Scheda Tecnica LED SMD 1206 Rosso 639nm - Package 3.2x1.6x1.1mm - Tensione Diretta 1.6-2.4V - Intensità Luminosa 18-180mcd - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un LED rosso ad alte prestazioni, a montaggio superficiale (SMD) in tecnologia AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). Il dispositivo è progettato per applicazioni che richiedono elevata luminosità e affidabilità in un ingombro compatto e standard del settore (package 1206). I suoi vantaggi principali includono la compatibilità con le attrezzature automatiche pick-and-place e i processi di rifusione (reflow) a infrarossi (IR), rendendolo adatto alla produzione di grandi volumi.

Il LED utilizza un chip semiconduttore AlInGaP, noto per la sua alta efficienza e stabilità nella produzione di lunghezze d'onda rosse, arancioni e gialle. Il materiale della lente "Water Clear" (trasparente) offre un ampio angolo di visione e contribuisce a raggiungere l'intensità luminosa specificata. Il prodotto è conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Dissipazione di Potenza (Pd):62.5 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il package del LED può dissipare come calore senza superare i suoi limiti termici.
• Corrente Diretta di Picco (I_F(peak)):60 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni di impulso (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms) per prevenire il surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua (I_F):25 mA. Questa è la massima corrente diretta continua raccomandata per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Intervallo di Temperatura Operativa (T_opr):-30°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il LED funzionerà secondo le sue specifiche.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +85°C.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:260°C per 10 secondi. Il profilo termico massimo che il package può sopportare durante la rifusione (reflow).

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard di Ta=25°C e I_F=20mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (I_V):18.0 - 180.0 mcd (millicandela). La quantità di luce visibile emessa, misurata sull'asse. L'ampio intervallo indica che viene utilizzato un sistema di binning (vedi Sezione 3).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco (sull'asse). Un ampio angolo di 130° indica un pattern di emissione diffuso, non focalizzato, adatto per l'illuminazione di area.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):639 nm (tipico). La lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):631 nm (tipico a I_F=20mA). Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che meglio rappresenta il colore del LED, derivata dal diagramma di cromaticità CIE.
• Larghezza a Metà Altezza della Linea Spettrale (Δλ):20 nm (tipico). La larghezza di banda dello spettro emesso misurata a metà dell'intensità di picco. Un valore di 20nm è caratteristico dei LED rossi AlInGaP.
• Tensione Diretta (V_F):1.60 - 2.40 V a I_F=20mA. La caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. La variazione è dovuta alle tolleranze del processo semiconduttore.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (max) a V_R=5V. La piccola corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire coerenza nelle applicazioni, i LED vengono selezionati (binnati) in base a parametri chiave. Questo dispositivo viene binnato principalmente per l'Intensità Luminosa.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'intensità luminosa è suddivisa in diversi bin, ciascuno con un valore minimo e massimo. La tolleranza su ciascun bin è +/-15%.

• Bin M:18.0 - 28.0 mcd
• Bin N:28.0 - 45.0 mcd
• Bin P:45.0 - 71.0 mcd
• Bin Q:71.0 - 112.0 mcd
• Bin R:112.0 - 180.0 mcd

I progettisti devono selezionare il bin appropriato in base alle loro esigenze di luminosità. L'utilizzo di una resistenza limitatrice di corrente in serie con ciascun LED (come mostrato nella sezione sul metodo di pilotaggio) è fondamentale quando si collegano più LED in parallelo per garantire una luminosità uniforme, poiché le variazioni di V_Fpossono causare uno squilibrio di corrente.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene grafici specifici siano referenziati nella scheda tecnica (ad es., Fig.1, Fig.5), il comportamento tipico può essere descritto in base alla tecnologia.

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

Il LED AlInGaP presenta una tipica caratteristica I-V di un diodo. La tensione diretta (V_F) ha un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che diminuisce leggermente all'aumentare della temperatura di giunzione. L'intervallo specificato di V_Fda 1.6V a 2.4V a 20mA deve essere considerato per la progettazione dell'alimentazione.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'intensità luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta nel normale intervallo operativo (fino al valore nominale di corrente continua di 25mA). Operare al di sopra di questa corrente porta ad un aumento della generazione di calore, un calo di efficienza e un'accelerazione della riduzione del flusso luminoso.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

L'emissione luminosa dei LED AlInGaP diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa caratteristica è cruciale per i progetti in cui il LED può operare a temperature ambiente elevate o dove la gestione termica è impegnativa. L'intervallo di temperatura operativa da -30°C a +85°C definisce i limiti per mantenere le prestazioni specificate.

4.4 Distribuzione Spettrale

Lo spettro di emissione è centrato attorno a una lunghezza d'onda di picco di 639nm (tipico) con una larghezza a metà altezza di 20nm. La lunghezza d'onda dominante (631nm) definisce il colore rosso percepito. Questo spettro è stabile nell'intervallo di corrente operativa e di temperatura, il che è importante per applicazioni critiche per il colore.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è alloggiato in un package SMD standard del settore 1206. Le dimensioni chiave (in millimetri) includono una lunghezza del corpo di circa 3.2mm, una larghezza di 1.6mm e un'altezza di 1.1mm. Tutte le tolleranze dimensionali sono tipicamente ±0.10mm salvo diversa specifica. Il package presenta due terminali anodo/catodo per la saldatura.

