Scheda Tecnica LED SMD Giallo LTST-S220KSKT - Pacchetto EIA - Tensione 2.4V - Potenza 75mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-S220KSKT è un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD) progettato per i moderni processi di assemblaggio elettronico. Appartiene alla famiglia dei LED a chip a visione laterale, il che significa che la sua emissione luminosa principale è diretta parallelamente al piano di montaggio del circuito stampato (PCB). Questa orientazione è particolarmente utile per applicazioni che richiedono illuminazione laterale o indicatori di stato visibili dal lato di un dispositivo. Il LED utilizza un materiale semiconduttore di Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP), noto per produrre luce ad alta efficienza nello spettro dal giallo al rosso. Il dispositivo è incapsulato in una lente trasparente, che non diffonde la luce, risultando in un fascio più focalizzato e intenso adatto per scopi di indicazione.

I vantaggi principali di questo componente includono la sua conformità alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), rendendolo adatto per i mercati globali con normative ambientali severe. Presenta terminali stagnati per una migliore saldabilità e resistenza alla corrosione. Il pacchetto è standardizzato secondo le specifiche EIA (Electronic Industries Alliance), garantendo compatibilità con un'ampia gamma di attrezzature automatiche pick-and-place utilizzate nella produzione di grandi volumi. Inoltre, è progettato per resistere ai processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), che è lo standard per l'assemblaggio di giunti saldati senza piombo (Pb-free) nella tecnologia a montaggio superficiale.

Il mercato target per questo LED include l'elettronica di consumo, i pannelli di controllo industriali, l'illuminazione interna automobilistica, la strumentazione e qualsiasi applicazione che richieda un indicatore di stato giallo affidabile e luminoso che possa essere integrato utilizzando linee di assemblaggio automatizzate.

2. Interpretazione Approfondita 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 a questi limiti non è garantito. I valori massimi assoluti sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il pacchetto LED può dissipare come calore senza degradare le prestazioni o la durata. Superare questo limite rischia danni termici.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):80 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per prevenire un eccessivo aumento della temperatura di giunzione.
• Corrente Diretta Continua (IF):30 mA. Questa è la massima corrente diretta continua raccomandata per un funzionamento affidabile a lungo termine. La condizione operativa tipica per testare le caratteristiche ottiche è 20 mA.
• Tensione Inversa (VR):5 V. Applicare una tensione inversa superiore a questa può causare rottura e danni irreversibili alla giunzione PN del LED.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-30°C a +85°C. Il LED è progettato per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-40°C a +85°C. Il dispositivo può essere conservato senza funzionamento entro questo intervallo di temperatura più ampio.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:260°C per 10 secondi. Questo definisce la temperatura di picco e la tolleranza di tempo per il processo di saldatura a rifusione, critico per l'assemblaggio senza piombo.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (Ta=25°C, IF=20mA) e definiscono le prestazioni del dispositivo.

• Intensità Luminosa (Iv):18.0 - 54.0 mcd (Tipico). Questa misura la luminosità percepita del LED come vista dall'occhio umano (visione fotopica). L'ampio intervallo indica che viene utilizzato un sistema di binning (vedi Sezione 3). L'intensità è misurata con un filtro che simula la curva di risposta dell'occhio CIE.
• Angolo di Visione (2θ1/2):130 gradi (Tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore sull'asse centrale (0°). Un angolo di 130° indica un pattern di visione relativamente ampio.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λP):591 nm (Tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita del LED è massima. Rientra nella regione gialla dello spettro visibile.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):589 nm (Tipico). Questa è derivata dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda che meglio descrive il colore percepito della luce. È molto vicina alla lunghezza d'onda di picco per questo dispositivo.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):20 nm (Tipico). Questa è la larghezza dello spettro di emissione a metà della sua potenza massima. Un valore di 20 nm indica un colore giallo moderatamente puro.
• Tensione Diretta (VF):2.0 V (Min), 2.4 V (Tip), (Max non specificato a 20mA). Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando opera alla corrente specificata. È cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (IR):10 μA (Max) a VR=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando viene applicata la tensione inversa specificata.

