Scheda Tecnica LED SMD Arancione LTST-M670KFKT - AlInGaP - Angolo di Visione 120° - 20mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD). Il dispositivo è un LED arancione che utilizza un materiale semiconduttore in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) come sorgente luminosa, racchiuso in un package con lente trasparente. È progettato per processi di assemblaggio automatizzati ed è compatibile con le tecniche di saldatura a rifusione a infrarossi, rendendolo adatto per la produzione su larga scala su circuiti stampati (PCB). Il prodotto è conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), classificandolo come prodotto ecologico.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questo LED includono la compatibilità con le attrezzature automatiche pick-and-place, che semplifica la produzione, e la qualifica per i profili di saldatura a rifusione a infrarossi senza piombo, allineandosi con gli standard ambientali e produttivi moderni. Il suo package standard EIA (Electronic Industries Alliance) garantisce la compatibilità meccanica con i sistemi di posizionamento standard del settore. Il dispositivo è anche descritto come compatibile con I.C. (Circuiti Integrati), indicando che le sue caratteristiche di pilotaggio sono adatte per l'interfacciamento diretto con le uscite tipiche a livello logico. Le applicazioni target sono ampie, comprendendo apparecchiature elettroniche generali dove è richiesta un'illuminazione indicatrice affidabile.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Dissipazione di Potenza (Pd):72 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare come calore senza superare i suoi limiti termici.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):80 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms) per prevenire il surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua (IF):30 mA. Questa è la massima corrente diretta continua che può essere applicata al LED in condizioni stazionarie.
• Tensione Inversa (VR):5 V. Applicare una tensione superiore a questo valore in direzione inversa può causare la rottura e danneggiare la giunzione del LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento:-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale è garantito che il dispositivo operi entro i suoi parametri specificati.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-40°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per la conservazione sicura quando il dispositivo non è alimentato.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a Ta=25°C e una corrente di prova (IF) di 20 mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da un minimo di 140 mcd a un massimo tipico di 450 mcd. Questa misura la luminosità percepita del LED dall'occhio umano, utilizzando un filtro che approssima la curva di risposta fotopica CIE.
• Angolo di Visione (2θ1/2):120 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore misurato sull'asse centrale (0°). Un angolo di 120° indica un pattern di visione ampio.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λP):611 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita del LED è al massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):Varia da 600 nm a 612 nm. Questa è derivata dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda che meglio descrive il colore percepito della luce. È il parametro chiave per la specifica del colore.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):17 nm. Questa è la larghezza dello spettro di emissione a metà della sua potenza massima (Full Width at Half Maximum - FWHM). Un valore di 17nm è tipico per un LED arancione AlInGaP, indicando un colore relativamente puro.
• Tensione Diretta (VF):Varia da 1.8 V a 2.4 V a IF=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando conduce corrente.
• Corrente Inversa (IR):Massimo di 10 μA a VR=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando viene applicata la tensione inversa specificata.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano requisiti specifici per colore e prestazioni elettriche.

3.1 Binning della Tensione Diretta (Unità: V @20mA)

I LED sono categorizzati in base alla loro caduta di tensione diretta:
Codice Bin D2: 1.8V (Min) a 2.0V (Max)
Codice Bin D3: 2.0V (Min) a 2.2V (Max)
Codice Bin D4: 2.2V (Min) a 2.4V (Max)
La tolleranza su ogni bin è +/-0.1V.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (Unità: mcd @20mA)

I LED sono suddivisi in base alla loro luminosità in uscita:
Codice Bin R2: 140.0 a 180.0 mcd
Codice Bin S1: 180.0 a 224.0 mcd
Codice Bin S2: 224.0 a 280.0 mcd
Codice Bin T1: 280.0 a 355.0 mcd
Codice Bin T2: 355.0 a 450.0 mcd
La tolleranza su ogni bin è +/-11%.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (Unità: nm @20mA)

