Scheda Tecnica LED SMD Bicolore LTST-C195KFKGKT - Arancione e Verde - 20mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un componente LED bicolore a montaggio superficiale. Il dispositivo integra due chip emettitori distinti all'interno di un singolo package standard del settore, consentendo la generazione di luce arancione e verde. È progettato per la compatibilità con processi di assemblaggio automatizzati e moderne tecniche di saldatura, rendendolo adatto per applicazioni di produzione di massa nell'elettronica di consumo, indicatori e retroilluminazione.

1.1 Caratteristiche Principali e Posizionamento

Le caratteristiche principali di questo componente includono la conformità alle normative ambientali, l'utilizzo della tecnologia a semiconduttore AlInGaP ad alta luminosità per un'emissione luminosa efficiente e un package ottimizzato per il posizionamento automatizzato su nastro e bobina. Il suo design è compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) e in fase di vapore, standard nelle linee di assemblaggio SMT. La capacità bicolore in un singolo package risparmia spazio sul PCB e semplifica il progetto rispetto all'uso di due LED monocromatici separati.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Le sezioni seguenti forniscono un'analisi dettagliata delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche del dispositivo come definite nella scheda tecnica.

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 dovrebbe essere evitato nella progettazione del circuito.

• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW per chip (Arancione e Verde). Questa è la massima quantità di potenza che il LED può dissipare come calore a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Superare questo valore rischia il thermal runaway e il guasto.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):80 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per prevenire un eccessivo aumento della temperatura di giunzione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):30 mA DC. Questa è la corrente massima raccomandata per il funzionamento continuo in condizioni normali.
• Derating della Corrente:0.4 mA/°C lineare da 25°C. All'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C, la massima corrente diretta continua ammissibile deve essere ridotta di questo fattore per mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. L'applicazione di una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può causare breakdown e danneggiare la giunzione del LED.
• Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:Rispettivamente -30°C a +85°C e -40°C a +85°C. Questi definiscono i limiti ambientali per un funzionamento affidabile e lo stoccaggio non operativo.
• Limiti di Temperatura di Saldatura:Il dispositivo può resistere alla saldatura a onda o IR a 260°C per 5 secondi e alla saldatura in fase di vapore a 215°C per 3 minuti. Questi parametri sono critici per definire il profilo di rifusione durante l'assemblaggio del PCB.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard di Ta=25°C e I_F=20mA, salvo diversa indicazione. Definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Intensità Luminosa (I_V):
  • Chip Arancione:Minimo 45.0 mcd, Valore tipico non specificato, Massimo 280.0 mcd.
  • Chip Verde:Minimo 18.0 mcd, Valore tipico non specificato, Massimo 71.0 mcd.

  L'ampio intervallo tra Min e Max indica che il dispositivo è disponibile in diversi bin di intensità (vedi Sezione 3). Il chip arancione è significativamente più luminoso del chip verde alla stessa corrente di pilotaggio.

• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi (tipico) per entrambi i colori. Questo ampio angolo di visione indica un tipo di lente diffusa, adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia piuttosto che un fascio focalizzato.
• Lunghezza d'Onda:
  • Arancione:Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P) ~611 nm, Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) ~605 nm.
  • Verde:Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P) ~574 nm, Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) ~571 nm.

  La lunghezza d'onda dominante è il colore percepito dall'occhio umano, derivato dal diagramma di cromaticità CIE.

• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):~17 nm per l'Arancione, ~15 nm per il Verde. Questo indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa.
• Tensione Diretta (V_F):Tipica 2.0V, Massima 2.4V a 20mA per entrambi i colori. Questa bassa tensione diretta è caratteristica della tecnologia AlInGaP ed è importante per calcolare i valori delle resistenze in serie e il consumo energetico.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 µA a V_R=5V. Questa è la corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente.
• Capacità (C):Tipica 40 pF a 0V, 1MHz. Questo parametro può essere rilevante in applicazioni di commutazione ad alta frequenza.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

L'intensità luminosa dei LED è suddivisa in bin per garantire la coerenza all'interno di un lotto di produzione. Il codice bin definisce un intervallo di intensità specifico.

