Scheda Tecnica LED Bianco PLCC-2 - Dimensioni 2.20x1.40x1.30mm - Tensione 3.0V - Potenza 0.06W

1. Panoramica del Prodotto

1.1 Descrizione Generale

Questo componente è un diodo a emissione luminosa (LED) bianco in package PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier). Il dispositivo è realizzato utilizzando un chip semiconduttore blu combinato con un rivestimento di fosfori per produrre luce bianca. Il compatto package a montaggio superficiale misura 2.20 mm di lunghezza, 1.40 mm di larghezza e 1.30 mm di altezza, risultando adatto per applicazioni con vincoli di spazio.

1.2 Caratteristiche

• Package:Fattore di forma PLCC-2.
• Angolo Visivo:Angolo visivo estremamente ampio, tipicamente 120 gradi.
• Compatibilità di Assemblaggio:Progettato per tutti i processi standard di assemblaggio e saldatura SMT (Surface Mount Technology).
• Confezionamento:Disponibile fornito su nastro e bobina per il posizionamento automatizzato.
• Sensibilità all'Umidità:Classificato a Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) 2.
• Conformità Ambientale:Conforme alle normative RoHS (Restriction of Hazardous Substances) e REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals).
• Qualificazioni:Le prove di qualificazione del prodotto si basano sullo standard AEC-Q101 per la qualificazione ai test di stress dei semiconduttori discreti per uso automobilistico.

1.3 Applicazione

L'applicazione primaria per questo LED è nell'illuminazione interna automobilistica. Ciò include applicazioni come retroilluminazione del cruscotto, illuminazione di interruttori, luce ambientale e spie luminose all'interno dell'abitacolo.

2. Parametri Tecnici Approfonditi

2.1 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Tutti i parametri sono specificati ad una temperatura del punto di saldatura (Ts) di 25°C. Questo è un punto di riferimento critico per i calcoli di progetto.

• Tensione Diretta (V_F):La tipica caduta di tensione sul LED a una corrente diretta (I_F) di 20mA è di 3,0 Volt. I limiti minimo e massimo per la produzione sono rispettivamente 2,7V e 3,3V. La tolleranza di misura è ±0,1V.
• Corrente Inversa (I_R):La massima corrente di dispersione quando viene applicata una tensione inversa (V_R) di 5V è 10 µA.
• Intensità Luminosa (I_V):La tipica emissione luminosa a I_F=20mA è 1200 millicandele (mcd), con un intervallo da 800 mcd (min) a 1500 mcd (max). La tolleranza di misura è ±10%.
• Angolo Visivo (2θ_1/2):Definito come l'angolo completo in cui l'intensità luminosa è la metà dell'intensità di picco. Il valore tipico è di 120 gradi, fornendo un pattern di illuminazione molto ampio e uniforme.
• Resistenza Termica (R_θJ-S):La resistenza termica dalla giunzione del LED al punto di saldatura è al massimo di 300 °C/W. Questo parametro è cruciale per il progetto della gestione termica per prevenire il surriscaldamento.

2.2 Valori Limite Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliato operare in queste condizioni.

• Dissipazione di Potenza (P_D):99 mW massimi.
• Corrente Diretta Continua (I_F):30 mA massimi.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100 mA massimi, specificati con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 10ms.
• Tensione Inversa (V_R):5 V massimi.
• Scarica Elettrostatica (ESD):Classe secondo il modello del corpo umano (HBM) di 8000V.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio (T_OPR, T_STG):-40°C a +100°C.
• Temperatura Massima di Giunzione (T_J):120°C. Questa è la temperatura massima consentita alla giunzione del semiconduttore stessa.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED sono suddivisi in bin in base a parametri elettrici e ottici chiave misurati a I_F= 20mA.

3.1 Binning della Tensione Diretta (V_F)

I LED sono raggruppati in bin designati F2, G1, G2, H1, H2 e I1, corrispondenti a specifici intervalli di tensione da 2,7-2,8V fino a 3,2-3,3V. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con tolleranze di tensione più strette per le esigenze specifiche del circuito.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (I_V)

L'emissione luminosa è divisa in tre categorie: L1 (800-1000 mcd), L2 (1000-1200 mcd) e M1 (1200-1500 mcd). Questo binning garantisce l'uniformità della luminosità all'interno di un assemblaggio.

3.3 Binning delle Coordinate di Cromaticità

Il punto di bianco è definito all'interno di regioni specifiche sul diagramma di cromaticità CIE 1931. La scheda tecnica definisce tre bin (TC1, TC2, TC3), ciascuno un'area quadrilatera che specifica l'intervallo accettabile delle coordinate colore x e y. La tolleranza per queste coordinate è ±0,005. Questo controlla la tonalità e la saturazione della luce bianca, garantendo un aspetto bianco uniforme su più LED.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV)

La curva caratteristica mostra una relazione non lineare. La tensione diretta aumenta con la corrente, partendo da circa 2,5V a correnti molto basse e salendo a circa 3,2V alla corrente continua massima di 30mA. Questa curva è essenziale per la progettazione del driver, specialmente per i driver a corrente costante, per comprendere la tensione di compliance richiesta.

