Scheda Tecnica LED SMD Bicolore LTST-C195TGKSKT - Package EIA - Verde/Giallo - 20mA/30mA - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-C195TGKSKT è un LED bicolore a montaggio superficiale progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono dimensioni compatte e prestazioni affidabili. Integra due chip semiconduttori distinti in un unico package standard EIA: un chip InGaN (Indio Gallio Nitruro) per l'emissione verde e un chip AlInGaP (Alluminio Indio Gallio Fosfuro) per l'emissione gialla. Questa configurazione consente un'indicazione bicolore o una semplice miscelazione di colori in un ingombro minimo. Il dispositivo è fornito su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici, risultando pienamente compatibile con le attrezzature di assemblaggio automatizzato pick-and-place ad alta velocità. Il suo design è conforme alle direttive RoHS, garantendo l'assenza di sostanze pericolose come piombo, mercurio e cadmio.

1.1 Vantaggi Principali

• Sorgente Bicolore:Combina l'emissione di luce verde e gialla in un unico package, risparmiando spazio sulla scheda e semplificando la progettazione per l'indicazione multi-stato.
• Alta Luminosità:Utilizza la tecnologia avanzata dei chip InGaN e AlInGaP per fornire un'elevata intensità luminosa.
• Package Robusto:Il package standard EIA garantisce compatibilità meccanica e una saldatura affidabile.
• Compatibilità di Processo:Adatto per i processi standard di rifusione a infrarossi (IR), rifusione in fase di vapore e saldatura a onda, inclusi i profili di assemblaggio senza piombo (Pb-free).
• Pronto per l'Automazione:Confezionato su nastro e bobina per una produzione efficiente e di alto volume.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Tutti i parametri sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C salvo diversa indicazione. Comprendere queste specifiche è fondamentale per un design di circuito affidabile e per ottenere le prestazioni desiderate.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è garantito il funzionamento a questi limiti o oltre.

• Dissipazione di Potenza (Pd):Verde: 76 mW, Giallo: 75 mW. Questa è la massima potenza che il LED può dissipare come calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):Verde: 100 mA, Giallo: 80 mA. Applicabile solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms).
• Corrente Diretta in CC (I_F):Verde: 20 mA, Giallo: 30 mA. La corrente operativa continua raccomandata.
• Derating:Verde: 0.25 mA/°C, Giallo: 0.4 mA/°C. La corrente diretta massima deve essere ridotta linearmente al di sopra dei 25°C di temperatura ambiente secondo questo fattore.
• Tensione Inversa (V_R):5 V per entrambi i colori. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Intervallo di Temperatura:Operativo: -20°C a +80°C; Conservazione: -30°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura:Resiste a 260°C per 5 secondi (IR/Onda) o 215°C per 3 minuti (Fase di Vapore).

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici in condizioni operative normali (I_F= 20mA).

• Intensità Luminosa (I_V):Una misura chiave della luminosità.
  • Verde: Tipica 180 mcd (Min. 45 mcd, vedi Codice Bin).
  • Giallo: Tipica 75 mcd (Min. 28 mcd, vedi Codice Bin).
  • Misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla risposta fotopica dell'occhio umano (curva CIE).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi (tipico) per entrambi i colori. Questo è l'angolo totale in cui l'intensità scende alla metà del valore sull'asse, indicando un pattern di visione ampio.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P):Verde: 525 nm (tipico), Giallo: 591 nm (tipico). La lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Verde: 530 nm (tipico), Giallo: 589 nm (tipico). L'unica lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che definisce il punto colore sul diagramma di cromaticità CIE.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Verde: 35 nm (tipico), Giallo: 15 nm (tipico). La larghezza dello spettro di emissione a metà della sua potenza massima (FWHM). I LED AlInGaP gialli tipicamente hanno uno spettro più stretto rispetto ai LED InGaN verdi.
• Tensione Diretta (V_F):
  • Verde: Tipica 3.30 V, Massima 3.50 V @ 20mA. La tensione più alta è caratteristica dei LED basati su InGaN (blu/verde/bianco).
  • Giallo: Tipica 2.00 V, Massima 2.40 V @ 20mA. La tensione più bassa è caratteristica dei LED basati su AlInGaP (rosso/giallo/arancio).
• Corrente Inversa (I_R):Massima 10 µA @ V_R=5V per entrambi i colori.
• Capacità (C):Tipica 40 pF @ V_F=0V, f=1MHz per il chip giallo. Non specificata per il verde.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella luminosità, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Il LTST-C195TGKSKT utilizza un sistema di binning per l'intensità luminosa.