5.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente contrassegnato, spesso da una sfumatura verde sul lato corrispondente del package o da una tacca nel corpo in plastica. L'orientamento corretto della polarità è essenziale durante il layout del PCB e l'assemblaggio.

5.3 Layout Consigliato per i Pads di Saldatura

Viene fornito un land pattern consigliato (progetto del pad di saldatura) per garantire una corretta formazione del giunto di saldatura, stabilità meccanica e dissipazione del calore durante la rifusione. Rispettare questo layout aiuta a prevenire il "tombstoning" (il componente si solleva su un'estremità) e garantisce una connessione elettrica affidabile.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione (Reflow)

Il LED è compatibile con i processi di rifusione (reflow) a infrarossi (IR). Viene fornito un profilo suggerito, conforme agli standard JEDEC per l'assemblaggio senza piombo (Pb-free). I parametri chiave includono:

• Preriscaldamento:150-200°C per un massimo di 120 secondi per riscaldare gradualmente la scheda e i componenti, attivando il flussante e minimizzando lo shock termico.
• Temperatura di Picco:Massimo di 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido:Il dispositivo dovrebbe essere esposto alla temperatura di picco per un massimo di 10 secondi. La rifusione dovrebbe essere eseguita al massimo due volte.

Il profilo deve essere caratterizzato per il design specifico del PCB, i componenti, la pasta saldante e il forno utilizzato.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore a temperatura controllata impostato a un massimo di 300°C. Il tempo di saldatura per terminale non deve superare i 3 secondi, e questo dovrebbe essere fatto una sola volta per prevenire danni termici al package in plastica e al die semiconduttore.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, utilizzare solo solventi specificati. È accettabile immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Non utilizzare liquidi chimici non specificati poiché potrebbero danneggiare la lente in epossidico o il package.

6.4 Conservazione e Manipolazione

• Sensibilità alle Scariche Elettrostatiche (ESD):I LED sono sensibili alle ESD. Devono essere prese le dovute precauzioni ESD durante la manipolazione, inclusi l'uso di braccialetti collegati a terra, tappetini antistatici e attrezzature messe a terra.
• Sensibilità all'Umidità:Il package è sensibile all'umidità. Quando conservato nella sua originale busta sigillata anti-umidità con essiccante, ha una durata di conservazione di un anno a ≤30°C e ≤90% UR. Una volta aperta la busta, i componenti dovrebbero essere conservati a ≤30°C e ≤60% UR e idealmente rifusi entro una settimana. Per una conservazione più lunga al di fuori della busta originale, utilizzare un contenitore sigillato con essiccante. I componenti conservati aperti per più di una settimana dovrebbero essere "baked" (essiccati) a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il "popcorning" durante la rifusione.

7. Confezionamento e Ordinazione

I LED sono forniti in confezionamento standard del settore per l'assemblaggio automatico.

• Nastro e Bobina:I componenti sono confezionati in nastro portacomponenti goffrato da 8mm di larghezza su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro.
• Quantità per Bobina:4000 pezzi.
• Quantità Minima d'Ordine (MOQ):500 pezzi per quantità residue.
• Standard di Confezionamento:Conforme alle specifiche ANSI/EIA-481. Le tasche vuote nel nastro sono sigillate con un nastro di copertura superiore.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Il metodo di pilotaggio più affidabile è utilizzare una resistenza limitatrice di corrente in serie per ciascun LED, specialmente quando si collegano più LED in parallelo. Questo compensa la naturale variazione della tensione diretta (V_F) da un LED all'altro, garantendo una corrente uniforme e quindi una luminosità uniforme su tutti i dispositivi nell'array. Pilotare i LED con una sorgente di corrente costante fornisce l'uscita ottica più stabile.

8.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia relativamente bassa (62.5mW max), una corretta progettazione termica prolunga la vita del LED e mantiene la luminosità. Assicurarsi che il PCB abbia un'adeguata area di rame collegata ai pad del LED per fungere da dissipatore di calore, specialmente quando si opera alla corrente continua massima o vicino ad essa. Evitare di operare a temperature ambiente al limite superiore dell'intervallo per periodi prolungati.

8.3 Ambito di Applicazione

Questo LED è adatto per apparecchiature elettroniche generali che richiedono indicatori di stato, retroilluminazione o illuminazione decorativa. Ciò include applicazioni in elettronica di consumo, apparecchiature per ufficio, dispositivi di comunicazione ed elettrodomestici. Non è specificamente progettato o qualificato per applicazioni in cui un guasto potrebbe mettere in pericolo la vita o la sicurezza (ad es., aviazione, supporto vitale medico, controllo del traffico critico). Per tali applicazioni, è necessaria la consultazione con il produttore per componenti appositamente qualificati.

9. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Questo LED utilizza la tecnologia AlInGaP, che offre vantaggi distintivi per l'emissione rossa/arancione/gialla rispetto ad altre tecnologie come l'AllnGaP su substrato assorbente o i più vecchi LED GaAsP.

