Scheda Tecnica LED SMD Side Looking LTST-S110TGKT - Dimensioni del Package - Tensione Diretta 3.2V - Intensità Luminosa fino a 450mcd - Verde 530nm - Documento Tecnico in Inglese

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce specifiche tecniche complete per un LED SMD (Surface-Mount Device) a emissione laterale. Il componente è progettato per applicazioni che richiedono un ampio angolo di visione e un'elevata luminosità da un contenitore compatto a emissione laterale. Utilizza un chip semiconduttore InGaN (Indium Gallium Nitride) per produrre luce verde, offrendo un equilibrio tra efficienza e prestazioni adatto per i moderni assemblaggi elettronici.

Il LED è confezionato su nastro da 8 mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, rendendolo pienamente compatibile con le attrezzature automatiche ad alta velocità pick-and-place utilizzate nella produzione di massa. Il suo design aderisce allo standard di confezionamento EIA (Electronic Industries Alliance), garantendo un'ampia compatibilità all'interno del settore.

2. Approfondimento 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. Questi valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C e non devono essere superati in nessuna condizione operativa.

• Dissipazione di Potenza (Pd): 76 mW. Questa è la quantità massima di potenza che il package del LED può dissipare sotto forma di calore senza superare i suoi limiti termici.
• Corrente Diretta di Picco (IFP): 100 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni di impulso (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1 ms) per prevenire il surriscaldamento del chip.
• Corrente Diretta Continua (IF): 20 mA. Questa è la massima corrente diretta continua consigliata per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Intervallo di Temperatura di Esercizio: -20°C a +80°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Intervallo di temperatura di stoccaggio: -30°C a +100°C. Il dispositivo può essere stoccato senza subire degradazioni entro questi limiti.
• Condizione di Saldatura a Rifusione a Infrarossi: Temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi. Questo definisce la tolleranza del profilo termico per i processi di assemblaggio con saldatura senza piombo (Pb-free).

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Le caratteristiche operative tipiche sono misurate a Ta=25°C con una corrente diretta (IF) di 20 mA, salvo diversa indicazione. Questi parametri definiscono le prestazioni attese in condizioni d'uso normali.

• Intensità Luminosa (Iv): Varia da un minimo di 71.0 mcd a un massimo di 450.0 mcd. L'intensità è misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta fotopica (occhio umano) CIE. Il valore effettivo per un'unità specifica dipende dal suo codice bin (vedere Sezione 3).
• Angolo di Visione (2θ1/2): 130 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore sull'asse centrale (0°). Un ampio angolo di visione di 130° rende questo LED adatto per applicazioni di retroilluminazione e indicatori dove la luce deve essere visibile lateralmente.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λP): 530 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita del LED è massima.
• Lunghezza d'onda dominante (λd): 525 nm. Questo valore è derivato dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda che meglio descrive il colore percepito della luce emessa. È una rappresentazione del colore più accurata rispetto alla lunghezza d'onda di picco.
• Larghezza a metà altezza della linea spettrale (Δλ): 35 nm. Questo parametro indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa, misurata come larghezza a metà altezza (FWHM) dello spettro di emissione.
• Tensione Diretta (VF): Tipicamente 3.20 V, con un intervallo da 2.80 V (Min) a 3.60 V (Max) a IF=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento.
• Corrente Inversa (IR): 10 μA (Max) quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 5V. È fondamentale notare che questo LED non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa; questa condizione di test è solo per la caratterizzazione della corrente di dispersione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in categorie di prestazione in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino requisiti specifici per colore, luminosità e tensione.

3.1 Forward Voltage Binning

Le unità sono classificate in base alla loro tensione diretta (VF) a 20mA. La tolleranza all'interno di ciascuna categoria è di +/-0,1V.

• Bin D7: VF = 2,80V - 3,00V
• Bin D8: VF = 3.00V - 3.20V
• Bin D9: VF = 3.20V - 3.40V
• Bin D10: VF = 3.40V - 3.60V

3.2 Luminous Intensity Binning

Le unità sono classificate in base alla loro intensità luminosa (Iv) a 20mA. La tolleranza all'interno di ciascun bin è di +/-15%.

