Scheda Tecnica LED SMD Arancione LTST-C150KFKT - Pacchetto EIA - 20mA - 90mcd - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-C150KFKT è un LED ad alta luminosità per montaggio superficiale, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono un'illuminazione indicatrice arancione affidabile ed efficiente. Utilizza un chip semiconduttore avanzato in AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), noto per produrre un'elevata intensità luminosa con buona efficienza nello spettro arancione-rosso. Questo componente è confezionato in un formato standard conforme EIA, rendendolo compatibile con i sistemi di assemblaggio automatico pick-and-place comunemente utilizzati nella produzione di grandi volumi. Il dispositivo è fornito su nastro da 8mm montato su bobine da 7 pollici di diametro, facilitando la movimentazione e la lavorazione efficienti.

I suoi obiettivi progettuali primari sono fornire prestazioni ottiche costanti, compatibilità con i processi di saldatura senza piombo (Pb-free) e l'aderenza a standard ambientali come la RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose). Il materiale della lente "Water Clear" (trasparente) consente l'emissione del colore intrinseco del chip senza significativa diffusione o alterazione cromatica, risultando in un'emissione arancione satura.

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 o vicino ad essi non è garantito e dovrebbe essere evitato per prestazioni affidabili a lungo termine.

• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW. Questa è la potenza totale massima che il package può dissipare come calore a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Superare questo limite rischia di surriscaldare la giunzione del semiconduttore.
• Corrente Diretta Continua (IF):30 mA. La massima corrente diretta continua che può essere applicata.
• Corrente Diretta di Picco:80 mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms) per gestire brevi sovracorrenti.
• Fattore di Derating:0.4 mA/°C sopra i 25°C. Per ogni grado Celsius di aumento della temperatura ambiente oltre i 25°C, la corrente diretta continua massima ammissibile deve essere ridotta di 0.4 mA per prevenire stress termico eccessivo.
• Tensione Inversa (VR):5 V. Applicare una tensione inversa maggiore di questa può causare rottura e guasto.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Conservazione:-55°C a +85°C. Il dispositivo può funzionare ed essere conservato in questo intervallo completo.
• Tolleranza alla Temperatura di Saldatura:Il dispositivo può resistere alla saldatura a onda o a infrarossi a 260°C per 5 secondi e alla saldatura in fase di vapore a 215°C per 3 minuti.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a Ta=25°C e una IF di 20mA, che è la condizione di prova standard.

• Intensità Luminosa (Iv):45.0 mcd (Min), 90.0 mcd (Tip). Questa è l'emissione luminosa misurata in millicandele. Il valore è misurato utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta fotopica (dell'occhio umano) CIE.
• Angolo di Visione (2θ1/2):130° (Tip). Questo ampio angolo di visione indica che la luce è emessa in un ampio pattern simile a Lambert, adatto per applicazioni che richiedono ampia visibilità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λP):611 nm (Tip). La specifica lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale è più forte.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):605 nm (Tip). Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che definisce il colore del LED, derivata dal diagramma di cromaticità CIE.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):17 nm (Tip). Questo indica la purezza spettrale; una larghezza più stretta significa un'emissione più monocromatica (colore puro).
• Tensione Diretta (VF):2.0V (Min), 2.4V (Tip) a IF=20mA. La caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. Questo è fondamentale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (IR):10 µA (Max) a VR=5V. Una piccola corrente di dispersione quando il dispositivo è polarizzato inversamente.
• Capacità (C):40 pF (Tip) a VF=0V, f=1MHz. La capacità di giunzione, che può essere rilevante in applicazioni di commutazione ad alta velocità.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

L'intensità luminosa dei LED può variare da lotto a lotto. Per garantire coerenza all'utente finale, i prodotti vengono suddivisi in "bin" in base alle prestazioni misurate. Per il LTST-C150KFKT, il binning primario riguarda l'intensità luminosa a 20mA.

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

A ogni bin di intensità viene applicata una tolleranza di +/-15%. Quando si progetta un sistema in cui l'uniformità della luminosità è critica (ad es., display multi-LED o retroilluminazioni), specificare un singolo codice bin o comprendere l'intervallo del bin è essenziale per evitare disallineamenti visibili della luminosità.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene grafici specifici siano referenziati nella scheda tecnica (Fig.1, Fig.6), le loro caratteristiche implicite sono standard per i LED AlInGaP e cruciali per la progettazione.