Nota sull'ESD:La scheda tecnica avverte che l'elettricità statica e i sovratensioni possono danneggiare il LED. Sono fortemente raccomandate adeguate precauzioni contro le scariche elettrostatiche (ESD), come l'uso di braccialetti a terra, guanti antistatici e assicurarsi che tutte le attrezzature siano messe a terra durante la manipolazione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella luminosità tra i lotti di produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base alla loro intensità luminosa misurata alla corrente di test standard (20mA). Il LTST-S220KSKT utilizza la seguente lista di codici bin:

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

La tolleranza su ogni bin di intensità è +/- 15%. Ciò significa che un LED etichettato come Bin N potrebbe avere un'intensità effettiva tra circa 23.8 mcd e 51.75 mcd. I progettisti devono tenere conto di questa variazione quando specificano i requisiti di luminosità per la loro applicazione. La scheda tecnica non indica bin separati per lunghezza d'onda o tensione diretta per questo numero di parte specifico, suggerendo un controllo più stretto o una specifica a bin singolo per quei parametri.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, le curve tipiche per un tale LED includerebbero:

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (Curva I-V):Questa curva mostra come l'output luminoso aumenta con la corrente diretta. È generalmente lineare a correnti più basse ma può saturarsi a correnti più elevate a causa di effetti termici e del calo di efficienza.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Questo grafico illustra la derating dell'output luminoso all'aumentare della temperatura ambiente (o di giunzione). I LED AlInGaP tipicamente subiscono una diminuzione dell'output con l'aumento della temperatura.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta:Questa mostra la relazione esponenziale caratteristica di un diodo. La tensione aumenta con la corrente.
• Tensione Diretta vs. Temperatura Ambiente:La tensione diretta ha tipicamente un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che diminuisce leggermente all'aumentare della temperatura.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico della potenza radiante relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra un picco intorno a 591 nm con una larghezza di circa 20 nm a mezza altezza.

Queste curve sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni operative non standard e per la progettazione della gestione termica.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni del Pacchetto

Il LED è conforme a un profilo standard SMD EIA. Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri con una tolleranza tipica di ±0.10 mm salvo diversa indicazione. La scheda tecnica include un disegno dimensionale dettagliato che mostra lunghezza, larghezza, altezza, spaziatura dei terminali e altre caratteristiche meccaniche critiche necessarie per il design dell'impronta sul PCB.

5.2 Design dei Pad e Polarità

La scheda tecnica fornisce le dimensioni suggerite per i pad di saldatura nel layout del PCB. Rispettare queste raccomandazioni garantisce un giunto saldato affidabile e un corretto allineamento durante la rifusione. Il componente ha una marcatura di polarità, tipicamente una tacca o un indicatore del catodo sul corpo del pacchetto. L'orientamento corretto è vitale poiché i LED consentono il passaggio di corrente solo in una direzione.

5.3 Imballaggio in Nastro e Bobina

I LED sono forniti su nastro industriale standard da 8mm su bobine da 7 pollici di diametro per compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatizzate. Le note chiave sull'imballaggio includono:

• Le tasche vuote dei componenti sono sigillate con un nastro di copertura superiore.
• Ogni bobina da 7 pollici contiene 4000 pezzi.
• La quantità minima di imballaggio per i pezzi rimanenti è di 500 pezzi.
• È consentito un massimo di due LED mancanti consecutivi (tasche vuote) per specifica della bobina.
• L'imballaggio segue le specifiche ANSI/EIA 481.

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 processi di saldatura senza piombo (Pb-free). I parametri critici sono:

• Temperatura di Pre-riscaldo:150–200°C
• Tempo di Pre-riscaldo:Massimo 120 secondi
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C
• Tempo alla Temperatura di Picco:Massimo 10 secondi (e sono consentiti al massimo due cicli di rifusione).

Il profilo si basa sugli standard JEDEC. La scheda tecnica sottolinea che il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dai componenti, dalla pasta saldante e dal forno, quindi è necessaria una caratterizzazione.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, si applicano i seguenti limiti:

• Temperatura del Saldatore:Massimo 300°C
• Tempo di Saldatura:Massimo 3 secondi (una sola volta).

