Scheda Tecnica LED SMD Bicolore LTW-C195DSKF-5A - Bianco & Arancione - 20-30mA - 72-75mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTW-C195DSKF-5A è un LED a montaggio superficiale (SMD) bicolore, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono soluzioni di indicazione o retroilluminazione compatte, affidabili e luminose. Integra due chip semiconduttori distinti all'interno di un singolo package standard EIA: un chip InGaN (Nitruro di Indio e Gallio) per l'emissione di luce bianca e un chip AlInGaP (Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio) per l'emissione di luce arancione. Questa configurazione consente il funzionamento bicolore da un'unica impronta sul PCB, risparmiando spazio prezioso. Il dispositivo è fornito su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, risultando pienamente compatibile con le attrezzature di assemblaggio automatizzato pick-and-place ad alta velocità. È classificato come Prodotto Verde e conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti non è garantito e va evitato per prestazioni affidabili a lungo termine.

• Dissipazione di Potenza (Pd):Chip Bianco: 72 mW, Chip Arancione: 75 mW. Questa è la massima perdita di potenza ammissibile sotto forma di calore. Superarla può portare a una temperatura di giunzione eccessiva e a un degrado accelerato.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):Bianco: 100 mA, Arancione: 80 mA. Questa è la massima corrente istantanea, tipicamente specificata in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per prevenire sovraccarichi termici durante transitori brevi.
• Corrente Diretta Continua (I_F):Bianco: 20 mA, Arancione: 30 mA. Questa è la massima corrente diretta continua consigliata per il funzionamento normale. Il chip arancione può gestire una corrente continua più elevata.
• Tensione Inversa (V_R):5 V per entrambi i chip. Applicare una tensione inversa superiore può causare breakdown e danni. La scheda tecnica nota esplicitamente che il funzionamento in tensione inversa non può essere continuo.
• Intervalli di Temperatura:Funzionamento: -20°C a +80°C; Conservazione: -30°C a +100°C. Questi definiscono i limiti ambientali per l'uso funzionale e la conservazione non operativa.
• Rifusione a Infrarossi:Resiste a una temperatura di picco di 260°C per 10 secondi, in linea con i profili di rifusione comuni per saldatura senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici e garantiti, misurati in condizioni di prova standard di Ta=25°C e I_F=5mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (I_V):Una misura chiave della luminosità.
  • Bianco: Minimo 45.0 mcd, Valore tipico non dichiarato, Massimo 180.0 mcd.
  • Arancione: Minimo 11.2 mcd, Valore tipico non dichiarato, Massimo 71.0 mcd.
  • La misurazione segue la curva di risposta dell'occhio CIE utilizzando apparecchiature di test specificate (es. CAS140B).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi (tipico) per entrambi i colori. Questo ampio angolo di visione è caratteristico del design della lente del package, fornendo un pattern di emissione ampio adatto per applicazioni di indicazione.
• Parametri di Lunghezza d'Onda (Chip Arancione):
  • Lunghezza d'Onda di Picco di Emissione (λ_P): 611 nm (tipico). La lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima.
  • Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d): 605 nm (tipico). L'unica lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che corrisponde al colore del LED.
  • Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ): 20 nm (tipico). La larghezza di banda dello spettro emesso a metà dell'intensità di picco, che indica la purezza del colore.
• Coordinate Cromatiche (Chip Arancione):x=0.3, y=0.3 (tipico). Queste coordinate CIE 1931 definiscono il punto di colore arancione preciso sul diagramma cromatico. A queste coordinate si applica una tolleranza di ±0.01.
• Tensione Diretta (V_F):
  • Bianco: Tipica 2.75V, Massima 3.15V a I_F=5mA.
  • Arancione: Tipica 2.00V, Massima 2.40V a I_F=5mA.
  • La V_Finferiore del chip arancione è coerente con il sistema di materiali AlInGaP.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 µA (Bianco) e 100 µA (Arancione) a V_R=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione quando il dispositivo è polarizzato inversamente.

Attenzione alle Scariche Elettrostatiche (ESD):I LED sono sensibili all'elettricità statica. Le procedure di manipolazione devono includere l'uso di braccialetti antistatici, guanti antistatici e attrezzature e postazioni di lavoro correttamente messe a terra per prevenire danni da ESD o eventi di sovratensione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per gestire le variazioni naturali nella produzione dei semiconduttori, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Il LTW-C195DSKF-5A utilizza un binning separato per intensità luminosa e tensione diretta.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa (I_V)

• Chip Bianco:Bin P (45.0-71.0 mcd), Q (71.0-112.0 mcd), R (112.0-180.0 mcd). La tolleranza all'interno di ciascun bin è ±15%.
• Chip Arancione:Bin L (11.2-18.0 mcd), M (18.0-28.0 mcd), N (28.0-45.0 mcd), P (45.0-71.0 mcd). La tolleranza all'interno di ciascun bin è ±15%.
• Il codice bin specifico è marcato sull'imballaggio, consentendo ai progettisti di selezionare LED con luminosità coerente per la loro applicazione.