3.1 Binning dell'Intensità per il LED Arancione

Intensità misurata a I_F=20mA. Tolleranza su ogni bin +/-15%.

• Bin P:45.0 - 71.0 mcd
• Bin Q:71.0 - 112.0 mcd
• Bin R:112.0 - 180.0 mcd
• Bin S:180.0 - 280.0 mcd

3.2 Binning dell'Intensità per il LED Verde

Intensità misurata a I_F=20mA. Tolleranza su ogni bin +/-15%.

• Bin M:18.0 - 28.0 mcd
• Bin N:28.0 - 45.0 mcd
• Bin P:45.0 - 71.0 mcd

I progettisti dovrebbero specificare il codice bin richiesto all'ordine per garantire il livello di luminosità desiderato nella loro applicazione.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve caratteristiche tipiche essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Sebbene i grafici specifici non siano riprodotti qui, se ne analizzano le implicazioni.

4.1 Corrente vs. Tensione (Curva I-V)

La curva I-V per un LED è esponenziale. La V_Ftipica di 2.0V a 20mA fornisce un punto operativo chiave. La curva mostra che un piccolo aumento della tensione oltre il ginocchio comporta un grande, potenzialmente dannoso, aumento della corrente. Ciò sottolinea la necessità di metodi di limitazione della corrente (ad es., una resistenza in serie o un driver a corrente costante).

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questa curva è generalmente lineare in un intervallo. L'intensità luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta. Pilotare il LED alla massima corrente continua (30mA) produrrebbe una luminosità maggiore rispetto alla condizione di test standard di 20mA, ma devono essere valutate considerazioni sulla gestione termica e sulla durata.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Le prestazioni del LED sono sensibili alla temperatura. La tensione diretta (V_F) tipicamente diminuisce con l'aumentare della temperatura di giunzione. Più criticamente, l'intensità luminosa si degrada all'aumentare della temperatura. La specifica di derating della corrente (0.4 mA/°C) è un vincolo di progetto diretto per gestire questo effetto termico e mantenere l'affidabilità.

5. Informazioni Meccaniche e Package

Il dispositivo è conforme a un footprint di package a montaggio superficiale standard EIA.

5.1 Assegnazione dei Pin

Il LED bicolore ha quattro pin (1, 2, 3, 4). Secondo la scheda tecnica:

• I pin 1 e 3 sono assegnati al chip LED Arancione.
• I pin 2 e 4 sono assegnati al chip LED Verde.

Questa configurazione implica tipicamente un arrangiamento a catodo comune o anodo comune internamente, che deve essere verificato dal disegno del package per una corretta connessione del circuito.

5.2 Dimensioni del Package e Tape & Reel

Il dispositivo è fornito su nastro da 8mm su bobine da 7 pollici di diametro, compatibile con macchine pick-and-place automatizzate. Le specifiche del nastro e della bobina seguono gli standard ANSI/EIA 481-1-A-1994. I dettagli chiave dell'imballaggio includono:

• 4000 pezzi per bobina da 7 pollici.
• Quantità minima di imballaggio per parti residue è di 500 pezzi.
• Sono consentiti al massimo due componenti mancanti consecutivi ("lampade") nel nastro.

Vengono fornite le dimensioni consigliate per i pad di saldatura per garantire un giunto saldato affidabile e un corretto allineamento durante la rifusione.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profili di Rifusione Consigliati

Sono suggeriti due profili di saldatura:

1. Profilo di Rifusione IR Standard:Per processi di saldatura convenzionali stagno-piombo.
2. Profilo di Rifusione IR Senza Piombo (Pb-Free):Deve essere utilizzato con pasta saldante Sn-Ag-Cu (SAC). Questo profilo ha tipicamente una temperatura di picco più alta (es. 260°C) ma un tempo attentamente controllato sopra il liquidus per prevenire danni termici alla lente in plastica e alla struttura interna del LED.