4.2 Corrente Diretta vs. Intensità Luminosa Relativa

Questa curva dimostra che l'emissione luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente nell'intervallo di funzionamento. Tuttavia, non è perfettamente lineare, e l'efficienza (emissione luminosa per unità di potenza elettrica) tipicamente diminuisce a correnti molto elevate a causa dell'aumento della generazione di calore. La curva conferma che 20mA è un punto operativo standard che fornisce buona efficienza e output.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il package PLCC-2 ha dimensioni del corpo di 2,20mm (L) × 1,40mm (P) × 1,30mm (A). Tutte le tolleranze dimensionali sono ±0,20mm salvo diversa indicazione nel disegno. Il package include una lente sagomata che crea l'ampio angolo visivo di 120 gradi.

5.2 Identificazione della Polarità e Pattern di Saldatura

Il catodo (terminale negativo) è identificato da un marcatore distintivo sul package, tipicamente un punto verde, una tacca o un angolo smussato come mostrato nel diagramma. Viene fornito un pattern di piazzole consigliato (footprint) per il layout del PCB. Questo pattern è progettato per garantire giunzioni saldate affidabili e un corretto allineamento durante la saldatura a rifusione.

6. Linee Guida per la Saldatura SMT a Rifusione e la Manipolazione

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Essendo un componente MSL Livello 2, questo LED deve essere saldato entro 168 ore (1 settimana) dall'apertura della busta sensibile all'umidità in condizioni di reparto fabbrica (<30°C/60% UR). È adatto un profilo standard a rifusione senza piombo (SAC305). I parametri chiave includono una rampa di preriscaldo, una zona di riscaldamento per attivare il flussante, una temperatura di picco tipicamente non superiore a 260°C e una fase di raffreddamento controllata. Il tempo specifico sopra il liquidus (es. 217°C) deve essere controllato per minimizzare lo stress termico sul componente.

6.2 Precauzioni per la Manipolazione e lo Stoccaggio

• Protezione ESD:Sebbene il dispositivo abbia un'alta tensione di tenuta ESD (8000V HBM), devono essere seguite le precauzioni standard ESD (braccialetti, tappetini conduttivi, ionizzatori) durante la manipolazione per prevenire danni latenti.
• Gestione Termica in Funzionamento:La massima corrente operativa deve essere determinata dopo aver misurato la temperatura effettiva del package nell'applicazione. La temperatura di giunzione (T_J) non deve superare il suo valore limite assoluto di 120°C. I progettisti devono considerare la resistenza termica e garantire un adeguato dissipatore di calore tramite le piazzole e le tracce del PCB.
• Pulizia:Se è richiesta la pulizia post-saldatura, utilizzare metodi e solventi compatibili con il materiale del package in plastica per evitare danni o scolorimento della lente.

7. Informazioni su Confezionamento e Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I componenti sono forniti su nastro porta-componenti goffrato avvolto su bobine. La scheda tecnica fornisce le dimensioni precise della tasca del nastro, della larghezza del nastro, del passo e del diametro della bobina. Queste informazioni sono vitali per la programmazione delle macchine pick-and-place automatizzate.

7.2 Test di Affidabilità

Il prodotto viene sottoposto a una serie di test di affidabilità basati sulle linee guida AEC-Q101. Questi test possono includere (ma non sono limitati a) High Temperature Operating Life (HTOL), Temperature Cycling (TC), High Temperature High Humidity Reverse Bias (H3TRB) e altri test di stress per convalidare le prestazioni in condizioni automobilistiche.

8. Suggerimenti per la Progettazione dell'Applicazione

8.1 Applicazione Tipica: Illuminazione Interna Automobilistica

Per l'illuminazione del cruscotto, l'ampio angolo visivo è vantaggioso per garantire una distribuzione uniforme della luce su pannelli o simboli di grandi dimensioni. È altamente raccomandato un driver a corrente costante rispetto a una combinazione tensione costante/resistore, per garantire un'emissione luminosa stabile indipendentemente da piccole variazioni della tensione diretta o della temperatura. Il driver dovrebbe essere progettato per limitare la corrente a un livello sicuro, tipicamente 20-30mA, in base alle considerazioni termiche.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie o, preferibilmente, un driver a corrente costante attivo.
• Percorso Termico:Massimizzare l'area di rame connessa alla piazzola termica (punti di saldatura) del LED sul PCB per fungere da dissipatore di calore.
• Progetto Ottico:Considerare il pattern di emissione di 120 gradi quando si progettano guide luminose, diffusori o lenti per ottenere l'effetto di illuminazione desiderato.

