Scheda Tecnica LED SMD Bicolore LTST-C195TBKSKT - Pacchetto Ultra Sottile 0.55mm - Blu 3.8V / Giallo 2.4V - Potenza 76mW/62.5mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un LED a montaggio superficiale (SMD) bicolore. Il componente integra due distinti chip semiconduttori in un unico pacchetto eccezionalmente sottile, consentendo design compatti dove lo spazio è prezioso. L'applicazione principale è come indicatore o luce di stato in apparecchiature elettroniche, offrendo due colori distinti dalla stessa impronta sul PCB.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

La caratteristica distintiva del dispositivo è il suo profilo ultra sottile di 0.55mm, un vantaggio cruciale per l'elettronica di consumo moderna e sottile, i dispositivi portatili e i PCB ad alta densità. Utilizza materiali semiconduttori avanzati: un chip InGaN (Indio Gallio Nitruro) per l'emissione blu e un chip AlInGaP (Alluminio Indio Gallio Fosfuro) per l'emissione gialla. Questi materiali sono noti per la loro alta efficienza e luminosità. Il LED è pienamente conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose). È confezionato su nastro da 8mm su bobine da 7 pollici di diametro, rendendolo completamente compatibile con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place ad alta velocità utilizzate nella produzione di massa. Il dispositivo è inoltre progettato per resistere ai processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) utilizzati per l'assemblaggio con saldatura senza piombo (Pb-free).

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Le sezioni seguenti forniscono una suddivisione dettagliata dei limiti operativi e delle caratteristiche prestazionali del dispositivo in condizioni di test standard (Ta=25°C).

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 o oltre non è garantito.

• Dissipazione di Potenza (Pd):La potenza massima che il LED può dissipare sotto forma di calore. Il chip Blu è classificato per 76 mW, mentre il chip Giallo per 62.5 mW. Superare questo valore può portare a surriscaldamento e degrado accelerato.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):La massima corrente impulsata (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Il chip Blu può gestire impulsi di 100 mA, e il chip Giallo di 60 mA. Questo parametro è importante per applicazioni di lampeggio breve e ad alta intensità.
• Corrente Diretta Continua (I_F):La massima corrente diretta continua per un funzionamento affidabile a lungo termine. È di 20 mA per il chip Blu e 25 mA per il chip Giallo. Questa è la corrente di pilotaggio standard per la maggior parte delle specifiche di luminosità.
• Intervalli di Temperatura:Il dispositivo è classificato per funzionare tra -20°C e +80°C e può essere conservato tra -30°C e +100°C.
• Condizioni di Saldatura:Il componente può resistere alla saldatura a rifusione IR con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi, in linea con i profili comuni dei processi senza piombo.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri prestazionali tipici misurati alla corrente diretta continua consigliata di 20 mA.

• Intensità Luminosa (I_V):Una misura della luminosità percepita. Per il chip Blu, l'intensità tipica varia da un minimo di 28.0 mcd a un massimo di 180.0 mcd. Per il chip Giallo, l'intervallo è da 45.0 mcd a 280.0 mcd. Il valore effettivo è suddiviso in bin (vedi Sezione 3).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):L'ampiezza angolare alla quale l'intensità luminosa è almeno la metà dell'intensità a 0° (sull'asse). Entrambi i colori hanno un tipico ampio angolo di visione di 130 gradi, garantendo una buona visibilità da angoli laterali.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P):La lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima. I valori tipici sono 468 nm (Blu) e 591 nm (Giallo).
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):La singola lunghezza d'onda che meglio descrive il colore percepito della luce. I valori tipici sono 470 nm (Blu) e 589 nm (Giallo). Questo valore è derivato dal diagramma di cromaticità CIE.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):La larghezza dello spettro emesso alla metà della sua potenza massima. Entrambi i chip hanno una larghezza di banda tipica di 25 nm, indicando un'emissione di colore relativamente pura.
• Tensione Diretta (V_F):La caduta di tensione ai capi del LED quando pilotato a 20 mA. Il chip Blu ha una V_Ftipica di 3.30V (max 3.80V), e il chip Giallo ha una V_Ftipica di 2.00V (max 2.40V). Questo è cruciale per la progettazione del circuito di pilotaggio e la selezione dell'alimentazione.
• Corrente Inversa (I_R):La massima corrente di dispersione quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5V. È di 10 μA per entrambi i chip.Nota Critica:Il dispositivo non è progettato per il funzionamento inverso; applicare una tensione inversa oltre la condizione di test può causare un guasto immediato.

