LTST-C155KGJRKT Scheda Tecnica LED SMD Bicolore - Dimensioni Package - Verde/Rosso - 20mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un LED a montaggio superficiale (SMD) bicolore. Il componente integra due distinti chip semiconduttori AlInGaP all'interno di un unico package, consentendo l'emissione di luce sia verde che rossa. Questo design è ottimizzato per applicazioni che richiedono un'indicazione bicolore compatta o una visualizzazione dello stato in un ingombro minimo. Il dispositivo è conforme alle direttive RoHS ed è classificato come prodotto ecologico.

Il LED è fornito in imballaggio standard del settore, specificamente su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro. Questo formato garantisce la compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place ad alta velocità comunemente utilizzate nella moderna produzione elettronica. Il package è inoltre progettato per resistere ai processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) e in fase di vapore, facilitandone l'integrazione nei circuiti stampati (PCB).

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I valori massimi assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Per un funzionamento affidabile, questi limiti non devono mai essere superati, nemmeno momentaneamente.

• Dissipazione di Potenza (P_D):75 mW per chip (Verde e Rosso). Questo parametro limita la potenza elettrica totale che può essere convertita in calore all'interno del die del LED. Superare questo valore rischia di causare fuga termica e degrado del materiale semiconduttore.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):80 mA, specificata con un ciclo di lavoro 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms. Questo valore è valido solo per il funzionamento in impulso e consente brevi periodi di alta luminosità, come in applicazioni stroboscopiche o di segnalazione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):30 mA DC. Questa è la massima corrente in regime stazionario raccomandata per il funzionamento continuo. È il parametro principale per progettare il circuito di pilotaggio del LED.
• Derating della Corrente:Derating lineare di 0.4 mA/°C a partire da 25°C. All'aumentare della temperatura ambiente (T_a), la corrente continua massima ammissibile deve essere ridotta proporzionalmente per evitare di superare il limite di temperatura di giunzione.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può causare rottura e guasto catastrofico del chip LED.
• Temperatura di Funzionamento & Conservazione:-55°C a +85°C. Il dispositivo può essere conservato e operato in questo completo intervallo di temperatura industriale.
• Tolleranza alla Temperatura di Saldatura:Il package può resistere alla saldatura ad onda o IR a 260°C per 5 secondi, o alla saldatura in fase di vapore a 215°C per 3 minuti, confermando la sua idoneità per i processi di assemblaggio senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (T_a=25°C, I_F=20mA) e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Intensità Luminosa (I_V):Il chip verde ha un'intensità tipica di 35.0 mcd (millicandela), mentre il chip rosso è tipicamente più luminoso a 45.0 mcd, con un minimo di 18.0 mcd per entrambi. L'intensità è misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta fotopica (CIE) dell'occhio umano.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi (tipico). Questo ampio angolo di visione, definito come l'angolo totale in cui l'intensità scende alla metà del valore sull'asse, rende questo LED adatto per applicazioni che richiedono ampia visibilità.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P):Verde: 574 nm (tipico), Rosso: 639 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Verde: 571 nm (tipico), Rosso: 631 nm (tipico). Derivata dal diagramma di cromaticità CIE, questa è l'unica lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che definisce il colore della luce.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Verde: 15 nm (tipico), Rosso: 20 nm (tipico). Questo indica la purezza spettrale della luce emessa; una larghezza di banda più stretta indica un colore più saturo.
• Tensione Diretta (V_F):2.0 V (tipico), 2.4 V (massimo) per entrambi i colori a 20mA. Questo è un parametro critico per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (I_R):10 µA (massimo) a V_R=5V, indicando buone caratteristiche di diodo con minima dispersione.
• Capacità (C):40 pF (tipico) a polarizzazione 0V e 1 MHz. Questa bassa capacità è vantaggiosa per applicazioni di commutazione ad alta frequenza o multiplexing.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

I LED sono suddivisi in bin di prestazione per garantire coerenza all'interno di un lotto di produzione. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano specifici requisiti di intensità o colore.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Sia il chip verde che quello rosso sono classificati in modo identico per l'intensità luminosa a 20mA. I codici di bin (M, N, P, Q) rappresentano intervalli crescenti di intensità minima e massima. Ad esempio, il bin 'M' copre da 18.0 a 28.0 mcd, mentre il bin 'Q' copre da 71.0 a 112.0 mcd. Una tolleranza di ±15% è applicata all'interno di ogni bin per tenere conto delle variazioni di misurazione e produzione.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (Solo Verde)

I LED verdi sono ulteriormente classificati per lunghezza d'onda dominante per controllare la coerenza del colore. Sono definiti tre bin: 'C' (567.5-570.5 nm), 'D' (570.5-573.5 nm) ed 'E' (573.5-576.5 nm). Per ogni bin è mantenuta una stretta tolleranza di ±1 nm, garantendo una tonalità di verde uniforme tra i dispositivi dello stesso bin.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene nel datasheet siano referenziate curve grafiche specifiche (es. Fig.1, Fig.6), la loro interpretazione tipica è cruciale per la progettazione.

