Scheda Tecnica LED Bianco LTW-008ZDCG - InGaN Bianco - 20mA - 3.6V - 120mW - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche tecniche di un diodo a emissione luminosa (LED) bianco ad alta luminosità, progettato per applicazioni a tecnologia di montaggio superficiale (SMT). Il dispositivo utilizza un materiale semiconduttore a nitruro di indio e gallio (InGaN) per produrre luce bianca, filtrata attraverso una lente gialla. È confezionato su nastro da 8mm e fornito su bobine da 7 pollici di diametro, risultando pienamente compatibile con le attrezzature automatiche di pick-and-place. Il prodotto è classificato come verde ed è conforme alla direttiva sulla restrizione delle sostanze pericolose (RoHS), indicando che è privo di piombo. Il suo design principale è rivolto ad applicazioni che richiedono un'illuminazione bianca affidabile e uniforme in un fattore di forma compatto.

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

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

• Dissipazione di Potenza (Pd):120 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_FP):100 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni impulsive (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms) per prevenire il surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua (I_F):30 mA. Questa è la massima corrente diretta continua raccomandata per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. L'applicazione di una tensione inversa superiore a questo valore può causare la rottura e danneggiare la giunzione del LED. Il funzionamento con tensione inversa continua è vietato.
• Intervallo di Temperatura Operativa (T_opr):-30°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il LED è progettato per funzionare correttamente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per la conservazione non operativa.
• Condizioni di Rifusione (Reflow):Resiste a 260°C per 10 secondi, in linea con i profili tipici di rifusione senza piombo (es. J-STD-020D).

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

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

• Intensità Luminosa (I_V):Varia da un minimo di 860 mcd a un valore tipico di 1720 mcd. Misura la potenza percepita della luce emessa in una direzione specifica. Il valore effettivo è suddiviso in bin (vedi Sezione 3). La misurazione segue la curva di risposta dell'occhio CIE.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):110 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore massimo (sull'asse). Indica un pattern del fascio relativamente ampio.
• Coordinate Cromatiche (x, y):I valori tipici sono x=0.295, y=0.280 sul diagramma cromatico CIE 1931, definendo il punto di bianco. A queste coordinate si applica una tolleranza di ±0.01.
• Tensione Diretta (V_F):Varia da 2.9V a 3.6V a 20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. I valori effettivi sono suddivisi in bin (vedi Sezione 3).
• Tensione di Tenuta ESD:2000V (Modello del Corpo Umano, HBM). Specifica la sensibilità del dispositivo alle scariche elettrostatiche, indicando un livello standard di protezione. Si raccomanda vivamente la manipolazione con le opportune precauzioni ESD (braccialetti, attrezzature messe a terra).

3. Spiegazione del Sistema di Binning

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

3.1 Binning della Tensione Diretta (V_F)

I LED sono categorizzati in bin (da V0 a V6) in base alla loro tensione diretta a I_F= 20 mA. Ogni bin ha un intervallo di 0.1V, da V0 (2.9-3.0V) a V6 (3.5-3.6V). All'interno di ogni bin si applica una tolleranza di ±0.10V. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con cadute di tensione strettamente corrispondenti per applicazioni di condivisione della corrente in circuiti paralleli.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (I_V)

I LED sono suddivisi in bin (S, T, A, B, C, D) in base alla loro intensità luminosa a I_F= 20 mA. I bin vanno da S (860-1000 mcd) a D (1580-1720 mcd). Per ogni bin è specificata una tolleranza di ±10%. Ciò consente la selezione per applicazioni che richiedono livelli di luminosità specifici o uniformità tra più LED.