3.2 Binning della Tensione Diretta (V_F) (Solo Chip Bianco)

• Bin A (2.55-2.75V), B (2.75-2.95V), C (2.95-3.15V). La tolleranza all'interno di ciascun bin è ±0.1V.
• Il binning di V_Faiuta a progettare circuiti di pilotaggio a corrente più consistenti, specialmente quando più LED sono collegati in serie.

3.3 Binning della Tonalità (Colore Chip Arancione)

Il colore arancione è controllato con precisione utilizzando sei bin di tonalità (da S1 a S6) definiti da quadrilateri sul diagramma cromatico CIE 1931. Ogni bin ha specifici confini di coordinate (x, y) (es. S1: x 0.274-0.294, y 0.226-0.286). La tolleranza per le coordinate cromatiche (x, y) all'interno di ciascun bin di tonalità è ±0.01. Ciò garantisce una coerenza di colore molto stretta per applicazioni in cui la tonalità arancione precisa è critica.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve caratteristiche tipiche, essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard. Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, le curve standard dei LED includerebbero tipicamente:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione esponenziale. La curva differirà tra i chip InGaN (bianco) e AlInGaP (arancione) a causa dei loro diversi bandgap, spiegando le diverse V_F values.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva I-L):Dimostra come l'output luminoso aumenti con la corrente, tipicamente in modo sub-lineare a correnti più elevate a causa dello svenimento termico e di efficienza.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra la diminuzione dell'output luminoso all'aumentare della temperatura di giunzione. Questo è critico per la progettazione della gestione termica.
• Distribuzione della Potenza Spettrale:Per il chip arancione, questo grafico mostrerebbe il picco di emissione attorno a 611 nm con la larghezza a mezza altezza specificata di 20 nm, confermando le caratteristiche del colore.

5. Informazioni Meccaniche e di Package

5.1 Dimensioni del Package e Assegnazione dei Pin

Il dispositivo utilizza un contorno di package standard EIA. Le tolleranze dimensionali chiave sono ±0.10 mm salvo diversa indicazione. L'assegnazione dei pin per la funzione bicolore è chiaramente definita:

• Pin 1 e 3: Anodo/Catodo per il chip InGaN Bianco.
• Pin 2 e 4: Anodo/Catodo per il chip AlInGaP Arancione.

Questa configurazione a 4 pin consente il controllo indipendente dei due colori. Il materiale della lente è specificato come giallo, che può agire da diffusore o convertitore di lunghezza d'onda per il chip bianco e può leggermente tingere l'output arancione.

5.2 Layout Consigliato per i Pads di Saldatura

La scheda tecnica include un land pattern consigliato (dimensioni dei pad di saldatura) per la progettazione del PCB. Seguire questa linea guida garantisce una corretta formazione del giunto di saldatura durante la rifusione, una buona stabilità meccanica e una dissipazione termica ottimale dal package del LED al PCB.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Processo di Rifusione (Reflow)

Il LED è compatibile con i processi di rifusione a infrarossi (IR). La condizione massima che può sopportare è 260°C per 10 secondi, standard per l'assemblaggio senza piombo. Viene implicato un profilo di rifusione suggerito, che tipicamente include una zona di preriscaldamento, una rapida rampa termica fino alla temperatura di picco, un breve tempo sopra il liquidus e una fase di raffreddamento controllata. Rispettare questo profilo previene shock termici e difetti di saldatura.

6.2 Conservazione e Manipolazione

• Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤90% UR. Utilizzare entro un anno quando la busta anti-umidità con essiccante è intatta.
• Confezione Aperta:Per i componenti rimossi dalla loro busta sigillata, l'ambiente di conservazione non deve superare 30°C / 60% UR. Si raccomanda vivamente di completare il processo di rifusione IR entro una settimana dall'apertura.
• Conservazione Prolungata (Aperta):Se la conservazione supera una settimana, i LED devono essere tenuti in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto. I componenti conservati fuori busta per più di una settimana richiedono un pretrattamento di baking (circa 60°C per almeno 20 ore) prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" durante la rifusione.