I LED sono classificati in base al loro colore preciso (lunghezza d'onda dominante):
Codice Bin P: 600.0 a 603.0 nm
Codice Bin Q: 603.0 a 606.0 nm
Codice Bin R: 606.0 a 609.0 nm
Codice Bin S: 609.0 a 612.0 nm
La tolleranza per ogni bin è +/- 1nm.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

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

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

La curva I-V per un LED è esponenziale. Per l'intervallo di tensione diretta specificato di 1.8V a 2.4V a 20mA, i progettisti possono aspettarsi che il punto di lavoro rientri in questa finestra. La curva aiuta nella selezione di resistori limitatori di corrente appropriati e nella comprensione dei requisiti di tensione del circuito di pilotaggio.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questa curva mostra tipicamente che l'intensità luminosa aumenta con la corrente diretta, ma non necessariamente in modo lineare, specialmente quando la corrente si avvicina al valore massimo nominale. È cruciale per determinare la corrente di pilotaggio necessaria per ottenere un livello di luminosità desiderato.

4.3 Caratteristiche di Temperatura

Le prestazioni del LED dipendono dalla temperatura. Tipicamente, la tensione diretta diminuisce con l'aumentare della temperatura di giunzione, mentre l'intensità luminosa diminuisce anch'essa. Comprendere queste curve è vitale per le applicazioni che operano nell'intero intervallo da -40°C a +85°C per garantire prestazioni consistenti.

4.4 Distribuzione Spettrale

La curva di emissione spettrale mostra l'intensità della luce emessa attraverso diverse lunghezze d'onda, centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco di 611nm con una larghezza a metà altezza di 17nm. Questo definisce la purezza del colore della luce arancione.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni del Package del Dispositivo

Il LED è fornito in un package SMD standard. La scheda tecnica include un disegno dimensionale dettagliato con tutte le misure critiche in millimetri (e pollici). Le dimensioni chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza del corpo, la spaziatura dei terminali e le raccomandazioni per i pad. Le tolleranze sono tipicamente ±0.2mm salvo diversa specifica. Questa informazione è critica per il design del land pattern sul PCB.

5.2 Identificazione della Polarità

I LED SMD devono essere orientati correttamente sul PCB. Il disegno nella scheda tecnica indica i terminali del catodo (negativo) e dell'anodo (positivo), spesso attraverso una marcatura sul corpo del package o una caratteristica asimmetrica.

5.3 Imballaggio in Nastro e Bobina

Per l'assemblaggio automatizzato, i LED sono forniti su nastro portante goffrato e bobine.
Dimensioni del Nastro:Vengono fornite la larghezza del nastro, le dimensioni delle tasche e le specifiche del nastro di copertura per garantire la compatibilità con gli alimentatori.
Specifiche della Bobina:I LED sono confezionati su bobine di diametro 7 pollici (178mm). Ogni bobina contiene 2000 pezzi. La quantità minima di imballaggio per i pezzi rimanenti è di 500 pezzi. L'imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481. Le note specificano che le tasche vuote sono sigillate ed è consentito un massimo di due componenti mancanti consecutivi.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione a Infrarossi

Il dispositivo è compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi. Viene fornito un profilo suggerito conforme a J-STD-020B per la saldatura senza piombo. I parametri chiave di questo profilo includono:
Preriscaldamento:150-200°C.
Tempo di Preriscaldamento:Massimo 120 secondi.
Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
Tempo Sopra il Liquido:Critico per la corretta formazione del giunto di saldatura (tempo specifico ricavato dalla curva del profilo a pagina 3).
Il profilo è un obiettivo generico; i profili finali a livello scheda dovrebbero essere caratterizzati in base al design specifico del PCB, alla pasta saldante e al forno utilizzato.

6.2 Saldatura Manuale (Saldatore)

Se è necessaria la saldatura manuale, si applicano i seguenti limiti:
Temperatura del Saldatore:Massimo 300°C.
Tempo di Saldatura:Massimo 3 secondi per giunto.
La saldatura manuale dovrebbe essere eseguita una sola volta per evitare stress termico.