6.3 Pulizia

Non devono essere utilizzati detergenti chimici non specificati poiché potrebbero danneggiare il pacchetto del LED. Se è necessaria la pulizia, si consiglia l'immersione in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto.

6.4 Condizioni di Conservazione

• Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤90% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione è di un anno quando conservata nella busta originale a prova di umidità con essiccante.
• Confezione Aperta:L'ambiente di conservazione non deve superare i 30°C o il 60% di UR. I LED rimossi dalla confezione originale devono essere sottoposti a rifusione IR entro una settimana.
• Conservazione Prolungata (Aperta):Per conservazione oltre una settimana, posizionare i LED in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto. I LED conservati fuori dalla confezione per più di una settimana devono essere "baked" (essiccati) a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'assorbimento di umidità e prevenire il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED giallo a visione laterale è ideale per applicazioni in cui lo spazio è limitato sulla superficie superiore di un PCB, o dove l'indicatore deve essere visto dal bordo. Usi comuni includono:

• Indicatori di stato su elettronica di consumo (router, decoder, caricabatterie).
• Retroilluminazione per interruttori a membrana o pannelli illuminati lateralmente.
• Illuminazione del quadro strumenti e del cruscotto negli interni automobilistici.
• Indicatori di stato e guasto per apparecchiature industriali.
• Indicatori di livello della batteria o di carica in dispositivi portatili.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Pilotaggio in Corrente:I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per garantire una luminosità uniforme, specialmente quando più LED sono collegati in parallelo, un meccanismo di limitazione della corrente è essenziale. Questo è tipicamente ottenuto utilizzando una resistenza in serie o un circuito driver a corrente costante. Il valore della resistenza può essere calcolato con la formula: R = (Vcc - VF) / IF, dove Vcc è la tensione di alimentazione, VF è la tensione diretta del LED (usare il valore max o tip per sicurezza) e IF è la corrente diretta desiderata (es. 20mA).
• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, mantenere la temperatura di giunzione entro i limiti è cruciale per la longevità e la stabilità dell'output luminoso. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche se si opera ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima.
• Protezione ESD:Incorpora diodi di protezione ESD sulle linee di segnale sensibili collegate al LED, o assicurati che il circuito di pilotaggio abbia una protezione intrinseca, specialmente se il LED è accessibile all'utente.
• Design Ottico:La lente trasparente produce un fascio focalizzato. Se è necessario un pattern di illuminazione diffuso o più ampio, devono essere considerati diffusori esterni o guide di luce nel design meccanico.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ad altri LED indicatori gialli, i principali fattori di differenziazione del LTST-S220KSKT sono:

• Pacchetto a Visione Laterale:A differenza dei LED a emissione superiore, questo fattore di forma risparmia spazio verticale e consente geometrie di illuminazione uniche, il che è un vantaggio meccanico distinto.
• Tecnologia AlInGaP:Offre una maggiore efficienza e una migliore stabilità termica rispetto ai vecchi LED basati su Fosfuro di Gallio (GaP) giallo, risultando in un output più luminoso e consistente.
• Compatibilità Completa di Processo:Il suo design per l'imballaggio in nastro e bobina, il posizionamento automatico e la saldatura a rifusione IR lo rendono una scelta preferita per la produzione automatizzata ad alto volume e conveniente.
• Conformità RoHS:Soddisfa gli standard ambientali moderni, che sono un requisito obbligatorio per molti mercati.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Di quale resistenza ho bisogno per un'alimentazione a 5V?

R: Utilizzando la tensione diretta tipica (VF) di 2.4V e una corrente target (IF) di 20mA, il valore della resistenza in serie è R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 Ohm. Una resistenza standard da 130Ω o 150Ω sarebbe adatta. Verifica sempre la luminosità effettiva e considera di utilizzare la VF massima per un design più conservativo.

D2: Posso pilotare questo LED con un pin di microcontrollore a 3.3V?

