Scheda Tecnica LED SMD Arancione LTST-S220KFKT - Chip AlInGaP - 20mA - 90mcd - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-S220KFKT è un LED SMD (Surface-Mount Device) laterale ad alta luminosità. Utilizza un chip semiconduttore in AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), noto per produrre luce arancione efficiente e brillante. Questo componente è progettato per processi di assemblaggio automatizzati ed è compatibile con le tecniche standard di rifusione a infrarossi, rendendolo adatto per la produzione di grandi volumi. La sua applicazione principale è come luce spia o sorgente di retroilluminazione in vari dispositivi elettronici dove lo spazio è limitato e un profilo di emissione laterale è vantaggioso.

1.1 Vantaggi Principali

• Alta Luminosità:La tecnologia AlInGaP fornisce un'elevata intensità luminosa, con un valore tipico di 90 millicandele (mcd) a una corrente diretta di 20mA.
• Ampio Angolo di Visione:Caratterizzato da un angolo di visione di 130 gradi (2θ1/2), garantisce una buona visibilità da varie prospettive.
• Adatto all'Automazione:Fornito su nastro da 8mm montato su bobine da 7 pollici, compatibile con apparecchiature automatiche pick-and-place per un efficiente assemblaggio su PCB.
• Costruzione Robusta:Progettato per resistere ai profili standard di rifusione a infrarossi senza piombo (Pb-free), con una tolleranza di temperatura di picco di 260°C per 10 secondi.
• Conformità:Il prodotto è conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce una suddivisione dettagliata dei principali parametri elettrici, ottici e termici che definiscono le prestazioni e i limiti operativi del LED.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliabile operare a o vicino a questi limiti per periodi prolungati.

• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW. Questa è la massima quantità di potenza che l'involucro del LED può dissipare in sicurezza sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):80 mA. Questa è la massima corrente impulsiva ammissibile, tipicamente specificata in condizioni come un ciclo di lavoro 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms. Viene utilizzata per brevi lampi ad alta intensità.
• Corrente Diretta Continua (IF):30 mA DC. Questa è la massima corrente in regime stazionario per il funzionamento continuo.
• Tensione Inversa (VR):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può danneggiare la giunzione PN del LED.
• Intervallo di Temperatura Operativa (Topr):-30°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il LED è progettato per funzionare correttamente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione (Tstg):-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura per la conservazione sicura quando il dispositivo non è alimentato.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Misurati a una temperatura ambiente standard di 25°C, questi parametri definiscono le prestazioni tipiche del LED in condizioni operative normali.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da un minimo di 45.0 mcd a un tipico 90.0 mcd a IF=20mA. Questa misura la luminosità percepita dell'emissione luminosa dall'occhio umano.
• Tensione Diretta (VF):Tipicamente 2.4V, con un massimo di 2.4V a IF=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando conduce corrente.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λP):611 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima. Per questo LED arancione, si trova nella parte arancione-rossa dello spettro.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):605 nm. Questa è derivata dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda che meglio descrive il colore percepito della luce.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):17 nm. Questo indica la purezza spettrale; un valore più piccolo significa un'emissione luminosa più monocromatica (colore puro).
• Corrente Inversa (IR):10 μA massimo a VR=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il LED è polarizzato inversamente entro il suo valore massimo.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza della luminosità tra i lotti di produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base alla loro intensità luminosa misurata. Il LTST-S220KFKT utilizza un sistema di binning con i seguenti codici e intervalli, misurati a 20mA. La tolleranza per ogni bin di intensità è +/-15%.

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

Ciò consente ai progettisti di selezionare LED da un bin specifico per applicazioni che richiedono livelli di luminosità uniformi.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene nel datasheet siano referenziate curve grafiche specifiche, le loro implicazioni sono critiche per il progetto.

4.1 Corrente vs. Intensità Luminosa (Curva I-Iv)

L'emissione luminosa (intensità luminosa) di un LED è direttamente proporzionale alla corrente diretta che lo attraversa, fino a un certo punto. Operare al di sopra della corrente continua raccomandata (30mA) può portare a calore eccessivo, riduzione della durata di vita e spostamento del colore. La corrente di picco (80mA) consente brevi lampi di luminosità più elevata senza danni termici.

4.2 Dipendenza dalla Temperatura

Le prestazioni del LED sono sensibili alla temperatura. All'aumentare della temperatura di giunzione:

• L'Intensità Luminosa Diminuisce:L'emissione luminosa tipicamente cala. Le specifiche del datasheet sono a 25°C; a temperature operative più elevate, l'emissione sarà inferiore.
• La Tensione Diretta Diminuisce:VF ha un coefficiente di temperatura negativo.
• Spostamento della Lunghezza d'Onda:Le lunghezze d'onda di picco e dominante possono spostarsi leggermente, influenzando potenzialmente il colore percepito.