• Bin Q: Iv = 71.0 mcd - 112.0 mcd
• Bin R: Iv = 112.0 mcd - 180.0 mcd
• Bin S: Iv = 180.0 mcd - 280.0 mcd
• Bin T: Iv = 280.0 mcd - 450.0 mcd

3.3 Classificazione della Lunghezza d'Onda Dominante

Le unità sono classificate in base alla loro lunghezza d'onda dominante (λd) a 20mA. La tolleranza all'interno di ciascun bin è di +/-1nm, garantendo un'elevata coerenza cromatica.

• Bin AP: λd = 520.0 nm - 525.0 nm
• Bin AQ: λd = 525.0 nm - 530.0 nm
• Bin AR: λd = 530.0 nm - 535.0 nm

La selezione da specifici bin consente un abbinamento cromatico preciso e un'uniformità di luminosità nelle applicazioni multi-LED, come display o array di retroilluminazione.

4. Analisi della Curva di Prestazione

Sebbene nel datasheet siano referenziate curve grafiche specifiche (ad esempio, Figura 1 per la distribuzione spettrale, Figura 5 per l'angolo di visione), le loro implicazioni tipiche vengono analizzate qui. Queste curve sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

Forward Current vs. Luminous Intensity (Curva I-Iv): L'intensità luminosa di un LED è direttamente proporzionale alla corrente diretta, seguendo tipicamente una relazione quasi lineare all'interno dell'intervallo operativo consigliato. Superare la massima corrente continua non solo aumenterà la luminosità in modo non lineare, ma genererà anche un calore eccessivo, potenzialmente riducendo la durata di vita e spostando la lunghezza d'onda dominante.

Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V): La caratteristica I-V di un LED è esponenziale. Un piccolo aumento della tensione oltre la tipica tensione diretta (ad es., 3.2V) può causare un grande e potenzialmente dannoso aumento della corrente se non adeguatamente limitata da un circuito driver o da una resistenza in serie.

Dipendenza dalla Temperatura: Le prestazioni dei LED sono sensibili alla temperatura. All'aumentare della temperatura di giunzione:

• L'intensità luminosa diminuisce. Temperature più elevate causano una ridotta efficienza quantistica interna, portando a una minore emissione luminosa a parità di corrente di alimentazione.
• La tensione diretta diminuisce. Il bandgap del semiconduttore si restringe leggermente con la temperatura, riducendo la tensione necessaria per ottenere una data corrente.
• La lunghezza d'onda dominante si sposta. Tipicamente, per i LED verdi basati su InGaN, la lunghezza d'onda può spostarsi leggermente verso lunghezze d'onda maggiori (red shift) all'aumentare della temperatura, influenzando la percezione del colore.

Questi fattori sottolineano l'importanza di una corretta gestione termica nella progettazione dei PCB.

5. Mechanical & Packaging Information

5.1 Dimensioni del Pacchetto

Il LED presenta un package SMD a visione laterale. Tutte le dimensioni critiche, inclusa la lunghezza, larghezza, altezza del corpo e la posizione dei terminali, sono fornite nei disegni del datasheet con una tolleranza generale di ±0,10 mm (0,004"). Questa precisione garantisce un posizionamento e una saldatura affidabili da parte delle macchine automatizzate.

5.2 Soldering Pad Layout & Polarity

Il datasheet include un'impronta consigliata per i pad di saldatura nel layout del PCB. Rispettare queste raccomandazioni è cruciale per ottenere una giunzione saldata affidabile e un corretto allineamento. Il componente presenta una marcatura di polarità (tipicamente un indicatore del catodo sul corpo del package). Durante l'assemblaggio è necessario osservare il corretto orientamento, poiché l'applicazione di una tensione inversa può danneggiare istantaneamente il LED.

5.3 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il dispositivo è fornito su nastro portatore goffrato con nastro di copertura protettivo, avvolto su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro. La quantità standard per bobina è di 3000 pezzi. Le specifiche chiave del nastro includono il passo delle tasche, la larghezza del nastro e le dimensioni della bobina, progettate per essere conformi agli standard ANSI/EIA-481-1-A per le attrezzature di manipolazione automatica.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 Profilo di saldatura a rifusione

Viene fornito un profilo di rifusione a infrarossi (IR) suggerito per i processi di saldatura senza piombo (Pb-free). I parametri chiave includono:

• Zona di Preriscaldamento: Da 150°C a 200°C, con un tempo massimo di preriscaldamento di 120 secondi per riscaldare gradualmente il circuito stampato e i componenti, attivando il flussante e minimizzando lo shock termico.
• Temperatura di Picco: Massimo 260°C. Il componente non deve essere esposto a temperature superiori a questo limite.
• Tempo Sopra il Liquido (TAL): Il tempo durante il quale la lega di saldatura è fusa è critico per la formazione del giunto. Il profilo suggerisce un massimo di 10 secondi alla temperatura di picco, e il riflusso non dovrebbe essere eseguito più di due volte.

