Scheda Tecnica LED SMD LTST-C28NBEGK-2A - 2.8x3.5x0.25mm - Rosso/Blu/Verde - 10-20mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-C28NBEGK-2A è un LED a montaggio superficiale (SMD) a colori completi ed extra-sottile, progettato per applicazioni elettroniche moderne con vincoli di spazio. Questo componente integra tre distinti chip LED all'interno di un unico package compatto, consentendo la generazione di luce rossa, blu e verde da una comune impronta. Il suo obiettivo progettuale principale è facilitare i processi di assemblaggio automatizzato, fornendo al contempo un'elevata luminosità adatta a varie funzioni di indicazione e retroilluminazione.

1.1 Vantaggi Principali

Il dispositivo offre diversi vantaggi chiave per progettisti e produttori. Il suo profilo ultrasottile di 0,25 mm lo rende ideale per applicazioni in cui lo spazio verticale è prezioso, come nei dispositivi mobili o display ultrasottili. Il package è conforme agli standard EIA, garantendo compatibilità con un'ampia gamma di attrezzature automatizzate di pick-and-place e di saldatura a rifusione a infrarossi, semplificando la produzione di grandi volumi. Inoltre, l'uso di materiali semiconduttori avanzati InGaN (per blu/verde) e AlInGaP (per rosso) fornisce un'elevata efficienza luminosa ed un'eccellente purezza del colore.

1.2 Mercato di Riferimento e Applicazioni

Questo LED è destinato ai mercati dell'elettronica di consumo, delle telecomunicazioni e delle apparecchiature industriali. Le sue applicazioni tipiche includono, ma non sono limitate a: indicatori di stato e retroilluminazione per tastiere e pulsantiere in smartphone, tablet e laptop; illuminazione di segnali e simboli in apparecchiature di rete ed elettrodomestici; e micro-display o illuminazione decorativa dove sono richiesti più colori da una singola sorgente puntiforme. La sua affidabilità e compatibilità lo rendono una scelta versatile sia per prodotti elettronici portatili che stazionari.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Una comprensione approfondita dei parametri elettrici e ottici è cruciale per un progetto di circuito di successo e per la previsione delle prestazioni.

2.1 Valori Massimi Assoluti

L'utilizzo del dispositivo oltre questi limiti può causare danni permanenti. La corrente diretta massima in continua (I_F) è specificata come 10 mA per i chip blu e verde, e 20 mA per il chip rosso, tutti a una temperatura ambiente (T_a) di 25°C. La massima dissipazione di potenza è di 38 mW per blu/verde e 50 mW per il rosso. Il dispositivo può sopportare una corrente diretta di picco di 40 mA in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0,1 ms). L'intervallo di temperatura di funzionamento è compreso tra -20°C e +80°C, e le condizioni di stoccaggio vanno da -30°C a +85°C. Il componente è classificato per la saldatura a rifusione a infrarossi con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (T_a=25°C, I_F=2mA). L'intensità luminosa (I_V) varia in base al colore: il Blu ha un intervallo di 18,0-45,0 mcd, il Rosso da 28,0-71,0 mcd e il Verde da 112,0-280,0 mcd. L'angolo di visione tipico (2θ_1/2) è di 120 gradi, fornendo un pattern di luce ampio e diffuso. La tensione diretta (V_F) è un altro parametro critico per la progettazione dell'alimentazione: i LED Blu e Verde hanno un intervallo V_Fda 2,2V a 3,0V, mentre il LED Rosso opera tra 1,2V e 2,2V a 2mA. La corrente di dispersione inversa (I_R) è garantita inferiore a 10 μA con una tensione inversa (V_R) di 5V per tutti i colori.

2.3 Caratteristiche Spettrali

Il colore della luce emessa è definito dalla sua lunghezza d'onda. La tipica lunghezza d'onda di emissione di picco (λ_P) è 465 nm per il blu, 632 nm per il rosso e 518 nm per il verde. La lunghezza d'onda dominante (λ_d), che si correla più strettamente con il colore percepito, ha bin specificati: il Blu varia da 465-475 nm e il Verde da 525-535 nm. La semilarghezza della linea spettrale (Δλ), un indicatore della purezza del colore, è tipicamente di 25 nm per il blu, 20 nm per il rosso e 35 nm per il verde. Questi valori sono derivati dal diagramma di cromaticità CIE del 1931.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a metriche chiave di prestazione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono classificati in base alla loro emissione luminosa a una corrente di test standard di 2mA. Ogni colore ha codici bin specifici con valori minimi e massimi di intensità luminosa. Ad esempio, i LED Blu sono suddivisi in Bin M (18,0-28,0 mcd) e Bin N (28,0-45,0 mcd). I LED Rossi utilizzano Bin N (28,0-45,0 mcd) e Bin P (45,0-71,0 mcd). I LED Verdi, tipicamente più luminosi, sono suddivisi in Bin R (112,0-180,0 mcd) e Bin S (180,0-280,0 mcd). Una tolleranza di ±15% è applicata all'interno di ogni bin di intensità.