6.3 Pulizia

Se è necessaria una pulizia post-assemblaggio, utilizzare solo solventi specificati. È accettabile immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto. L'uso di detergenti chimici non specificati è vietato in quanto potrebbero danneggiare la lente epossidica o il package del LED.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il prodotto è fornito su nastro portacomponenti goffrato standard del settore con nastro di copertura protettivo, avvolto su una bobina da 7 pollici (178 mm) di diametro.

• Quantità per Bobina:3000 pezzi.
• Quantità Minima d'Ordine (MOQ):500 pezzi per quantità residue.
• Larghezza del Nastro:8 mm.
• Standard di Imballaggio:Conforme alle specifiche ANSI/EIA-481-1-A-1994 per l'imballaggio dei componenti.
• Qualità:Il numero massimo di componenti mancanti consecutivi (tasche vuote) nel nastro è due.

Vengono forniti disegni dimensionali dettagliati sia per il nastro portacomponenti (spaziatura e profondità delle tasche) che per la bobina (diametro del mozzo, diametro della flangia) per garantire la compatibilità con gli alimentatori delle attrezzature automatizzate.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Indicatori di Stato Bicolore:Ideali per pannelli di apparecchiature dove un singolo LED può mostrare stati multipli (es. bianco per "acceso/attivo", arancione per "standby/avviso").
• Retroilluminazione per Elettronica di Consumo:Può essere utilizzato per l'illuminazione di pulsanti o di accento in dispositivi dove si desiderano effetti bicolore.
• Illuminazione Interna Automobilistica:Per l'illuminazione ambientale che può passare da toni bianchi ad arancioni.
• Pannelli di Controllo Industriali:Fornire un'indicazione di stato chiara e luminosa in varie modalità operative.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre una resistenza di limitazione di corrente in serie o un driver a corrente costante per ciascun chip. Calcolare in base alla tensione di alimentazione e alla massima tensione diretta (V_{F MAX}) alla corrente operativa desiderata (non superando I_FDC).
• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, garantire un'adeguata area di rame sul PCB attorno ai pad di saldatura aiuta a condurre via il calore, mantenendo l'output luminoso e la longevità, specialmente a temperature ambiente o correnti di pilotaggio più elevate.
• Protezione ESD:Incorpora diodi di protezione ESD sulle linee di segnale che pilotano il LED in ambienti soggetti a scariche statiche.
• Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 130 gradi fornisce un'ampia copertura. Per una luce più direzionale, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (lenti, guide luminose).

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LTW-C195DSKF-5A offre vantaggi specifici nella sua categoria:

• Integrazione a Doppio Chip:Combina due diverse tecnologie semiconduttrici (InGaN per il bianco, AlInGaP per l'arancione) in un unico package, offrendo prestazioni di colore e luminosità superiori per ciascun colore rispetto a un LED a chip singolo con fosforo che tenta di ottenere due colori.
• Controllo Indipendente:Anodi/catodi separati consentono il pilotaggio e la regolazione della luminosità completamente indipendenti di ciascun colore, abilitando miscelazioni o sequenze di colore dinamiche non possibili con LED bicolore a catodo/anodo comune.
• Arancione ad Alta Luminosità:L'uso della tecnologia AlInGaP per il chip arancione produce tipicamente un'efficienza più elevata e un output più luminoso a specifiche lunghezze d'onda rispetto alle tecnologie più vecchie.
• Packaging Robusto:La compatibilità con la rifusione IR e l'imballaggio su nastro e bobina lo rende adatto per linee di assemblaggio a montaggio superficiale completamente automatizzate e ad alto volume.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare contemporaneamente sia il chip bianco che quello arancione alla loro massima corrente continua?

R: Non necessariamente. Devi considerare la dissipazione di potenza totale. Pilotare contemporaneamente il Bianco a 20mA (~2.75V) e l'Arancione a 30mA (~2.00V) dà una potenza combinata di ~112.5 mW, che potrebbe superare i limiti di progetto termico del piccolo package se non c'è un adeguato dissipatore di calore. È più sicuro operare al di sotto dei massimi assoluti o implementare un derating termico.

D2: Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?

R: La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P=611 nm) è il picco fisico dello spettro di luce emesso dal LED. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d=605 nm) è il picco percettivo - l'unica lunghezza d'onda della luce spettrale pura che l'occhio umano associerebbe al colore del LED. Spesso differiscono, specialmente per spettri più ampi.

D3: Perché il requisito di umidità di conservazione è più severo per le confezioni aperte?

