Errori che probabilmente commetti anche quando lavori con i LED

Oggi l’uso di LED e di altri componenti optoelettronici nei dispositivi è considerato normale. Tuttavia, la manipolazione e l’assemblaggio sicuri dei LED dovrebbero essere importanti quanto l’affidabilità e la durata dei componenti stessi. 

Il LED (diodo a emissione di luce), sia al piombo (LED THT) che a incasso (LED SMD), è un componente piuttosto sensibile. Pertanto, tutti i principali produttori di LED pubblicano raccomandazioni per una manipolazione sicura sotto forma di cosiddette «Note tecniche» e documenti simili.

Gli errori più comuni di gestione dei LED sono:

• conservazione in condizioni insoddisfacenti;
• sagomatura superficiale dei cavi di LED THT;
• misure ESD insufficienti;
• saldatura superficiale;
• pulizia superficiale del PCB;
• collegamento errato nel circuito elettronico;
• progettazione impropria di PCB e piastre di saldatura.

“Il mancato rispetto delle linee guida del produttore riduce la durata del LED e, in casi estremi, può causarne il guasto completo. Inoltre, non è detto che il guasto si verifichi dopo un certo periodo di tempo in un dispositivo funzionante: può avvenire anche durante la finalizzazione, quando si installa o si riattiva un nuovo prodotto. Le riparazioni successive richiedono molto tempo e denaro e possono essere evitate facilmente. Inoltre, i danni causati dal mancato rispetto delle raccomandazioni non possono essere oggetto di reclamo”, afferma Martin Brestovič, specialista di prodotto di SOS electronic.

La seguente panoramica riassume quindi alcuni fattori di base che incidono considerevolmente sul funzionamento affidabile e a lungo termine del dispositivo quando si utilizzano i LED nell’applicazione. 

Conservazione

Quando si conservano i LED, è importante tenere sotto controllo la temperatura e l’umidità dell’ambiente. Mantenendo le condizioni ambientali consigliate, eviterai danni al diodo LED durante la saldatura, poiché l’umidità accumulata può danneggiarne i componenti meccanici se viene riscaldato rapidamente.

È completamente da escludere la conservazione di LED e, in generale, di altri componenti elettronici in un ambiente in cui possono formarsi gas aggressivi. I vapori acidi possono danneggiare i componenti dei LED stessi e ossidarne le piastre di saldatura. Condizioni errate di conservazione determinano solitamente una scarsa saldabilità dei componenti del LED.

I LED SMD sono particolarmente sensibili all’umidità dell’aria. Pertanto, è necessario conservarli seguendo esattamente le istruzioni del produttore ovvero, nella maggior parte dei casi, in una confezione sigillata insieme a un essiccatore e un indicatore di umidità. È importante sapere a quale classe di sensibilità appartiene un dato LED, informazione reperibile all’interno della scheda tecnica.

La categoria di sensibilità all’umidità è denominata MSL (livello di sensibilità all’umidità) e varia da 1 a 6, dove 1 corrisponde alla categoria meno sensibile.

Ad esempio, il LED con MSL 3 può essere conservato in un sacchetto aperto per 168 ore a 30℃/ 60% UR, come mostrato nella tabella seguente:

Il superamento di uno qualsiasi dei parametri (tempo, temperatura o umidità), comporta la necessità di “essiccare” il LED prima del montaggio, ovvero di asciugarlo secondo la tabella seguente.

Tuttavia, anche con questa procedura, è necessario rispettare i tempi e le temperature raccomandate, altrimenti non è possibile presentare un reclamo sui LED. 

I LED con cavi sono anche parzialmente sensibili all’umidità dell’aria e, se conservati in confezione aperta per più di 72 ore, si consiglia di asciugarli per circa 30 ore a una temperatura di 85 - 100 °C.

Vari dispositivi, come lo Smart Gadget di Sensirion con SHT40, display e Bluetooth 4.0, oltre a vari registratori di dati di temperatura e umidità, ti aiuteranno nella misurazione affidabile di questi importanti parametri, come temperatura e umidità.

Sagomatura dei cavi LED THT

«Se la tua applicazione richiede la sagomatura dei cavi dei componenti LED, tieni presente che durante la sagomatura dei cavi è importante evitare di trasferire la pressione all’alloggiamento del LED, nonché al chip del LED stesso. Questo è fondamentale perché anche un aumento dello stress meccanico a breve termine può provocare la rottura dei contatti sottili con il LED del chip stesso, determinando di conseguenza un guasto completo del LED», continua Martin Brestovič.

Di fatto, questo si ottiene facilmente sostenendo i cavi nella parte superiore (in corrispondenza dell’alloggiamento) mediante l’utilizzo, ad esempio, di una pinzetta o di un altro dispositivo meccanico idoneo. La regola per ridurre al minimo la pressione sull’alloggiamento si applica a qualsiasi manipolazione con il LED, sia manuale che meccanica. 

Pertanto, i LED SMD con incapsulamento in silicone generalmente hanno anche un ugello di prelievo per il montaggio a macchina dalla dimensione minima prescritta, allo scopo di evitare la pressione diretta dell’ugello sul LED del chip attraverso un silicone relativamente morbido.