La condizione massima assoluta è 260°C per 5 secondi per saldatura IR/onda e 215°C per 3 minuti per fase di vapore.

6.2 Precauzioni per Stoccaggio e Manipolazione

• Stoccaggio:Si raccomanda di non superare i 30°C e il 70% di umidità relativa. I LED rimossi dalla loro busta barriera all'umidità originale dovrebbero essere saldati a rifusione entro una settimana. Per stoccaggi più lunghi, dovrebbero essere conservati in un ambiente asciutto e sigillato (ad es., con essiccante o in azoto) e sottoposti a baking a circa 60°C per 24 ore prima dell'uso per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il "popcorning" durante la rifusione.
• Pulizia:Dovrebbero essere utilizzati solo agenti detergenti specificati. Si raccomanda alcol isopropilico o etilico a temperatura normale per meno di un minuto. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare il package o la lente del LED.
• Protezione ESD:I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche. Devono essere in atto adeguati controlli ESD durante la manipolazione: utilizzare braccialetti a terra, tappetini antistatici, ionizzatori per neutralizzare la statica sulla lente e assicurarsi che tutte le apparecchiature siano correttamente messe a terra.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED bicolore è adatto per una varietà di applicazioni di indicatori e display di stato, tra cui ma non limitate a:

• Indicatori di alimentazione/stato su elettronica di consumo (es. router, caricatori, elettrodomestici).
• Luci di stato bicolori (es. verde per "acceso/ok", arancione per "standby/avviso").
• Retroilluminazione per piccole icone o pulsanti.
• Luci indicatrici interne automobilistiche (soggette a qualifica appropriata).
• Pannelli di stato per apparecchiature industriali.

7.2 Considerazioni sul Progetto del Circuito

Metodo di Pilotaggio:I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per garantire una luminosità uniforme, specialmente quando più LED sono collegati in parallelo, una resistenza limitatrice di corrente deve essere posta in serie conciascunLED (Modello Circuito A). Non è raccomandato fare affidamento sulle caratteristiche I-V naturali per bilanciare la corrente in una configurazione parallela senza resistenze individuali (Modello Circuito B), poiché piccole variazioni di V_Ftra i LED possono portare a differenze significative nella corrente e quindi nella luminosità.

Il valore della resistenza in serie (R_s) può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R_s= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare la V_Fmassima dalla scheda tecnica (2.4V) per garantire una corrente sufficiente in tutte le condizioni.

7.3 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa (75mW per chip), un corretto layout del PCB può aiutare le prestazioni termiche. Assicurare un'adeguata area di rame collegata ai pad termici del LED (se presenti) o attorno ai pad di saldatura per fungere da dissipatore di calore, specialmente quando si opera vicino ai valori massimi o ad alte temperature ambientali.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

I fattori chiave di differenziazione di questo componente sono la suacapacità bicolore in un singolo package SMDe l'uso dellatecnologia AlInGaPper l'emettitore arancione.

• vs. LED Monocromatici:Risparmia spazio sul PCB, riduce il numero di componenti e semplifica l'assemblaggio rispetto al montaggio di due LED separati.
• AlInGaP vs. Altre Tecnologie:L'AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) è noto per l'alta efficienza e stabilità nelle regioni di lunghezza d'onda rossa, arancione e gialla, spesso offrendo una luminosità maggiore e prestazioni termiche migliori rispetto a tecnologie più vecchie come il GaAsP.
• Ampio Angolo di Visione (130°):Offre un pattern di luce diffusa ideale per l'indicazione su ampia area, al contrario dei LED ad angolo stretto utilizzati per l'illuminazione focalizzata.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V o 3.3V?

No, non direttamente.Un LED richiede il controllo della corrente. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione come un pin MCU (che è tipicamente limitato in corrente ma non progettato per pilotare LED) può danneggiare sia il LED che l'uscita del microcontrollore. Utilizzare sempre una resistenza limitatrice di corrente in serie o un circuito driver LED dedicato.

