Scheda Tecnica LED SMD Montaggio Inverso LTST-C21KGKT - Verde AlInGaP - 20mA - 2.4V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un LED (diodo emettitore di luce) SMD (dispositivo a montaggio superficiale) ad alta luminosità con montaggio inverso. Il dispositivo utilizza un chip semiconduttore in Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP) per produrre luce verde. È progettato per processi di assemblaggio automatizzati ed è conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), rendendolo un componente ecologico adatto alla moderna produzione elettronica.

L'applicazione principale di questo LED è nella retroilluminazione, negli indicatori di stato e nell'illuminazione di pannelli dove lo spazio sul lato superiore del circuito stampato (PCB) è limitato. Il suo design a montaggio inverso consente di saldarlo sul lato opposto del PCB rispetto a quello da cui viene emessa la luce, permettendo progetti di prodotto innovativi e che risparmiano spazio.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo non deve essere operato oltre questi limiti per evitare danni permanenti. I valori chiave includono una corrente diretta continua massima (I_F) di 30 mA ad una temperatura ambiente (T_a) di 25°C. La dissipazione di potenza è nominale a 75 mW. Per il funzionamento in impulsi, è consentita una corrente diretta di picco di 80 mA con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0,1 ms. La tensione inversa massima (V_R) è di 5 V. L'intervallo di temperatura di funzionamento e conservazione è specificato da -55°C a +85°C.

Le condizioni di saldatura sono critiche: la saldatura a onda o a riflusso a infrarossi non deve superare i 260°C per più di 5 secondi, mentre la saldatura in fase di vapore non deve superare i 215°C per più di 3 minuti. Un fattore di derating lineare di 0,4 mA/°C si applica alla corrente diretta per temperature ambiente superiori a 50°C.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Misurate a T_a=25°C e una corrente diretta (I_F) di 20 mA, vengono definiti i parametri di prestazione chiave.

• Intensità Luminosa (I_V):Varia da un minimo di 28,0 mcd a un massimo di 180,0 mcd. Il valore tipico non è specificato nella tabella riassuntiva, indicando che dipende dal codice bin specifico (vedi Sezione 3). La misurazione segue la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):Definito come 70 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del valore misurato sull'asse centrale.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P):Approssimativamente 574 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza è al massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Varia da 567,5 nm a 576,5 nm a I_F=20mA. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che definisce il colore della luce, derivata dal diagramma di cromaticità CIE.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):Approssimativamente 15 nm. Questo indica la purezza spettrale della luce verde.
• Tensione Diretta (V_F):Varia da 1,80 V a 2,40 V a I_F=20mA.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo di 10 μA a V_R=5V.
• Capacità (C):Tipicamente 40 pF misurata a polarizzazione 0 V e frequenza 1 MHz.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin. Questo prodotto utilizza due criteri di binning indipendenti.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Le unità sono in millicandele (mcd) a I_F=20mA. I bin sono:

• Codice N:28,0 mcd (Min) a 45,0 mcd (Max)
• Codice P:45,0 mcd a 71,0 mcd
• Codice Q:71,0 mcd a 112,0 mcd
• Codice R:112,0 mcd a 180,0 mcd

Si applica una tolleranza di ±15% all'interno di ogni bin di intensità.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Le unità sono in nanometri (nm) a I_F=20mA. I bin sono:

• Codice C:567,5 nm (Min) a 570,5 nm (Max)
• Codice D:570,5 nm a 573,5 nm
• Codice E:573,5 nm a 576,5 nm

Si applica una tolleranza stretta di ±1 nm all'interno di ogni bin di lunghezza d'onda. Il numero di parte completo include questi codici bin per specificare le prestazioni esatte.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene grafici specifici siano referenziati ma non dettagliati nel testo fornito, le curve tipiche per tali dispositivi includerebbero:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):Mostra la relazione esponenziale tra tensione diretta e corrente. La curva avrà una tensione di ginocchio specifica intorno a 1,8-2,4V.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Dimostra che l'emissione luminosa aumenta con la corrente, ma non necessariamente in modo lineare, specialmente a correnti più elevate a causa degli effetti termici.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra la diminuzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura di giunzione. I LED AlInGaP hanno tipicamente un coefficiente di temperatura negativo per l'emissione luminosa.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che mostra la potenza relativa emessa attraverso le lunghezze d'onda, con un picco intorno a 574 nm e una larghezza di circa 15 nm a metà altezza.
• Diagramma dell'Angolo di Visione:Un grafico polare che illustra la distribuzione angolare dell'intensità luminosa, tipicamente di forma lambertiana o a emissione laterale per questo stile di package.

Queste curve sono essenziali per i progettisti per prevedere le prestazioni in condizioni operative non standard.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è conforme a un profilo standard di package SMD EIA. Tutte le dimensioni critiche (lunghezza corpo, larghezza, altezza, passo terminali, ecc.) sono fornite in disegni basati su millimetri con una tolleranza standard di ±0,10 mm salvo diversa indicazione. La lente è specificata come "Trasparente".

