Scheda Tecnica LED SMD a Colori Completi LTST-C19FD1WT - Dimensioni 3.2x1.6x0.55mm - Tensione 2.0-3.8V - Potenza 0.08W - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-C19FD1WT è un LED a colori completi per montaggio superficiale (SMD) progettato per applicazioni elettroniche moderne con vincoli di spazio. Integra tre distinti chip LED all'interno di un unico package ultra sottile, consentendo la generazione di più colori da un'unica impronta sul PCB. Questo design è particolarmente vantaggioso per applicazioni che richiedono indicatori di stato, retroilluminazione o elementi di visualizzazione compatti senza sacrificare la capacità cromatica.

Le sue dimensioni ridotte e la compatibilità con i processi di assemblaggio automatizzato lo rendono una scelta versatile per la produzione di grandi volumi. Il dispositivo è costruito per essere conforme alla direttiva RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), garantendo l'aderenza agli standard ambientali globali per i componenti elettronici.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il vantaggio principale di questo LED è l'integrazione delle sorgenti luminose Blu (InGaN), Verde (InGaN) e Arancione (AlInGaP) in un package standard EIA alto solo 0.55mm. Questa configurazione multi-chip elimina la necessità di più LED discreti per ottenere una funzionalità cromatica simile, risparmiando prezioso spazio sul PCB (Printed Circuit Board).

Il dispositivo è specificamente rivolto ad applicazioni in:

• Apparecchiature di Telecomunicazioni:Indicatori di stato su router, modem e terminali.
• Automazione d'Ufficio:Retroilluminazione per tastiere di laptop e periferiche.
• Elettronica di Consumo & Elettrodomestici:Indicatori di alimentazione, modalità o funzione.
• Apparecchiature Industriali:Indicatori su pannelli ed elementi di interfaccia operatore.
• Micro-Display & Segnaletica:Apparecchi di illuminazione informativi o simbolici su piccola scala.

La sua compatibilità con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) si allinea con le linee di assemblaggio standard della tecnologia a montaggio superficiale (SMT), facilitando una popolazione della scheda efficiente e affidabile.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche definite nella scheda tecnica. Comprendere questi parametri è fondamentale per una corretta progettazione del circuito e per garantire l'affidabilità a lungo termine.

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 in fase di progettazione.

• Dissipazione di Potenza (Pd):80 mW per Blu/Verde, 75 mW per Arancione. Questa è la potenza massima che il LED può dissipare come calore a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Superare questo limite rischia il thermal runaway e il degrado.
• Corrente Diretta Continua (IF):20 mA per Blu/Verde, 30 mA per Arancione. Questa è la massima corrente diretta continua consigliata per il funzionamento normale. Il valore più alto per il chip Arancione è tipico della tecnologia AlInGaP rispetto all'InGaN.
• Corrente Diretta di Picco:100 mA per Blu/Verde, 80 mA per Arancione (a ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Questo valore è valido solo per un funzionamento impulsivo breve e non deve essere utilizzato per i calcoli di progetto in continua.
• Intervalli di Temperatura:Funzionamento: -20°C a +80°C; Conservazione: -30°C a +100°C. La funzionalità del dispositivo è garantita nell'intervallo di funzionamento. La conservazione prolungata al di fuori dell'intervallo specificato può influenzare le proprietà dei materiali.
• Condizioni di Saldatura a Infrarossi:Temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi. Questo definisce la tolleranza del profilo termico per i processi di rifusione della saldatura senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