R: Il composto di modellatura epossidica utilizzato nei LED SMD può assorbire umidità dall'aria. Durante il processo di rifusione ad alta temperatura, questa umidità intrappolata può vaporizzarsi rapidamente, creando una pressione interna che può crepare il package (effetto "popcorn"). Il processo di baking prima della saldatura rimuove questa umidità assorbita.

D4: Come interpreto le coordinate del Bin di Tonalità (es. S1)?

R: Le quattro coppie di coordinate (x,y) per un bin come S1 definiscono gli angoli di un quadrilatero sul diagramma cromatico CIE. Qualsiasi LED le cui coordinate cromatiche misurate rientrano in questo quadrilatero viene assegnato al bin S1. Questo è un metodo più preciso dei semplici bin di lunghezza d'onda per definire lo spazio colore.

11. Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Progettazione di un pulsante di alimentazione multi-stato per un amplificatore audio consumer. Il pulsante deve indicare: Spento (buio), Standby (arancione pulsante), Acceso (bianco fisso).

Implementazione con LTW-C195DSKF-5A:

1. Il LED è posizionato dietro un cappuccio del pulsante traslucido.

2. Un microcontrollore (MCU) pilota i due colori tramite due pin GPIO separati, ciascuno con la propria resistenza di limitazione di corrente in serie calcolata per un pilotaggio a 5mA (per lunga vita e luminosità moderata).

3. Stato Spento:Entrambi i pin dell'MCU sono impostati come ingresso ad alta impedenza o uscita bassa.

4. Stato Standby:Il pin dell'MCU collegato al LED Arancione (Pin 2/4) è pilotato con un segnale PWM (Modulazione di Larghezza di Impulso) per creare un effetto pulsante. Il pin del LED Bianco rimane spento.

5. Stato Acceso:Il pin dell'MCU per il LED Bianco (Pin 1/3) è pilotato alto continuamente. Il pin del LED Arancione è spento.



Questo design utilizza solo un'unica impronta di componente, semplifica l'assemblaggio e fornisce un feedback visivo chiaro e distinto utilizzando luce di alta qualità e consistente da entrambi i chip.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

Il LTW-C195DSKF-5A utilizza due distinte tecnologie di illuminazione a stato solido:

• InGaN (Chip Bianco):Tipicamente, un chip LED InGaN che emette luce blu è combinato con un rivestimento di fosforo giallo (YAG:Ce). Parte della luce blu sfugge, e il resto viene convertito verso il basso dal fosforo in luce gialla. La miscela di luce blu e gialla è percepita dall'occhio umano come bianca. La lente gialla del package può anche contribuire alla miscelazione o diffusione del colore.
• AlInGaP (Chip Arancione):Questo sistema di materiali viene cresciuto su un substrato (spesso GaAs) ed è progettato per avere un bandgap diretto corrispondente all'emissione di luce nelle regioni rossa, arancione e gialla dello spettro (circa 590-650 nm). È altamente efficiente per produrre colori saturi in questo intervallo. L'output arancione è generato direttamente dalla ricombinazione elettrone-lacuna all'interno del materiale semiconduttore stesso, senza fosfori.

L'elettroluminescenza è il principio fondamentale: quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n del semiconduttore, elettroni e lacune si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda (colore) della luce è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore.

13. Tendenze di Sviluppo

Il campo dei LED SMD continua a evolversi, con tendenze che contestualizzano dispositivi come il LTW-C195DSKF-5A:

• Aumento dell'Efficienza e del Flusso Luminoso:Miglioramenti continui nella crescita epitassiale, nel design del chip e nell'efficienza di estrazione del package portano a un output in mcd più elevato per mA di corrente in ingresso, consentendo un consumo energetico inferiore o display più luminosi.
• Miniaturizzazione:Sebbene questo sia un package standard EIA, l'industria spinge per impronte più piccole (es. 0402, 0201) per dispositivi ultra-compatti, anche se spesso a scapito dell'output luminoso totale o delle prestazioni termiche.
• Migliore Coerenza di Colore e Binning:I progressi nel controllo del processo produttivo producono distribuzioni più strette in V_F, I_Ve cromaticità, riducendo il numero di bin necessari e garantendo prestazioni più uniformi nella produzione in serie.
• Soluzioni Integrate:Una tendenza verso LED con regolatori di corrente integrati, protezione ESD o anche semplice logica di controllo ("LED intelligenti") per semplificare la progettazione del circuito per l'utente finale.
• Focus su Affidabilità e Durata:Materiali migliorati per lenti e incapsulanti che offrono una migliore resistenza al calore, all'umidità e alla luce a corta lunghezza d'onda, portando a una maggiore durata operativa, specialmente importante per applicazioni industriali e automobilistiche.