5.2 Identificazione della Polarità e Layout dei Pad

Il componente ha terminali anodo e catodo. La scheda tecnica include un diagramma consigliato dell'impronta dei pad di saldatura per il layout del PCB. Rispettare queste dimensioni è cruciale per ottenere una saldatura affidabile, un corretto allineamento e un'effettiva dissipazione del calore durante il processo di riflusso. Il design del pad aiuta anche a prevenire l'effetto "tombstone" (componente che si solleva su un'estremità) durante la saldatura.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profili di Rifusione a Riflusso

Vengono forniti due profili di riflusso a infrarossi (IR) suggeriti: uno per il processo di saldatura standard stagno-piombo (SnPb) e uno per il processo di saldatura senza piombo (Pb-free), tipicamente utilizzando leghe SAC (Sn-Ag-Cu). Il profilo senza piombo richiede una temperatura di picco più alta (fino a 260°C) ma deve controllare attentamente il tempo sopra il liquidus per prevenire danni al package epossidico del LED. Le fasi di pre-riscaldamento sono critiche per minimizzare lo shock termico.

6.2 Conservazione e Manipolazione

I LED sono dispositivi sensibili all'umidità. Per una conservazione prolungata al di fuori della busta barriera all'umidità originale, dovrebbero essere conservati in un ambiente non superiore a 30°C e al 70% di umidità relativa. Se conservati non imballati per più di una settimana, si consiglia un trattamento di "baking" a circa 60°C per almeno 24 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" durante il riflusso.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, dovrebbero essere utilizzati solo solventi specificati. Immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto è accettabile. Prodotti chimici non specificati o aggressivi possono danneggiare la lente in plastica e il materiale del package.

6.4 Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

Il LED è suscettibile ai danni da scariche elettrostatiche. Devono essere implementati adeguati controlli ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio:

• Utilizzare braccialetti e tappetini antistatici collegati a terra.
• Assicurarsi che tutte le apparecchiature e le postazioni di lavoro siano correttamente messe a terra.
• Considerare l'uso di un ionizzatore per neutralizzare le cariche statiche che possono accumularsi sulla lente in plastica.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

I LED sono forniti in imballaggi standard del settore per facilitare l'assemblaggio automatizzato.

• Nastro e Bobina:I componenti sono posizionati in nastro portacomponenti goffrato da 8 mm di larghezza.
• Dimensione Bobina:Montati su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro.
• Quantità:La bobina standard contiene 3000 pezzi. Una quantità minima d'ordine di 500 pezzi è disponibile per le rimanenze di magazzino.
• Standard di Imballaggio:Conforme alle specifiche ANSI/EIA-481-1-A. Il nastro ha una copertura sigillante e sono consentiti al massimo due tasche vuote consecutive.

Il numero di parte completo (es. LTST-C21KGKT) codifica le caratteristiche specifiche, inclusi i codici bin per l'intensità luminosa e la lunghezza d'onda dominante.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

8.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per un funzionamento stabile e uniforme, specialmente quando si pilotano più LED in parallelo, èfortemente raccomandatoun resistore limitatore di corrente in serie per ogni LED (Modello Circuito A). Pilotare i LED direttamente in parallelo senza resistori individuali (Modello Circuito B) non è raccomandato a causa delle variazioni nella tensione diretta (V_F) da dispositivo a dispositivo. Queste variazioni possono causare differenze significative nella ripartizione della corrente, portando a luminosità non uniforme e potenziale sovraccarico del LED con la V_F.

più bassa. Il valore del resistore in serie (R_s) può essere calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R_s= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F, dove I_Fè la corrente operativa desiderata (es. 20 mA) e V_Fè la tensione diretta tipica o massima dalla scheda tecnica.

8.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia relativamente bassa (75 mW max), un'effettiva gestione termica è comunque importante per mantenere l'affidabilità a lungo termine e un'emissione luminosa costante. L'emissione luminosa del LED diminuisce con l'aumentare della temperatura di giunzione. Garantire un buon percorso termico dai pad di saldatura del LED ai piani di rame del PCB aiuta a dissipare il calore. Evitare di operare ai limiti massimi assoluti di corrente e temperatura per periodi prolungati.

8.3 Ambito di Applicazione e Limitazioni

Questo componente è progettato per apparecchiature elettroniche di uso generale come elettronica di consumo, dispositivi per l'automazione d'ufficio e apparecchiature di comunicazione. Non è specificamente progettato o qualificato per applicazioni in cui un guasto potrebbe portare a rischi diretti per la sicurezza (es. controllo aeronautico, supporto vitale medico, sistemi di sicurezza dei trasporti). Per tali applicazioni ad alta affidabilità, è necessaria la consultazione con il produttore per prodotti specializzati.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Le caratteristiche chiave che differenziano questo LED sono la sua capacità dimontaggio inversoe l'uso di un chipAlInGaPper l'emissione verde.