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

• Intensità Luminosa (Iv):Misurata in millicandele (mcd). La scheda tecnica fornisce valori minimi e massimi per ogni colore, ulteriormente suddivisi in bin (vedi Sezione 3). I valori tipici sono: Blu: 28-180 mcd, Verde: 71-450 mcd, Arancione: 45-180 mcd. Il chip Verde generalmente mostra un'efficienza più alta.
• Angolo di Visione (2θ1/2):Tipicamente 130 gradi. Questo ampio angolo di visione indica una lente diffondente, che distribuisce la luce su un'ampia area piuttosto che in un fascio focalizzato, ideale per indicatori di stato pensati per essere visti da varie angolazioni.
• Tensione Diretta (VF):La caduta di tensione ai capi del LED quando conduce 20mA. Tipico/Max: Blu/Verde: 3.5V/3.8V; Arancione: 2.0V/2.4V. Questo è un parametro cruciale per la progettazione del driver. La VF più bassa del chip Arancione richiede diverse considerazioni sulla limitazione di corrente se i colori sono pilotati indipendentemente.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λp) & Lunghezza d'Onda Dominante (λd):λp è la lunghezza d'onda al punto più alto dello spettro di emissione. λd è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano. Valori tipici: Blu: λp=468nm, λd=470nm; Verde: λp=520nm, λd=525nm; Arancione: λp=611nm, λd=605nm. La differenza tra λp e λd è dovuta alla forma dello spettro di emissione e alla risposta fotopica dell'occhio.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):La larghezza dello spettro di emissione a metà della sua intensità massima. Tipico: Blu: 26nm, Verde: 35nm, Arancione: 17nm. Un Δλ più stretto, come si vede per l'Arancione, indica un colore spettralmente più puro.
• Corrente Inversa (IR):Massimo 10 µA a VR=5V. I LED non sono progettati per funzionare in polarizzazione inversa. Questo parametro di test indica una perdita molto piccola. Applicare una tensione inversa significativa danneggerà il dispositivo.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per gestire le variazioni naturali nella produzione dei semiconduttori, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano specifici requisiti di luminosità.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Il LTST-C19FD1WT utilizza un sistema di binning basato su lettere per l'intensità luminosa, con una tolleranza di +/-15% all'interno di ogni bin. I bin disponibili differiscono per colore a causa delle efficienze intrinseche dei materiali.

• Blu (InGaN):Bin N (28-45 mcd), P (45-71 mcd), Q (71-112 mcd), R (112-180 mcd).
• Verde (InGaN):Bin Q (71-112 mcd), R (112-180 mcd), S (180-280 mcd), T (280-450 mcd). Notare l'intervallo superiore più alto rispetto al Blu.
• Arancione (AlInGaP):Bin P (45-71 mcd), Q (71-112 mcd), R (112-180 mcd).

Quando si ordina, specificare il codice bin garantisce la coerenza della luminosità in una produzione. Ad esempio, specificare "Verde, Bin T" garantisce i chip verdi più luminosi disponibili per questo prodotto.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene la scheda tecnica faccia riferimento a curve tipiche, la loro interpretazione generale si basa sulla fisica standard del LED.

• Curva IV (Corrente vs. Tensione):La tensione diretta (VF) aumenta in modo logaritmico con la corrente. La curva per il chip Arancione (AlInGaP) avrà tipicamente una tensione di ginocchio più bassa (~1.8-2.0V) rispetto ai chip Blu/Verde (InGaN, ~3.0-3.2V). Oltre il ginocchio, la tensione aumenta in modo più lineare.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:L'intensità è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta fino alla corrente massima nominale. Tuttavia, l'efficienza (lumen per watt) spesso diminuisce 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 diminuisce con l'aumento della temperatura (coefficiente di temperatura negativo per VF).
• Distribuzione Spettrale:Ogni chip emette luce attraverso una stretta banda di lunghezze d'onda, con un picco a λp. Lo spettro dell'Arancione AlInGaP è tipicamente più stretto degli spettri InGaN per il Blu e il Verde.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Assegnazione dei Pin

Il dispositivo è conforme a un'impronta SMD standard del settore. Le dimensioni chiave includono un corpo di circa 3.2mm x 1.6mm con un'altezza di soli 0.55mm. L'assegnazione dei pin è fondamentale per il corretto orientamento: Pin 1: anodo Blu (InGaN), Pin 2: anodo Arancione (AlInGaP), Pin 3: anodo Verde (InGaN). I catodi per tutti e tre i chip sono collegati internamente al/i terminale/i rimanente/i. Il layout esatto dei pad deve essere seguito come mostrato nel diagramma "Recommend Printed Circuit Board Attachment Pad" della scheda tecnica per garantire una corretta saldatura e dissipazione termica.