3.1 Bin di Intensità Luminosa

L'intensità è misurata alla corrente di test standard di 20mA. Ogni bin ha una tolleranza di ±15%.

Bin per il Colore Verde:

• Bin P:45.0 mcd (Min) a 71.0 mcd (Max)
• Bin Q:71.0 mcd a 112.0 mcd
• Bin R:112.0 mcd a 180.0 mcd
• Bin S:180.0 mcd a 280.0 mcd

Bin per il Colore Giallo:

• Bin N:28.0 mcd a 45.0 mcd
• Bin P:45.0 mcd a 71.0 mcd
• Bin Q:71.0 mcd a 112.0 mcd
• Bin R:112.0 mcd a 180.0 mcd

I progettisti dovrebbero specificare il codice bin richiesto quando ordinano per garantire uniformità di luminosità tra più unità in un'applicazione.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene grafici specifici siano referenziati nella scheda tecnica (Fig.1, Fig.6), le seguenti tendenze sono standard per tali LED e possono essere dedotte dai dati forniti:

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

La relazione I-V è esponenziale. La V_Fspecificata a 20mA fornisce un punto operativo. La V_Fpiù alta del LED verde richiede una tensione di pilotaggio più alta rispetto al LED giallo per la stessa corrente. Una resistenza limitatrice di corrente è essenziale per impostare correttamente il punto operativo e prevenire la fuga termica.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'intensità luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta nel normale intervallo operativo (fino a I_F). Operare al di sopra della corrente CC raccomandata aumenterà la luminosità ma anche la dissipazione di potenza e la temperatura di giunzione, potenzialmente riducendo la durata e spostando il colore.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Il fattore di derating (0.25-0.4 mA/°C) indica che la corrente massima ammissibile diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. Inoltre, l'intensità luminosa per la maggior parte dei LED diminuisce con l'aumentare della temperatura di giunzione. Per l'AlInGaP (giallo), questo effetto di quenching termico può essere più pronunciato rispetto all'InGaN (verde). Una corretta gestione termica sul PCB è consigliata per applicazioni ad alta affidabilità.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Assegnazione dei Pin

Il dispositivo ha quattro pin (1, 2, 3, 4).

• Chip Verde: Collegato ai Pin 1 e 3.
• Chip Giallo: Collegato ai Pin 2 e 4.

Questa configurazione consente tipicamente il controllo indipendente di ciascun colore. La lente del package è trasparente.

5.2 Dimensioni del Package e Impronta PCB

Il LED è conforme al profilo standard EIA per package SMD. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.10mm salvo diversa specifica. La scheda tecnica include disegni dimensionali dettagliati per il componente stesso e i pattern consigliati per le piazzole di saldatura per garantire una saldatura corretta e stabilità meccanica. Seguire il layout delle piazzole suggerito è fondamentale per ottenere un giunto di saldatura affidabile e un corretto allineamento durante la rifusione.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profili di Rifusione a Riflusso

La scheda tecnica fornisce due profili di rifusione a infrarossi (IR) suggeriti:

1. Per Processo Normale:Un profilo standard adatto per saldatura stagno-piombo (SnPb).
2. Per Processo Senza Piombo:Un profilo progettato per leghe di saldatura senza piombo a temperatura più alta (es. SAC305). Questo profilo ha tipicamente una temperatura di picco più alta (conforme alla specifica di 260°C per 5s).