3.3 Binning delle Coordinate Cromatiche (Classi di Colore)

Il documento fornisce una tabella dettagliata delle Classi di Colore (es. A52, A53, BE1, BG3) che definisce quadrilateri o triangoli specifici sul diagramma cromatico CIE 1931. Ogni "classe" specifica i limiti ammissibili delle coordinate (x, y) per l'emissione di luce bianca. Questo binning preciso è fondamentale per applicazioni in cui la coerenza del colore è primaria, come retroilluminazione o segnaletica. La tolleranza di misura per queste coordinate è di ±0.01.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Intensità Relativa vs. Lunghezza d'Onda

La Figura 1 nella scheda tecnica mostra la distribuzione spettrale di potenza (SPD) della luce emessa. Per un LED bianco che utilizza un chip InGaN blu con fosforo giallo, la curva mostra tipicamente un picco dominante nella regione blu (intorno a 450-460 nm) proveniente dal chip e un picco o gobba più ampia nella regione gialla/verde (intorno a 550-600 nm) generata dal fosforo. La combinazione di questi spettri risulta nella percezione di luce bianca. La larghezza totale della curva si estende da circa 400 nm a 750 nm, coprendo lo spettro visibile.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni e Tolleranze del Package

Il LED è conforme a un profilo standard di package SMD EIA. Tutte le dimensioni critiche sono fornite in millimetri, con una tolleranza standard di ±0.05 mm salvo diversa specifica. Le definizioni meccaniche chiave includono:

• Distanza A:La distanza verticale tra la parte inferiore del pad di saldatura e il riflettore. Il minimo è 0.05mm.
• Tolleranza B:La tolleranza di allineamento tra i pad di saldatura sinistro e destro. Il massimo è 0.03mm.
• Distanza C:La distanza laterale tra il pad di saldatura e la parete del riflettore. Il minimo è 0.05mm.

Queste dimensioni sono cruciali per il progetto dei pad PCB e per garantire la corretta formazione del giunto di saldatura e l'estrazione della luce.

5.2 Dimensioni del Confezionamento a Nastro e Bobina

Disegni dettagliati specificano le dimensioni del nastro portante (dimensione della tasca, passo, ecc.) e le dimensioni della bobina (diametro 7 pollici). Il confezionamento segue le specifiche EIA-481-1-B. Note chiave includono: 2000 pezzi per bobina, massimo due componenti mancanti consecutivi consentiti, e lunghezze specificate del nastro di testa/coda (minimo 20 cm all'inizio, 50 cm alla fine).

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione (Reflow)

Il LED è compatibile con i processi di rifusione a infrarossi (IR) e a fase di vapore. Viene fatto riferimento a un profilo di rifusione senza piombo raccomandato, conforme a J-STD-020D. Il parametro critico è la capacità del dispositivo di resistere a una temperatura di picco di 260°C per 10 secondi. Seguire le velocità di riscaldamento, stabilizzazione e raffreddamento raccomandate è essenziale per prevenire shock termici e garantire giunti di saldatura affidabili.

6.2 Pulizia

Se è necessaria una pulizia post-saldatura, utilizzare solo prodotti chimici specifici per evitare di danneggiare il package del LED. La scheda tecnica raccomanda l'immersione in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto. È vietato l'uso di liquidi chimici non specificati.

6.3 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

Il prodotto è classificato come Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) 3 secondo JEDEC J-STD-020.

• Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤90% UR. La durata di conservazione è di un anno se conservato nella busta anti-umidità originale con essiccante.
• Confezione Aperta:Conservare a ≤30°C e ≤60% UR. I componenti devono essere saldati entro 168 ore (7 giorni) dall'esposizione all'ambiente.
• Essiccazione (Baking):Se la carta indicatrice di umidità diventa rosa (indicando >10% UR) o se si supera il tempo di esposizione di 168 ore, si raccomanda l'essiccazione a 60°C per almeno 48 ore prima di risigillare o utilizzare.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED SMD bianco è adatto a un'ampia gamma di applicazioni che richiedono un'illuminazione bianca compatta ed efficiente, tra cui ma non limitate a:

• Indicatori di stato e retroilluminazione per elettronica di consumo (es. elettrodomestici, apparecchi audio).
• Indicatori su pannelli e retroilluminazione di interruttori nei sistemi di controllo industriale.
• Illuminazione generica in dispositivi portatili.
• Illuminazione decorativa e segnaletica.

Nota Importante:La scheda tecnica dichiara esplicitamente che questi LED sono destinati a equipaggiamenti elettronici ordinari. Per applicazioni con requisiti di affidabilità eccezionali o in cui un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute (aviazione, dispositivi medici, sistemi di sicurezza), è necessaria la consultazione con il produttore prima dell'integrazione nel progetto.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza di limitazione in serie o un circuito driver a corrente costante. Non collegare direttamente a una sorgente di tensione. Operare a o al di sotto della corrente diretta continua raccomandata di 30 mA.
• Gestione Termica:Assicurarsi che il PCB fornisca un adeguato smaltimento termico, specialmente quando si opera ad alte correnti o in alte temperature ambiente, per rimanere entro il limite di dissipazione di potenza di 120 mW.
• Protezione ESD:Implementare procedure standard di manipolazione ESD durante l'assemblaggio. Considerare l'aggiunta di diodi di soppressione di tensione transitoria (TVS) o altre protezioni sul circuito stampato se il LED si trova in una posizione esposta.
• Progetto Ottico:L'angolo di visione di 110 gradi fornisce un fascio ampio. Per una luce più focalizzata, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (lenti).

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sebbene in questa singola scheda tecnica non venga fornito un confronto diretto con altri codici articolo, si possono dedurre le caratteristiche chiave di differenziazione di questo LED:

• Ampio Angolo di Visione (110°):Offre un'illuminazione più ampia rispetto a LED con angoli di visione più stretti, adatto per l'illuminazione d'ambiente piuttosto che per quella a spot.
• Binning Dettagliato:L'ampio binning di V_F, I_V e delle coordinate cromatiche fornisce un'elevata coerenza per applicazioni che richiedono prestazioni corrispondenti tra più unità.
• Confezionamento Robusto:La compatibilità con il posizionamento automatico e i profili standard di rifusione senza piombo (picco 260°C) facilita una produzione affidabile su larga scala.
• Tecnologia InGaN:Fornisce una generazione efficiente di luce bianca tipica dei moderni progetti di LED ad alta luminosità.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Qual è la differenza tra la Corrente Diretta di Picco (100mA) e la Corrente Diretta Continua (30mA)?

La Corrente Diretta Continua (30mA) è la massima corrente per un funzionamento continuo e in regime stazionario. La Corrente Diretta di Picco (100mA) è una corrente molto più elevata che il LED può gestire solo per impulsi molto brevi (larghezza 0.1ms) con un basso ciclo di lavoro (10%). Ciò è utile per applicazioni come il multiplexing o la regolazione PWM, dove brevi impulsi di alta corrente raggiungono una luminosità istantanea più elevata senza surriscaldare il LED. Superare continuamente la corrente nominale continua causerà calore eccessivo e rapido degrado.

9.2 Come si interpretano le Coordinate Cromatiche (x=0.295, y=0.280)?

Queste coordinate tracciano il colore della luce bianca sul diagramma cromatico CIE 1931. Questo punto specifico corrisponde tipicamente a una temperatura di colore "bianco freddo" o "bianco luce diurna", spesso nell'intervallo di 6000K-7000K. La tolleranza di ±0.01 definisce una piccola area sul grafico all'interno della quale dovrebbe cadere il colore di qualsiasi singolo LED di questo lotto, garantendo l'uniformità del colore.

9.3 Perché le condizioni di conservazione sono così rigide (MSL 3)? Cosa succede se si supera il tempo di esposizione di 168 ore?

I package SMD possono assorbire umidità dall'aria. Durante il processo di rifusione ad alta temperatura, questa umidità intrappolata può trasformarsi rapidamente in vapore, causando delaminazione interna, crepe o il fenomeno del "popcorn" del package plastico, che può distruggere il LED. MSL 3 e il limite di 168 ore definiscono un tempo di esposizione sicuro per il tasso specifico di assorbimento dell'umidità di questo package. Se superato, l'essiccazione (60°C per 48 ore) rimuove l'umidità assorbita, riportando il componente a uno stato asciutto adatto per la rifusione.

10. Esempio di Progetto e Caso d'Uso

10.1 Progettazione di un Pannello Indicatori di Stato

Scenario:Progettazione di un pannello di controllo con 10 indicatori di stato LED bianchi uniformi.