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

La relazione è esponenziale. Un piccolo aumento della tensione oltre la soglia di accensione (~1.8V) provoca un grande aumento della corrente. Questo è il motivo per cui i LED devono essere pilotati da una sorgente a corrente limitata, non da una sorgente a tensione costante, per prevenire la fuga termica e la distruzione.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'emissione luminosa è generalmente proporzionale alla corrente diretta entro l'intervallo di funzionamento. Tuttavia, l'efficienza (lumen per watt) tipicamente raggiunge il picco a una corrente inferiore al valore massimo nominale e diminuisce a correnti più elevate a causa dell'aumento del calore.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

L'intensità luminosa e la tensione diretta dipendono dalla temperatura. All'aumentare della temperatura di giunzione:

• L'Intensità Luminosa Diminuisce:L'emissione può calare significativamente, un fattore che deve essere considerato nella gestione termica.
• La Tensione Diretta Diminuisce:La VF ha un coefficiente di temperatura negativo (tipicamente circa -2 mV/°C per AlInGaP). Questo può influenzare la corrente in un semplice circuito limitato da resistore se la temperatura ambiente varia ampiamente.

4.4 Distribuzione Spettrale

La curva di emissione spettrale sarà centrata attorno al picco di 611 nm. La larghezza a mezza altezza di 17 nm indica uno spettro relativamente stretto, caratteristico dei semiconduttori a gap diretto come l'AlInGaP, risultando in un colore arancione puro.

5. Informazioni Meccaniche e di Packaging

Il dispositivo è conforme a un profilo standard di package per montaggio superficiale EIA. Note dimensionali chiave includono:

• Tutte le dimensioni primarie sono in millimetri.Si applica una tolleranza standard di ±0.10 mm salvo diversa specificazione.

La scheda tecnica include disegni dimensionati dettagliati per il corpo del LED, essenziali per creare l'impronta PCB (land pattern). Viene fornito anche un layout suggerito per i pad di saldatura per garantire un giunto saldato affidabile e un corretto allineamento durante la rifusione. La polarità è indicata da un segno del catodo sul dispositivo, tipicamente una tacca, una linea verde o un altro indicatore visivo su un lato del package.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profili di Rifusione (Reflow)

La scheda tecnica fornisce due profili di rifusione a infrarossi (IR) suggeriti:

1. Per Processo Normale:Un profilo standard adatto per saldatura stagno-piombo (SnPb).
2. Per Processo Senza Piombo (Pb-Free):Un profilo ottimizzato per paste saldanti senza piombo come SAC (Sn-Ag-Cu). Questo profilo ha tipicamente una temperatura di picco più alta (fino a 260°C) per adattarsi al punto di fusione più alto delle leghe senza piombo. Il tempo sopra il liquido (TAL) e le velocità di rampa sono critici per prevenire shock termici e garantire una corretta formazione del giunto saldato senza danneggiare il package in epossidico del LED.

6.2 Condizioni di Conservazione

I LED sono dispositivi sensibili all'umidità. L'esposizione prolungata all'umidità ambientale può portare al fenomeno del "popcorning" (crepe nel package) durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura a causa della rapida vaporizzazione dell'umidità assorbita.

• Conservazione Raccomandata:Non superiore a 30°C e 70% di umidità relativa.
• Tempo Fuori dalla Busta:Se rimossi dalla busta barriera all'umidità originale, i LED dovrebbero essere rifusi entro una settimana.
• Conservazione Prolungata / Essiccazione (Baking):Per conservazione oltre una settimana fuori dall'imballaggio originale, conservare in un contenitore sigillato con essiccante o in atmosfera di azoto. I LED conservati in questo modo per oltre una settimana dovrebbero essere essiccati a circa 60°C per almeno 24 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità.

6.3 Pulizia

Dovrebbero essere utilizzati solo agenti di pulizia specificati. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare la lente in epossidico o il package. Se la pulizia è necessaria dopo la saldatura, si raccomanda l'immersione in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto.

7. Packaging e Informazioni per l'Ordine

Il prodotto è fornito in imballaggio standard industriale per l'assemblaggio automatico:

• Nastro e Bobina:Nastro portante goffrato da 8mm di larghezza.
• Dimensione Bobina:Diametro 7 pollici.
• Quantità per Bobina:3000 pezzi.
• Quantità Minima d'Ordine (MOQ):500 pezzi per quantità residue.
• Standard di Imballaggio:Conforme alle specifiche ANSI/EIA-481-1-A-1994. Le tasche vuote nel nastro sono sigillate con nastro coprente.

Il numero di parte LTST-C150KFKT segue un tipico sistema di codifica del produttore in cui gli elementi indicano probabilmente serie, colore, bin di intensità, tipo di lente e imballaggio.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED è adatto per un'ampia gamma di applicazioni che richiedono indicazione di stato arancione, retroilluminazione o illuminazione decorativa, inclusi:

• Elettronica di consumo (apparecchi audio/video, elettrodomestici).
• Pannelli di controllo industriali e strumentazione.
• Illuminazione interna automobilistica (non critica).
• Insegne e illuminazione decorativa.
• Luci indicatrici generiche su PCB.