5.2 Identificazione della Polarità

La polarità è tipicamente indicata da una marcatura sul package del LED, come un punto, un intaglio o uno spigolo smussato vicino al Pin 1. La serigrafia del PCB dovrebbe riflettere chiaramente questa marcatura per prevenire errori di montaggio. Una polarità errata impedirà l'accensione del LED e potrebbe sollecitare il dispositivo se un driver applica un'alta tensione inversa.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo è classificato per la saldatura a rifusione IR senza piombo (Pb-free). Il profilo consigliato include una zona di pre-riscaldamento (150-200°C), una rampa controllata fino a una temperatura di picco massima di 260°C e un tempo sopra il liquido (TAL) in cui la temperatura di picco è mantenuta per un massimo di 10 secondi. Il tempo totale di pre-riscaldamento non deve superare i 120 secondi. Questi parametri si basano sugli standard JEDEC per prevenire shock termici e danni al package epossidico e ai bond interni. Il profilo dovrebbe essere caratterizzato per l'assemblaggio specifico del PCB.

6.2 Conservazione e Manipolazione

• Precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica):Il LED è sensibile all'ESD. La manipolazione deve essere eseguita in una postazione di lavoro protetta da ESD utilizzando braccialetti a terra e schiuma conduttiva.
• Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL):Il dispositivo è classificato MSL 3. Quando la busta barriera all'umidità originale viene aperta, i componenti devono essere saldati entro 168 ore (1 settimana) dall'esposizione alle condizioni del piano di fabbrica (<30°C/60% UR). Se superato, è necessario un trattamento di baking a 60°C per almeno 20 ore per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" durante la rifusione.
• Conservazione a Lungo Termine:Le buste non aperte devono essere conservate a ≤30°C e ≤90% UR. I dispositivi aperti devono essere conservati in un armadio asciutto o in un contenitore sigillato con essiccante.

6.3 Pulizia

La pulizia post-saldatura, se necessaria, dovrebbe utilizzare solventi delicati a base di alcol come alcol isopropilico (IPA) o alcol etilico. L'immersione deve essere breve (meno di un minuto) a temperatura ambiente. Prodotti chimici aggressivi o non specificati possono danneggiare il materiale della lente o le marcature del package.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

Il LTST-C19FD1WT è fornito su nastro portacomponenti goffrato standard del settore su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Le dimensioni del nastro e della bobina sono conformi alle specifiche ANSI/EIA-481, garantendo la compatibilità con le attrezzature automatiche pick-and-place. Per quantità inferiori a una bobina intera, una quantità minima di imballaggio di 1000 pezzi è tipica per i residui.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Circuiti di Applicazione Tipici

Ogni chip di colore deve essere pilotato indipendentemente con il proprio resistore limitatore di corrente o driver a corrente costante. Il valore del resistore (R) si calcola usando la Legge di Ohm: R = (Vsupply - VF_LED) / IF. Ad esempio, pilotando il LED Blu da un'alimentazione di 5V con un IF target di 20mA e una VF tipica di 3.5V: R = (5V - 3.5V) / 0.02A = 75 Ohm. Un resistore standard da 75Ω o 82Ω sarebbe adatto. La potenza nominale del resistore dovrebbe essere almeno I²R = (0.02)² * 75 = 0.03W, quindi un resistore da 1/10W (0.1W) è sufficiente. Microcontrollori o IC driver LED dedicati possono essere utilizzati per la regolazione PWM (Pulse Width Modulation) o la miscelazione dinamica dei colori.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, garantire un'adeguata area di rame sul PCB attorno ai pad del LED aiuta a condurre il calore lontano dalla giunzione, mantenendo luminosità e longevità.
• Corrispondenza delle Correnti:Per una luminosità apparente uniforme quando più colori sono accesi simultaneamente, è necessario considerare le diverse intensità luminose e la sensibilità dell'occhio umano (risposta fotopica). Le correnti di pilotaggio potrebbero dover essere regolate indipendentemente (ad esempio, corrente più bassa per il chip Verde più luminoso) per ottenere luce bianca bilanciata o altre mescolanze di colore.
• Protezione dalla Tensione Inversa:Nei circuiti in cui il LED potrebbe essere esposto a polarizzazione inversa (ad esempio, in array multiplexati), è consigliabile un diodo in parallelo a ciascuna stringa di LED per proteggere i dispositivi.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il differenziatore chiave del LTST-C19FD1WT è la sua capacità "a colori completi" in un package ultra sottile di 0.55mm. Rispetto all'uso di tre LED a singolo colore separati 0603 o 0402, questa soluzione integrata offre un significativo risparmio di spazio, un pick-and-place semplificato (un componente vs. tre) e potenzialmente una migliore miscelazione dei colori grazie alla vicinanza delle sorgenti luminose. L'uso di InGaN per blu/verde e AlInGaP per l'arancione fornisce alta efficienza e una buona saturazione del colore su tutto lo spettro. Soluzioni alternative potrebbero utilizzare un LED bianco con filtri colore o un package RGB dedicato, che potrebbero essere più spessi o avere requisiti di tensione di pilotaggio diversi.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Posso pilotare tutti e tre i colori contemporaneamente per creare luce bianca?