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

La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P)) è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale è massima.La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d)) è la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che corrisponderebbe al colore percepito del LED, calcolata dalle coordinate di cromaticità CIE. La λ_dè più rilevante per la specifica del colore in applicazioni centrate sull'uomo.

9.3 Perché è necessaria la derating della corrente?

All'aumentare della temperatura ambiente, la temperatura di giunzione del LED aumenta per una data corrente operativa. Temperature di giunzione più elevate accelerano i meccanismi di degrado, riducendo la durata del LED e potenzialmente causando guasti catastrofici. Ridurre la corrente (derating) abbassa la dissipazione di potenza e quindi la temperatura di giunzione, garantendo un'affidabilità a lungo termine.

10. Caso di Studio Pratico di Progetto

Scenario:Progettare un indicatore di stato bicolore per un dispositivo alimentato da una linea a 5V. L'indicatore dovrebbe mostrare Verde per "Funzionamento Normale" e Arancione per "Carica/Avviso".

Passi di Progetto:

1. Topologia del Circuito:Utilizzare due pin GPIO del microcontrollore. Ogni pin pilota un colore del LED attraverso una resistenza limitatrice di corrente separata. Configurare correttamente la connessione interna (anodo comune/catodo comune) in base al disegno del package.
2. Calcolo della Resistenza (per pilotaggio a 20mA):
   • Assumere V_F(max) = 2.4V, V_{alimentazione}= 5V, I_F= 20mA.
   • R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ohm.
   • Selezionare il valore standard più vicino (es. 130Ω o 120Ω). Una resistenza da 120Ω produrrebbe una corrente leggermente più alta (~21.7mA), che è accettabile poiché è inferiore al massimo di 30mA.
3. Layout PCB:Posizionare il LED e le sue resistenze in serie vicini tra loro. Fornire una modesta area di rame attorno ai pad del LED per la dissipazione del calore. Seguire il layout dei pad di saldatura suggerito dalla scheda tecnica.
4. Software:Implementare la logica per accendere il GPIO Verde per lo stato normale e il GPIO Arancione per lo stato di avviso. Assicurarsi che non siano entrambi accesi simultaneamente a meno che non si desideri un colore misto, considerando i limiti di corrente di pilotaggio per il package.

11. 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 attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. L'energia rilasciata durante questa ricombinazione viene emessa come fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore utilizzato nella regione attiva. In questo dispositivo, la luce arancione è prodotta da un chip AlInGaP e la luce verde da un altro chip (probabilmente basato sulla tecnologia InGaN, sebbene non esplicitamente dichiarato qui per il verde). I due chip sono alloggiati insieme in un singolo package epossidico con una lente diffusa che modella l'emissione luminosa in un ampio angolo di visione.

12. Tendenze Tecnologiche

Il campo della tecnologia LED continua a evolversi con diverse tendenze chiare rilevanti per componenti come questo:

• Efficienza Aumentata:I continui miglioramenti nella scienza dei materiali e nel design dei chip portano a una maggiore efficienza luminosa (più luce emessa per watt di input elettrico), consentendo indicatori più luminosi o un consumo energetico inferiore.
• Miniaturizzazione:La spinta verso dispositivi elettronici più piccoli richiede LED con footprint di package sempre più ridotti, mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche.
• Affidabilità e Durata Migliorate:I miglioramenti nei materiali di packaging, nei metodi di attacco del die e nella tecnologia dei fosfori (per LED bianchi) continuano a estendere la durata operativa e la stabilità in condizioni difficili.
• Integrazione:Oltre al multi-colore, c'è una tendenza verso l'integrazione dell'elettronica di controllo (come driver a corrente costante o controller PWM) direttamente con il die del LED o all'interno del package, creando moduli "LED intelligenti" che semplificano il progetto del sistema.
• Conformità Ambientale:Il passaggio alla saldatura senza piombo (Pb-free) e a materiali senza alogeni è ora standard, come riflesso nei profili di saldatura separati forniti in questa scheda tecnica.