• Alta Efficienza & Luminosità:L'AlInGaP fornisce una maggiore efficienza luminosa (più luce emessa per watt elettrico) rispetto alle tecnologie tradizionali, consentendo l'elevata luminosità (fino a 180mcd) in un package piccolo.
• Stabilità del Colore:Il punto di colore (lunghezza d'onda dominante) dei LED AlInGaP è più stabile nell'intervallo di corrente operativa e di temperatura e durante la vita del dispositivo rispetto ad alcune alternative.
• Ampio Angolo di Visione:L'angolo di visione di 130° con lente water-clear offre un'illuminazione ampia e uniforme rispetto a lenti focalizzate o a angolo stretto.
• Compatibilità con il Montaggio Superficiale:Il package 1206 e la compatibilità con la rifusione IR rappresentano una soluzione moderna e producibile rispetto ai LED a foro passante.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Quale valore di resistenza devo utilizzare?

Il valore della resistenza in serie (R_s) si calcola utilizzando la Legge di Ohm: R_s= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare il valore massimo di V_Fdalla scheda tecnica (2.4V) per garantire che la corrente non superi la I_Fdesiderata (ad es., 20mA) nelle condizioni peggiori. Per un'alimentazione a 5V: R_s= (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ohm. Una resistenza standard da 130Ω o 150Ω sarebbe appropriata.

10.2 Posso pilotarlo con un segnale PWM?

Sì, la Modulazione di Larghezza di Impulso (PWM) è un metodo eccellente per regolare l'intensità (dimming) dei LED. Mantiene le caratteristiche di colore del LED meglio del dimming analogico (in corrente). Assicurarsi che la frequenza PWM sia abbastanza alta per evitare lo sfarfallio visibile (tipicamente >100Hz) e che la corrente di picco in ciascun impulso non superi il valore massimo assoluto di 60mA.

10.3 Perché c'è un intervallo così ampio nell'intensità luminosa?

L'intervallo (18-180mcd) rappresenta la diffusione totale su tutti i bin di produzione. I singoli LED vengono selezionati in bin specifici (M, N, P, Q, R) con intervalli molto più stretti. È necessario specificare il bin desiderato quando si ordina per garantire il livello di luminosità per la propria applicazione.

10.4 Quanto durerà il LED?

La durata di vita del LED (spesso definita come il punto in cui l'emissione luminosa si degrada al 70% del valore iniziale, L70) non è esplicitamente dichiarata in questa scheda tecnica. La durata dipende fortemente dalle condizioni operative, principalmente dalla temperatura di giunzione e dalla corrente di pilotaggio. Operare ben al di sotto dei valori massimi (ad es., a 15-20mA e con una buona gestione termica) prolungherà significativamente la vita operativa, potenzialmente a decine di migliaia di ore.

11. Esempi Pratici di Progetto e Utilizzo

11.1 Pannello Indicatori di Stato

In un pannello multi-indicatore di stato per apparecchiature industriali, diversi di questi LED (ad es., Bin P o Q per luminosità medio-alta) possono essere disposti in fila. Ciascuno è pilotato da un pin GPIO di un microcontrollore attraverso una resistenza in serie (ad es., 150Ω per un sistema a 3.3V o 5V). L'ampio angolo di visione garantisce che lo stato sia visibile da varie posizioni dell'operatore. La compatibilità con la rifusione consente di saldare l'intera scheda, inclusi LED e microcontrollore, in un'unica passata.

11.2 Retroilluminazione per Pulsanti a Membrana

Un singolo LED del Bin R (massima luminosità) può essere posizionato adiacente a un'icona traslucida di un pulsante a membrana per fornire retroilluminazione. La luce diffusa e ad ampio angolo della lente water-clear aiuta a illuminare uniformemente l'icona. Il basso profilo (altezza 1.1mm) gli consente di adattarsi a design di dispositivi sottili.

12. Introduzione al Principio Tecnico

L'emissione di luce in questo LED si basa sull'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttrice realizzata in AlInGaP. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva (la giunzione). Quando elettroni e lacune si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione di Alluminio, Indio, Gallio e Fosfuro nel reticolo cristallino determina l'energia della banda proibita, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa - in questo caso, rosso a circa 639nm. La lente epossidica "Water Clear" incapsula il chip, fornendo protezione meccanica, modellando il pattern di emissione della luce e migliorando l'estrazione della luce dal materiale semiconduttore.

13. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

La tendenza generale nei LED indicatori SMD come questo è verso un'efficienza ancora più elevata (più lumen per watt), che consente la stessa luminosità a correnti di pilotaggio inferiori, riducendo il consumo energetico e la generazione di calore. C'è anche una continua spinta verso la miniaturizzazione mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche. Inoltre, i miglioramenti nei materiali del package e nei processi produttivi aumentano l'affidabilità e la compatibilità con i profili di saldatura sempre più impegnativi richiesti per l'assemblaggio senza piombo. Anche la coerenza del colore e tolleranze di binning più strette sono aree di sviluppo continuo per soddisfare le esigenze delle applicazioni che richiedono un'accurata corrispondenza dei colori.