LED per dispositivi montati in superficie | Guida completa alla tecnologia dei display

Un LED SMD ha contatti di saldatura esterni che si collegano alla superficie del PCB. Il die del semiconduttore è alloggiato all'interno del contenitore; normalmente non si tratta di un chip nudo posizionato direttamente sulla scheda del display.

I termini SMD e through-hole descrivono metodi di montaggio differenti. I LED through-hole utilizzano terminali inseriti attraverso i fori del PCB. I package SMD utilizzano piazzole di saldatura superficiali e supportano il posizionamento automatizzato e la saldatura a rifusione. Nessuno dei due metodi di montaggio, preso singolarmente, garantisce una maggiore efficienza, una maggiore durata o una migliore dissipazione del calore.

Un package combina il chip emettitore di luce, i collegamenti elettrici, la struttura di supporto e la protezione ottica. Le parti seguenti descrivono le configurazioni più comuni; i design ceramici, su scala di chip e flip-chip possono utilizzare materiali diversi o omettere singole caratteristiche.

Il chip semiconduttore emette luce quando la corrente attraversa la sua giunzione. I sistemi di materiali più comuni includono:

• Nitruro di indio e gallio (InGaN): Utilizzato per molti emettitori blu e verdi. La luce bianca di solito richiede la conversione della lunghezza d'onda o la miscelazione dei colori.
• Fosfuro di alluminio, gallio e indio (AlInGaP): Utilizzato per molti emettitori rossi, ambra e gialli.

Per un esempio specifico di colore blu, la scheda tecnica dell'APG1608QBC/G di Kingbright identifica una sorgente InGaN.

Molti package utilizzano un telaio metallico; altri utilizzano un substrato diverso. Le sue funzioni includono:

• Supporto per le connessioni elettriche tra il chip e i contatti esterni.
• Fornire un percorso di trasferimento del calore verso i punti di saldatura e il PCB, a volte tramite un pad termico dedicato.

Il percorso termico effettivo dipende dalla struttura del package.

I package con collegamento a filo utilizzano fili sottili per connettere i contatti del die ai terminali del package. L'oro è un materiale possibile, ma non un requisito universale. Alcuni progetti flip-chip omettono i collegamenti a filo: la nota applicativa OSLON PURE 1010 di ams OSRAM documenta un esempio senza collegamento a filo.

L'incapsulamento in silicone può proteggere il chip e contribuire a controllare la distribuzione della luce. I package possono utilizzare una cupola, una superficie piana, resina epossidica o un'altra struttura ottica. Il silicone non è immune a danni o invecchiamento: attenersi alle indicazioni del produttore relative a manipolazione, pulizia, temperatura e compatibilità dei materiali.

Molti LED bianchi combinano un emettitore blu con fosfori che convertono parte della luce in lunghezze d'onda più lunghe. Lo spettro risultante appare bianco; la scelta dei fosfori influisce sulla temperatura del colore e sulla resa cromatica. Anche i LED RGB possono miscelare i colori per produrre il bianco, come spiegato nelle nozioni di base sui LED del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Il diagramma di processo sottostante mette a confronto emettitori SMD confezionati separatamente e saldati a rifusione su un PCB per display, con chip COB assemblati direttamente su un substrato comune. Si tratta di un'illustrazione semplificata; non tutti i progetti utilizzano fili di collegamento.

Il packaging SMD favorisce assemblaggi compatti e una produzione ripetibile. I vantaggi dipendono dal componente, dal PCB, dal driver, dall'ottica e dalle condizioni operative selezionati.

Il montaggio superficiale supporta l'assemblaggio pick-and-place e la saldatura a rifusione. Può ridurre il lavoro di assemblaggio manuale, ma non riduce automaticamente il numero di componenti del circuito. Driver, limitazione di corrente, protezione e progettazione termica devono comunque essere adatti all'applicazione.

Le dimensioni ridotte dei package consentono di posizionare gli emettitori molto vicini tra loro. Nei display a visione diretta, la risoluzione dipende dal passo dei pixel e dalle dimensioni dello schermo, non semplicemente dall'etichetta del package. Il passo dei pixel è la distanza tra i centri dei pixel adiacenti; è diverso dalla larghezza fisica del package LED.

