Scheda Tecnica LED SMD LTST-S220KEKT - Emissione Laterale - Rosso (AlInGaP) - 20mA - 50mcd - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-S220KEKT è un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD) progettato principalmente per applicazioni di illuminazione a emissione laterale. La sua costruzione si basa su un chip semiconduttore in Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP), ingegnerizzato per produrre luce rossa ad alta intensità. L'intento progettuale primario e il mercato chiave per questo componente è l'integrazione come sorgente per la retroilluminazione di pannelli a cristalli liquidi (LCD), dove è richiesta un'illuminazione uniforme dal bordo.

Il componente è confezionato in un formato standard conforme EIA, fornito su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro. Questo imballaggio è pienamente compatibile con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place ad alta velocità comunemente utilizzate nella moderna produzione elettronica. Il LED è inoltre compatibile con i processi standard di rifusione a infrarossi (IR), rifusione in fase di vapore e saldatura a onda, rendendolo adatto alla produzione di massa.

1.1 Vantaggi Principali

• Ottica Specializzata:Il design della lente a emissione laterale è ottimizzato per dirigere la luce lateralmente, ideale per convogliare la luce nelle guide luminose utilizzate nelle unità di retroilluminazione (BLU) per LCD.
• Alta Luminosità:L'utilizzo della tecnologia AlInGaP fornisce un'alta intensità luminosa da un'area di chip ridotta.
• Pronto per la Produzione:La confezione su nastro e bobina e la compatibilità con i processi di rifusione consentono un assemblaggio automatizzato ed efficiente, riducendo tempi e costi di produzione.
• Affidabilità:Il dispositivo è classificato per funzionare in un'ampia gamma di temperature da -55°C a +85°C, supportando applicazioni in vari ambienti.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Tutte le specifiche sono definite a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C salvo diversa indicazione. Comprendere questi parametri è fondamentale per un progetto di circuito affidabile e per garantire prestazioni a lungo termine.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti non è garantito e dovrebbe essere evitato per un'operazione affidabile.

• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW. Questa è la massima perdita di potenza consentita all'interno del dispositivo.
• Corrente Diretta Continua (IF):30 mA. La corrente continua che può essere applicata in modo continuativo.
• Corrente Diretta di Picco:80 mA. Consentita solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza di impulso 0.1ms).
• Fattore di Derating:0.4 mA/°C. Per ogni grado Celsius sopra i 25°C, la massima corrente diretta continua ammissibile deve essere ridotta di questo valore.
• Tensione Inversa (VR):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-55°C a +85°C.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici in condizioni operative normali.

• Intensità Luminosa (Iv):30.0 mcd (Min), 50.0 mcd (Tip) a una corrente diretta (IF) di 20 mA. L'intensità è misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta fotopica dell'occhio CIE.
• Angolo di Visione (2θ½):130 gradi (Tip). Questo ampio angolo di visione è caratteristico del design a emissione laterale, indicando che la luce è emessa su un ampio piano laterale.
• Lunghezza d'Onda di Picco di Emissione (λPeak):632 nm (Tip). La lunghezza d'onda alla quale l'output spettrale è più forte.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):624 nm (Tip). Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, derivata dalle coordinate di cromaticità CIE, che definisce il punto di colore rosso.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):20 nm (Tip). La larghezza di banda dello spettro emesso a metà dell'intensità di picco, che indica la purezza del colore.
• Tensione Diretta (VF):2.0 V (Min), 2.4 V (Tip) a IF=20mA. Questo parametro è cruciale per calcolare i valori della resistenza in serie e per il progetto dell'alimentazione.
• Corrente Inversa (IR):100 µA (Max) a VR=5V.
• Capacità (C):40 pF (Tip) a VF=0V, f=1MHz. Rilevante per applicazioni di commutazione ad alta frequenza.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene i dati grafici specifici non siano forniti nell'estratto del testo, le curve tipiche per un tale dispositivo sarebbero essenziali per l'analisi progettuale. Gli ingegneri si aspetterebbero di esaminare le seguenti relazioni, standard per la caratterizzazione dei LED:

