Si può utilizzare una resistenza standard da 130Ω o 150Ω. La potenza nominale della resistenza deve essere almeno (5V-2.35V)*0.02A = 0.053W, quindi una resistenza standard da 1/8W (0.125W) è sufficiente.
3. Verifica Termica:A 60°C ambiente, consultare la curva di derating. La massima corrente ammissibile è ridotta. Assicurarsi che 20mA sia ancora all'interno dell'area di funzionamento sicuro a 60°C. In caso contrario, ridurre la corrente di pilotaggio o migliorare il dissipatore termico.
4. Selezione del Binning:Per un aspetto uniforme, specificare bin stretti per HUE (lunghezza d'onda) e CAT (intensità), ad esempio, HUE: FF1 e CAT: T1 o T2, a seconda del livello di luminosità richiesto.
5. Layout:Posizionare i LED in modo uniforme. Se si utilizza una light guide, seguire i disegni meccanici per un allineamento preciso. Assicurarsi che le piazzole del PCB corrispondano all'impronta raccomandata.

12. Introduzione al Principio Tecnico

Il LED funziona sul principio dell'elettroluminescenza in un materiale semiconduttore. Per la variante rossa descritta, il materiale del chip è AlGaInP (Fosfuro di Alluminio Gallio Indio). Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlGaInP determina l'energia del bandgap, che a sua volta definisce la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa—in questo caso, nello spettro rosso (~632nm di picco). Il package P-LCC-2 incapsula il die semiconduttore, fornisce protezione meccanica, ospita il riflettore interno per modellare l'emissione luminosa e forma i terminali elettrici per la connessione.

13. Tendenze e Sviluppi del Settore

Il mercato per i LED indicatori come la serie 67-21 continua a evolversi. Le tendenze chiave includono:

• Aumento dell'Efficienza:I continui miglioramenti nella scienza dei materiali e nel design del chip portano a una maggiore efficienza luminosa (più luce emessa per watt di input elettrico), consentendo un consumo energetico inferiore o indicatori più luminosi.
• Miniaturizzazione:Sebbene il P-LCC-2 sia un package standard, c'è una costante spinta verso impronte più piccole (es. package chip-scale) per risparmiare spazio su PCB sempre più densi, specialmente nei dispositivi portatili.
• Affidabilità Migliorata:Le richieste di una maggiore durata e di funzionamento in ambienti più severi (temperature più alte, umidità) spingono i miglioramenti nei materiali di incapsulamento, nei metodi di attacco del die e nella tecnologia dei fosfori (per i LED bianchi).
• Integrazione Intelligente:Una tendenza in crescita è l'integrazione di circuiti di controllo (come driver a corrente costante o controller PWM) all'interno del package LED stesso, semplificando il progetto del circuito esterno.
• Gamut di Colori Ampliato e Coerenza:I progressi nella tecnologia di binning e nei materiali fosforici consentono un controllo del colore più stretto e una gamma più ampia di colori saturi, soddisfacendo le esigenze del design estetico e degli indicatori codificati a colori.