2.3 Considerazioni Termiche

Sebbene non sia dettagliata esplicitamente la resistenza termica (θ_JA), i valori di dissipazione di potenza e l'intervallo di temperatura operativa sono i vincoli termici primari. Un layout PCB efficace con un'adeguata area di rame per lo smaltimento del calore è essenziale per mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri, specialmente quando si pilota alla corrente continua massima o vicino ad essa. Superare la temperatura massima di giunzione ridurrà drasticamente la durata di vita del LED.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per tenere conto delle variazioni naturali nella produzione dei semiconduttori, i LED vengono suddivisi in bin di prestazioni. Ciò garantisce coerenza all'interno di un lotto di produzione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'output luminoso è categorizzato in bin definiti da valori minimi e massimi. Ogni bin ha una tolleranza di ±15%.

Bin del Chip Blu:

N: 28.0 - 45.0 mcd

P: 45.0 - 71.0 mcd

Q: 71.0 - 112.0 mcd

R: 112.0 - 180.0 mcd

Bin del Chip Giallo:

P: 45.0 - 71.0 mcd

Q: 71.0 - 112.0 mcd

R: 112.0 - 180.0 mcd

S: 180.0 - 280.0 mcd

I progettisti devono specificare i codici bin richiesti quando ordinano per garantire il livello di luminosità necessario per la loro applicazione. L'uso di un bin inferiore (es. N per il blu) può risultare in un display meno luminoso.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a tipiche curve caratteristiche essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard. Sebbene i grafici specifici non siano riprodotti nel testo, le loro implicazioni sono descritte di seguito.

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

Questa curva mostra la relazione non lineare tra corrente e tensione. Per entrambi i chip LED, la tensione aumenta in modo logaritmico con la corrente. I valori tipici di V_Fforniti sono specifici per 20 mA. Pilotare a una corrente inferiore risulterà in una V_Finferiore, e pilotare a una corrente superiore aumenterà la V_Fe la dissipazione di potenza. Si raccomanda vivamente un driver a corrente costante rispetto a uno a tensione costante per garantire una luminosità stabile e prevenire la fuga termica.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra come l'output luminoso aumenti con la corrente diretta. È generalmente vicino al lineare nell'intervallo operativo ma saturerà a correnti molto elevate a causa del calo di efficienza e degli effetti termici. La corrente di pilotaggio di 20 mA è scelta come punto standard che bilancia luminosità, efficienza e affidabilità.

4.3 Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente

L'output luminoso del LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva è critica per applicazioni che operano in ambienti ad alta temperatura. Il fattore di derating (percentuale di diminuzione dell'output per grado Celsius) può essere stimato da questo grafico. Un adeguato smaltimento del calore è necessario per minimizzare la perdita di luminosità con la temperatura.

4.4 Distribuzione Spettrale

Queste curve tracciano l'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, mostrando la lunghezza d'onda di picco (λ_P) e la larghezza di banda spettrale (Δλ). La stretta larghezza di banda di 25 nm per entrambi i colori conferma una buona purezza del colore, desiderabile per applicazioni di indicatori dove la distinzione del colore è importante.

5. Informazioni Meccaniche e sul Pacchetto

5.1 Dimensioni del Pacchetto e Assegnazione dei Pin

Il dispositivo è conforme a un profilo standard del pacchetto EIA. La caratteristica meccanica chiave è l'altezza complessiva di 0.55mm. L'assegnazione dei pin per il chip bicolore è la seguente: i Pin 1 e 3 sono per il chip Blu (InGaN), e i Pin 2 e 4 sono per il chip Giallo (AlInGaP). Questo design a quattro pad fornisce connessioni elettriche separate per ogni colore, consentendo di controllarli in modo indipendente.