La lente o l'incapsulante proteggono le parti interne e modellano il fascio luminoso, ma non possono prevenire tutti i danni fisici. Il diagramma seguente mostra un LED bianco con chip, fosforo, filo di collegamento, copertura ottica, struttura termica e PCB. Rappresenta una singola configurazione, non tutti i LED SMD.

L'angolo di visione varia a seconda del componente e della definizione di misurazione del produttore. Ad esempio, Kingbright specifica un angolo di visione completo di 130 gradi a metà intensità per l'APG1608QBC/G . La curva di intensità angolare di un componente non garantisce un colore uniforme su tutto il display e potrebbero essere necessari diffusori o ottiche secondarie.

I package multi-die possono contenere emettitori RGB, più emettitori bianchi o altre combinazioni. Il CLY6D-FKC di Cree LED è un esempio di SMD a tre colori pensato per la segnaletica a colori. L'illustrazione seguente, invece, confronta una sorgente luminosa COB con una scheda contenente diversi emettitori SMD separati; non mostra più chip all'interno di un singolo package SMD.

I LED generano luce senza parti in movimento, ma le saldature, gli incapsulanti e i collegamenti interni possono comunque essere danneggiati da urti, flessioni del circuito stampato o cicli termici. L'affidabilità richiede un assemblaggio e condizioni operative adeguate.

Contesto per il grafico sottostante: confronta i formati di pubblicità mobile, non i componenti SMD: pannelli stampati per camion, camion o rimorchi con LED digitali, cartelloni pubblicitari trainati, display per biciclette/zaini e veicoli personalizzati. I contenuti digitali possono essere modificati elettronicamente; la grafica stampata richiede la sostituzione fisica. La visibilità, la classificazione dei costi e la dichiarazione fiscale sono affermazioni generali, non specifiche verificate o prezzi per uno schermo SMD.

Scegli l'emettitore più adatto all'applicazione. Un indicatore, una retroilluminazione bianca, un pixel per display RGB e una sorgente a infrarossi sono prodotti diversi, anche se tutti utilizzano il montaggio superficiale.

Smartphone:

• Indicatori di stato sui modelli che li includono.
• Illuminazione con flash della fotocamera o torcia.
• La retroilluminazione è presente sui modelli dotati di schermo LCD; gli schermi OLED non necessitano di retroilluminazione a LED.

Televisori e monitor: i prodotti LCD retroilluminati a LED, inclusi molti modelli QLED, utilizzano i LED come sorgente luminosa dietro il pannello LCD. Questo li differenzia da un videowall a LED a visione diretta.

Indossabili:

• Indicatori.
• Retroilluminazione laddove richiesta da un design LCD.
• Emettitori per specifiche funzioni di rilevamento ottico nei fitness tracker.

Giochi: l'illuminazione RGB può apparire in:

• Tastiere.
• Topi.
• Console.
• Componenti per PC.

Orticoltura: i produttori offrono opzioni spettrali per diverse applicazioni di coltivazione; la gamma di Lumileds per l'orticoltura comprende pacchetti progettati specificamente per questo scopo.

Apparecchiature mediche: gli emettitori specializzati possono essere utilizzati in:

• Illuminazione chirurgica.
• Lampade da esame.
• Apparecchiature per fototerapia progettate appositamente.

Polimerizzazione UV: è possibile polimerizzare sorgenti ultraviolette compatibili:

• Inchiostri.
• Resine.
• Adesivi.

Applicazioni a infrarossi:

• Illuminazione della fotocamera.
• Segnalazione a distanza.

La lunghezza d'onda, la potenza e i requisiti del dispositivo sono specifici per l'applicazione; i normali LED RGB per display non sono sostitutivi. La panoramica specialistica di Lumileds distingue i prodotti per flash fotografici, display, infrarossi e ultravioletti.

I codici dimensionali dei LED SMD sono utili indizi, ma non costituiscono una specifica completa.

Molti nomi di package per illuminazione esprimono le dimensioni nominali in decimi di millimetro. Altre famiglie utilizzano codici basati sui pollici. Controllare sempre il disegno del package e lo schema di saldatura consigliato; la corrispondenza delle dimensioni esterne non garantisce la compatibilità dell'ingombro o della polarità.

