LTW-326DSKS-5A SMD LED Datasheet - LED Laterale - Bianco & Giallo - 20mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTW-326DSKS-5A è un LED SMD (Surface Mount Device) laterale a doppio chip, progettato specificamente per applicazioni di retroilluminazione LCD. Questo componente integra due tecnologie a semiconduttore distinte in un unico package standard EIA: un chip InGaN (Indio Gallio Nitruro) ultra-luminoso per l'emissione di luce bianca e un chip AlInGaP (Alluminio Indio Gallio Fosfuro) per l'emissione di luce gialla. Il suo scopo progettuale principale è fornire un'illuminazione laterale efficiente, affidabile e compatta per display a cristalli liquidi, dove i vincoli di spazio e la distribuzione uniforme della luce sono critici. Il profilo della lente a emissione laterale è ottimizzato per dirigere la luce lateralmente attraverso la lastra guida-luce, un requisito fondamentale per ottenere un'illuminazione di fondo uniforme. Il dispositivo è fornito su nastro da 8mm montato su bobine da 7 pollici di diametro, risultando pienamente compatibile con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place ad alta velocità utilizzate nella moderna produzione elettronica.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I valori massimi assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Per il chip bianco InGaN, la massima corrente continua in continua (DC) in avanti è specificata a 20mA, con una corrente di picco in avanti di 100mA ammissibile in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Il chip giallo AlInGaP condivide lo stesso limite di corrente DC di 20mA ma ha una corrente di picco nominale inferiore di 80mA. La massima dissipazione di potenza è di 72mW per il chip bianco e 48mW per quello giallo, calcolata a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Questi valori sono cruciali per la gestione termica nell'applicazione finale. Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura operativa da -20°C a +80°C e un intervallo di temperatura di conservazione da -40°C a +85°C. Una specifica chiave per l'assemblaggio è la condizione di saldatura a rifusione a infrarossi, classificata per una temperatura di picco di 260°C per una durata di 10 secondi, in linea con i profili comuni di saldatura senza piombo.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Le caratteristiche elettriche e ottiche sono misurate in condizioni di test standard a Ta=25°C e una corrente in avanti (IF) di 5mA. Per il LED bianco, l'intensità luminosa (Iv) varia da un minimo di 28.0 mcd a un massimo di 112.0 mcd. Il LED giallo ha un intervallo Iv inferiore, da 7.1 mcd a 71.0 mcd. L'angolo di visione tipico (2θ1/2) per entrambi i colori è di 130 gradi, fornendo un ampio pattern di emissione adatto alla diffusione della retroilluminazione. La tensione diretta (VF) è tipicamente di 2.55V per il bianco (max 3.15V) e 2.0V per il giallo (max 2.4V). La corrente inversa (IR) è limitata a un massimo di 10 µA a una tensione inversa (VR) di 5V; è fondamentale notare che il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa. Le caratteristiche ottiche del LED giallo sono ulteriormente definite da una lunghezza d'onda di picco di emissione tipica (λP) di 591 nm, una lunghezza d'onda dominante (λd) di 590 nm e una semilarghezza spettrale (Δλ) di 15 nm. Le coordinate di cromaticità sono tipicamente x=0.3, y=0.3 sul diagramma CIE 1931 per le condizioni di test specificate.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il prodotto utilizza un sistema di binning completo per classificare i LED in base a parametri prestazionali chiave, garantendo coerenza all'interno di un lotto di produzione. Ciò è essenziale per applicazioni che richiedono colore e luminosità uniformi.

3.1 Binning della Tensione Diretta (VF) per LED Bianco

I LED bianchi sono suddivisi in tre bin VF (A, B, C) in base alla loro tensione diretta a IF=5mA. Il Bin A copre da 2.55V a 2.75V, il Bin B da 2.75V a 2.95V e il Bin C da 2.95V a 3.15V. A ogni bin viene applicata una tolleranza di ±0.1V.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (Iv)

Esistono tabelle di binning Iv separate per LED bianchi e gialli. Per il bianco: Bin N (28.0-45.0 mcd), Bin P (45.0-71.0 mcd), Bin Q (71.0-112.0 mcd). Per il giallo: Bin K (7.10-11.2 mcd), Bin L (11.2-18.0 mcd), Bin M (18.0-28.0 mcd), Bin N (28.0-45.0 mcd), Bin P (45.0-71.0 mcd). A ogni bin di intensità viene applicata una tolleranza di ±15%.