9. Confronto Tecnico e Vantaggi

Rispetto ai LED generici di grado non automobilistico, questo componente offre differenziatori chiave:

• Qualifica Automobilistica (AEC-Q101):Questo è un vantaggio primario, che indica che il dispositivo è testato per resistere alle severe condizioni ambientali (estremi di temperatura, vibrazione, umidità) presenti nelle applicazioni automobilistiche.
• Binning Controllato:Il dettagliato binning della tensione diretta e dell'intensità luminosa fornisce prestazioni prevedibili, cruciali per applicazioni che richiedono coerenza visiva.
• Ampio Angolo Visivo:L'angolo di 120 gradi è vantaggioso per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia e uniforme senza ottiche secondarie.
• Package Robusto:Il package PLCC-2 offre una buona stabilità meccanica e un footprint di saldatura affidabile.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Di quale tensione del driver ha bisogno questo LED?

Il driver deve fornire una tensione superiore alla massima tensione diretta della stringa di LED nelle peggiori condizioni. Per un singolo LED, si raccomanda un'alimentazione di almeno 3,5V per tener conto del massimo V_Fdi 3,3V e di un certo margine.

10.2 Posso pilotare questo LED con un'alimentazione da 5V e una resistenza?

Sì, ma richiede un calcolo accurato. Ad esempio, con un obiettivo di 20mA e un tipico V_Fdi 3,0V da un'alimentazione da 5V: R = (5V - 3,0V) / 0,020A = 100Ω. La potenza nominale della resistenza sarebbe P = I^2 * R = (0,02^2)*100 = 0,04W, quindi una resistenza da 1/8W o 1/10W è sufficiente. Tuttavia, l'efficienza è bassa (~60%) e l'emissione luminosa varierà con il bin V_Fe le fluttuazioni della tensione di alimentazione.

10.3 Quanti LED posso collegare in serie?

Il numero dipende dalla tensione di compliance del tuo driver. Per un driver da 12V, considerando un certo margine: N = (12V - margine) / Max V_F. Utilizzando un margine di 2V e un max di 3,3V: (12-2)/3,3 ≈ 3 LED in serie. Consultare sempre la scheda tecnica del driver.

11. Caso di Studio Pratico di Progettazione

11.1 Progettare una Retroilluminazione per Controlli Clima Auto

Scenario:Illuminare quattro simboli di pulsante su un pannello di controllo climatico. Uniformità di luminosità e colore sono critiche.

Passi di Progettazione:

1. Selezionare LED dello stesso bin di intensità luminosa (es. L2: 1000-1200mcd) e bin di cromaticità (es. TC2) per garantire coerenza.

2. Progettare un semplice circuito driver a corrente costante utilizzando un IC driver LED dedicato in grado di erogare 80mA totali (4 LED × 20mA).

3. Posizionare i LED sul PCB con i loro centri allineati sotto le aree diffuse dei simboli dei pulsanti.

4. Utilizzare una maschera di saldatura bianca sul PCB attorno ai LED per riflettere la luce verso l'alto e migliorare l'efficienza.

5. Assicurarsi che il PCB abbia sufficienti riempimenti in rame termico connessi alle piazzole dei LED, poiché lo spazio chiuso potrebbe limitare il flusso d'aria.

Questo approccio garantisce un'illuminazione affidabile, uniforme e di lunga durata.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

Questo è un LED bianco a conversione di fosfori. La fonte luminosa fondamentale è un chip semiconduttore al nitruro di indio e gallio (InGaN) che emette luce blu quando polarizzato direttamente. Questa luce blu colpisce uno strato di fosfori cerio-drogato all'ittrio-alluminio-granato (YAG:Ce) depositato sul chip o nelle sue vicinanze. Il fosforo assorbe una porzione dei fotoni blu e li ri-emette come luce gialla. La combinazione della luce blu residua e della luce gialla convertita è percepita dall'occhio umano come luce bianca. L'esatta tonalità del bianco (freddo, neutro, caldo) è determinata dal rapporto tra luce blu e gialla, controllato dalla composizione e dallo spessore del fosforo.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza in questi LED SMD per l'automotive e l'illuminazione generale è verso:

Maggiore Efficienza (lm/W):Migliorare l'emissione luminosa per watt elettrico, riducendo il consumo energetico e il carico termico.

Indice di Resa Cromatica (CRI) Migliorato:Utilizzare miscele di fosfori multipli per produrre luce che riproduca i colori in modo più accurato, importante per l'illuminazione ambientale interna.

Coerenza di Colore Più Stretta:Progressi nell'applicazione del fosforo e nei processi di binning producono LED con variazioni molto piccole nelle coordinate di cromaticità.

Densità di Potenza Aumentata:Sviluppare package in grado di gestire correnti di pilotaggio più elevate nelle stesse o più piccole dimensioni, reso possibile da materiali e progetti di gestione termica migliori.

Integrazione:Incorporare più chip LED o componenti driver in un unico modulo package.