Esempi comuni di metriche sono:

• 3528: Circa 3.5 × 2.8 mm.
• 5050: Circa 5.0 × 5.0 mm.
• 2016: Circa 2.0 × 1.6 mm.

Al contrario, un package 0603 basato su pollici ha dimensioni approssimative di 1.6 × 0.8 mm, come mostrato nella gamma 0603 di Kingbright . Non interpretarlo come 0.6 × 0.3 mm senza prima controllare il sistema di denominazione.

Le categorie si sovrappongono: un package a emissione superiore può anche essere ad alta potenza o contenere più chip. La direzione di emissione, il materiale del package, le dimensioni e le caratteristiche elettriche descrivono proprietà diverse. Il COB è incluso di seguito per confronto con i dispositivi SMD incapsulati.

I LED a emissione superiore standard dirigono la luce lontano dal circuito stampato. Alcuni utilizzano un supporto in plastica con terminali (PLCC); altri utilizzano strutture a chip o in ceramica. È possibile ottenere una superficie ottica piatta, quindi non è necessaria una cupola visibile affinché un componente sia un LED SMD.

La dicitura "vista dall'alto" descrive la direzione di emissione principale rispetto al PCB. Utilizzare il diagramma di radiazione riportato nella scheda tecnica per valutare l'emissione angolare, anziché presumere che tutti i package con vista dall'alto producano lo stesso fascio.

Dimensioni e utilizzi comuni:

• 0201 / 0402 / 0603: Famiglie di indicatori di piccole dimensioni; verificare se il fornitore utilizza codici basati su pollici.
• 0805 / 1206: Indicatori di dimensioni maggiori, simili a chip, che risultano più facili da maneggiare durante la fase di prototipazione.
• 3528: Utilizzato in prodotti per la segnalazione e l'illuminazione; le specifiche variano.
• 5050: Può essere RGB o bianco. Lumileds' LUXEON 5050 si tratta di una famiglia di prodotti a luce bianca, quindi il codice non significa "tre chip RGB".
• 5630: L'impronta luminosa; confrontare la potenza effettiva e i valori nominali di corrente.
• 5730: Un'altra impronta, non una prova di maggiore efficacia rispetto al 5630.

L'illustrazione conservata etichetta le confezioni 2835, 5730, 3030, 3535 e 5050; non si tratta di un disegno in scala né di una classificazione delle prestazioni.

I LED a emissione laterale dirigono la loro emissione principale approssimativamente parallelamente al PCB, anziché perpendicolarmente ad esso. La loro geometria ottica è adatta all'illuminazione dei bordi e agli assemblaggi con vincoli. L'involucro esterno non determina l'orientamento esatto del chip interno.

Direzione della luce:

• Lungo il piano della tavola, con un'inclinazione di circa 90 gradi rispetto alla sua normale.
• Utile per accoppiare la luce in una guida di luce a illuminazione laterale.

Dimensioni e tipologie:

• Le dimensioni e i codici dei pezzi variano. La serie QBLP615 di QT Brightek è un esempio documentato di vista laterale.

Le applicazioni includono:

• Design di retroilluminazione LCD compatibili.
• Illuminazione della calcolatrice.
• Indicatori o guide luminose del cruscotto.
• Altri dispositivi elettronici compatti.

L'emissione laterale non implica necessariamente un'elevata potenza né richiede un PCB con anima metallica. La scelta della scheda e dell'eventuale dissipatore di calore deve basarsi sulla dissipazione del calore, sulla resistenza termica, sulla temperatura ambiente e sulla corrente del package. I progetti ad alta potenza richiedono una valutazione termica indipendentemente dalla direzione di emissione.

Direzione della luce: molti dispositivi ad alta potenza emettono verso l'alto; le ottiche secondarie sono opzionali e dipendono dall'applicazione.

LED SMD confezionati

• Può contenere uno o più chip e un pad termico dedicato.
• I codici dei package non determinano la classe di potenza: le famiglie 2835 e 3030 includono anche dispositivi di media potenza.
• I modelli adatti trovano impiego in apparecchi di illuminazione e nell'illuminazione automobilistica.