3.3 Binning della Tonalità (Cromaticità)

Il binning della tonalità, applicabile al colore del LED rilevante, utilizza le coordinate di cromaticità CIE 1931. Sono definiti sei bin (da S1 a S6), ciascuno dei quali specifica un'area quadrilatera sul grafico delle coordinate (x, y). Le coordinate per ogni angolo di questi quadrilateri sono elencate precisamente nella scheda tecnica. A ogni coordinata del bin di tonalità viene applicata una tolleranza di ±0.01.

4. Analisi delle Curve Prestazionali

La scheda tecnica fa riferimento a tipiche curve delle caratteristiche elettriche e ottiche, essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard. Sebbene i grafici specifici non siano riprodotti nel testo fornito, tipicamente includono la relazione tra corrente diretta (IF) e tensione diretta (VF), che è non lineare e cruciale per la progettazione del circuito di pilotaggio. Un'altra curva standard mostra l'intensità luminosa (Iv) in funzione della corrente diretta (IF), illustrando come l'output scala con la corrente di pilotaggio ed evidenziando il calo di efficienza a correnti più elevate. Anche la relazione tra intensità luminosa e temperatura ambiente è critica, poiché l'output del LED generalmente diminuisce con l'aumentare della temperatura di giunzione. Per il LED giallo, un grafico di distribuzione spettrale mostrerebbe tipicamente l'intensità relativa in funzione della lunghezza d'onda, centrata attorno al picco di 590-591 nm, con la semilarghezza di 15 nm che definisce la purezza del colore.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Dispositivo e Pinout

Il LED è conforme a un profilo di package standard EIA. La lente laterale è una caratteristica meccanica chiave. L'assegnazione dei pin è chiaramente definita: il Pin C2 è per il chip InGaN verde/bianco e il Pin C1 è per il chip AlInGaP giallo. Tutte le dimensioni nel disegno del package sono in millimetri, con una tolleranza standard di ±0.10 mm salvo diversa indicazione. Questi dati dimensionali precisi sono necessari per creare footprint PCB accurati e garantire un corretto montaggio nell'assemblaggio.

5.2 Design Consigliato dei Piazzole di Saldatura e Polarità

La scheda tecnica fornisce le dimensioni consigliate per le piazzole di saldatura per garantire un giunto saldato affidabile e un corretto allineamento durante la rifusione. Indica anche la direzione di saldatura suggerita rispetto all'orientamento del nastro bobina, che può aiutare a ottimizzare il processo di posizionamento. L'identificazione corretta della polarità durante il posizionamento è vitale, poiché un'installazione inversa impedirà al LED di illuminarsi.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Processo di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo è pienamente compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR). La condizione massima assoluta è 260°C per 10 secondi. È implicito un profilo di rifusione suggerito, che tipicamente include una zona di preriscaldamento, una zona di stabilizzazione termica, una zona di rifusione con una temperatura di picco e un tempo sopra il liquidus (TAL) controllati, e una zona di raffreddamento controllata. Rispettare un profilo che non superi il limite di 260°C/10s è fondamentale per prevenire danni alla lente in epossidica del LED e ai fili di connessione interni.

6.2 Pulizia e Manipolazione

La pulizia deve essere eseguita con cura. Dovrebbero essere utilizzati solo prodotti chimici specificati. La scheda tecnica raccomanda l'immersione in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto se la pulizia è necessaria. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare il materiale del package. Una nota critica sulla manipolazione enfatizza la protezione contro le Scariche Elettrostatiche (ESD). Sebbene non sempre considerati altamente sensibili all'ESD come alcuni circuiti integrati, i LED possono essere danneggiati dall'elettricità statica e da sovratensioni. Si raccomanda di utilizzare un braccialetto o guanti antistatici e di assicurarsi che tutte le attrezzature siano correttamente messe a terra.

6.3 Condizioni di Conservazione

Le condizioni di conservazione differiscono a seconda che il package sensibile all'umidità sia sigillato o aperto. Quando la busta sigillata originale (con essiccante) è intatta, i LED devono essere conservati a ≤30°C e ≤90% di Umidità Relativa (UR) e utilizzati entro un anno. Una volta aperta la busta a tenuta d'umidità, l'ambiente di conservazione non deve superare i 30°C o il 60% di UR. Si raccomanda vivamente che i dispositivi rimossi dalla confezione originale siano sottoposti a rifusione IR entro una settimana. Per una conservazione a lungo termine al di fuori della busta originale, dovrebbero essere conservati in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore purgato con azoto per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare il fenomeno del \"popcorning\" durante la rifusione.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

Il prodotto è fornito in formato nastro-bobina compatibile con l'assemblaggio automatico. La larghezza del nastro è di 8mm. Le bobine hanno un diametro di 7 pollici e tipicamente contengono 3000 pezzi per bobina. Per quantità d'ordine che non sono multipli di 3000, è specificata una quantità minima di confezionamento di 500 pezzi per i resti. Il confezionamento è conforme alle specifiche ANSI/EIA 481. Note di qualità chiave per la bobina includono: le tasche vuote dei componenti sono sigillate con nastro coprente e il numero massimo di componenti (lampade) mancanti consecutivi sulla bobina è due.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

8.1 Scenari Applicativi Target

L'applicazione primaria e progettata per il LTW-326DSKS-5A è come sorgente luminosa laterale per unità di retroilluminazione LCD (BLU) nell'elettronica di consumo e industriale. Ciò include monitor, televisori, display per laptop, pannelli strumenti e cartellonistica. La lente laterale è progettata specificamente per accoppiare la luce in modo efficiente al bordo di una lastra guida-luce (LGP), che poi distribuisce la luce uniformemente sull'area del display utilizzando micro-strutture o pattern diffusori.

8.2 Considerazioni sul Circuito di Progettazione

I progettisti devono implementare meccanismi di limitazione della corrente appropriati, poiché i LED sono dispositivi pilotati a corrente. Una semplice resistenza in serie è comune per applicazioni a bassa corrente, ma si raccomandano driver a corrente costante per una migliore stabilità e longevità, specialmente quando l'uniformità della luminosità è critica. Il circuito deve rispettare i valori massimi assoluti per corrente diretta, tensione inversa e dissipazione di potenza. Anche la gestione termica è importante; sebbene il package stesso dissipi calore, garantire un'adeguata area di rame sul PCB o l'uso di via termiche può aiutare a mantenere una temperatura di giunzione più bassa, preservando l'output luminoso e la durata del dispositivo.

8.3 Considerazioni sul Design Ottico

L'angolo di visione di 130 gradi deve essere considerato nel design ottico del sistema guida-luce e diffusore. La distanza dalla superficie emissiva del LED al bordo della lastra guida-luce, così come l'uso di nastro riflettente attorno al LED, possono influenzare significativamente l'efficienza di accoppiamento e la formazione di punti caldi. L'uso di un LED a due colori (bianco e giallo) in questo package suggerisce applicazioni in cui potrebbe essere richiesta la miscelazione dei colori o la regolazione di una specifica temperatura di colore, controllata pilotando i due chip in modo indipendente.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

La caratteristica differenziante chiave di questo componente è la sua geometria della lente laterale combinata con una configurazione a doppio chip (bianco/giallo) in un footprint SMD standard. Rispetto ai LED a emissione superiore, gli emettitori laterali sono intrinsecamente più adatti per applicazioni di retroilluminazione a illuminazione laterale poiché dirigono la luce nel piano della guida-luce piuttosto che perpendicolarmente ad essa, riducendo le perdite ottiche. L'integrazione di due colori consente una flessibilità di progettazione non disponibile nei package a emissione laterale a singolo colore. L'uso di InGaN per il bianco e AlInGaP per il giallo rappresenta tecnologie a semiconduttore standard e affidabili per questi rispettivi colori, offrendo buona efficienza e stabilità.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Posso pilotare i chip bianco e giallo simultaneamente alla loro massima corrente continua di 20mA ciascuno?

R: Sì, ma devi considerare la dissipazione di potenza totale. Il chip bianco dissipa fino a 72mW e quello giallo fino a 48mW, per un totale di 120mW. Il design termico del PCB deve gestire questo carico termico combinato.

D: Qual è lo scopo dei codici di binning?

R: Il binning garantisce coerenza elettrica e ottica. Per una retroilluminazione uniforme, tipicamente si specificano LED dello stesso bin di Iv e Tonalità per evitare variazioni visibili di luminosità o colore sul display.

D: La scheda tecnica menziona un valore di \"corrente di picco in avanti\". Posso usarlo per la regolazione PWM?

R: Sì, il valore di corrente di picco (100mA per il bianco, 80mA per il giallo con ciclo di lavoro 1/10, impulso 0.1ms) consente un sovrapilotaggio breve, che può essere utilizzato in alcuni schemi di regolazione PWM per ottenere una gamma dinamica più ampia. Tuttavia, la corrente media nel tempo deve comunque rispettare il valore nominale della corrente diretta DC, e il circuito di pilotaggio deve essere progettato con cura per fornire impulsi di corrente puliti e rapidi.

D: Quanto è critica la scadenza di 1 settimana per la rifusione dopo l'apertura della busta barriera all'umidità?

R: È una forte raccomandazione per prevenire difetti indotti dall'umidità. Se la scadenza viene superata, i LED dovrebbero essere sottoposti a baking secondo il profilo appropriato del livello di sensibilità all'umidità (MSL) prima della rifusione per rimuovere l'umidità assorbita.

11. Esempio di Applicazione Pratica

Un caso d'uso tipico è in un display touchscreen industriale da 7 pollici. Il design richiede una retroilluminazione laterale con alta uniformità e una specifica temperatura di colore. L'ingegnere seleziona il LED LTW-326DSKS-5A. Progetta un PCB con 12 LED posizionati lungo il bordo inferiore della cavità del display. Il layout delle piazzole di saldatura segue le dimensioni suggerite dalla scheda tecnica. Viene selezionato un driver a corrente costante per fornire una stabile corrente di 5mA a ogni stringa di LED. Per ottenere il punto di bianco desiderato di 4500K, il progettista decide di pilotare solo i chip InGaN bianchi. Specifica tutti i LED dal bin di Tonalità S3 e dal bin di Intensità Luminosa P per garantire coerenza di colore e luminosità. Durante l'assemblaggio, il confezionamento a nastro-bobina viene utilizzato con una macchina pick-and-place automatica. La scheda subisce un processo di rifusione senza piombo con una temperatura di picco attentamente controllata sotto i 260°C. Dopo l'assemblaggio, la lastra guida-luce e i film ottici vengono montati sopra, ottenendo una retroilluminazione luminosa e uniforme per l'LCD.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

Il dispositivo opera sul principio dell'elettroluminescenza nei materiali semiconduttori. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n del chip LED, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. Il chip InGaN ha un bandgap più ampio, progettato per emettere luce blu. Questa luce blu eccita quindi un rivestimento di fosforo all'interno del package, che converte parte della luce blu in lunghezze d'onda più lunghe (giallo, rosso), risultando nella percezione di luce bianca - un metodo noto come bianco convertito da fosforo. Il chip AlInGaP ha un bandgap più stretto, emettendo direttamente luce nella regione gialla/ambra dello spettro senza bisogno di conversione da fosforo. La lente laterale è realizzata in epossidica o silicone stampati che modellano il pattern di emissione della luce.

13. Tendenze e Sviluppi del Settore

La tendenza nella retroilluminazione per LCD, in particolare nell'elettronica di consumo, è stata verso la miniaturizzazione e una maggiore efficienza. Ciò guida lo sviluppo di LED con maggiore efficienza luminosa (più lumen per watt), consentendo di utilizzare meno LED o correnti di pilotaggio più basse per ottenere la stessa luminosità, risparmiando energia e riducendo il calore. C'è anche una tendenza verso una migliore copertura della gamma di colori, spesso utilizzando LED con spettri di emissione più stretti o combinando più colori primari (RGB). Sebbene questo prodotto specifico utilizzi una combinazione bianco+giallo, altre soluzioni potrebbero utilizzare LED blu + fosforo rosso o più chip monocromatici. Per display molto sottili, l'accoppiamento ottico preciso del LED a emissione laterale con lastre guida-luce sempre più sottili rimane una sfida ingegneristica chiave. Inoltre, l'ascesa delle retroilluminazioni Mini-LED a illuminazione diretta, che utilizzano array di LED a emissione superiore molto piccoli dietro il pannello, rappresenta un percorso tecnologico alternativo per display ad alto range dinamico (HDR), sebbene soluzioni a illuminazione laterale come quella abilitata da questo LED rimangano dominanti per applicazioni sensibili al costo e con vincoli di spazio.