Scheda Tecnica LED SMD LTST-C990NRKT-PO - AlInGaP Rosso - 20mA - 900-2240mcd - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per una lampada LED a montaggio superficiale (SMD). Questo componente è progettato per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB), caratterizzato da un fattore di forma miniaturizzato ideale per applicazioni con vincoli di spazio. La sua funzione principale è servire come indicatore visivo o sorgente di retroilluminazione in una vasta gamma di apparecchiature elettroniche.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il LED offre diversi vantaggi chiave per la moderna produzione elettronica. Utilizza un chip AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) ad Ultra Alta Luminosità, che garantisce un'elevata efficienza luminosa per l'emissione rossa. Il dispositivo è confezionato su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, conforme agli standard EIA, rendendolo pienamente compatibile con le attrezzature automatiche ad alta velocità pick-and-place. Inoltre, è progettato per resistere ai processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) comunemente utilizzati nelle linee di assemblaggio senza piombo (Pb-free), garantendo un fissaggio affidabile al PCB. Il prodotto è conforme alla direttiva sulla restrizione delle sostanze pericolose (RoHS).

Le applicazioni target sono ampie, comprendendo apparecchiature di telecomunicazione, dispositivi per l'automazione d'ufficio, elettrodomestici e sistemi di controllo industriale. Usi specifici includono la retroilluminazione per tastiere e keypad, luci di stato indicatori, integrazione in microdisplay e illuminazione generale di segnali o simboli.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione dettaglia i limiti assoluti e le caratteristiche operative del LED. Tutti i parametri sono definiti a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C salvo diversa specificazione.

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.

• Dissipazione di Potenza (Pd):62.5 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il package LED può dissipare sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_F(PEAK)):60 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni impulsive (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per gestire lo stress termico.
• Corrente Diretta Continua in CC (I_F):25 mA. Questa è la corrente massima raccomandata per il funzionamento continuo.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. L'applicazione di una tensione inversa superiore a questo valore può causare rottura e guasto.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento:-30°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il LED è progettato per funzionare.
• Intervallo di Temperatura di Magazzinaggio:-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura per lo stoccaggio non operativo.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:260°C per 10 secondi. Il profilo termico massimo che il package può sopportare durante la saldatura a rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati in condizioni di test standard.

• Intensità Luminosa (I_V):900.0 - 2240.0 mcd (millicandela). Misurata a una corrente diretta (I_F) di 20mA. L'intensità è misurata utilizzando una combinazione di sensore e filtro che approssima la curva fotopica (risposta dell'occhio CIE). L'ampio intervallo indica l'utilizzo di un sistema di binning (vedi Sezione 4).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):75 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa è la metà del valore misurato sull'asse centrale (0°). Un angolo di 75 gradi fornisce un cono di visione relativamente ampio.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):639 nm (nanometri). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza della luce emessa è al massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):624.0 - 632.0 nm. Questa è derivata dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta il colore percepito del LED, che si trova nella regione rossa dello spettro.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):20 nm. Questo indica la larghezza di banda spettrale, misurata come larghezza totale a metà altezza (FWHM) del picco di emissione. Un valore di 20nm è tipico per un LED rosso monocromatico AlInGaP.
• Tensione Diretta (V_F):1.7 - 2.5 V. La caduta di tensione ai capi del LED quando alimentato a 20mA. Questo intervallo tiene conto della normale variazione di produzione nel chip semiconduttore.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (max). La piccola corrente di dispersione che scorre quando viene applicata la tensione inversa massima (5V).