Passaggi di Progettazione:

1. Impostazione della Corrente:Scegliere un punto di funzionamento, ad esempio I_F= 20 mA, per un funzionamento affidabile e per utilizzare direttamente i dati di binning della scheda tecnica.
2. Calcolo della Tensione:Supponendo un'alimentazione di 5V (V_CC). Selezionare LED dallo stesso bin V_F, ad esempio V3 (3.2-3.3V). Utilizzare il valore tipico (3.25V) per il calcolo. La resistenza in serie richiesta R = (V_CC- V_F) / I_F= (5 - 3.25) / 0.020 = 87.5 Ω. Si può utilizzare una resistenza standard da 91 Ω o 82 Ω, regolando leggermente la corrente.
3. Uniformità della Luminosità:Specificare LED dallo stesso bin I_V (es. Bin C: 1440-1580 mcd) per garantire che tutti gli indicatori abbiano una luminosità percepita simile.
4. Uniformità del Colore:Specificare LED dalla stessa Classe di Colore (es. A63) per garantire che tutte le luci emettano la stessa tonalità di bianco, fondamentale per la coerenza estetica.
5. Layout PCB:Seguire le dimensioni dei pad raccomandate dalla scheda tecnica. Assicurarsi che il progetto dei pad rispetti le distanze minime (A, C) dal corpo/riflettore del LED per prevenire cortocircuiti e consentire la corretta formazione del filetto di saldatura.
6. Assemblaggio:Utilizzare il profilo di rifusione IR raccomandato. Mantenere i LED in buste sigillate fino al momento dell'assemblaggio. Se la busta viene aperta, completare la saldatura di tutti i 10 LED entro 168 ore.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Questo LED bianco funziona sul principio dell'elettroluminescenza in un semiconduttore. Il nucleo è un chip realizzato in nitruro di indio e gallio (InGaN), che emette luce blu quando gli elettroni si ricombinano con le lacune attraverso la sua banda proibita all'applicazione di una tensione diretta (tipicamente 2.9-3.6V). Per produrre luce bianca, il chip emettitore blu è rivestito con uno strato di fosforo di granato di alluminio e ittrio drogato con cerio (YAG:Ce). Una parte dei fotoni blu ad alta energia provenienti dal chip viene assorbita dal fosforo, che poi riemette luce gialla a energia più bassa attraverso un processo chiamato fotoluminescenza. La luce blu non assorbita rimanente si mescola con la luce gialla emessa, e l'occhio umano percepisce questa combinazione come bianca. La lente gialla diffonde e modella ulteriormente l'emissione luminosa finale.

12. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia descritta in questa scheda tecnica rappresenta un approccio maturo e ampiamente adottato per generare luce bianca con i LED. Le principali tendenze in corso nel più ampio settore dei LED che riguardano tali componenti includono:

• Aumento dell'Efficienza (lm/W):Miglioramenti continui nel progetto del chip InGaN, nell'efficienza del fosforo e nell'architettura del package portano a una maggiore efficienza luminosa, ovvero più luce emessa per la stessa potenza elettrica in ingresso.
• Miglioramento della Qualità del Colore:Sviluppo di miscele di fosfori multipli (es. aggiunta di fosforo rosso) per migliorare l'Indice di Resa Cromatica (CRI), fornendo una riproduzione del colore più accurata e piacevole sotto la luce LED.
• Miniaturizzazione:La spinta verso dispositivi più piccoli nell'elettronica di consumo spinge verso LED con impronte di package ancora più ridotte, mantenendo o aumentando l'emissione luminosa.
• Maggiore Affidabilità e Durata:I progressi nei materiali (epossidico, fosforo, substrati) e nei progetti di gestione termica stanno estendendo la durata operativa (L70, L90) dei LED, riducendo i costi di manutenzione a lungo termine.
• Illuminazione Intelligente e Connessa:Sebbene questo sia un componente di base, l'ecosistema si sta muovendo verso LED che sono parti integranti di sistemi intelligenti, spesso richiedendo driver compatibili per la regolazione dell'intensità, la regolazione del colore e la connettività.