Il profilo include zone di preriscaldamento, stabilizzazione termica, rifusione e raffreddamento. Controllare il tempo sopra il liquidus e la temperatura di picco è vitale per prevenire danni al package del LED o ai bonding interni.

6.2 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, dovrebbero essere usati solo solventi specificati. La scheda tecnica raccomanda di immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare la lente epossidica o il materiale del package.

6.3 Conservazione e Manipolazione

• Precauzioni ESD:I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD). La manipolazione deve includere l'uso di braccialetti antistatici collegati a terra, guanti antistatici e postazioni di lavoro correttamente messe a terra. Si raccomandano ionizzatori per neutralizzare le cariche statiche.
• Sensibilità all'Umidità:Sebbene non sia esplicitamente classificato (es. MSL), la scheda tecnica raccomanda che i LED rimossi dalla loro confezione originale a barriera di umidità vengano rifusi entro una settimana. Per conservazioni più lunghe, dovrebbero essere tenuti in un contenitore sigillato con essiccante o in atmosfera di azoto. Se conservati non confezionati per oltre una settimana, si raccomanda una cottura a 60°C per 24 ore prima dell'assemblaggio per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" durante la rifusione.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il prodotto è fornito in nastro portante standard goffrato:

• Dimensione Bobina:7 pollici di diametro.
• Quantità per Bobina:4000 pezzi.
• Quantità Minima d'Ordine (MOQ):500 pezzi per quantità residue.
• Larghezza del Nastro: 8mm.
• Il nastro è sigillato con un nastro coprente superiore. Le specifiche seguono gli standard ANSI/EIA 481-1-A-1994.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

8.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

I LED sono dispositivi pilotati in corrente.La regola di progettazione più critica è utilizzare una resistenza limitatrice di corrente in serie con ciascun chip LED.

• Circuito Raccomandato (Modello A):Ogni LED (o ogni chip colore all'interno del LED doppio) ha la sua resistenza limitatrice di corrente dedicata collegata alla tensione di alimentazione. Ciò garantisce una luminosità uniforme compensando le variazioni naturali nella tensione diretta (V_F) da un LED all'altro.
• Non Raccomandato (Modello B):Sconsigliato collegare più LED direttamente in parallelo con una singola resistenza condivisa. Piccole differenze in V_Fpossono causare uno squilibrio significativo di corrente, portando a luminosità non uniforme e potenziale sovracorrente nel LED con la V_F.

più bassa. Il valore della resistenza (R) è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare la V_Fmassima dalla scheda tecnica per un design conservativo che garantisca che I_Fnon superi il limite anche con un LED a bassa V_F part.

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• 8.2 Scenari Applicativi TipiciIndicatori di Stato Bicolore:
• Utilizzati in elettronica di consumo, pannelli di controllo industriali e cruscotti automobilistici per mostrare diversi stati del sistema (es. alimentazione accesa=verde, standby=giallo, guasto=alternato).Retroilluminazione per Simboli/Icone:
• Illuminazione di pulsanti multifunzionali o display dove il colore denota la funzione.Illuminazione Decorativa:

In dispositivi compatti dove lo spazio per più LED monocromatici è limitato.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il differenziatore chiave di questo componente è l'integrazione di due materiali semiconduttori chimicamente distinti (InGaN e AlInGaP) in un unico package. Ciò fornisce una chiara separazione di colore tra verde e giallo, che può essere più difficile da ottenere con un singolo LED a conversione di fosfori. Il controllo indipendente di ciascun chip offre una flessibilità di progettazione non disponibile in un LED bicolore pre-miscelato con anodo/catodo comune. Il package EIA garantisce un'ampia compatibilità con le impronte del settore.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Posso pilotare contemporaneamente i chip verde e giallo alla loro corrente nominale massima?