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nelle applicazioni, i LED vengono selezionati (binnati) in base a parametri ottici chiave dopo la produzione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Il parametro di binning primario per questo LED è la sua intensità luminosa. Il prodotto è suddiviso in diversi bin, ciascuno con un valore di intensità minimo e massimo definito quando alimentato a 20mA. Il codice bin, stampato sulla bobina o sulla confezione, consente ai progettisti di selezionare LED con luminosità coerente per la loro applicazione. La tolleranza all'interno di ogni bin è +/- 15%. L'elenco dei bin è il seguente:

• Codice Bin V2:900.0 - 1120.0 mcd
• Codice Bin W1:1120.0 - 1400.0 mcd
• Codice Bin W2:1400.0 - 1800.0 mcd
• Codice Bin X1:1800.0 - 2240.0 mcd

Selezionare un codice bin più alto (es. X1) garantisce una luminosità minima più elevata, fondamentale per applicazioni che richiedono uniformità e alta visibilità o dove la corrente di pilotaggio può essere limitata.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono una comprensione più approfondita del comportamento del LED in condizioni variabili. Le curve tipiche incluse nella scheda tecnica illustrano la relazione tra i parametri chiave.

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Questa curva mostra la relazione non lineare tra la corrente che attraversa il LED e la tensione ai suoi capi. Il 'ginocchio' della curva, tipicamente intorno a 1.7V - 2.0V per questo dispositivo, è il punto in cui il LED inizia a emettere luce in modo significativo. Oltre questo ginocchio, un piccolo aumento della tensione provoca un grande aumento della corrente. Pertanto, i LED sono sempre pilotati con un meccanismo di limitazione della corrente, non con una sorgente di tensione fissa.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra come l'output luminoso aumenti con la corrente di pilotaggio. Per la maggior parte dei LED, la relazione è approssimativamente lineare entro l'intervallo operativo raccomandato (fino a 25mA per questo dispositivo). Pilotare il LED oltre la sua corrente diretta continua massima non produrrà luce proporzionalmente maggiore e genererà calore eccessivo, riducendo la durata e l'affidabilità.

4.3 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale mostra la potenza radiante relativa emessa a diverse lunghezze d'onda. Presenterà un singolo picco dominante centrato intorno a 639 nm (la lunghezza d'onda di picco) con una forma caratteristica definita dalla larghezza a mezza altezza di 20 nm. Ciò conferma l'output monocromatico di colore rosso.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Dispositivo e Polarità

Il package LED ha dimensioni fisiche specifiche critiche per il design dell'impronta sul PCB. La scheda tecnica fornisce un disegno dimensionale dettagliato. Le caratteristiche chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive. Il package ha anche un indicatore di polarità, tipicamente una tacca, un punto verde o un segno del catodo su un'estremità, che deve essere allineato correttamente con l'impronta sul PCB per garantire la corretta connessione elettrica (anodo vs. catodo).

5.2 Layout Consigliato dei Pad di Attacco PCB

Viene fornito un land pattern suggerito (layout delle piazzole di rame) per il PCB. Questo pattern è progettato per garantire una saldatura affidabile durante la rifusione, fornire un adeguato sollievo termico e prevenire ponticelli di saldatura. Seguire questa raccomandazione è essenziale per un assemblaggio riuscito e una stabilità meccanica a lungo termine.

5.3 Specifiche di Confezionamento a Nastro e Bobina

Per l'assemblaggio automatizzato, i componenti sono forniti su nastro portacomponenti avvolto su bobine. La scheda tecnica specifica le dimensioni delle tasche del nastro che contengono ciascun LED, la larghezza del nastro e le dimensioni della bobina (diametro 7 pollici). Le quantità standard per bobina sono 3000 pezzi. Il confezionamento è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481. Le note includono dettagli sul nastro coprente, il numero massimo di componenti mancanti consecutivi (2) e le quantità minime d'ordine per i residui (500 pezzi).

6. Linee Guida per Saldatura, Assemblaggio e Manipolazione

6.1 Profilo di Rifusione IR Raccomandato

Per i processi di saldatura senza piombo, è raccomandato un profilo termico specifico per prevenire danni. I parametri chiave includono:

• Temperatura di Pre-riscaldo:150-200°C
• Tempo di Pre-riscaldo:Massimo 120 secondi
• Temperatura Massima del Corpo:Massimo 260°C
• Tempo Sopra i 260°C:Massimo 10 secondi (sono consentiti al massimo due cicli di rifusione)

Il profilo dovrebbe essere sviluppato in conformità agli standard JEDEC e validato con il design PCB specifico, la pasta saldante e il forno utilizzati in produzione.