• Curva I-V:La tensione diretta (V_F) mostra una relazione logaritmica con la corrente diretta (I_F). Un piccolo aumento di V_Frisulta in un grande aumento di I_F, motivo per cui il pilotaggio a corrente costante è essenziale per un'uscita luminosa stabile.
• Intensità Luminosa vs. Corrente:L'intensità è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta nell'intervallo di funzionamento normale (fino alla corrente continua nominale). Tuttavia, l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento del calore.
• Caratteristiche di Temperatura:L'intensità luminosa tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Anche la tensione diretta ha un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che V_Fdiminuisce leggermente all'aumentare della temperatura. Il fattore di derating di 0.4 mA/°C viene applicato per gestire gli effetti termici.
• Distribuzione Spettrale:Lo spettro di emissione per i LED AlInGaP è relativamente stretto e a forma gaussiana, centrato attorno alla lunghezza d'onda di picco. La lunghezza d'onda dominante è calcolata da questo spettro e dalle funzioni di corrispondenza dei colori CIE.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dispositivo e Assegnazione dei Pin

Il LED presenta una lente trasparente. Il chip bicolore interno ha una specifica assegnazione dei pin: i Pin 1 e 3 sono assegnati al chip AlInGaP Verde, mentre i Pin 2 e 4 sono assegnati al chip AlInGaP Rosso. Questa configurazione consente il controllo indipendente di ciascun colore.

5.2 Dimensioni del Package e del Nastro/Bobina

Il dispositivo è conforme a un profilo standard del package EIA. Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri con una tolleranza standard di ±0.10 mm salvo diversa specificazione. Il componente è imballato su nastro portante goffrato da 8mm di larghezza, avvolto su bobine da 7 pollici (circa 178 mm) di diametro. Sono inclusi disegni meccanici dettagliati per il profilo del dispositivo, il modello consigliato per le piazzole PCB e le dimensioni del nastro/bobina per guidare la progettazione del PCB e la configurazione dell'assemblaggio.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profili di Rifusione Consigliati

Sono forniti due profili di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) suggeriti: uno per il processo di saldatura standard (stagno-piombo) e uno per il processo senza piombo (Pb-free). Il profilo senza piombo è specificamente calibrato per l'uso con pasta saldante SnAgCu (stagno-argento-rame). I parametri chiave includono una rampa controllata, un tempo definito sopra il liquidus, una temperatura di picco (tipicamente 240-260°C max) e una velocità di raffreddamento controllata per minimizzare lo stress termico sul componente.

6.2 Conservazione e Manipolazione

I LED devono essere conservati in un ambiente non superiore a 30°C e al 70% di umidità relativa. I componenti rimossi dalla loro confezione originale a barriera di umidità devono essere saldati a rifusione entro una settimana. Per una conservazione più lunga al di fuori della confezione originale, devono essere conservati in un contenitore sigillato con essiccante o in atmosfera di azoto. Se conservati per più di una settimana, si consiglia un trattamento di "baking" a circa 60°C per almeno 24 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, devono essere utilizzati solo solventi a base alcolica specificati come alcol etilico o isopropilico. I LED devono essere immersi a temperatura normale per meno di un minuto. L'uso di detergenti chimici non specificati o aggressivi può danneggiare la lente in plastica e il materiale del package.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

L'imballaggio standard è di 3000 pezzi per bobina da 7 pollici. È applicabile una quantità minima d'ordine di 500 pezzi per quantità residue. Il sistema a nastro e bobina è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481-1-A. Le specifiche chiave del nastro includono: le tasse vuote dei componenti sono sigillate con nastro di copertura e, secondo lo standard, è consentito un massimo di due componenti mancanti consecutivi ("lampade mancanti") per bobina.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED bicolore è ideale per applicazioni di stato e indicazione dove lo spazio è limitato e devono essere comunicati più stati. Esempi includono: indicatori di alimentazione/stato su elettronica di consumo (es. carica/standby), luci di segnalazione bicolore su pannelli di controllo industriali, display di stato su apparecchiature di rete e retroilluminazione per interruttori a membrana o icone che richiedono due colori.

8.2 Considerazioni Progettuali e Metodo di Pilotaggio

Critico:I LED sono dispositivi pilotati a corrente. Per garantire una luminosità uniforme, specialmente quando più LED sono collegati in parallelo, deve essere utilizzata una resistenza di limitazione della corrente in serie perciascunLED o ciascun canale colore. Il circuito raccomandato (Circuito A) mostra una resistenza in serie con il LED. Evitare di collegare direttamente più LED in parallelo senza resistenze individuali (Circuito B), poiché piccole variazioni nelle loro caratteristiche di tensione diretta (V_F) causeranno differenze significative nella ripartizione della corrente e, di conseguenza, nella luminosità.

La corrente di pilotaggio deve essere impostata in base alla luminosità richiesta e ai valori massimi assoluti, considerando qualsiasi necessario derating per temperature ambiente elevate.