Una corretta gestione termica (ad es., un'adeguata area di rame sul PCB per lo smaltimento del calore) è essenziale per mantenere prestazioni e affidabilità.

4.3 Distribuzione Spettrale

La curva spettrale mostra l'intensità luminosa alle diverse lunghezze d'onda. Il picco a 611nm e la larghezza a mezza altezza di 17nm confermano che si tratta di un LED arancione con una banda spettrale relativamente stretta, che fornisce un colore saturo.

5. Informazioni Meccaniche e sull'Involucro

Il LED presenta un design dell'involucro laterale, il che significa che l'emissione luminosa principale avviene dal lato del componente piuttosto che dalla parte superiore. Questo è ideale per applicazioni di illuminazione laterale.

5.1 Dimensioni dell'Involucro e Polarità

Il componente segue un profilo standard EIA. Le tolleranze dimensionali chiave sono tipicamente ±0.10mm. Il catodo (terminale negativo) è solitamente indicato da una marcatura sull'involucro, come una tacca, un punto o un terminale troncato. Il datasheet include un disegno dimensionale dettagliato con il layout consigliato per le piazzole di saldatura per garantire un corretto allineamento e la formazione del giunto di saldatura durante la rifusione.

5.2 Progetto Consigliato per i Piazzole di Saldatura

Viene fornito un land pattern (impronta delle piazzole di saldatura) consigliato per facilitare una buona resa di saldatura e stabilità meccanica. Seguire questo progetto aiuta a prevenire problemi come il tombstoning (un'estremità che si solleva dalla piazzola) o giunti di saldatura insufficienti.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione

Il LED è compatibile con processi di rifusione a infrarossi senza piombo (Pb-free). Viene fornito un profilo suggerito, conforme agli standard JEDEC. I parametri chiave includono:

• Preriscaldamento:150-200°C per un massimo di 120 secondi per riscaldare gradualmente il circuito e attivare il flusso della pasta saldante.
• Temperatura di Picco:Massimo di 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido (TAL):Il tempo che il giunto di saldatura trascorre sopra il suo punto di fusione dovrebbe essere sufficiente per una corretta bagnatura ma non eccessivo per evitare stress termico sul LED. Il profilo suggerisce un tempo di temperatura di picco massimo di 10 secondi.

Il componente può resistere a questo processo di rifusione per un massimo di due volte.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore a temperatura controllata impostata a un massimo di 300°C. Limitare il tempo di contatto a 3 secondi per giunto e saldare solo una volta per prevenire danni termici all'involucro plastico e ai fili di connessione interni.

6.3 Pulizia

Se è richiesta la pulizia post-saldatura, utilizzare solo solventi specificati. È accettabile immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Evitare l'uso di sostanze chimiche aggressive o non specificate che potrebbero danneggiare la lente plastica o l'involucro.

6.4 Conservazione e Manipolazione

• Precauzioni ESD:I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD). Utilizzare braccialetti antistatici, tappetini antistatici e apparecchiature correttamente messe a terra durante la manipolazione.
• Sensibilità all'Umidità:Sebbene il datasheet indichi che l'involucro è sigillato, per i componenti SMD si applicano le precauzioni standard MSL (Moisture Sensitivity Level) dopo l'apertura della confezione originale. Se esposti all'umidità ambientale, potrebbe essere necessario un trattamento di essiccazione (ad es., 60°C per 20 ore) prima della rifusione per prevenire il "popcorning" (crepe dell'involucro dovute alla pressione del vapore durante il riscaldamento).
• Condizioni di Conservazione:Per le confezioni aperte, conservare a ≤30°C e ≤60% di umidità relativa. Si consiglia di utilizzare entro una settimana per i migliori risultati.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

Il formato di imballaggio standard è cruciale per l'assemblaggio automatizzato.

• Nastro e Bobina:I componenti sono posizionati su nastro portante goffrato da 8mm di larghezza.
• Dimensione Bobina:7 pollici di diametro.
• Quantità per Bobina:4000 pezzi.
• Note sull'Imballaggio:Le tasche vuote sono sigillate con nastro di copertura. Il numero massimo di componenti mancanti consecutivi è due. La quantità minima d'ordine per i resti è di 500 pezzi. L'imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per garantire luminosità costante e longevità, devono essere pilotati con una corrente costante o con una resistenza limitatrice di corrente in serie quando si utilizza una sorgente di tensione.

Esempio di Calcolo per la Resistenza in Serie (utilizzando un'alimentazione a 5V e tipico VF=2.4V, IF=20mA):
Valore della Resistenza, R = (Valimentazione - VF) / IF = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ohm.
Potenza della Resistenza, P = (Valimentazione - VF) * IF = (2.6V) * 0.020A = 0.052W. Una resistenza standard da 1/8W (0.125W) o 1/10W è sufficiente.