Questo profilo si basa sugli standard JEDEC e funge da riferimento generico; i profili finali devono essere convalidati per specifici progetti di PCB, paste saldanti e caratteristiche del forno.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è indispensabile prestare la massima attenzione:

• Temperatura del Saldatore: Massimo 300°C.
• Tempo di saldatura: Massimo 3 secondi per giunto saldato.
• Frequenza: Dovrebbe essere eseguita una sola volta per evitare stress termici sul contenitore plastico e sui collegamenti interni a filo.

6.3 Pulizia

Se è richiesta la pulizia post-saldatura, utilizzare solo solventi specificati per evitare di danneggiare la lente in plastica e l'involucro del LED. Gli agenti di pulizia consigliati sono a base alcolica, come alcol etilico o alcol isopropilico (IPA). Il LED deve essere immerso a temperatura ambiente normale per meno di un minuto. È necessario evitare detergenti chimici aggressivi o non specificati.

6.4 Precauzioni contro le scariche elettrostatiche (ESD)

I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD) e ai sovraccarichi elettrici. Le precauzioni di manipolazione sono obbligatorie:

• Utilizzare un braccialetto antistatico collegato a terra o guanti antistatici durante la manipolazione dei dispositivi.
• Assicurarsi che tutte le postazioni di lavoro, le attrezzature e gli utensili siano correttamente collegati a terra.
• Conservare e trasportare i componenti in imballaggi protettivi ESD.

7. Storage & Handling Conditions

Un corretto stoccaggio è fondamentale per mantenere la saldabilità e l'affidabilità del dispositivo, in particolare per i pacchetti SMD sensibili all'umidità.

• Confezione Sigillata: I LED nella loro confezione originale, non aperta, a barriera di umidità (con essiccante) devono essere conservati a ≤30°C e ≤90% di umidità relativa (UR). La durata di conservazione consigliata in queste condizioni è di un anno.
• Confezione Aperta: Una volta aperta la busta barriera all'umidità, l'ambiente di conservazione non deve superare i 30°C e il 60% di UR. Si raccomanda vivamente di completare il processo di saldatura a rifusione IR entro una settimana dall'apertura.
• Conservazione Prolungata (Aperto): Per una conservazione superiore a una settimana, i componenti devono essere riposti in un contenitore sigillato con nuovo essiccante o in un essiccatore purgato con azoto.
• Baking: Se i componenti sono stati esposti alle condizioni ambientali per più di una settimana, si consiglia un processo di baking (circa 60°C per almeno 20 ore) prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il fenomeno del "popcorning" (crepe nel package) durante il reflow.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Il profilo di emissione laterale e l'ampio angolo di visuale rendono questo LED ideale per diverse applicazioni:

• Indicatori di Stato su Pannelli Verticali: Perfetto per apparecchiature in cui il PCB è montato perpendicolarmente alla linea di vista dell'utente, come nell'hardware di rete, nei mixer audio o nei pannelli di controllo industriali.
• Retroilluminazione a LED laterale: Può essere utilizzata per illuminare guide luminose in display di piccole dimensioni, tastiere o pannelli decorativi lateralmente, creando una luce uniforme.
• Elettronica di consumo: Luci spia negli smartphone, tablet, laptop, console di gioco ed elettrodomestici.
• Illuminazione Interna Automobilistica: Per le luci di stato interne non critiche, a condizione che siano soddisfatti i requisiti di temperatura operativa e affidabilità.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente: Guidare sempre il LED con una sorgente di corrente costante o una resistenza di limitazione della corrente in serie. Il valore della resistenza può essere calcolato utilizzando la formula: R = (Vsupply - VF) / IF, dove VF è la tensione diretta tipica o massima ricavata dal datasheet per garantire un funzionamento sicuro in tutte le condizioni.
• Gestione Termica: Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa (76 mW), garantire un'adeguata area di rame attorno ai pad di saldatura sul PCB aiuta a dissipare il calore, mantenendo le prestazioni e la longevità del LED, specialmente in ambienti ad alta temperatura o spazi chiusi.
• Progettazione Ottica: Considerare l'angolo di visione di 130° durante la progettazione di guide luminose, lenti o diffusori per catturare e dirigere efficacemente la luce emessa.
• Protezione ESD: Nelle applicazioni soggette a eventi ESD, considerare l'aggiunta di diodi soppressori di tensione transiente (TVS) o altri circuiti di protezione sulle linee del driver LED.