6.3 Pulizia

Se è richiesta la pulizia dopo la saldatura, dovrebbero essere utilizzati solo solventi specificati. Si raccomanda di immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare il package.

6.4 Condizioni di Conservazione

Una corretta conservazione è essenziale per mantenere la saldabilità, specialmente per i componenti sensibili all'umidità.
Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione è di un anno quando conservato nella busta originale anti-umidità con essiccante.
Confezione Aperta:Per i componenti rimossi dalla loro busta sigillata, l'ambiente di conservazione non dovrebbe superare i 30°C e il 60% di UR. Si raccomanda di completare la saldatura a rifusione IR entro 168 ore (7 giorni) dall'esposizione. Per conservazioni più lunghe, i componenti dovrebbero essere tenuti in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto. I componenti esposti per più di 168 ore dovrebbero essere sottoposti a baking a circa 60°C per almeno 48 ore prima dell'assemblaggio per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'\"effetto popcorn\" durante la rifusione.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Il metodo di pilotaggio più comune è l'uso di un resistore limitatore di corrente in serie. Il valore del resistore (R) è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (Vcc - VF) / IF, dove Vcc è la tensione di alimentazione, VF è la tensione diretta del LED (utilizzare il valore massimo dal bin o dalla scheda tecnica per affidabilità), e IF è la corrente diretta desiderata (es. 20mA). Per più LED, collegarli in serie garantisce una corrente identica attraverso ciascuno, promuovendo una luminosità uniforme. Il collegamento in parallelo non è raccomandato senza resistori individuali, poiché lievi variazioni in VF possono causare uno squilibrio significativo della corrente.

7.2 Progetto dei Pad PCB (Land Pattern)

La scheda tecnica fornisce un layout di pad raccomandato per la saldatura a rifusione a infrarossi o a fase di vapore. Seguire questa raccomandazione è cruciale per ottenere giunti di saldatura affidabili, un corretto allineamento e minimizzare l'effetto tomba. Il design del pad tiene conto della massa termica e del volume di saldatura.

7.3 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia relativamente bassa (72mW max), un corretto design termico sul PCB può aiutare a mantenere temperature di giunzione più basse, il che migliora l'efficienza luminosa e l'affidabilità a lungo termine. Ciò può comportare l'uso di via termiche o assicurare un'adeguata area di rame collegata ai pad del LED.

7.4 Ambito Applicativo e Precauzioni

Il LED è destinato all'uso in apparecchiature elettroniche ordinarie come apparecchiature per ufficio, dispositivi di comunicazione ed elettrodomestici. Per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale dove un guasto potrebbe mettere in pericolo la vita o la salute (es. aviazione, sistemi medici, dispositivi di sicurezza), è necessaria una consultazione e qualifica specifica prima dell'uso.

8. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Questo LED arancione AlInGaP offre vantaggi specifici. Rispetto alle tecnologie più vecchie, l'AlInGaP fornisce una maggiore efficienza e una migliore stabilità del colore nel tempo e con la temperatura. L'angolo di visione di 120 gradi è notevolmente ampio per un LED indicatore SMD, fornendo una buona visibilità da posizioni fuori asse. La sua compatibilità con i profili standard di rifusione IR per saldatura senza piombo lo rende una scelta moderna ed ecologica adatta alle linee di produzione contemporanee. La struttura di binning completa consente una selezione precisa in base alle esigenze di colore e luminosità, il che è fondamentale per applicazioni che richiedono coerenza visiva tra più indicatori.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: A quale corrente devo pilotare questo LED?
R: La condizione di prova tipica è 20mA, e la corrente continua massima è 30mA. Per un uso generale come indicatore e una buona longevità, pilotare a 20mA è standard. Utilizzare sempre un resistore limitatore di corrente in serie.