3.2 Binning della Tonalità (Lunghezza d'Onda Dominante)

Per applicazioni che richiedono un'accurata corrispondenza dei colori, come i display a colori completi, i LED sono anche suddivisi in bin in base alla loro lunghezza d'onda dominante. I LED Blu sono disponibili in Bin B (465,0-470,0 nm) e Bin C (470,0-475,0 nm). I LED Verdi sono disponibili in Bin C (525,0-530,0 nm) e Bin D (530,0-535,0 nm). La tolleranza per ogni bin di lunghezza d'onda dominante è una stretta ±1 nm. Il codice bin specifico sia per l'intensità che per la lunghezza d'onda è riportato sulla confezione del prodotto, consentendo ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino i loro requisiti esatti di colore e luminosità.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono una visione più approfondita del comportamento del dispositivo in condizioni variabili, essenziale per un progetto robusto.

4.1 Corrente vs. Tensione (I-V) e Intensità Luminosa

La tensione diretta (V_F) di un LED non è costante; aumenta con la corrente diretta (I_F). Le curve tipiche mostrano la relazione per ogni chip di colore. Il LED rosso ha tipicamente una tensione diretta più bassa per una data corrente rispetto ai LED blu e verde, coerente con il suo diverso materiale semiconduttore (AlInGaP vs. InGaN). Allo stesso modo, l'intensità luminosa aumenta in modo super-lineare con la corrente prima di potenzialmente saturarsi a correnti più elevate. I progettisti devono utilizzare queste curve per selezionare resistori limitatori di corrente appropriati o driver a corrente costante per ottenere la luminosità desiderata rimanendo entro i limiti termici ed elettrici del dispositivo.

4.2 Dipendenza dalla Temperatura

Le prestazioni del LED sono significativamente influenzate dalla temperatura di giunzione. All'aumentare della temperatura, la tensione diretta tipicamente diminuisce leggermente per una data corrente, mentre l'emissione luminosa diminuisce. La scheda tecnica fornisce tipiche curve di derating che mostrano l'intensità luminosa relativa in funzione della temperatura ambiente. Comprendere questa relazione è fondamentale per applicazioni che operano in un ampio intervallo di temperature o in ambienti con una gestione termica scarsa, poiché influisce sulla stabilità della luminosità a lungo termine e sul punto di colore.

4.3 Distribuzione Spettrale

Le curve di distribuzione della potenza spettrale illustrano l'intensità relativa della luce emessa su diverse lunghezze d'onda per ogni colore. I chip InGaN blu e verde mostrano tipicamente una distribuzione più stretta, simile a una Gaussiana, centrata attorno alla loro lunghezza d'onda di picco. Il chip rosso AlInGaP può avere una forma spettrale leggermente diversa. Queste curve sono importanti per applicazioni che coinvolgono sensori di colore, filtri o dove è richiesto un contenuto spettrale specifico, poiché mostrano non solo il colore dominante ma anche la quantità di luce emessa alle lunghezze d'onda vicine.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Assegnazione dei Pin

Il LTST-C28NBEGK-2A si conforma a un'impronta SMD standard. Le dimensioni del package sono fornite in un disegno dettagliato con tutte le misure critiche in millimetri. La tolleranza per la maggior parte delle dimensioni è di ±0,1 mm. Il dispositivo ha quattro pin. Il Pin 1 è l'anodo comune per tutti e tre i chip LED. Il Pin 2 è il catodo per il chip Rosso, il Pin 3 è il catodo per il chip Blu e il Pin 4 è il catodo per il chip Verde. La lente è trasparente, permettendo di vedere il colore nativo del chip.

5.2 Progetto Consigliato dei Pad PCB

Per una saldatura affidabile e prestazioni termiche ottimali, è raccomandato uno specifico land pattern per il PCB. Questo pattern include le dimensioni e la spaziatura dei pad di saldatura, progettati per facilitare una buona formazione del filetto di saldatura durante la rifusione senza causare ponticelli o tombstoning. Rispettare questo layout raccomandato aiuta a garantire un forte attacco meccanico e un'efficiente dissipazione del calore lontano dalla giunzione del LED.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione a Infrarossi

Il dispositivo è compatibile con processi di saldatura a rifusione a infrarossi senza piombo (Pb-free). Viene fornito un profilo di temperatura suggerito, che tipicamente include una fase di pre-riscaldamento (es. 150-200°C), una rampa controllata, un tempo sopra il liquido (TAL), una temperatura di picco non superiore a 260°C e una fase di raffreddamento controllata. Il parametro critico è che il corpo del componente non deve essere esposto a temperature superiori a 260°C per più di 10 secondi. Si sottolinea che il profilo ottimale può variare a seconda dell'assemblaggio PCB specifico, della pasta saldante e del forno utilizzato, e si raccomanda una caratterizzazione a livello di scheda.