Per più LED, collegarli in serie (se la tensione di alimentazione è sufficientemente alta) è preferibile alle connessioni in parallelo, poiché garantisce una corrente identica attraverso ciascun LED, promuovendo una luminosità uniforme.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Gestione Termica:Assicurarsi che il layout del PCB fornisca un adeguato smaltimento termico, specialmente se si opera vicino ai valori massimi di corrente. Collegare la piazzola termica (se presente) a un piano di massa può aiutare a dissipare il calore.
• Limitazione di Corrente:Non collegare mai un LED direttamente a una sorgente di tensione senza un meccanismo di limitazione della corrente.
• Protezione dalla Tensione Inversa:Evitare di applicare polarizzazione inversa. Nei circuiti dove è possibile una tensione inversa (ad es., accoppiamento AC), considerare l'aggiunta di un diodo di protezione in parallelo al LED (catodo a catodo, anodo a anodo).

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LTST-S220KFKT si differenzia grazie alla combinazione della tecnologia AlInGaP e dell'involucro laterale. Rispetto ai vecchi LED GaAsP o GaP, l'AlInGaP offre un'efficienza e una luminosità significativamente più elevate per i colori arancione/rosso. Il fattore di forma laterale offre flessibilità di progettazione per applicazioni in cui la luce deve essere diretta orizzontalmente su una superficie, come nella retroilluminazione di pulsanti, indicatori di stato sul bordo di un dispositivo o guide luminose.

10. Domande Frequenti (FAQ)

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. La lunghezza d'onda dominante (λd) è un valore calcolato basato sulla percezione del colore umana (grafico CIE) che meglio rappresenta il colore che vediamo. Sono spesso vicine ma non identiche.

10.2 Posso pilotare questo LED con un'alimentazione a 3.3V?

Sì. Utilizzando il tipico VF di 2.4V a 20mA, una resistenza in serie sarebbe calcolata come R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 Ohm. Assicurarsi che la potenza nominale della resistenza sia adeguata (0.9V * 0.02A = 0.018W).

10.3 Perché esiste una corrente di picco molto più alta della corrente continua?

La corrente di picco (80mA) è per impulsi molto brevi (0.1ms). Ciò consente al LED di produrre un lampo molto più luminoso per scopi di segnalazione senza che la temperatura di giunzione salga a livelli dannosi, poiché non c'è tempo sufficiente per l'accumulo di calore. Per l'illuminazione costante, la corrente continua (30mA) non deve essere superata.

10.4 Come interpreto il codice di bin?

Il codice di bin (ad es., P, Q, R, S) sull'etichetta della bobina o sull'imballaggio indica l'intervallo di intensità luminosa dei LED all'interno. Selezionare da un singolo bin garantisce una luminosità coerente nel tuo prodotto. Ad esempio, i LED del Bin S saranno significativamente più luminosi dei LED del Bin P quando pilotati alla stessa corrente.

11. Esempio di Applicazione Pratica

Scenario: Progettazione di un indicatore di batteria scarica per un dispositivo portatile.
Il LTST-S220KFKT è una scelta eccellente. Il suo colore arancione è un comune indicatore di avviso. L'involucro laterale consente di montarlo sul bordo del PCB, dirigendo la luce verso una finestra traslucida sul telaio del dispositivo. Pilotato a 15-20mA tramite un pin GPIO e una resistenza in serie dalla linea a 3.3V del dispositivo, fornisce un segnale chiaro e brillante. L'ampio angolo di visione di 130 gradi garantisce che l'indicatore sia visibile anche quando il dispositivo è visto da un'angolazione. La sua compatibilità con la saldatura a rifusione consente di assemblarlo insieme a tutti gli altri componenti SMD in un'unica passata, riducendo i costi di produzione.

12. Principio di Funzionamento

Un LED è un diodo semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la sua tensione di banda proibita, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva (il chip AlInGaP in questo caso). Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione materiale del semiconduttore (AlInGaP) determina l'energia della banda proibita, che a sua volta determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa—in questo caso, arancione. L'involucro laterale incorpora una lente plastica modellata che modella e dirige la luce emessa dal chip lateralmente.

13. Tendenze Tecnologiche

L'uso di materiali AlInGaP rappresenta una tecnologia consolidata e matura per produrre LED rossi, arancioni e gialli ad alta efficienza. Lo sviluppo in corso nell'industria LED più ampia si concentra sull'aumento dell'efficienza (lumen per watt), sul miglioramento della resa cromatica e sull'abilitazione di densità di potenza più elevate. Per LED di tipo indicatore come il LTST-S220KFKT, le tendenze includono un'ulteriore miniaturizzazione, lo sviluppo di angoli di visione ancora più ampi e una maggiore compatibilità con processi di assemblaggio impegnativi. La spinta verso una maggiore automazione e affidabilità nella produzione elettronica continua a rendere i robusti LED SMD rifondibili la scelta standard rispetto ai componenti through-hole.