D: Come interpreto il valore di intensità luminosa?
R: L'intensità luminosa (mcd) è una misura della luminosità in una direzione specifica. L'intervallo 140-450 mcd a 20mA, combinato con l'angolo di visione di 120°, significa che apparirà luminoso se visto sull'asse e rimarrà visibile su un'ampia area.

D: Posso usare questo LED all'aperto?
R: L'intervallo di temperatura di funzionamento da -40°C a +85°C suggerisce che può resistere a un'ampia gamma di condizioni ambientali. Tuttavia, il package non è specificamente classificato per impermeabilità o resistenza ai raggi UV. Per uso esterno, sarebbe necessaria una protezione ambientale aggiuntiva (rivestimento conformale, custodie).

D: Perché la condizione di conservazione è così importante?
R: I package SMD possono assorbire umidità dall'aria. Se un componente umido è sottoposto alle alte temperature della saldatura a rifusione, la rapida vaporizzazione dell'umidità può causare delaminazione interna o crepe (\"effetto popcorn\"), portando al guasto. Rispettare le linee guida di conservazione e baking previene ciò.

10. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore di stato per un router di rete.
Il pannello richiede più LED arancioni per indicare diversi stati di collegamento e attività. Un colore e una luminosità uniformi sono importanti per l'esperienza utente.
Passaggi di Progetto:
1. Selezione del Binning:Specificare i bin per la lunghezza d'onda dominante (es. Bin R: 606-609nm) e l'intensità luminosa (es. Bin T1: 280-355 mcd) per garantire che tutti i LED sul pannello appaiano identici.
2. Progetto del Circuito:L'alimentazione logica del router è 3.3V. Utilizzando la VF massima di 2.4V (dal Bin D4) e un IF target di 20mA, calcolare il resistore in serie: R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 Ohm. Verrebbe utilizzato un resistore standard da 47 ohm.
3. Layout PCB:Utilizzare le dimensioni dei pad raccomandate dalla scheda tecnica. Posizionare i LED con una spaziatura sufficiente per il largo angolo di visione di 120° per prevenire il crosstalk ottico.
4. Assemblaggio:Assicurarsi che la fabbrica segua il profilo di rifusione J-STD-020B fornito. Verificare che i componenti provenienti da bobine aperte siano utilizzati entro 168 ore o siano sottoposti a baking correttamente.
5. Risultato:Un pannello con indicatori arancioni luminosi in modo consistente e di colore uniforme, chiaramente visibili da un'ampia gamma di angolazioni.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

I diodi a emissione luminosa sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce attraverso l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, gli elettroni del materiale di tipo n si ricombinano con le lacune del materiale di tipo p nella regione attiva. Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore utilizzato. In questo dispositivo, il semiconduttore composto AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) ha un bandgap che corrisponde alla luce arancione, con una lunghezza d'onda dominante nell'intervallo 600-612 nm. La lente epossidica trasparente incapsula il die semiconduttore, fornisce protezione meccanica e modella l'uscita luminosa per ottenere l'angolo di visione specificato di 120 gradi.

12. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo della tecnologia LED continua a concentrarsi su diverse aree chiave rilevanti per LED indicatori come questo. I miglioramenti di efficienza (più luce in uscita per unità di ingresso elettrico) sono una tendenza in corso, potenzialmente permettendo una luminosità simile a correnti di pilotaggio più basse, il che riduce il consumo energetico e la generazione di calore. I progressi nei materiali di packaging mirano a migliorare l'affidabilità a lungo termine e la stabilità del colore in condizioni di alta temperatura e umidità. C'è anche una tendenza verso un'ulteriore miniaturizzazione dei package mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche. Inoltre, l'integrazione dell'elettronica di pilotaggio o delle funzioni di controllo (come la regolazione di corrente integrata o la modulazione PWM) direttamente nel package LED è un'area di sviluppo per applicazioni indicatrici più avanzate, semplificando il progetto del circuito per l'utente finale.