5.2 Layout Consigliato dei Pad di Saldatura

Viene fornito un land pattern (impronta) suggerito per il design del PCB. Rispettare questo pattern è cruciale per ottenere giunti di saldatura affidabili durante la rifusione, garantire un corretto allineamento e facilitare il trasferimento di calore lontano dal LED. Le dimensioni dei pad sono progettate per prevenire l'effetto "tombstoning" (il componente si solleva su un'estremità) durante la rifusione della saldatura.

5.3 Identificazione della Polarità

Sebbene non sia mostrato esplicitamente nel testo, i LED SMD hanno tipicamente una marcatura sul pacchetto (come un punto, una tacca o un bordo smussato) per indicare il catodo (-) o un pin specifico. La tabella di assegnazione dei pin della scheda tecnica deve essere incrociata con il diagramma di marcatura del pacchetto (implicito da "Dimensioni del Pacchetto") per un corretto orientamento durante l'assemblaggio e la progettazione.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione IR

È incluso un profilo di temperatura suggerito per la saldatura a rifusione senza piombo. I parametri chiave includono:

- Preriscaldamento:Rampa dalla temperatura ambiente a 150-200°C.

- Tempo di Soak/Preriscaldamento:Massimo 120 secondi per attivare il flussante e minimizzare lo shock termico.

- Temperatura di Picco:Massimo 260°C.

- Tempo Sopra il Liquido (TAL):Il tempo trascorso sopra il punto di fusione della saldatura (tipicamente ~217°C per SnAgCu) dovrebbe essere sufficiente per una corretta formazione del giunto ma minimizzato per ridurre lo stress termico sul LED. Il profilo è progettato per essere conforme agli standard JEDEC.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria una riparazione manuale, la temperatura del saldatore non deve superare i 300°C e il tempo di contatto dovrebbe essere limitato a un massimo di 3 secondi per giunto. Questa operazione dovrebbe essere eseguita una sola volta per evitare di danneggiare il pacchetto plastico e i bonding interni.

6.3 Condizioni di Conservazione e Manipolazione

Sensibilità all'Umidità:I LED sono confezionati in una busta barriera all'umidità con essiccante. Una volta aperta la busta sigillata originale, i componenti sono esposti all'umidità ambientale.

- Conservazione del Pacchetto Aperto:Non dovrebbe superare i 30°C e il 60% di Umidità Relativa (UR).

- Vita a Banco:Si raccomanda di completare la rifusione IR entro una settimana dall'apertura della busta.

- Conservazione Prolungata:Per la conservazione oltre una settimana, i componenti dovrebbero essere tenuti in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto.

- Essiccazione:I componenti conservati fuori dalla loro confezione originale per più di una settimana devono essere essiccati a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorning" (crepe del pacchetto dovute alla pressione del vapore durante la rifusione).

6.4 Pulizia

Se è richiesta una pulizia post-saldatura, dovrebbero essere utilizzati solo solventi specificati. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare la lente in plastica o il materiale del pacchetto. Detergenti accettabili includono alcol etilico o alcol isopropilico (IPA). Il LED dovrebbe essere immerso a temperatura normale per meno di un minuto.

6.5 Precauzioni contro le Scariche Elettrostatiche (ESD)

I LED, come la maggior parte dei dispositivi a semiconduttore, sono suscettibili ai danni da scariche elettrostatiche. Le precauzioni di manipolazione sono obbligatorie: utilizzare braccialetti collegati a terra, guanti antistatici e assicurarsi che tutte le attrezzature e le superfici di lavoro siano correttamente messe a terra.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I componenti sono forniti su nastro portante goffrato per l'assemblaggio automatico.

- Larghezza del Nastro Portante:8 mm.

- Diametro della Bobina:7 pollici.

- Quantità per Bobina:4000 pezzi.

- Quantità Minima d'Ordine (MOQ):500 pezzi per quantità residue.

- Sigillatura delle Tasche:Le tasche vuote sono sigillate con nastro di copertura.

- Componenti Mancanti:È consentito un massimo di due LED mancanti consecutivi (tasche vuote) secondo le specifiche.

- Standard:Il confezionamento segue le specifiche ANSI/EIA-481.