Nota Importante:La scheda tecnica dichiara esplicitamente che questo LED è destinato a "apparecchiature elettroniche ordinarie". Per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale dove un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute (aviazione, medicale, sistemi di sicurezza dei trasporti), è necessaria la consultazione con il produttore prima dell'integrazione nel progetto.

8.2 Considerazioni Progettuali e Configurazione del Circuito

Metodo di Pilotaggio:I LED sono dispositivi pilotati a corrente. La regola progettuale più critica è controllare la corrente diretta.

• Circuito Raccomandato (Circuito A):Utilizzare un resistore limitatore di corrente in serie per ogni LED. Questo è essenziale quando si collegano più LED in parallelo, poiché compensa le variazioni naturali nella tensione diretta (VF) dei singoli LED. Senza resistori individuali, i LED con una VF leggermente inferiore assorbiranno una quantità di corrente sproporzionatamente maggiore, portando a luminosità non uniforme e potenziale guasto per sovracorrente.
• Circuito Non Raccomandato (Circuito B):Collegare più LED direttamente in parallelo con un singolo resistore limitatore di corrente condiviso è sconsigliato a causa del rischio di "accaparramento" di corrente descritto sopra.

Il valore del resistore in serie (R) si calcola utilizzando la Legge di Ohm: R = (V_alimentazione - VF_LED) / I_desiderata. Utilizzare sempre la VF tipica o massima dalla scheda tecnica per un progetto conservativo.

8.3 Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche. L'ESD può causare danni latenti o catastrofici, manifestandosi come elevata corrente di dispersione inversa, bassa tensione diretta o mancata accensione a basse correnti.

Le misure di prevenzione includono:

• Utilizzare braccialetti conduttivi o guanti antistatici durante la manipolazione.
• Assicurarsi che tutte le postazioni di lavoro, le attrezzature e i supporti di stoccaggio siano correttamente messi a terra.
• Utilizzare ionizzatori per neutralizzare la carica statica che può accumularsi sulla lente di plastica.

Per testare potenziali danni da ESD, verificare se il LED si accende e misurare la sua VF a una bassa corrente di prova (ad es., 1-5mA). Letture anomale indicano possibili danni.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

I principali fattori di differenziazione del LTST-C150KFKT sono radicati nel suo sistema di materiali e nel design del package:

• Tecnologia del Chip AlInGaP:Rispetto a tecnologie più vecchie come il GaAsP standard, l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa e una luminosità significativamente maggiori, una migliore stabilità termica e una durata operativa più lunga. Questo lo rende superiore per applicazioni che richiedono alta visibilità e affidabilità.
• Lente "Water Clear" (Trasparente):Fornisce un colore più saturo e vivido rispetto a lenti diffuse o colorate, che disperdono la luce e possono attenuare la purezza del colore. Questo è ideale per applicazioni in cui la definizione del colore è importante.
• Conformità Senza Piombo (Pb-Free) e RoHS:Soddisfa le moderne normative ambientali, un requisito obbligatorio per la maggior parte dell'elettronica venduta oggi.
• Ampio Angolo di Visione (130°):Offre un'eccellente visibilità fuori asse, vantaggiosa per indicatori su pannelli che devono essere visti da varie angolazioni.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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

La Lunghezza d'Onda di Picco (λP)è la lunghezza d'onda fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica, misurata direttamente dallo spettro.La Lunghezza d'Onda Dominante (λd)è un valore calcolato basato sulla percezione del colore umana (grafico CIE) che meglio rappresenta il singolo colore che vediamo. Per LED monocromatici come questo arancione, sono spesso vicine, ma λd è il parametro più rilevante per la specifica del colore nella progettazione.

10.2 Perché viene utilizzata una corrente di prova di 20mA?

20mA è storicamente una corrente di pilotaggio standard per molti LED a piccolo segnale, fornendo un buon equilibrio tra luminosità, efficienza e dissipazione di potenza. Serve come punto di riferimento comune per confrontare diversi modelli di LED. La tua applicazione può utilizzare una corrente diversa, ma tutti i parametri di prestazione (Iv, VF) si scaleranno di conseguenza, e devi rimanere entro i Valori Massimi Assoluti.

10.3 Come scelgo il bin di intensità giusto?

Seleziona un bin in base ai requisiti di luminosità della tua applicazione e alla tolleranza di uniformità. Per un singolo indicatore, qualsiasi bin può essere sufficiente. Per un array in cui tutti i LED devono apparire ugualmente luminosi, dovresti specificare un singolo bin stretto (ad es., Bin Q) e potenzialmente implementare una diffusione ottica per mascherare le minori variazioni residue.