• Montaggio Inverso vs. SMD Standard a Vista Superiore:Ciò consente al LED di essere montato sul lato inferiore di un PCB mentre la luce brilla attraverso un foro o una guida luminosa, liberando prezioso spazio sul lato superiore per altri componenti. Permette progetti di prodotto più sottili.
• AlInGaP vs. GaP o InGaN Tradizionali:La tecnologia AlInGaP offre maggiore efficienza e migliore stabilità termica per le lunghezze d'onda rosse, arancioni, ambra e verdi rispetto alle tecnologie più vecchie. Tipicamente fornisce una luminosità più alta e punti colore più saturi.
• Lente Trasparente:Fornisce il colore reale del chip senza diffusione, risultando in un fascio luminoso più focalizzato e intenso rispetto alle lenti diffuse.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?

R1: La lunghezza d'onda di picco (λ_P) è la lunghezza d'onda fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica. La lunghezza d'onda dominante (λ_d) è un valore calcolato basato sulla percezione del colore umana (grafico CIE) che meglio rappresenta il colore percepito. Per un LED verde monocromatico, sono spesso vicine, ma λ_dè il parametro più rilevante per l'abbinamento dei colori.

D2: Posso pilotare questo LED a 30 mA in modo continuo?

R2: Sebbene il valore massimo assoluto sia 30 mA CC, le prestazioni ottimali per longevità ed emissione luminosa stabile sono tipicamente ottenute alla corrente di test di 20 mA o inferiore. Operare a 30 mA genererà più calore, ridurrà l'efficienza e potrebbe accorciare la durata di vita. Consultare sempre le linee guida di derating per temperature elevate.

D3: Come interpreto i codici bin nel numero di parte?

R3: Il suffisso del numero di parte contiene codici che specificano il bin dell'intensità luminosa (es. R per l'emissione più alta) e il bin della lunghezza d'onda dominante (es. D per il verde medio). Selezionare i codici bin appropriati è cruciale per applicazioni che richiedono luminosità e colore consistenti tra più LED.

D4: Questo LED è adatto per la saldatura a onda?

R4: Sì, la scheda tecnica specifica una condizione di saldatura a onda di 260°C per un massimo di 5 secondi. Tuttavia, la saldatura a riflusso è il metodo preferito e più comune per componenti SMD come questo.

11. Caso di Studio: Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un indicatore di stato per un dispositivo medico portatile.

Il dispositivo richiede un indicatore verde "alimentazione/ pronto" luminoso e inequivocabile. Lo spazio sul pannello di controllo superiore è estremamente limitato. Viene scelto un LED a montaggio inverso. È posizionato sul lato inferiore del PCB principale. Un piccolo foro trapanato con precisione nel pannello superiore consente alla luce di brillare attraverso. Può essere utilizzato un tubo luminoso o un semplice design a foro. Il circuito di pilotaggio utilizza un'alimentazione a 3,3V. Calcolo del resistore in serie: R_s= (3,3V - 2,2V_tip) / 0,020A = 55 Ohm. Viene selezionato un resistore di valore standard da 56 Ohm. Per garantire la coerenza del colore su tutte le unità, nella distinta base materiali vengono specificati LED dello stesso bin di lunghezza d'onda (es. Codice D).

12. Introduzione al Principio Tecnologico

Questo LED è basato su materiale semiconduttore di Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (Al_xIn_yGa_1-x-yP) cresciuto su un substrato. Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del chip, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). Il rapporto specifico di alluminio, indio e gallio nel reticolo cristallino determina l'energia della banda proibita, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. Per l'emissione verde, viene utilizzata una composizione specifica per ottenere una banda proibita corrispondente alla luce intorno a 570-580 nm. Il sistema di materiali AlInGaP è noto per la sua alta efficienza quantica interna nello spettro dal rosso al verde.

13. Tendenze e Sviluppi del Settore

La tendenza nei LED SMD per applicazioni di indicazione e retroilluminazione continua verso una maggiore efficienza, package più piccoli e una maggiore affidabilità. C'è una forte spinta verso il miglioramento delle prestazioni nei processi di saldatura a riflusso senza piombo e ad alta temperatura. La domanda di un controllo del colore preciso e di un binning più stretto è in aumento, specialmente nelle applicazioni in cui l'abbinamento dei colori è critico tra display o pannelli. Inoltre, l'integrazione di LED con regolazione di corrente incorporata o circuiti di controllo (come LED pilotati da IC) è una tendenza in crescita per semplificare la progettazione e migliorare la coerenza delle prestazioni, sebbene questo componente specifico sia un LED discreto standard.