6.2 Condizioni di Magazzinaggio

Un magazzinaggio corretto è vitale a causa della sensibilità all'umidità del package plastico (MSL 3).

• Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤90% UR. Utilizzare entro un anno dalla data di confezionamento.
• Confezione Aperta:Per i componenti rimossi dalla loro busta anti-umidità, l'ambiente non deve superare i 30°C e il 60% UR. Si raccomanda di completare la rifusione IR entro una settimana. Per lo stoccaggio oltre una settimana, essiccare i LED a 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto 'popcorn' durante la rifusione.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, utilizzare solo solventi approvati. È specificato di immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Prodotti chimici aggressivi o non specificati possono danneggiare la lente plastica e il package.

6.4 Precauzione contro le Scariche Elettrostatiche (ESD)

Il chip semiconduttore all'interno del LED è sensibile alle scariche elettrostatiche e ai sovratensioni. Sono necessarie precauzioni di manipolazione: utilizzare un braccialetto a terra o guanti antistatici e assicurarsi che tutte le attrezzature e le superfici di lavoro siano correttamente messe a terra.

7. Considerazioni di Progettazione Applicativa

7.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. L'aspetto più critico del circuito di pilotaggio è la regolazione della corrente. Per garantire una luminosità uniforme, specialmente quando più LED sono collegati in parallelo, una resistenza limitatrice di corrente dovrebbe essere posta in serie conciascun singolo LED. Un semplice circuito di pilotaggio consiste in una sorgente di tensione (V_CC), il LED e una resistenza in serie (R_S). Il valore della resistenza è calcolato usando la Legge di Ohm: R_S= (V_CC- V_F) / I_F, dove V_Fè la tensione diretta del LED alla corrente desiderata I_F(es. 20mA). Usare una resistenza per ogni LED compensa le piccole variazioni di V_Fda dispositivo a dispositivo.

7.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa (62.5 mW max), una gestione termica efficace prolunga la vita del LED e mantiene stabile l'output luminoso. Il PCB stesso funge da dissipatore di calore. Garantire una buona connessione termica dai pad di saldatura del LED ai piani di rame sul PCB aiuta a dissipare il calore. Evitare di far funzionare il LED alla sua corrente e temperatura massime assolute per periodi prolungati.

7.3 Ambito Applicativo e Limitazioni

Questo LED è destinato ad apparecchiature elettroniche di uso generale. Per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale dove un guasto potrebbe compromettere la sicurezza (es. aviazione, supporto vitale medico, sistemi di sicurezza dei trasporti), sono necessarie ulteriori qualifiche e consultazioni con il produttore del componente prima dell'integrazione nel progetto.

8. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Rispetto a tecnologie più datate come i LED rossi GaAsP (Fosfuro di Gallio Arseniuro), il chip AlInGaP utilizzato qui offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in una maggiore luminosità a parità di corrente di pilotaggio. Il design della lente a cupola aiuta a raggiungere l'angolo di visione specificato di 75 gradi, fornendo un buon equilibrio tra luminosità assiale e visibilità fuori asse. La compatibilità con il posizionamento automatizzato e la rifusione IR lo rende una scelta economicamente vantaggiosa per la produzione di grandi volumi, differenziandolo dai LED che richiedono saldatura manuale.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Perché il mio LED è debole o ha una luminosità inconsistente rispetto ad altri sulla scheda?

R: La causa più comune è non utilizzare resistenze limitatrici di corrente individuali per ciascun LED quando sono collegati in parallelo. Piccole variazioni nella tensione diretta (V_F) causano una ripartizione della corrente non uniforme. Utilizzare sempre una resistenza in serie per ogni LED. Inoltre, verificare di utilizzare LED dello stesso bin di intensità luminosa.

D: Posso pilotare questo LED con 3.3V senza una resistenza?