6.2 Precauzioni per lo Stoccaggio e la Manipolazione

Una corretta manipolazione è essenziale per prevenire danni da scariche elettrostatiche (ESD). Si raccomanda di utilizzare braccialetti o guanti antistatici e di assicurarsi che tutte le attrezzature siano messe a terra. Per lo stoccaggio, i dispositivi sensibili all'umidità non aperti (MSL 3) devono essere conservati a ≤30°C e ≤90% di umidità relativa (UR) e utilizzati entro un anno. Una volta aperta la confezione sigillata originale, i LED devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% UR. I componenti rimossi dalla loro confezione asciutta per più di una settimana devono essere sottoposti a baking a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il \"popcorning\" durante la rifusione.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, devono essere utilizzati solo solventi specificati. È accettabile immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. L'uso di detergenti chimici non specificati o aggressivi può danneggiare il package in plastica o la lente, portando a una ridotta emissione luminosa o problemi di affidabilità.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti confezionati in nastro portacomponenti goffrato da 8 mm di larghezza su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro, in conformità con le specifiche ANSI/EIA-481. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Il nastro ha un passo e dimensioni delle tasche progettati per la compatibilità con alimentatori automatici standard. Un nastro di copertura superiore sigilla le tasche dei componenti. Le specifiche di confezionamento riportano inoltre che è consentito un massimo di due componenti mancanti consecutivi (tasche vuote) e che la quantità minima d'ordine per lotti residui è di 500 pezzi.

8. Note Applicative e Considerazioni Progettuali

8.1 Progettazione del Circuito

Ogni canale di colore (Rosso, Verde, Blu) deve essere pilotato indipendentemente tramite il proprio circuito limitatore di corrente collegato all'anodo comune (Pin 1) e al rispettivo pin catodo. A causa delle diverse caratteristiche di tensione diretta, sono necessari calcoli separati di impostazione della corrente per ogni colore per ottenere una luminosità percepita uniforme o miscele di colore specifiche. Un driver a corrente costante è spesso preferito a una semplice resistenza in serie per una migliore stabilità rispetto alle variazioni di temperatura e tensione di alimentazione, specialmente nei dispositivi alimentati a batteria.

8.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia relativamente bassa (38-50 mW per chip), una gestione termica efficace è comunque importante per mantenere le prestazioni e la longevità, specialmente quando si pilotano i LED alla corrente nominale massima o vicino ad essa. Il PCB funge da dissipatore di calore primario. Garantire una buona connessione termica tramite il progetto di pad raccomandato e, se necessario, utilizzare via termiche o un piano di rame sotto il package, aiuta a condurre il calore lontano dalla giunzione del LED.

8.3 Integrazione Ottica

L'ampio angolo di visione di 120 gradi rende questo LED adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia e uniforme piuttosto che un fascio focalizzato. Per pannelli di retroilluminazione o guide luminose, i materiali di accoppiamento ottico e diffusione devono essere selezionati per funzionare efficacemente con il pattern di emissione e i punti di colore del LED. I progettisti dovrebbero anche considerare la potenziale miscelazione dei colori quando più LED sono posizionati vicini, che può essere utilizzata per creare colori secondari come ciano, magenta, giallo o bianco.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LTST-C28NBEGK-2A si differenzia sul mercato attraverso la combinazione delle sue caratteristiche. Il suo vantaggio principale è l'integrazione di tre chip LED ad alta luminosità e colori distinti in un package extra-sottile (0,25 mm) standard del settore. Questo si contrappone ad alternative come l'uso di tre LED monocromatici separati (che consumano più spazio sulla scheda) o di un singolo LED bianco con filtri colore (che è meno efficiente e offre colori meno saturi). L'uso di AlInGaP per il rosso fornisce un'efficienza più elevata e una migliore stabilità termica rispetto a tecnologie più vecchie come il GaAsP, risultando in un'emissione rossa più luminosa e consistente. La sua conformità agli standard di assemblaggio automatizzato e rifusione lo rende una scelta economicamente vantaggiosa per la produzione di massa rispetto ai LED che richiedono saldatura manuale.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Posso pilotare tutti e tre i colori simultaneamente alla loro corrente massima?

No, non senza superare i limiti di dissipazione di potenza totale del package. Se tutti e tre i chip fossero pilotati alla loro massima corrente continua (Rosso: 20mA, Blu: 10mA, Verde: 10mA) e alle tipiche tensioni dirette, la potenza totale potrebbe avvicinarsi o superare la capacità termica combinata del piccolo package, portando a surriscaldamento e riduzione della durata di vita. Il progetto deve considerare il ciclo di lavoro e l'ambiente termico. Per la luce bianca completa (tutti e tre accesi), è comune pilotare ogni canale a una corrente inferiore per gestire il calore totale.