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

No, non direttamente.Un pin GPIO di un microcontrollore è una sorgente di tensione, non una sorgente di corrente, e tipicamente non può fornire una corrente costante di 20mA mantenendo la sua tensione di uscita. Ancora più importante, non fornisce protezione contro il coefficiente di temperatura negativo del LED. Tudeviutilizzare un resistore limitatore di corrente in serie come descritto nella Sezione 8.2. Il valore del resistore per un'alimentazione di 3.3V e un obiettivo di 20mA sarebbe circa (3.3V - 2.4V) / 0.02A = 45 Ohm. Un resistore standard da 47 Ohm sarebbe una scelta adatta.

11. Caso di Studio Pratico: Progettazione e Utilizzo

Scenario:Progettazione di un pannello indicatore di stato per un'apparecchiatura industriale che richiede tre LED arancioni luminosi e uniformi per segnalare "Sistema Attivo".

1. Selezione del Componente:Il LTST-C150KFKT è scelto per la sua alta luminosità (fino a 280mcd nel Bin S), il colore arancione e il package SMD adatto all'assemblaggio automatico.
2. Progettazione del Circuito:Il bus di alimentazione del sistema è a 5V. Per garantire uniformità di luminosità, vengono utilizzati tre circuiti di pilotaggio identici, uno per ogni LED. Utilizzando la VF tipica di 2.4V e una corrente di progetto di 20mA, il valore del resistore in serie è calcolato: R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 Ohm. Viene selezionato il valore standard più vicino di 130 o 120 Ohm. La potenza nominale del resistore è (5V-2.4V)*0.02A = 0.052W, quindi un resistore standard da 1/8W (0.125W) è più che sufficiente.
3. Layout PCB:Vengono utilizzate le dimensioni suggerite dal produttore per i pad di saldatura dalla scheda tecnica per creare l'impronta PCB. Viene mantenuta un'adeguata spaziatura tra i LED per la dissipazione del calore.
4. Considerazione Termica:Il pannello è all'interno di un contenitore. Per mitigare l'aumento di temperatura, che ridurrebbe l'emissione luminosa, vengono posizionati piccoli via di sfiato termico vicino ai pad del LED per condurre il calore verso altri strati del PCB, e il contenitore ha ventilazione.
5. Approvvigionamento:Per garantire uniformità visiva, l'ordine di acquisto specifica "Codice Bin S" per tutte le 3.000 unità richieste per la produzione.

12. Principio di Funzionamento

L'emissione di luce nel LTST-C150KFKT si basa sull'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttrice realizzata con materiali AlInGaP. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore, rilasciano energia. In un materiale a gap diretto come l'AlInGaP, questa energia viene rilasciata principalmente sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del gap del materiale semiconduttore, progettata durante il processo di crescita del cristallo per essere circa 2.03 eV, corrispondente alla luce arancione intorno a 611 nm. L'incapsulante epossidico "Water Clear" protegge il chip, fornisce stabilità meccanica e funge da lente per modellare il fascio luminoso in uscita.

13. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo della tecnologia LED continua a concentrarsi su diverse aree chiave rilevanti per componenti come il LTST-C150KFKT:

• Aumento dell'Efficienza (lm/W):La ricerca in corso nella scienza dei materiali mira a ridurre la ricombinazione non radiativa e a migliorare l'estrazione della luce dal chip, portando a LED più luminosi a parità di corrente o alla stessa luminosità a potenza inferiore.
• Migliorata Coerenza del Colore e Binning:I progressi nella crescita epitassiale e nel controllo del processo produttivo portano a distribuzioni di parametri più strette, riducendo la necessità di un ampio binning e fornendo prestazioni più consistenti direttamente dalla produzione.
• Miniaturizzazione:La spinta verso dispositivi elettronici più piccoli richiede LED con impronte di package sempre più ridotte mantenendo o migliorando l'emissione ottica.
• Maggiore Affidabilità e Durata:I miglioramenti nei materiali di incapsulamento (epossidici, siliconici) e nelle tecniche di attacco del die migliorano la resistenza ai cicli termici, all'umidità e ad altri stress ambientali, estendendo la durata operativa.
• Integrazione:Una tendenza verso l'integrazione di più chip LED (ad es., RGB), circuiti di controllo o persino driver in un singolo package per semplificare la progettazione dell'utente finale e ridurre lo spazio sul PCB.

Componenti come il LTST-C150KFKT rappresentano un punto maturo e ottimizzato in questa evoluzione, offrendo una soluzione affidabile e ad alte prestazioni per applicazioni indicatrici standard.