Sì, pilotando i chip Rosso (Arancione), Verde e Blu con rapporti di corrente appropriati, è possibile miscelare la luce per creare vari colori, incluso il bianco. Tuttavia, la specifica lunghezza d'onda arancione (dominante 605-611nm) non è un rosso profondo, quindi il "bianco" risultante potrebbe avere una tonalità leggermente calda o una gamma di colori limitata rispetto a un LED che utilizza un chip rosso vero. Ottenere un punto bianco specifico (es. D65) richiede un controllo preciso della corrente e può coinvolgere la calibrazione.

10.2 Perché la corrente diretta massima è diversa per il chip Arancione?

Il chip Arancione utilizza la tecnologia semiconduttore AlInGaP, mentre il Blu e il Verde utilizzano InGaN. Questi diversi sistemi di materiali hanno differenze intrinseche nella gestione della densità di corrente, nell'efficienza interna e nelle caratteristiche termiche, portando il produttore a specificare una corrente continua sicura più alta (30mA vs. 20mA) per il chip Arancione sotto gli stessi vincoli termici del package.

10.3 Cosa succede se supero la specifica di rifusione di 260°C per 10 secondi?

Superare il profilo termico consigliato può causare molteplici guasti: delaminazione del package epossidico, rottura del die di silicio o del substrato, degrado del fosforo (se presente) o guasto dei bond interni dei fili d'oro. Ciò probabilmente comporterà un guasto immediato (nessuna emissione di luce) o un'affidabilità a lungo termine significativamente ridotta.

11. Esempio Pratico di Utilizzo

Scenario: Indicatore di Stato Multifunzione per un Router di Rete.Un singolo LTST-C19FD1WT può sostituire tre LED separati per indicare l'alimentazione (Arancione fisso), l'attività di rete (Verde lampeggiante) e lo stato di errore (Blu lampeggiante). I pin GPIO di un microcontrollore, ciascuno con una resistenza limitatrice di corrente in serie calcolata come nella sezione 8.1, controllano indipendentemente ogni colore. L'ampio angolo di visione di 130 gradi garantisce che l'indicatore sia visibile da qualsiasi punto della stanza. Il profilo ultra sottile gli consente di adattarsi dietro un bordo del pannello sottile. Utilizzando il PWM sul microcontrollore, la luminosità di ogni colore può essere regolata per una visibilità ottimale in diverse condizioni di illuminazione ambientale.

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 del materiale di tipo n si ricombinano con le lacune del materiale di tipo p, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dal bandgap del materiale semiconduttore. Il LTST-C19FD1WT utilizza due sistemi di materiali: Nitruro di Gallio e Indio (InGaN) per i chip blu e verde, che ha un bandgap più ampio, e Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP) per il chip arancione, che ha un bandgap più stretto corrispondente a lunghezze d'onda più lunghe (rosso/arancione). La lente bianca diffondente incapsula i chip, fornendo protezione meccanica, modellando il fascio luminoso in uscita e miscelando i colori quando più chip sono attivi.

13. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo di LED SMD come il LTST-C19FD1WT segue le tendenze più ampie dell'optoelettronica: maggiore integrazione, miniaturizzazione ed efficienza. Le future iterazioni potrebbero presentare package ancora più sottili, un'efficacia luminosa più alta (più luce emessa per watt) e indici di resa cromatica (CRI) migliorati per applicazioni a luce bianca mista. C'è anche una tendenza verso tolleranze di binning più strette per fornire colore e luminosità più consistenti per applicazioni di display di fascia alta. La spinta verso un funzionamento a tensione più bassa per essere compatibile con la logica digitale a basso consumo avanzata (es. sistemi a 1.8V o 3.3V) è un'altra area di sviluppo in corso.