10.2 Perché la tensione diretta è diversa per ogni colore?

La tensione diretta è una proprietà fondamentale dell'energia della banda proibita del materiale semiconduttore. I LED blu e verdi utilizzano Nitruro di Gallio e Indio (InGaN) che ha una banda proibita più ampia, richiedendo una tensione più alta (tipicamente ~2,8V) per \"spingere\" gli elettroni attraverso di essa e causare l'emissione di luce. I LED rossi utilizzano Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP), che ha una banda proibita più piccola, risultando in una tensione diretta più bassa (tipicamente ~1,8V).

10.3 Come interpreto i codici bin quando ordino?

Quando si effettua un ordine, è possibile specificare i codici bin desiderati per l'intensità luminosa e la lunghezza d'onda dominante per ogni colore. Ad esempio, ordinare \"Blu: Bin N, Bin B\" richiede LED Blu con intensità luminosa tra 28,0-45,0 mcd e una lunghezza d'onda dominante tra 465,0-470,0 nm. Specificare i bin consente un controllo più stretto sulla coerenza del colore e sull'abbinamento della luminosità tra più unità nel vostro prodotto, il che è fondamentale per applicazioni di display e indicatori.

11. Studio di Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Si consideri un dispositivo di gioco portatile che utilizza il LTST-C28NBEGK-2A per l'indicazione di stato multicolore attorno ai suoi pulsanti di controllo. La sfida progettuale consiste nel fornire colori vivaci, selezionabili dall'utente (Rosso, Verde, Blu, Ciano, Magenta, Giallo, Bianco) minimizzando il consumo energetico della batteria del dispositivo. L'ingegnere seleziona un IC driver LED a corrente costante a tripla uscita con bassa corrente di riposo. Utilizzando le curve V_Fe I_Vdalla scheda tecnica, programmano il driver per fornire 5mA al canale Rosso e 3mA ai canali Blu e Verde per creare una luce bianca bilanciata alla corrente totale più bassa. Scelgono LED dal Bin P per il rosso e dal Bin S per il verde per garantire un'elevata luminosità e specificano bin di lunghezza d'onda stretti (B per il blu, C per il verde) per garantire un colore coerente su tutte le unità. Il layout PCB segue il progetto di pad raccomandato e include una piccola connessione di rilievo termico a un piano di massa per la dissipazione del calore. L'assemblaggio finale utilizza il profilo IR di rifusione specificato, ottenendo luci indicatore affidabili, luminose e consistenti che migliorano l'esperienza utente.

12. Introduzione al Principio Operativo

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce attraverso un processo chiamato elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n del materiale semiconduttore, gli elettroni dalla regione di tipo n guadagnano abbastanza energia per attraversare la giunzione e ricombinarsi con le lacune nella regione di tipo p. Questo evento di ricombinazione rilascia energia. In un LED, il materiale semiconduttore è scelto in modo che questa energia venga rilasciata principalmente sotto forma di fotoni (particelle di luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia della banda proibita del materiale semiconduttore: una banda proibita più ampia produce luce a lunghezza d'onda più corta (più blu), e una banda proibita più piccola produce luce a lunghezza d'onda più lunga (più rossa). Il sistema di materiali InGaN è utilizzato per i LED blu e verdi, mentre l'AlInGaP è utilizzato per i LED rossi e ambra ad alta efficienza. Il package SMD incapsula il minuscolo chip semiconduttore, fornisce connessioni elettriche tramite terminali metallici e include una lente in plastica modellata che dà forma all'emissione luminosa.

13. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

Il campo dei LED SMD continua ad evolversi spinto dalle richieste di maggiore efficienza, dimensioni più ridotte, migliore resa cromatica e costi inferiori. Le tendenze osservabili in componenti come il LTST-C28NBEGK-2A includono l'ulteriore miniaturizzazione dei package mantenendo o aumentando l'emissione luminosa (maggiore efficacia in lumen per watt). C'è un continuo miglioramento nella scienza dei materiali dietro i chip InGaN e AlInGaP, che porta a una riduzione del calo di efficienza a correnti più elevate e a prestazioni migliori a temperature elevate. Un'altra tendenza significativa è l'integrazione di più funzionalità, come combinare LED RGB con un driver IC dedicato o logica di controllo in un unico package (\"LED intelligente\"). Inoltre, i progressi nella tecnologia dei fosfori per i LED bianchi e la ricerca dei micro-LED per i display di prossima generazione rappresentano percorsi di sviluppo paralleli che influenzano il più ampio ecosistema optoelettronico in cui operano i LED SMD multicolore.