R: No. Collegare un LED direttamente a una sorgente di tensione come 3.3V causerebbe un flusso di corrente eccessivo, probabilmente superando la corrente diretta continua massima (25mA) e distruggendo il dispositivo. Una resistenza in serie è obbligatoria per limitare la corrente a un valore sicuro (es. 20mA).

D: La scheda tecnica mostra un intervallo di tensione diretta da 1.7V a 2.5V. Quale valore devo usare per il calcolo della mia resistenza?

R: Per un progetto conservativo che garantisca che la corrente non superi il tuo target (es. 20mA) anche con un LED a bassa V_F, utilizzare il valore minimo di V_F(1.7V) nel tuo calcolo. Ciò risulta in un valore di resistenza leggermente più alto e una corrente leggermente inferiore per i LED con V_Fpiù alta, ma garantisce la sicurezza per tutti i dispositivi.

D: Cosa significa 'MSL 3' per lo stoccaggio?

R: Il Livello di Sensibilità all'Umidità 3 indica che il package può essere esposto alle condizioni del pavimento di fabbrica (≤30°C/60% UR) fino a 168 ore (una settimana) prima di richiedere l'essiccazione prima della saldatura a rifusione. Superare questo tempo rischia di danneggiare il package internamente durante il processo di rifusione ad alta temperatura.

10. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore di stato con 10 LED rossi uniformemente luminosi.

1. Progettazione del Circuito:Utilizzare un'alimentazione a 5V. Target I_F= 20mA. Assumendo una V_Ftipica di 2.1V, calcolare R_S= (5V - 2.1V) / 0.020A = 145 Ohm. Il valore standard più vicino è 150 Ohm. Posizionare una resistenza da 150 ohm in serie con l'anodo di ciascuno dei 10 LED. Collegare tutti i lati catodo a massa.

2. Layout PCB:Utilizzare il land pattern raccomandato dalla scheda tecnica. Assicurarsi che le marcature di polarità sulla serigrafia del PCB corrispondano all'indicatore di polarità del LED. Fornire un piano di massa solido per la dissipazione termica e il ritorno elettrico.

3. Procurement:Specificare al distributore il codice bin di intensità luminosa richiesto (es. W2 per 1400-1800 mcd) per garantire che tutti i 10 LED abbiano una luminosità simile.

4. Assemblaggio:Seguire il profilo di rifusione IR raccomandato. Dopo l'assemblaggio, se necessaria la pulizia, utilizzare alcol isopropilico.

Questo approccio garantisce un funzionamento affidabile, un aspetto visivo coerente e una stabilità a lungo termine per il pannello indicatore.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un LED è un diodo a semiconduttore. Il suo nucleo è una giunzione p-n realizzata con materiali a bandgap diretto come l'AlInGaP. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando un elettrone si ricombina con una lacuna, viene rilasciata energia. In un LED, questa energia viene rilasciata sotto forma di un fotone (particella di luce). La lunghezza d'onda (colore) del fotone emesso è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. L'AlInGaP ha un bandgap corrispondente alla luce rossa. La lente epossidica a forma di cupola serve a proteggere il chip semiconduttore e a modellare il fascio luminoso in uscita, estraendo più luce dal chip e definendo l'angolo di visione.

12. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nei LED indicatori SMD continua verso una maggiore efficienza, dimensioni del package più piccole e un'affidabilità aumentata. Mentre l'AlInGaP rimane la tecnologia dominante per i LED rossi e ambra ad alta efficienza, altri materiali come l'InGaN (Nitruro di Indio Gallio) coprono lo spettro del blu, verde e bianco. C'è uno sviluppo in corso nel packaging a scala di chip (CSP) dove il chip LED è montato direttamente senza un tradizionale package plastico, consentendo fattori di forma ancora più piccoli. Inoltre, l'integrazione di elettronica di controllo, come driver a corrente costante, all'interno del package LED stesso è una tendenza in crescita per semplificare la progettazione del circuito e migliorare la coerenza delle prestazioni.