3.1 Curva Corrente vs. Tensione (I-V)

Questa curva mostra la relazione esponenziale tra tensione diretta e corrente. La tensione di ginocchio (dove la corrente inizia a salire bruscamente) per i LED AlInGaP è tipicamente intorno a 1.8-2.0V. La curva è essenziale per determinare la resistenza dinamica del LED e per progettare un circuito di limitazione della corrente appropriato.

3.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questo grafico mostra tipicamente una relazione quasi lineare tra corrente diretta e output luminoso nell'intervallo operativo consigliato. Aiuta i progettisti a scegliere la corrente di pilotaggio per ottenere un livello di luminosità desiderato rimanendo entro i limiti termici.

3.3 Dipendenza dalla Temperatura

Parametri chiave come la tensione diretta e l'intensità luminosa variano con la temperatura di giunzione. VF tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura (coefficiente di temperatura negativo), mentre l'intensità luminosa generalmente diminuisce. Comprendere queste variazioni è vitale per progetti che operano su un'ampia gamma di temperature o ad alti livelli di potenza.

3.4 Distribuzione Spettrale

Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda mostrerebbe un picco intorno a 632nm con una tipica larghezza a metà altezza di 20nm, confermando l'output monocromatico rosso del chip AlInGaP.

4. Informazioni Meccaniche & di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Dispositivo

Il LED è conforme a un profilo di package EIA standard. Le dimensioni critiche includono lunghezza, larghezza, altezza del corpo e la posizione dell'identificatore del catodo (tipicamente una tacca o un segno verde sul nastro). Le esatte dimensioni in millimetri e le tolleranze (±0.1mm) sono fornite nel disegno del package all'interno della scheda tecnica.

4.2 Identificazione della Polarità

L'orientamento corretto è obbligatorio. Il catodo è solitamente segnato sul corpo del dispositivo o indicato da una caratteristica specifica nella tasca del nastro. Un orientamento errato impedirà l'illuminazione del LED e l'applicazione di una polarizzazione inversa può danneggiarlo.

4.3 Layout Consigliato per le Piazzole di Saldatura

Viene fornita un'impronta consigliata per le piazzole del PCB per garantire una corretta formazione del giunto di saldatura, stabilità meccanica e sollievo termico durante la rifusione. Rispettare questo layout minimizza il fenomeno del "tombstoning" e altri difetti di assemblaggio.

4.4 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il componente è fornito in nastro portante goffrato con nastro di copertura protettivo. Le specifiche chiave includono: larghezza nastro 8mm, diametro bobina 7 pollici e 4000 pezzi per bobina. Il confezionamento segue gli standard ANSI/EIA 481-1-A-1994. È consentito un massimo di due componenti mancanti consecutivi (tasche vuote) per bobina.

5. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

5.1 Condizioni di Saldatura a Rifusione

Il LED è classificato per i comuni processi di saldatura. La scheda tecnica specifica le condizioni massime di esposizione per prevenire danni termici al package plastico e ai fili di connessione (bonding):

• Saldatura a Infrarossi (IR) / a Onda:Temperatura di picco di 260°C per un massimo di 5 secondi.
• Saldatura in Fase di Vapore:215°C per un massimo di 3 minuti.

Viene tipicamente suggerito un profilo di rifusione dettagliato (preriscaldamento, stabilizzazione, rifusione, raffreddamento) con vincoli di tempo e temperatura per garantire giunti di saldatura affidabili senza degradare il LED.

5.2 Pulizia

La pulizia post-saldatura richiede cautela. Dovrebbero essere utilizzati solo prodotti chimici specificati. La scheda tecnica raccomanda esplicitamente:

• Immersione in alcol etilico o alcol isopropilico a temperatura ambiente normale.
• Il tempo di immersione dovrebbe essere inferiore a un minuto.
• Devono essere evitati liquidi chimici non specificati poiché potrebbero danneggiare la lente epossidica o il package del LED.