Protezione ESD

I componenti elettronici, inclusi i LED, sono soggetti a danni a causa di eventi ESD (scariche elettrostatiche) a bassa tensione. Persino una scarica inferiore a 10 volt può provocare danni significativi; in particolare, secondo una ricerca internazionale, circa il 70% dei danni ai dispositivi elettronici è causato da una protezione insufficiente dell’operatore. 

Secondo gli standard internazionali, inclusa la norma EN 61340, l’elemento principale della protezione ESD è l’abbigliamento ESD. Tuttavia, anche altri dispositivi e ausili antistatici, come strumenti ESD e accessori vari, riducono i rischi associati alle scariche elettrostatiche. 

La protezione dalle scariche elettrostatiche è un argomento relativamente ampio: nel caso dei componenti LED tutte le informazioni importanti sono contenute nell’opuscolo “Note tecniche” di Kingbright. I LED basati sulla tecnologia InGaN e GaN (Indium-Gallium-Nitride) sono particolarmente sensibili ai danni da scariche elettrostatiche.

È un fatto interessante e noto che per prevenire danni ai componenti elettronici causati da scariche ESD, è bene evitare un’umidità dell’aria estremamente bassa nelle aree di produzione. L’umidità relativa ideale in un tale ambiente è del 40 - 60%. 

Saldatura

Se saldiamo componenti SMD manualmente, ad esempio durante la produzione del prototipo, la temperatura della punta non deve superare i 350°C / 3 sec a una distanza del giunto di almeno 2 mm dall’alloggiamento. Si noti che per i tipi blu, bianco e verde brillante (525 nm), alcune fonti consigliano una temperatura della punta di soli 280°C - soprattutto quando la saldatura dei LED SMD nei prototipi è manuale.

Il profilo di temperatura per il processo di riflusso si trova solitamente nella scheda tecnica di uno specifico LED. Per un processo senza piombo, la soglia di temperatura è solitamente di 260°C per un massimo di 10 secondi.

Pulizia

Nella maggior parte dei casi, non è necessario pulire il PCB con i componenti LED incassati. Tuttavia, se ne hai bisogno per qualsiasi motivo, ti consigliamo di utilizzare soltanto agenti detergenti non aggressivi, in genere a base di etanolo o isopropanolo, oppure detergenti a base d’acqua non aggressivi. Detergenti troppo aggressivi possono penetrare nel chip del LED stesso e danneggiarlo, ad esempio provocandone la corrosione.

All’interno del nostro assortimento puoi trovare anche agenti detergenti delicati, come per esempio Kontakt IPA, in una confezione spray standard da 200 ml o in una comoda confezione da 5 l. 

Collegamento in circuito elettronico

I LED, come quasi tutti i diodi, sono caratterizzati solo da una piccola variazione di tensione a seconda della corrente.

Pertanto, progettiamo il circuito di alimentazione LED solo come sorgente di corrente, nel caso più semplice utilizzando un resistore in serie. 

È anche adatto per evitare il collegamento in parallelo dei LED con un resistore comune, poiché i LED non hanno mai esattamente la stessa tensione nel senso diretto Vf (tensione diretta) alla stessa corrente. Ciò può causare un sovraccarico di corrente dei LED con la tensione diretta più bassa, dove la corrente aumentata cerca di “compensare” la Vf allo stesso livello degli altri LED collegati in parallelo.

Alcuni LED presentano anche capacità di carico nella cosiddetta modalità a impulsi menzionata nella scheda tecnica, quando è possibile per un tempo definito (solitamente decine di ms) fornire LED con una corrente notevolmente superiore a quella standard. 

Progettazione PCB

Per ogni LED SMD, la progettazione della piastra di saldatura consigliata generalmente si trova all’interno della scheda tecnica. 

Un designer esperto può ovviamente utilizzare un’altra forma: ad esempio, per i LED ad alta potenza, un’area di rame sufficientemente ampia aiuta a dissipare il calore. Tuttavia, di solito è necessario selezionare opportunamente il confine dell’area saldata utilizzando una maschera di saldatura per evitare spostamenti imprevedibili dei LED durante il processo di rifusione. 

Per concludere

“Come ho già detto all’inizio, i LED sono componenti sensibili che richiedono un’adeguata manipolazione e installazione. Forse ti ho aiutato a trovare alcuni degli errori e anche una soluzione agli stessi. Se hai esperienza con i LED e conosci anche altri gravi errori nella loro gestione che potrebbero comprometterne lo sviluppo e la produzione, faccelo sapere. Ti invitiamo a dare un’occhiata anche alla vasta gamma di LED sul nostro sito web per i tuoi altri progetti», afferma Martin Brestovič, specialista di prodotto di SOS electronic.

Per ulteriori informazioni tecniche sui prodotti LED in assortimento, visita la nostra pagina web. Se hai domande, saremo lieti di consigliarti. Scrivici all’indirizzo sales@soselectronic.com.