7.2 Interpretazione del Numero di Parte

Il numero di parte LTST-C195TBKSKT probabilmente codifica attributi specifici, sebbene la suddivisione completa non sia fornita in questo estratto. Tipicamente, tali codici indicano la serie (LTST), dimensione/profilo (C195), colore (TB per bicolore Blu/Giallo) e confezionamento (KSKT probabilmente riferito a nastro e bobina). I codici bin esatti per l'intensità luminosa devono essere specificati separatamente quando si ordina.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED bicolore è ideale per indicatori multi-stato. Usi comuni includono:

- Indicatori di Alimentazione/Stato:Blu per "standby" o "acceso", Giallo per "in carica" o "avviso".

- Apparecchiature di Rete:Indicazione dello stato del collegamento, attività o velocità.

- Elettronica di Consumo:Indicatori del livello della batteria, feedback della selezione della modalità su dispositivi compatti.

- Controlli Industriali:Indicazione dello stato della macchina (in funzione, guasto, inattivo).

Il profilo ultra sottile lo rende particolarmente adatto per smartphone, tablet, ultrabook e altri dispositivi portatili con spazio limitato.

8.2 Considerazioni sul Circuito di Progettazione

1. Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre una resistenza di limitazione della corrente in serie o un driver LED dedicato a corrente costante per ogni canale colore. Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare la V_Fmassima dalla scheda tecnica per garantire che la corrente non superi i limiti anche con variazioni da componente a componente.

2. Controllo Indipendente:L'anodo/catodo separato per ogni colore consente un controllo indipendente di attenuazione PWM (Pulse Width Modulation) o lampeggio tramite un microcontrollore.

3. Dissipazione di Potenza:Verificare che la potenza totale (I_F* V_Fper ogni chip) non superi la potenza nominale del singolo chip, specialmente se entrambi sono pilotati simultaneamente.

4. Protezione dalla Tensione Inversa:Sebbene non sia un diodo Zener, un diodo per piccoli segnali in parallelo a ciascun LED (catodo ad anodo) può fornire protezione contro transitori accidentali di tensione inversa sul PCB.

8.3 Raccomandazioni per il Layout del PCB

- Seguire precisamente le dimensioni consigliate dei pad di saldatura.

- Utilizzare connessioni con rilievo termico per i pad del LED se sono collegati a grandi piani di massa/alimentazione per facilitare la saldatura fornendo comunque una certa conduzione termica.

- Per una dissipazione del calore ottimale, considerare l'aggiunta di piccole via sotto o vicino al pad termico (se presente) per condurre il calore agli strati interni o inferiori del PCB.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai vecchi LED bicolori o all'uso di due LED monocromatici discreti, questo dispositivo offre vantaggi distinti:

- Risparmio di Spazio:Un unico pacchetto sottile di 0.55mm sostituisce due componenti, risparmiando area e volume sul PCB.

- Assemblaggio Semplificato:Una operazione pick-and-place invece di due, aumentando la produttività dell'assemblaggio e riducendo potenziali errori di posizionamento.

- Tecnologia dei Materiali:L'uso di chip InGaN e AlInGaP offre tipicamente una maggiore efficienza e luminosità rispetto a tecnologie più vecchie come il GaP.

- Compatibilità di Processo:La piena compatibilità con i processi standard di assemblaggio SMT di massa e di rifusione senza piombo riduce la complessità di produzione.

10. Domande Frequenti (FAQ) Basate sui Parametri Tecnici

D1: Posso pilotare sia il LED Blu che quello Giallo contemporaneamente?

R: Sì, elettricamente sono indipendenti. Tuttavia, è necessario assicurarsi che la dissipazione di potenza per ciascun chip non venga superata e che la temperatura ambiente locale del PCB rimanga nell'intervallo operativo. Il calore totale generato sarà la somma di entrambi.

D2: Cosa succede se collego la polarità in modo errato?

R: Applicare una tensione inversa significativa (oltre la condizione di test di 5V) probabilmente causerà un guasto immediato e catastrofico del chip LED a causa della rottura inversa. Osservare sempre la polarità corretta.

D3: Perché la tensione diretta è diversa per il Blu e il Giallo?

R: La tensione diretta è una proprietà fondamentale del bandgap del materiale semiconduttore. L'InGaN (Blu) ha un bandgap più ampio dell'AlInGaP (Giallo), richiedendo una tensione più alta per "spingere" gli elettroni attraverso la giunzione, risultando in fotoni di energia più alta (lunghezza d'onda più corta).

