Scheda Tecnica Display LED LTS-5825CKG-PST1 - Altezza Cifra 0.56 Pollici - Verde AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Corrente Continua 25mA - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-5825CKG-PST1 è un display LED a cifra singola ad alte prestazioni, di tipo surface-mount device (SMD), progettato per applicazioni che richiedono una visualizzazione numerica nitida e luminosa. La sua tecnologia di base si fonda sul materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP), cresciuto su un substrato non trasparente di Arseniuro di Gallio (GaAs). Questo sistema di materiali è rinomato per produrre un'emissione di luce verde ad alta efficienza. Il display presenta una faccia nera per un contrasto ottimale e segmenti bianchi per una diffusione e visibilità della luce eccellenti. Con un'altezza della cifra di 0.56 pollici (14.22 mm), offre un aspetto del carattere eccellente ed è adatto per una vasta gamma di dispositivi elettronici consumer e industriali dove lo spazio è limitato ma la leggibilità è fondamentale.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Questo display è progettato per affidabilità e prestazioni. I vantaggi chiave includono un basso consumo energetico, un'elevata luminosità e un ampio angolo di visione, garantendo la leggibilità da diverse posizioni. La costruzione allo stato solido garantisce un'affidabilità intrinseca e una lunga durata operativa. È classificato per intensità luminosa, consentendo un abbinamento uniforme della luminosità in applicazioni multi-cifra. I mercati principali includono pannelli strumentazione, apparecchiature di test e misura, terminali punto vendita, sistemi di controllo industriale e display per cruscotti automobilistici dove è richiesta una singola cifra altamente visibile.

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. La massima dissipazione di potenza per segmento è di 70 mW. La corrente diretta di picco per segmento è nominalmente di 60 mA, ma è consentita solo in condizioni pulsate (frequenza 1 kHz, duty cycle 10%) per gestire il calore. La corrente diretta continua per segmento, che è il limite di sicurezza per il funzionamento in regime stazionario, è di 25 mA ad una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Questo valore si riduce linearmente di 0.28 mA per ogni grado Celsius di aumento della temperatura ambiente sopra i 25°C. Il dispositivo può funzionare ed essere immagazzinato nell'intervallo di temperatura da -40°C a +105°C. La condizione di saldatura specifica che il corpo del dispositivo deve essere ad almeno 1/16 di pollice sopra il piano di appoggio durante un reflow di 3 secondi ad una temperatura di picco di 260°C.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard di Ta = 25°C e forniscono le prestazioni attese. L'intensità luminosa (Iv) varia da un minimo di 501 μcd ad un valore tipico di 1700 μcd ad una corrente diretta (IF) di 1 mA. La lunghezza d'onda di picco di emissione (λp) è di 571 nm, e la lunghezza d'onda dominante (λd) è di 572 nm a IF=20mA, collocandola saldamente nello spettro del verde. La semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è di 15 nm, indicando un colore relativamente puro. La tensione diretta per segmento (VF) ha un massimo di 2.6V a IF=20mA, con un valore tipico di 2.05V. La corrente inversa (IR) è al massimo di 100 μA ad una tensione inversa (VR) di 5V, sebbene sia vietato il funzionamento continuo in polarizzazione inversa. Il rapporto di abbinamento dell'intensità luminosa tra i segmenti è specificato al massimo 2:1, garantendo una luminosità uniforme sulla cifra.

3. Informazioni Meccaniche e sul Package

3.1 Dimensioni e Costruzione del Package

Il dispositivo è un package surface-mount. Le tolleranze dimensionali critiche sono ±0.25mm salvo diversa specifica. I dettagli costruttivi includono specifiche per la bava di plastica (massimo 0.14 mm) e l'imbarcamento del PCB (massimo 0.06 mm). La finitura del pad di saldatura è critica per una saldatura affidabile e consiste in una struttura a strati: un minimo di 1200 micro-pollici di rame, un minimo di 150 micro-pollici di nichel e una placcatura d'oro di 4 micro-pollici. Viene applicato uno strato aggiuntivo di vernice di 400 micro-pollici.

3.2 Connessioni dei Pin e Circuito Interno

Il display ha una configurazione a 10 pin e utilizza un design a circuito ad anodo comune. Lo schema circuitale interno mostra che tutti gli anodi dei segmenti sono collegati internamente a due pin di anodo comune (Pin 3 e Pin 8). Ogni catodo di segmento (A, B, C, D, E, F, G e Punto Decimale DP) ha il proprio pin dedicato. Questa configurazione è comune per applicazioni di multiplexing dove più cifre condividono le linee di pilotaggio.

4. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

4.1 Istruzioni per Saldatura SMT

Per la saldatura a reflow, deve essere seguito un profilo specifico. La fase di pre-riscaldamento dovrebbe essere tra 120-150°C per un massimo di 120 secondi. La temperatura di picco durante il reflow non deve superare i 260°C, e il tempo sopra questa temperatura critica deve essere limitato ad un massimo di 5 secondi. Fondamentalmente, il numero di cicli del processo di reflow deve essere inferiore a due. Se è necessario un secondo reflow (ad es. per assemblaggio su doppia faccia), il circuito stampato deve raffreddarsi completamente a temperatura ambiente normale tra il primo e il secondo processo. Per la saldatura manuale con saldatore, la temperatura della punta non deve superare i 300°C e il tempo di contatto deve essere limitato ad un massimo di 3 secondi per giunto.

4.2 Pattern di Saldatura Raccomandato

Viene fornito un land pattern (footprint) raccomandato con dimensioni in millimetri. Rispettare questo pattern è essenziale per ottenere una corretta formazione del giunto di saldatura, stabilità meccanica e dissipazione termica durante il funzionamento.

5. Imballaggio e Manipolazione

5.1 Specifiche di Imballaggio

I dispositivi sono forniti su nastro e bobina per l'assemblaggio automatizzato. Il nastro portante è realizzato in lega di polistirene conduttivo nero con uno spessore di 0.30±0.05 mm. La curvatura (imbarcamento) del nastro portante è controllata entro 1 mm su una lunghezza di 250 mm. Ogni bobina da 13 pollici contiene 700 pezzi e la lunghezza totale del nastro su una bobina da 22 pollici è di 44.5 metri. L'imballaggio include sezioni di nastro di testa e di coda (rispettivamente minimo 400 mm e 40 mm) per facilitare l'alimentazione della macchina. Per i lotti residui è specificata una quantità minima di imballaggio di 200 pezzi. La direzione di estrazione del nastro dalla bobina è chiaramente indicata.

5.2 Sensibilità all'Umidità e Cottura (Baking)

Essendo un dispositivo surface-mount, il display è sensibile all'assorbimento di umidità, che può causare il fenomeno del "popcorning" o delaminazione durante il processo di reflow ad alta temperatura. I dispositivi sono spediti in una confezione sigillata a prova di umidità e dovrebbero essere conservati a ≤30°C e ≤90% di umidità relativa. Una volta aperta la busta sigillata, i dispositivi hanno una durata di vita limitata (floor life). Se la busta è stata aperta per più di una settimana in condizioni non conformi alle specifiche di conservazione (meno di 30°C e meno del 60% di UR), è necessaria una cottura (baking) prima del reflow. Le condizioni di baking dipendono dallo stato dell'imballaggio: 60°C per ≥48 ore per i componenti su bobina, o 100°C per ≥4 ore / 125°C per ≥2 ore per i componenti sfusi. La cottura deve essere eseguita una sola volta.

6. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

6.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo display è ideale per qualsiasi applicazione che richieda una singola cifra numerica altamente leggibile. Usi comuni includono orologi digitali (per secondi o minuti), indicatori di livello batteria, contatori a cifra singola, display per impostazione parametri su elettrodomestici e display di codici di stato su apparecchiature elettroniche. Il suo formato SMD lo rende adatto per moderni progetti di PCB compatti.

6.2 Considerazioni di Progetto

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre resistenze di limitazione di corrente in serie per ogni catodo di segmento. Il valore della resistenza deve essere calcolato in base alla tensione di alimentazione, alla tensione diretta (VF) del LED e alla corrente diretta desiderata (IF), che non deve superare i 25 mA in continuo.
• Circuito di Pilotaggio:La configurazione ad anodo comune semplifica il pilotaggio con interruttori a bassa tensione (transistor o IC) che assorbono corrente dai catodi.
• Gestione Termica:Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o l'uso di via termiche, specialmente se si opera vicino alla corrente massima o in alte temperature ambientali, per prevenire surriscaldamento e decadimento della luminosità.
• Protezione ESD:Implementare le precauzioni standard ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio, come per tutti i dispositivi a semiconduttore.

7. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve caratteristiche tipiche, essenziali per un progetto dettagliato. Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, gli ingegneri si aspetterebbero tipicamente di vedere curve per Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV), Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta, Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente e forse Distribuzione Spettrale. Queste curve permettono ai progettisti di comprendere comportamenti non lineari, come come l'efficienza cambia con la corrente o come la luminosità diminuisce all'aumentare della temperatura, consentendo l'ottimizzazione delle condizioni di pilotaggio per specifici ambienti applicativi.

8. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Il principale elemento distintivo del LTS-5825CKG-PST1 è l'uso della tecnologia AlInGaP per l'emissione verde. Rispetto a tecnologie più datate come il GaP tradizionale, l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa e una luminosità significativamente superiori. Il design faccia nera/segmenti bianchi fornisce un rapporto di contrasto superiore, specialmente in condizioni di luce intensa, rispetto a display con faccia chiara. L'altezza della cifra di 0.56 pollici occupa una nicchia specifica tra indicatori più piccoli e display di pannello più grandi. La sua classificazione per intensità luminosa è una caratteristica di garanzia della qualità che assicura coerenza nelle applicazioni multi-cifra, un fattore critico non sempre garantito nei componenti LED di base.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?

R: La lunghezza d'onda di picco (λp) è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima. La lunghezza d'onda dominante (λd) è la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che corrisponde al colore percepito della luce emessa. Per un LED a spettro stretto come questo, sono molto vicine (571 nm vs. 572 nm).

D: Posso pilotare questo display a 20mA in continuo?

R: Sì, 20mA è al di sotto del valore nominale massimo di corrente diretta continua di 25mA. Tuttavia, è necessario considerare la temperatura ambiente, poiché il valore nominale di corrente si riduce al di sopra dei 25°C.

D: Perché è importante la specifica della corrente inversa se non posso farlo funzionare in inversa?

R: La specifica IR è un parametro di test di qualità e di dispersione (leakage). Una corrente inversa elevata può indicare un difetto di fabbricazione nella giunzione del semiconduttore.

D: Cosa significa "classificazione per intensità luminosa"?

R: Significa che i dispositivi vengono testati e selezionati (binning) in base alla loro emissione luminosa misurata ad una corrente di test standard. Ciò consente ai progettisti di selezionare display dallo stesso bin di intensità per garantire una luminosità uniforme in un array, evitando che una cifra appaia più scura di un'altra.

10. Esempio Pratico di Utilizzo

Si consideri la progettazione di un semplice timer digitale con risoluzione al secondo. La cifra dei secondi dell'unità potrebbe essere implementata utilizzando il LTS-5825CKG-PST1. Verrebbe utilizzato un microcontrollore per controllare il display. I pin di anodo comune sarebbero collegati ad una tensione di alimentazione positiva (es. 5V) attraverso uno schema di limitazione di corrente adeguato se si multiplexano altre cifre. Gli otto pin di catodo (segmenti A-G e DP) sarebbero collegati ai pin GPIO del microcontrollore, ciascuno tramite la propria resistenza di limitazione di corrente (es. ~150Ω per 20mA con alimentazione a 5V, considerando una Vf di ~2.1V). Il software ciclerebbe attraverso i numeri 0-9, attivando ogni secondo la combinazione appropriata di pin catodo. L'elevata luminosità e contrasto garantiscono che la cifra sia facilmente leggibile a distanza, mentre il basso consumo energetico contribuisce all'efficienza complessiva del sistema.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il dispositivo funziona sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale interno della giunzione (anodo positivo rispetto al catodo), gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. Nei LED AlInGaP, questa ricombinazione rilascia principalmente energia sotto forma di fotoni (luce) nell'intervallo di lunghezze d'onda del verde. La specifica composizione in lega di Alluminio, Indio, Gallio e Fosfuro determina l'energia del bandgap e quindi il colore della luce emessa. Il substrato non trasparente di GaAs assorbe qualsiasi luce emessa verso il basso, migliorando l'efficienza complessiva di estrazione della luce dalla parte superiore del dispositivo.

12. Tendenze Tecnologiche

La tendenza nella tecnologia dei display LED continua verso una maggiore efficienza, una maggiore miniaturizzazione e un'affidabilità migliorata. Sebbene l'AlInGaP sia una tecnologia matura ed efficiente per LED rossi, arancioni, ambra e verdi, materiali più recenti come il Nitruro di Indio e Gallio (InGaN) sono ora in grado di coprire l'intero spettro visibile con efficienza molto elevata, incluso il verde e il blu. Per i display a cifra singola, la tendenza è verso package più sottili, densità di pixel più elevate (per display alfanumerici a matrice di punti) e integrazione con IC di pilotaggio o capacità intelligenti. Tuttavia, per applicazioni specifiche che richiedono una cifra singola semplice, robusta e ad alta luminosità, display a segmenti discreti come il LTS-5825CKG-PST1 rimangono una soluzione economica e affidabile. Considerazioni ambientali stanno anche guidando l'eliminazione di sostanze pericolose e il miglioramento della riciclabilità dei materiali di imballaggio.