5.3 Stoccaggio & Manipolazione

I dispositivi dovrebbero essere conservati nelle loro originali buste sigillate barriera al vapore con essiccante in un ambiente controllato (nell'intervallo da -55°C a +85°C). L'esposizione a un'umidità eccessiva prima della saldatura può portare al fenomeno del "popcorning" durante la rifusione. Durante la manipolazione dovrebbero essere osservate le precauzioni standard ESD (scarica elettrostatica).

6. Note Applicative & Considerazioni Progettuali

6.1 Applicazione Principale: Retroilluminazione LCD

Il design a emissione laterale è ideale per unità di retroilluminazione illuminate dal bordo. Più LED sono posizionati lungo uno o più bordi di una lastra guida luce (LGP). La luce dei LED viene iniettata nel bordo della LGP, dove si propaga tramite riflessione interna totale ed è estratta verso l'alto verso il pannello LCD da caratteristiche superficiali stampate o modellate, creando una sorgente luminosa ad area uniforme.

6.2 Progetto del Circuito di Pilotaggio

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Una resistenza limitatrice di corrente in serie è il metodo di pilotaggio più semplice. Il valore della resistenza (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 (usare il valore tipico o massimo per affidabilità), e IF è la corrente diretta desiderata (es. 20mA). Per una luminosità costante su più LED o con temperature variabili, è raccomandato un circuito di pilotaggio a corrente costante.

6.3 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa (75mW max), un'efficace gestione termica è cruciale per la longevità e la stabilità dell'output luminoso. Il PCB funge da dissipatore di calore. Assicurare un'adeguata area di rame collegata alle piazzole termiche del LED (se presenti) o alle piazzole di saldatura per condurre il calore lontano dalla giunzione. Rispettare la curva di derating della corrente sopra i 25°C ambiente.

6.4 Integrazione Ottica

Per applicazioni di retroilluminazione, l'allineamento meccanico preciso e la distanza tra la superficie emissiva del LED e il bordo della lastra guida luce sono critici per massimizzare l'efficienza di accoppiamento e minimizzare le perdite ottiche. L'ampio angolo di visione di 130 gradi aiuta in questo accoppiamento.

7. Confronto Tecnico & Differenziazione

Confrontato con altre tecnologie LED per emissione rossa:

• vs. GaAsP Tradizionale:L'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta e una migliore stabilità termica, risultando in una luce rossa più brillante e uniforme.
• vs. LED AlInGaP a Visione Dall'Alto:Il differenziatore chiave è il diagramma di emissione. Questa variante a emissione laterale emette luce parallelamente al piano del PCB, mentre i LED standard emettono perpendicolarmente. Questo la rende inadatta per l'indicazione diretta ma ottimale per l'illuminazione dal bordo.
• vs. LED Bianchi per Retroilluminazione:LED monocromatici rossi come questo sono spesso utilizzati in sistemi di retroilluminazione multicolore (RGB) per creare un'ampia gamma di colori, o in display monocromatici che richiedono un'illuminazione rossa specifica.

8. Domande Frequenti (FAQ)

8.1 Posso pilotare questo LED direttamente da un'uscita logica a 5V o 3.3V?

No. È necessario utilizzare una resistenza in serie o un driver a corrente costante per limitare la corrente al massimo specificato (30mA continua). Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione causerà un flusso di corrente eccessivo, potenzialmente distruggendo il LED.

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

La lunghezza d'onda di picco (λPeak) è la lunghezza d'onda fisica alla quale la potenza spettrale è massima. La lunghezza d'onda dominante (λd) è una metrica percettiva derivata dalla scienza del colore (diagramma CIE) che rappresenta la singola lunghezza d'onda che l'occhio umano percepirebbe come corrispondente al colore del LED. Per i LED monocromatici, sono spesso vicine ma non identiche.

8.3 Quanti LED posso collegare in serie?

Il numero dipende dalla tua tensione di alimentazione (Vcc) e dalla tensione diretta (VF) di ciascun LED. La somma delle VF di tutti i LED nella stringa deve essere inferiore a Vcc, con sufficiente margine per l'elemento limitatore di corrente (resistenza o regolatore). Ad esempio, con un'alimentazione a 12V e VF=2.4V, teoricamente potresti collegare 4 LED in serie (4 * 2.4V = 9.6V), lasciando 2.4V per la resistenza limitatrice di corrente.

8.4 Questo LED è adatto per applicazioni automobilistiche?

L'intervallo di temperatura operativa (-55°C a +85°C) copre molti requisiti automobilistici. Tuttavia, i componenti veramente di grado automobilistico richiedono tipicamente qualifiche aggiuntive per vibrazioni, umidità e durata estesa in condizioni severe. Questa scheda tecnica non specifica qualifiche automobilistiche come AEC-Q101, quindi potrebbe non essere adatto per illuminazione automobilistica critica per la sicurezza o esterna senza ulteriore verifica.

9. Studio di Caso Progettuale Pratico

Scenario:Progettare un semplice indicatore di stato per un dispositivo portatile che richiede l'illuminazione laterale di una piccola barra acrilica guida luce.

Implementazione:Il LTST-S220KEKT è una scelta eccellente. Viene posizionato sul PCB principale con la sua superficie emissiva allineata al bordo della barra acrilica guida luce. Una resistenza in serie è calcolata per un sistema a 3.3V: R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 Ohm. Viene selezionata una resistenza standard da 47 Ohm, risultando in una corrente diretta di circa 19.1mA, ben entro i limiti. L'ampio angolo di visione garantisce un accoppiamento efficiente nella barra guida luce, fornendo una luminosa e uniforme luce rossa nel punto di uscita dell'indicatore sul telaio del dispositivo.

10. Introduzione al Principio Tecnologico

Il LTST-S220KEKT si basa sulla tecnologia dei semiconduttori in Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP). Quando una tensione diretta è applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. Nell'AlInGaP, questo evento di ricombinazione rilascia principalmente energia sotto forma di fotoni (luce) nello spettro dal rosso all'arancio-giallo, a seconda dell'esatta composizione della lega. Il package a emissione laterale incorpora una lente epossidica modellata che è sagomata per rifrangere e dirigere la luce emessa lateralmente, parallelamente al piano di montaggio, anziché verso l'alto. Ciò è ottenuto attraverso una specifica curvatura della lente e il posizionamento del chip semiconduttore all'interno del package.

11. Tendenze & Sviluppi del Settore

Il mercato dei LED a emissione laterale continua a evolversi. Le tendenze chiave includono:

• Aumento dell'Efficienza:I continui miglioramenti nella scienza dei materiali mirano ad aumentare i lumen per watt (efficacia) per AlInGaP e altri LED colorati, riducendo il consumo energetico nelle unità di retroilluminazione.
• Miniaturizzazione:C'è una costante spinta verso dimensioni di package più piccole (es. 0603, 0402 metrico) per consentire display più sottili e dispositivi più compatti.
• Soluzioni Integrate:Le tendenze si muovono verso moduli multi-LED o "barre luminose" che combinano più colori (RGB) o LED bianchi con driver e ottiche in un'unica unità pre-assemblata, semplificando progettazione e assemblaggio per la retroilluminazione.
• Tecnologie Alternative:Per la retroilluminazione bianca, i LED blu con conversione al fosforo rimangono dominanti. Tuttavia, per display a colori, i LED a emissione diretta rossi, verdi e blu (RGB) o array di mini/micro-LED stanno guadagnando terreno per la loro gamma di colori superiore e capacità di local dimming nei display di fascia alta.