9. Technical Comparison & Differentiation

Rispetto ai LED SMD standard a emissione superiore, questa variante a visione laterale offre un vantaggio distinto nelle applicazioni in cui lo spazio sulla scheda è limitato sulla superficie superiore o dove la luce deve essere diretta orizzontalmente. I suoi principali fattori di differenziazione includono:

• Direzione di Emissione: L'uscita luminosa principale proviene dal lato del package, non dalla parte superiore.
• Ampio Angolo di Visione: L'angolo di visuale di 130° è generalmente più ampio rispetto a molti LED a emissione superiore, offrendo un campo di visibilità più esteso.
• Compatibilità: Mantiene la piena compatibilità con i processi di assemblaggio SMD standard (saldatura a rifusione, pick-and-place), a differenza di alcuni emettitori laterali specializzati che potrebbero richiedere assemblaggio manuale.
• Tecnologia InGaN: L'utilizzo dell'InGaN per la luce verde offre un'efficienza superiore e una migliore stabilità delle prestazioni rispetto a tecnologie più datate come l'AlInGaP per determinate lunghezze d'onda del verde.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?

Lunghezza d'Onda di Picco (λP) è la singola lunghezza d'onda alla quale il LED emette la massima potenza ottica. Dominant Wavelength (λd) viene calcolata dalle coordinate cromatiche CIE e rappresenta il colore percepito. Per LED monocromatici come questo verde, sono spesso vicine, ma λd è il parametro più rilevante per la specifica del colore in applicazioni centrate sull'uomo.

10.2 Posso pilotare questo LED senza una resistenza di limitazione della corrente?

No. La tensione diretta di un LED ha un coefficiente di temperatura negativo e varia da unità a unità (come mostrato nel binning). Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione, anche una corrispondente alla sua VF tipica, comporterà un flusso di corrente incontrollato, che probabilmente supererà il valore massimo assoluto e distruggerà istantaneamente il dispositivo. È obbligatorio un resistore in serie o un driver a corrente costante.

10.3 Perché esiste un sistema di binning e quale bin dovrei scegliere?

Il sistema di binning tiene conto delle variazioni naturali nella produzione dei semiconduttori. Ti consente di selezionare i componenti che soddisfano le tue esigenze specifiche:

• Scegli un Dominant Wavelength bin (AP, AQ, AR) specifico per una rigorosa coerenza cromatica tra più LED in un display.
• Scegliere un valore superiore Bin di Intensità Luminosa (S, T) se la massima luminosità è la priorità.
• Scegli un Bin di Tensione Diretta (D7-D10) se si progetta per margini di tensione dell'alimentazione molto precisi.

Per la maggior parte delle applicazioni generali, specificare un intervallo (ad esempio, Bin AQ per il colore, Bin R o S per l'intensità) è sufficiente ed economico.

10.4 Come devo interpretare la condizione di saldatura "260°C per 10 secondi"?

Ciò significa che durante il processo di saldatura a rifusione, la temperatura misurata ai terminali o al corpo del package del LED non deve superare i 260°C. Inoltre, la durata per cui la temperatura è pari o prossima a questo picco (tipicamente entro 5-10°C dal picco) non deve superare i 10 secondi. Superare questi limiti può danneggiare il package in plastica, l'attacco interno del die o i collegamenti a filo.

11. Studio di un caso pratico di progettazione

Scenario: Progettazione di un indicatore di stato per un dispositivo medico portatile. Il PCB è montato verticalmente all'interno di un contenitore sottile. L'indicatore deve essere chiaramente visibile da un'ampia angolazione e mostrare un colore verde uniforme.