COB (chip on board)

• Su un substrato comune vengono assemblati più chip.
• I COB per l'illuminazione bianca spesso condividono un'area emittente ricoperta di fosforo; i COB per display sono prodotti diversi.
• La progettazione ottica e termica determina il fascio utilizzabile e la potenza erogata.

MCOB

• I fornitori utilizzano questo termine per indicare configurazioni multi-chip o multi-COB.
• Non si tratta di una garanzia standardizzata di temperature più basse o di minore abbagliamento.
• Confrontare la costruzione effettiva, i dati termici e la fotometria.

Tabella riassuntiva per un rapido confronto

La tabella accessibile chiarisce l'illustrazione sottostante. Le sue categorie si sovrappongono; la sola dimensione della confezione non specifica la potenza o la qualità.

Scegliete un dispositivo LED a montaggio superficiale in base alla scheda tecnica e alle condizioni operative. Per una valutazione completa, considerate anche il modulo, il driver, il contenitore e le prestazioni dell'immagine:

• Potenza luminosa: Confronta l'intensità in candele o il flusso in lumen alla stessa corrente e temperatura. La visualizzazione della luminanza in cd/m² è una misurazione a livello di sistema differente.
• Angolo di visione: Verificare le curve di intensità e la coerenza del colore dello schermo nelle posizioni richieste.
• Colore: Specificare le lunghezze d'onda RGB o, per l'illuminazione bianca, la temperatura di colore correlata (CCT) e i requisiti di resa cromatica.
• Orma: Verificare le dimensioni, la polarità, la disposizione dei pad e il passo dei pixel per i display.
• Limiti elettrici e termici: Verificare la tensione diretta, la corrente di pilotaggio, il duty cycle degli impulsi e il raffreddamento. Guida alla gestione termica dei LED Cree spiega il percorso del calore dalla giunzione all'ambiente circostante.

EagerLED Forniamo prodotti per display a LED; la scelta di uno schermo finito è diversa dall'acquisto di singoli pacchetti LED. Per una proposta di installazione, fornire le dimensioni dello schermo, l'uso interno o esterno, la distanza di visione, l'accesso per la manutenzione e i requisiti di contenuto. Confrontare un campione del modulo e le sue specifiche prima di ordinare. Guida comparativa tra display SMD e COB Spiega le opzioni di confezionamento per i videowall.

Il packaging SMD è ampiamente utilizzato nei display perché supporta pixel RGB compatti e l'assemblaggio automatizzato. Ciò non gli conferisce una posizione di leadership universale sul mercato. Anche i COB e altre tecnologie trovano applicazione nei display; la scelta più appropriata dipende dal passo dei pixel, dall'ambiente di utilizzo, dalla manipolazione e dalle esigenze di manutenzione.

Un pannello RGB offre tre colori molto vicini tra loro, ma la calibrazione, il binning, le impostazioni del driver e il design ottico ne determinano l'uniformità. Valutate lo schermo dagli angoli di visione previsti. L'angolo massimo dichiarato non garantisce luminosità e colori inalterati su tutta la gamma.

Il posizionamento automatizzato favorisce la ripetibilità della produzione, ma la qualità dell'assemblaggio rimane comunque fondamentale. Il termine "senza piombo" si riferisce alla composizione del materiale, non all'assenza di terminali elettrici o all'immunità alle vibrazioni. Le note applicative SMD di Kingbright trattano argomenti quali umidità, saldatura, stress meccanico e precauzioni contro le scariche elettrostatiche.

Le dimensioni del package contribuiscono alla progettazione, ma la profondità del cabinet, il raffreddamento, gli alimentatori e l'accesso per la manutenzione determinano lo spessore e il peso finali dello schermo. Un televisore LCD retroilluminato a LED e un display a LED RGB a visione diretta non dovrebbero essere considerati come la stessa architettura di visualizzazione.

SMD identifica il metodo di montaggio di un componente LED; la scheda tecnica ne descrive le funzionalità.

Dimensioni, potenza ottica, condizioni di funzionamento e requisiti termici devono essere adatti all'applicazione. Per gli schermi LED pubblicitari , valutare il modulo e il contenitore completi, oltre al package LED. Confermare le specifiche con il fornitore e testare un campione rappresentativo anziché scegliere solo in base al codice del package.