D4: Come scelgo la giusta resistenza di limitazione della corrente?

R: Usare la formula R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per affidabilità, usare la V_Fmassima dalla scheda tecnica (3.80V per il Blu, 2.40V per il Giallo) e la I_Fdesiderata (es. 20mA). Per un'alimentazione di 5V: R_Blu= (5 - 3.8) / 0.02 = 60 Ω; R_Giallo= (5 - 2.4) / 0.02 = 130 Ω. Usare il valore standard di resistenza immediatamente superiore.

D5: Il LED sembra meno luminoso del previsto. Cosa potrebbe essere sbagliato?

R: 1) Verificare di utilizzare il codice bin corretto; un bin inferiore (es. N per il blu) è meno luminoso. 2) Controllare la corrente diretta effettiva con un multimetro; una resistenza calcolata male o una tensione di alimentazione bassa possono ridurre la corrente. 3) Assicurarsi che il LED non sia surriscaldato; un'alta temperatura di giunzione riduce l'output luminoso. 4) Confermare l'angolo di visione; la luminosità è misurata sull'asse.

11. Esempi Pratici di Progettazione e Utilizzo

Esempio 1: Indicatore Dual-Status per Porta USB.In un laptop, questo LED può essere posizionato accanto a una porta USB-C. Può essere pilotato dal controller embedded (EC): Blu fisso quando un dispositivo è connesso e attivo, Giallo lampeggiante quando la porta fornisce corrente di carica, e entrambi spenti altrimenti. Il profilo sottile gli consente di adattarsi al telaio stretto.

Esempio 2: Stato di un Dispositivo IoT.In un sensore wireless compatto, il LED può indicare lo stato della rete: Blu per "connesso al cloud", Giallo per "trasmissione dati", e colori alternati per "errore". Il basso consumo di energia è adatto per dispositivi a batteria, e l'ampio angolo di visione garantisce visibilità da varie angolazioni.

Esempio 3: Gestione dei Componenti Sensibili all'Umidità.Un produttore riceve una bobina. Utilizza l'intera bobina in un turno di produzione. Se rimane una bobina parziale, la conserva in un contenitore sigillato con essiccante. Due settimane dopo, prima di utilizzare il resto, essicca la bobina a 60°C per 24 ore prima di caricarla nella macchina pick-and-place, seguendo le linee guida della scheda tecnica per prevenire difetti di saldatura.

12. Introduzione al Principio Operativo

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, gli elettroni dal materiale di tipo n si ricombinano con le lacune dal materiale di tipo p. Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dal bandgap del materiale semiconduttore. Il chip InGaN ha un bandgap corrispondente alla luce blu (~470 nm), mentre il chip AlInGaP ha un bandgap corrispondente alla luce gialla (~589 nm). Il pacchetto plastico serve a proteggere il delicato die semiconduttore e i bonding, modellare il fascio luminoso in uscita (lente) e fornire il fattore di forma fisico per il montaggio.

13. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

Il dispositivo descritto riflette diverse tendenze in corso nella tecnologia LED:

- Miniaturizzazione:La spinta verso pacchetti da 0.55mm e più sottili continua a consentire design di prodotto più eleganti.

- Materiali ad Alta Efficienza:InGaN e AlInGaP rappresentano sistemi di materiali maturi e ad alte prestazioni per LED visibili, offrendo una buona efficacia (lumen per watt) per applicazioni di indicatori.

- Integrazione:Combinare più funzioni (due colori) in un unico pacchetto fa parte di una tendenza più ampia di integrazione dei componenti per risparmiare spazio e semplificare l'assemblaggio.

- Compatibilità di Produzione Robusta:L'enfasi sul confezionamento a nastro e bobina, la tolleranza alla rifusione IR e la classificazione della sensibilità all'umidità si allineano con le esigenze della produzione elettronica completamente automatizzata e di alto volume. Gli sviluppi futuri potrebbero includere pacchetti ancora più sottili, resistenze di limitazione della corrente integrate ("moduli" LED) o chip a tre colori (RGB) in un'impronta simile, guidati dalle richieste dei settori dell'elettronica di consumo e automobilistico.