Implementazione:

1. Selezione dei Componenti: Viene scelto questo LED laterale. Per garantire la coerenza cromatica, il progetto specifica il Bin AQ (Lunghezza d'Onda Dominante 525-530nm). Per una luminosità adeguata, viene selezionato il Bin S (180-280 mcd).
2. Progettazione del Circuito: Il dispositivo è alimentato da una linea di sistema a 5V. Una resistenza in serie viene calcolata utilizzando la VF massima dal datasheet per sicurezza: R = (5V - 3.6V) / 0.020A = 70 Ohm. Viene selezionato il valore standard più vicino di 68 Ohm, ottenendo una corrente di circa (5V - 3.2V)/68Ω ≈ 26.5mA, leggermente superiore ai tipici 20mA ma comunque entro il valore massimo assoluto di corrente continua. È possibile aggiungere un MOSFET per piccoli segnali per il controllo tramite microcontrollore.
3. PCB Layout: Viene utilizzato il layout dei pad di saldatura suggerito dal datasheet. Sono stati aggiunti ulteriori riempimenti in rame con rilievo termico ai pad del catodo e dell'anodo per favorire la dissipazione del calore senza rendere difficoltosa la riparazione manuale.
4. Optical Integration: Un semplice light pipe in plastica stampato è progettato per convogliare la luce emessa lateralmente verso una piccola apertura sul pannello frontale del dispositivo. L'angolo di visione di 130° del LED garantisce un accoppiamento efficiente nel light pipe.
5. Assemblaggio: I LED vengono mantenuti nelle loro buste sigillate fino al momento dell'uso. Il PCB assemblato subisce una saldatura a rifusione utilizzando un profilo validato che rimane entro il limite di 260°C per 10 secondi.

Questo approccio produce un indicatore di stato affidabile, uniforme e luminoso, adatto all'applicazione.

12. Introduzione ai Principi Tecnologici

Questo LED si basa sulla tecnologia a semiconduttore InGaN (Nitruro di Indio e Gallio). Il principio fondamentale è l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n del semiconduttore, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva (il pozzo quantico). Lì, gli elettroni si ricombinano con le lacune, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda specifica (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore, che a sua volta è controllata dalla composizione precisa della lega InGaN (il rapporto tra Indio e Gallio). Un contenuto più elevato di indio sposta generalmente l'emissione verso lunghezze d'onda più lunghe (ad esempio, verde, piuttosto che blu). Il package side-looking è realizzato montando il chip semiconduttore lateralmente all'interno della cavità del piombato, in modo che la sua superficie principale di emissione della luce sia rivolta verso l'esterno attraverso il lato della lente in plastica stampata, anziché verso l'alto.

13. Industry Trends & Developments

Il mercato dei LED SMD continua ad evolversi con diverse tendenze chiare:

• Aumento dell'Efficienza (lm/W): I continui miglioramenti nella scienza dei materiali e nel design dei chip producono una maggiore emissione luminosa per unità di potenza elettrica, riducendo il consumo energetico e il carico termico.
• Miniaturizzazione: I package continuano a ridursi (ad esempio, dalle dimensioni metriche 0603 a 0402 a 0201) mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche, consentendo progetti elettronici più densi e compatti.
• Improved Color Consistency & Binning: I progressi nella crescita epitassiale e nel controllo di produzione portano a distribuzioni dei parametri più strette, riducendo la necessità di un ampio binning e migliorando la resa.
• Higher Reliability & Lifetime: I miglioramenti nei materiali del package (ad esempio, plastiche ad alta temperatura, die attach robusti) e nella tecnologia dei chip estendono la durata operativa, rendendo i LED adatti ad applicazioni automotive, industriali e medicali più impegnative.
• Soluzioni Integrate: Crescita dei LED con driver integrati (IC a corrente costante), funzioni di protezione (ESD, sovratensioni) o persino microcontrollori per applicazioni RGB indirizzabili (ad esempio, LED di tipo WS2812).

Sebbene questo specifico datasheet rappresenti un prodotto maturo e affidabile, le generazioni più recenti rifletterebbero probabilmente queste tendenze con metriche di prestazione migliori e potenzialmente fattori di forma più ridotti.