8.3 Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

Il LED è sensibile alle scariche elettrostatiche. Per prevenire danni da ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio:

• Il personale deve indossare braccialetti a terra o guanti antistatici.
• Tutte le attrezzature, i banchi di lavoro e gli scaffali di stoccaggio devono essere correttamente messi a terra.
• Può essere utilizzato un ionizzatore per neutralizzare la carica statica che può accumularsi sulla lente in plastica.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

La caratteristica differenziante principale di questo componente è l'integrazione di due chip AlInGaP ad alte prestazioni (Verde e Rosso) in un unico package SMD compatto. La tecnologia AlInGaP offre maggiore efficienza e migliore stabilità termica per i colori rosso e ambra rispetto a tecnologie più vecchie come il GaAsP. La combinazione di un ampio angolo di visione di 130 gradi e del controllo indipendente dei pin per ciascun colore fornisce una flessibilità di progettazione non disponibile nei LED monocromatici o nei LED bicolore pre-miscelati con anodo/catodo comune. La sua compatibilità con l'assemblaggio automatizzato e i processi di rifusione senza piombo lo rende una soluzione moderna e producibile.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare i LED Verde e Rosso simultaneamente al loro pieno 30mA ciascuno?

R: No. Il Valore Massimo Assoluto per la dissipazione di potenza totale è di 75 mW per chip. Pilotare entrambi a 30mA con una V_Ftipica di 2.0V risulta in 60 mW per chip (P=I*V), che è entro il limite. Tuttavia, se la V_Fè al suo massimo di 2.4V, la potenza diventa 72 mW, molto vicina al limite. Per un funzionamento affidabile a lungo termine, specialmente a temperature ambiente più elevate, è consigliabile applicare un derating della corrente quando si pilotano entrambi i colori in modo continuo.

D: Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?

R: La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P) è la lunghezza d'onda fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) è un valore calcolato basato su come l'occhio umano percepisce il colore di quello spettro. Per una sorgente monocromatica, sono identiche. Per i LED con una certa larghezza spettrale, λ_dè l'unica lunghezza d'onda che apparirebbe avere lo stesso colore. λ_dè più rilevante per la specifica del colore nelle applicazioni di visualizzazione.

D: Come seleziono il valore corretto della resistenza di limitazione della corrente?

R: Usa la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_{F_LED}) / I_{F_desiderata}. Usa la V_Fmassima dal datasheet (2.4V) per un progetto conservativo che garantisce che la corrente non superi mai il target anche con variazioni tra i componenti. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V e una I_Ftarget di 20mA: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ohm. Può essere utilizzato il valore standard più vicino (es. 120 o 150 Ohm), ricalcolando la corrente effettiva.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Indicatore di Doppio Stato per un Dispositivo Portatile

Un progettista sta creando un misuratore portatile compatto. È necessario un singolo indicatore per mostrare tre stati: Spento, Misurazione (Verde) ed Errore/Batteria Scarica (Rosso). Utilizzare il LTST-C155KGJRKT risparmia spazio sulla scheda rispetto all'uso di due LED separati.

Implementazione:Il microcontrollore (MCU) ha due pin GPIO configurati come uscite open-drain. Ogni pin è collegato al catodo di un colore tramite una resistenza di limitazione della corrente (calcolata come sopra). Gli anodi di entrambi i colori del LED sono collegati alla linea di alimentazione a 3.3V del sistema. Per attivare il Verde, l'MCU porta il pin GPIO Verde a livello basso. Per attivare il Rosso, porta il pin GPIO Rosso a livello basso. Per spegnere il LED, entrambi i pin GPIO sono impostati in stato ad alta impedenza. Questo circuito fornisce un controllo indipendente con un numero minimo di componenti.

Considerazione:Il progettista deve assicurarsi che i pin GPIO dell'MCU possano assorbire la corrente richiesta dal LED (es. 20mA). In caso contrario, può essere aggiunto un semplice interruttore a transistor. L'ampio angolo di visione garantisce che l'indicatore sia visibile da varie angolazioni mentre si tiene il dispositivo.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce attraverso l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata alla giunzione p-n, gli elettroni dalla regione di tipo n si ricombinano con le lacune della regione di tipo p, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dal bandgap del materiale semiconduttore. Questo dispositivo utilizza AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per entrambi i chip, un sistema di materiale noto per l'alta efficienza nelle regioni spettrali del rosso, arancione, ambra e verde. La lente "trasparente" non è diffusa, permettendo al modello di luce intrinsecamente altamente direzionale del chip di essere emesso, risultando nell'ampio angolo di visione specificato.

13. Tendenze di Sviluppo

La tendenza nei LED indicatori continua verso una maggiore efficienza (più luce emessa per unità di potenza elettrica), dimensioni del package più piccole per layout PCB più densi e una migliore coerenza del colore attraverso binning più stretto. C'è anche una crescente integrazione di più chip (RGB, bicolore) in singoli package per abilitare capacità multicolore e di miscelazione dei colori in un fattore di forma compatto. Inoltre, la compatibilità con normative ambientali sempre più stringenti (RoHS, REACH) e processi di assemblaggio ad alta temperatura e senza piombo rimane un requisito fondamentale. Lo sviluppo di nuovi materiali semiconduttori e fosfori continua ad espandere la gamma di colori e l'efficienza dei LED in tutto lo spettro visibile.