R: Sì, ma il margine di tensione disponibile è piccolo. VF_min è 2.0V, VF_typ è 2.4V. A 3.3V, il calcolo della resistenza diventa R = (3.3V - 2.4V) / 0.02A = 45 Ohm. Questo è fattibile, ma variazioni nella VF e nella tensione di alimentazione possono causare cambiamenti significativi della corrente. Per applicazioni critiche, è consigliato un driver a corrente costante o una caratterizzazione attenta.

D3: Perché l'angolo di visione è così ampio (130°)?

R: Il pacchetto a visione laterale e il design della lente trasparente sono ottimizzati per emettere luce su un ampio emisfero. Ciò è vantaggioso per indicatori che devono essere visibili da varie angolazioni senza richiedere una lente diffusa.

D4: Come interpreto il codice bin (es. N) su un ordine?

R: Il codice bin specifica l'intervallo garantito di intensità luminosa. Ordinare il Bin N garantisce di ricevere LED con intensità tra 28.0 e 45.0 mcd a 20mA. Per applicazioni che richiedono una luminosità minima, specifica il bin appropriato o consulta il fornitore per la disponibilità.

10. Caso d'Uso Pratico

Scenario: Progettazione di un Indicatore di Stato per un Router di Rete

Un progettista ha bisogno di un indicatore di alimentazione/attività visibile dalla parte anteriore di un router sottile. Il PCB è montato verticalmente, quindi un LED a visione laterale è perfetto. Posiziona il LTST-S220KSKT sul bordo del PCB, rivolto verso una guida di luce che convoglia la luce verso una piccola finestra sulla facciata del router. Lo pilota dalla linea di alimentazione di sistema a 3.3V utilizzando una resistenza in serie da 47Ω, ottenendo una corrente di circa 19mA ((3.3V-2.4V)/47Ω). Seleziona LED Bin P per garantire che una luminosità sufficiente sia visibile attraverso la guida di luce. Il design utilizza il processo automatico pick-and-place e di rifusione specificato nella scheda tecnica, garantendo un assemblaggio affidabile e veloce.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi a Emissione Luminosa (LED) sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce quando una corrente elettrica li attraversa. Questo fenomeno è chiamato elettroluminescenza. Nel LTST-S220KSKT, la regione attiva è realizzata in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP). Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dal semiconduttore di tipo n e le lacune dal semiconduttore di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Quando un elettrone si ricombina con una lacuna, cade da uno stato energetico più alto a uno più basso, rilasciando energia sotto forma di un fotone (particella di luce). La composizione specifica della lega AlInGaP determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa – in questo caso, giallo (~589-591 nm). Il pacchetto a visione laterale incorpora una cavità riflettente e una lente in epossidico modellata per dirigere la luce generata lateralmente fuori dal pacchetto.

12. Tendenze di Sviluppo

La tendenza nei LED indicatori SMD come questo continua verso diverse aree chiave:

• Aumento dell'Efficienza:I continui miglioramenti nella scienza dei materiali mirano a produrre più lumen per watt (efficacia), riducendo il consumo energetico a parità di luminosità.
• Miniaturizzazione:Le dimensioni dei pacchetti continuano a ridursi (es. dalle dimensioni metriche 0603 a 0402) mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche, consentendo design PCB più densi.
• Maggiore Affidabilità e Stabilità:I miglioramenti nei materiali di incapsulamento e nelle tecnologie di attacco del die migliorano la durata e la stabilità del colore nel tempo e con la temperatura.
• Gamut di Colore più Ampio e Coerenza:Tolleranze di binning più strette per lunghezza d'onda e intensità stanno diventando standard, fornendo ai progettisti prestazioni più prevedibili.
• Integrazione:C'è una tendenza crescente verso l'integrazione di più LED (es. RGB), circuiti integrati di controllo e persino componenti passivi in pacchetti modulari singoli e più intelligenti.

Componenti come il LTST-S220KSKT rappresentano una soluzione matura e altamente ottimizzata in questo panorama in evoluzione, bilanciando prestazioni, costo e producibilità.