Sì, ma devi considerare la dissipazione di potenza totale. Se entrambi i chip sono pilotati alla loro corrente CC massima (Verde 20mA @ ~3.3V = 66mW, Giallo 30mA @ ~2.0V = 60mW), la potenza combinata è ~126mW. Questo supera i rating Pd individuali (76mW, 75mW) e probabilmente il rating totale del package. Per un funzionamento continuo simultaneo, è consigliabile ridurre le correnti per mantenere la dissipazione totale entro limiti sicuri, specialmente a temperature ambiente elevate.

10.2 Perché la tensione diretta è diversa per i due colori?

La tensione diretta è una proprietà fondamentale dell'energia di bandgap del materiale semiconduttore. L'InGaN (verde) ha un bandgap più ampio (~2.4 eV per 525nm) rispetto all'AlInGaP (giallo, ~2.1 eV per 589nm). Un bandgap più ampio richiede più energia per gli elettroni per attraversarlo, il che si manifesta come una tensione diretta più alta a parità di corrente.

10.3 Come interpreto il codice di bin nel numero di parte?

Il codice di bin per l'intensità luminosa non è incorporato nel numero di parte base LTST-C195TGKSKT. Il bin di intensità specifico (es. R per il verde, Q per il giallo) è tipicamente indicato sull'etichetta della bobina o nella documentazione dell'ordine. Devi consultare il fornitore per specificare e confermare il bin desiderato per il tuo ordine.

11. Caso di Studio Pratico di ProgettazioneScenario:

Progettazione di un indicatore a doppio stato per un dispositivo alimentato a 5V USB. Verde indica "Attivo", giallo indica "In Carica".

1. Passaggi di Progettazione:Scegliere la Corrente Operativa:_FSelezionare I
2. = 20mA per entrambi i colori per una buona luminosità e longevità.
   • Calcolare le Resistenze Limitanti di Corrente:_FPer il Verde (usare V_{max = 3.5V): R}verde
   • = (5V - 3.5V) / 0.020A = 75Ω. Usare il valore standard più vicino (es. 75Ω o 82Ω)._FPer il Giallo (usare V_{max = 2.4V): R}giallo
3. = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130Ω. Usare 130Ω o 120Ω.Potenza Nominale delle Resistenze:²P = I_{R. P}verde
4. = (0.02^2)*75 = 0.03W. Una resistenza standard da 1/10W (0.1W) è sufficiente.Pilotaggio con Microcontrollore:
5. Collegare i pin catodo (tramite le resistenze) ai pin GPIO di un microcontrollore configurati come open-drain/source. Portare il pin a LOW accende il LED. Assicurarsi che il GPIO del MCU possa assorbire/fornire la corrente di 20mA.Layout PCB:

Seguire le dimensioni delle piazzole di saldatura consigliate dalla scheda tecnica. Assicurare un'adeguata distanza tra le piazzole. Posizionare il LED lontano da fonti di calore principali.

12. Principio di Funzionamento

L'emissione di luce in un LED si basa sull'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia di bandgap del materiale semiconduttore. I materiali InGaN sono usati per lunghezze d'onda più corte (blu, verde), mentre i materiali AlInGaP sono usati per lunghezze d'onda più lunghe (rosso, arancione, giallo). La lente epossidica trasparente incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e modella il fascio luminoso in uscita.

13. Tendenze Tecnologiche

• Lo sviluppo di LED SMD come questo è guidato dalle tendenze verso la miniaturizzazione, una maggiore efficienza e una maggiore integrazione. Le direzioni future possono includere:Aumento dell'Efficienza:
• Miglioramenti continui nella crescita epitassiale e nel design del chip producono una maggiore efficienza luminosa (più luce in uscita per watt elettrico).Regolazione del Colore:
• Progressi nella tecnologia dei fosfori e nei design multi-chip consentono punti colore più precisi e stabili, inclusa la luce bianca regolabile.Migliore Gestione Termica:
• Nuovi materiali e strutture di package per dissipare meglio il calore, consentendo correnti di pilotaggio più elevate e mantenendo le prestazioni ad alte temperature.Integrazione Intelligente: