Scheda Tecnica LED SMD LTST-S320KRKT - Rosso - Picco 639nm - 20mA - 2.4V - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-S320KRKT è un LED SMD (Surface Mount Device) laterale ad alta luminosità, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono funzioni affidabili ed efficienti di segnalazione o retroilluminazione. Utilizzando una tecnologia avanzata di chip AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), questo LED offre un'intensità luminosa superiore e una purezza del colore nello spettro del rosso. Il suo design a emissione laterale consente di dirigere la luce parallelamente alla superficie di montaggio, rendendolo ideale per pannelli illuminati lateralmente, indicatori di stato su PCB verticali o applicazioni con vincoli di spazio dove l'illuminazione dall'alto non è fattibile.

I vantaggi chiave di questo componente includono la conformità alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), classificandolo come prodotto ecologico. Il package presenta una lente trasparente che massimizza l'emissione luminosa ed è fornito su nastro standard da 8 mm montato su bobine da 7 pollici, garantendo compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place ad alta velocità. Il dispositivo è inoltre progettato per resistere ai processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), facilitando l'integrazione nelle linee di produzione ottimizzate di tecnologia a montaggio superficiale (SMT).

2. Approfondimento dei 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 in queste condizioni non è garantito e dovrebbe essere evitato per prestazioni affidabili.

• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il package del LED può dissipare come calore senza superare la sua massima temperatura di giunzione.
• Corrente Diretta di Picco (I_F(PEAK)):80 mA. Questa corrente può essere applicata solo in condizioni pulsate, specificamente con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1 ms. È utile per il multiplexing o per brevi lampi ad alta intensità.
• Corrente Diretta Continua (I_F):30 mA DC. Questa è la corrente massima raccomandata per il funzionamento continuo, garantendo affidabilità a lungo termine e un'emissione luminosa stabile.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare un guasto immediato e catastrofico della giunzione del LED.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:Rispettivamente -30°C a +85°C e -40°C a +85°C. Questi intervalli garantiscono l'integrità meccanica e le prestazioni del LED in varie condizioni ambientali.
• Condizione di Saldatura:Resiste a 260°C per 10 secondi, in linea con i profili tipici di saldatura a rifusione senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Misurate a una temperatura ambiente standard (T_a) di 25°C e una corrente diretta (I_F) di 20 mA, questi parametri definiscono le prestazioni fondamentali del LED.

• Intensità Luminosa (I_V):Varia da un minimo di 18.0 mcd a un valore tipico di 54.0 mcd. L'intensità effettiva fornita è classificata in bin (vedi Sezione 3), fornendo livelli di luminosità prevedibili per la progettazione.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi. Questo ampio angolo di visione è caratteristico dei LED laterali con lente diffusa, fornendo un modello di illuminazione ampio e uniforme adatto per indicatori di stato.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P):639 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale di potenza è massima, definendo la tonalità percepita della luce rossa.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):631 nm. Derivata dal diagramma di cromaticità CIE, questa è la singola lunghezza d'onda che meglio rappresenta il colore percepito dall'occhio umano.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):20 nm. Questa stretta larghezza di banda indica un'alta purezza del colore, con la maggior parte della luce emessa concentrata attorno alla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 2.4 V, con un massimo di 2.4 V a 20mA. Questo parametro è critico per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 µA a una tensione inversa di 5V, indicando una buona qualità della giunzione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella luminosità tra i lotti di produzione, il LTST-S320KRKT utilizza un sistema di binning dell'intensità luminosa. Ogni LED viene testato e classificato in un codice bin specifico in base alla sua intensità misurata a 20 mA.

• Codice Bin M:18.0 - 28.0 mcd
• Codice Bin N:28.0 - 45.0 mcd
• Codice Bin P:45.0 - 71.0 mcd
• Codice Bin Q:71.0 - 112.0 mcd
• Codice Bin R:112.0 - 180.0 mcd

A ogni bin di intensità viene applicata una tolleranza di +/-15%. I progettisti dovrebbero selezionare il bin appropriato in base ai requisiti di luminosità della loro applicazione. Ad esempio, indicatori ad alta visibilità possono richiedere il Bin R o Q, mentre luci di stato meno critiche possono utilizzare il Bin M o N. Questo sistema consente prestazioni prevedibili e semplifica la gestione dell'inventario per i produttori.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene curve grafiche specifiche siano referenziate nella scheda tecnica (ad es., Fig.1, Fig.6), le loro implicazioni sono standard per i LED AlInGaP. I progettisti possono aspettarsi le seguenti relazioni generali:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):La tensione diretta (V_F) presenta una relazione logaritmica con la corrente. Rimane relativamente stabile attorno al tipico 2.4V nell'intervallo di corrente operativa raccomandato, ma aumenta con correnti più elevate e con la temperatura.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:L'intensità è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta fino alla corrente massima nominale. Tuttavia, l'efficienza (lumen per watt) tipicamente raggiunge il picco a una corrente inferiore al massimo assoluto e diminuisce successivamente a causa degli effetti termici.
• Dipendenza dalla Temperatura:L'intensità luminosa dei LED AlInGaP ha un coefficiente di temperatura negativo. All'aumentare della temperatura di giunzione, l'emissione luminosa diminuisce. Anche la tensione diretta diminuisce leggermente con l'aumento della temperatura. Una corretta gestione termica è cruciale per mantenere una luminosità costante.
• Distribuzione Spettrale:Lo spettro di emissione è una curva di tipo Gaussiano centrata a 639 nm (picco) con una semilarghezza di 20 nm. La lunghezza d'onda dominante (631 nm) può spostarsi leggermente (tipicamente verso lunghezze d'onda maggiori) con l'aumento della temperatura di giunzione e della corrente di pilotaggio.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il LED è conforme alle dimensioni standard del package EIA (Electronic Industries Alliance) per LED SMD laterali. Le caratteristiche meccaniche chiave includono:

• Tipo di Package:Package SMD laterale standard.
• Lente:Trasparente, non diffusa (per la variante KRKT), massimizzando l'emissione luminosa.
• Terminazioni:Placcatura in stagno (Sn) sui terminali, fornendo una buona saldabilità e compatibilità con processi senza piombo.
• Identificazione della Polarità:Il catodo è tipicamente identificato da una marcatura sul package, come una tacca, un punto o un terminale accorciato. La scheda tecnica include un diagramma che mostra il layout e l'orientamento consigliati per le piazzole di saldatura per garantire un posizionamento corretto.
• Nastro e Bobina:Confezionato in nastro portante goffrato da 8 mm di larghezza su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro. La quantità standard per bobina è di 3000 pezzi. Questo imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481 per la movimentazione automatizzata.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Viene fornito un profilo di rifusione a infrarossi (IR) suggerito per l'assemblaggio senza piombo. I parametri chiave includono:

• Preriscaldamento:150-200°C per un massimo di 120 secondi per riscaldare gradualmente il circuito stampato e i componenti, minimizzando lo shock termico.
• Temperatura di Picco:Massimo di 260°C. Il componente è classificato per 10 secondi a questa temperatura di picco.
• Tempo Sopra il Liquido (TAL):Il profilo dovrebbe essere caratterizzato per garantire la corretta formazione del giunto di saldatura senza surriscaldare il LED. Il profilo di esempio è basato sugli standard JEDEC.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore a temperatura controllata impostato a un massimo di 300°C. Limitare il tempo di contatto a 3 secondi per terminale ed eseguire questa operazione una sola volta per prevenire danni al package plastico e ai fili di connessione interni.

6.3 Stoccaggio e Manipolazione

• Sensibilità alle Scariche Elettrostatiche (ESD):I LED sono sensibili alle ESD. Utilizzare le opportune precauzioni antistatiche come braccialetti collegati a terra, tappetini conduttivi e imballaggi sicuri per ESD durante la manipolazione.
• Sensibilità all'Umidità:Sebbene la bobina sigillata fornisca protezione, i componenti rimossi dalla loro confezione originale dovrebbero essere utilizzati entro una settimana. Per uno stoccaggio più lungo, conservarli in un ambiente asciutto (< 30°C, < 60% UR) o in un contenitore sigillato con essiccante. Se conservati non confezionati per oltre una settimana, si consiglia un trattamento di essiccamento a 60°C per 20+ ore prima della saldatura per prevenire il fenomeno del \"popcorning\" (crepe del package dovute all'umidità vaporizzata durante la rifusione).
• Pulizia:Se è necessaria una pulizia post-saldatura, utilizzare solo solventi specificati come alcol isopropilico (IPA) o alcol etilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Evitare sostanze chimiche aggressive o non specificate che potrebbero danneggiare la lente epossidica o il package.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Elettronica di Consumo:Indicatori di stato per alimentazione, batteria o funzioni su smartphone, tablet, router e apparecchi audio.
• Controlli Industriali:Indicatori montati su pannelli per lo stato della macchina, allarmi di guasto o modalità operative.
• Interni Automobilistici:Retroilluminazione per pulsanti, interruttori o display di stato minori (soggetto a specifiche qualifiche di grado automobilistico che questo componente standard potrebbe non avere).
• Strumentazione:Luci indicatrici su apparecchiature di test, dispositivi medici (per funzioni non critiche) e hardware di comunicazione.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Pilotare sempre il LED con una sorgente di corrente costante o una resistenza limitatrice di corrente in serie con una sorgente di tensione. Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_sorgente- V_F) / I_F. Per un'alimentazione di 5V e una I_Fobiettivo di 20mA con V_F=2.4V: R = (5 - 2.4) / 0.02 = 130 Ω. Utilizzare il valore standard più vicino (ad es., 120Ω o 150Ω) e verificare la corrente effettiva.
• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche attorno alle piazzole di saldatura per condurre il calore lontano dalla giunzione del LED, specialmente quando si opera vicino alla corrente massima o ad alte temperature ambientali.
• Progettazione Ottica:La natura a emissione laterale richiede che il progetto incorpori una guida luminosa o una finestra di visione posizionata correttamente per convogliare la luce nella posizione desiderata sul contenitore del prodotto.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LTST-S320KRKT si differenzia sul mercato attraverso diverse caratteristiche chiave:

• Tecnologia del Chip:L'uso di AlInGaP, rispetto ai più vecchi GaAsP o GaP standard, fornisce un'efficienza luminosa significativamente più alta e una migliore stabilità termica, risultando in una luce rossa più brillante e uniforme.
• Package Laterale:Offre un'alternativa di progettazione ai LED a emissione superiore, risolvendo specifiche sfide di layout dove la luce deve viaggiare parallelamente al PCB.
• Binning ad Alta Luminosità:La disponibilità di bin fino a 180 mcd (Bin R) consente applicazioni che richiedono una visibilità molto elevata.
• Compatibilità di Processo Robusta:La compatibilità esplicita con la rifusione IR e il posizionamento automatico semplifica la produzione, riducendo i costi e la complessità di assemblaggio rispetto alle alternative a foro passante.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin GPIO di un microcontrollore?

R: Dipende dalla capacità di erogazione di corrente del GPIO. Molti pin MCU possono erogare solo 10-25mA. A 20mA, è probabile che si sia al limite o oltre. È più sicuro utilizzare il GPIO per controllare un transistor (ad es., un MOSFET) che commuta la corrente più elevata per il LED.

D: Perché c'è una differenza tra la Lunghezza d'Onda di Picco (639nm) e quella Dominante (631nm)?

R: La lunghezza d'onda di picco è il massimo fisico dello spettro di emissione. La lunghezza d'onda dominante è un valore calcolato basato sulla percezione del colore umana (grafico CIE). La sensibilità dell'occhio umano (risposta fotopica) causa questo spostamento, facendo corrispondere il colore \"apparente\" a 631nm.

D: Cosa succede se faccio funzionare il LED a 30mA in modo continuo?

R: Sebbene questo sia il valore massimo DC, operare al massimo assoluto genererà più calore, ridurrà l'efficienza luminosa nel tempo e potenzialmente accorcerà la durata del LED. Per un'affidabilità ottimale, si raccomanda di deratare a 15-20mA per la maggior parte delle applicazioni.

D: Come interpreto il codice bin quando ordino?

R: Specificare il codice bin di intensità luminosa richiesto (ad es., \"P\") nel vostro ordine d'acquisto per assicurarvi di ricevere LED con luminosità nell'intervallo 45-71 mcd. Ciò garantisce coerenza nell'aspetto del vostro prodotto.

10. Caso di Studio di Progettazione

Scenario:Progettazione di un indicatore di stato per un modulo sensore IoT compatto. Il PCB è densamente popolato e l'indicatore deve essere visibile dal lato dell'unità racchiusa.

Implementazione:Il LTST-S320KRKT è selezionato per la sua proprietà di emissione laterale. Viene posizionato al bordo del PCB. Una resistenza limitatrice di corrente da 120Ω è collegata in serie a un'alimentazione da 3.3V, risultando in una corrente diretta approssimativa di (3.3V - 2.4V)/120Ω = 7.5mA. Ciò fornisce una luminosità sufficiente per uso interno minimizzando il consumo energetico, un fattore critico per dispositivi IoT alimentati a batteria. L'ampio angolo di visione del LED garantisce la visibilità anche se il punto di vista dell'utente non è perfettamente allineato. Il componente è posizionato utilizzando l'assemblaggio SMT standard e il profilo di rifusione IR è regolato per rimanere entro il limite di 260°C per 10s, garantendo un giunto di saldatura affidabile senza danni termici.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

Il LTST-S320KRKT è basato sulla tecnologia semiconduttrice AlInGaP. Questo materiale è un semiconduttore composto del gruppo III-V. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Qui, si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica di Alluminio, Indio, Gallio e Fosfuro nello strato attivo determina l'energia della banda proibita del semiconduttore, che determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. Per questo LED rosso, la banda proibita è progettata per produrre fotoni con energia corrispondente a circa 639 nm. La lente epossidica trasparente incapsula il chip, fornendo protezione meccanica, modellando il modello di emissione luminosa (angolo di visione di 130 gradi) e migliorando l'estrazione della luce dal materiale semiconduttore.

12. Tendenze del Settore

La tendenza per i LED indicatori come il LTST-S320KRKT continua verso una maggiore efficienza, package più piccoli e una maggiore integrazione. Mentre l'AlInGaP rimane la tecnologia dominante per i LED rossi e ambra ad alta efficienza, la tecnologia InGaN (Nitruro di Indio Gallio) è avanzata per coprire l'intero spettro visibile con alta efficienza, incluso verde, blu e bianco. Gli sviluppi futuri potrebbero vedere un'ulteriore miniaturizzazione dei package laterali e una maggiore adozione di LED in package di scala chip (CSP), che eliminano il tradizionale package plastico per un ingombro ancora minore e potenzialmente migliori prestazioni termiche. Inoltre, c'è una crescente enfasi sulla regolazione precisa del colore e su un binning più stretto per soddisfare le esigenze di applicazioni come array indicatori a colori completi e interfacce uomo-macchina sofisticate dove la coerenza di colore e luminosità è fondamentale.