Scheda Tecnica LED SMD LTST-C190KEKT - AlInGaP Rosso - Angolo Visivo 130° - 1.7-2.5V - 30mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-C190KEKT è un LED per montaggio superficiale (SMD) progettato per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB). Appartiene a una famiglia di LED miniaturizzati destinati ad applicazioni con vincoli di spazio in un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Questo LED offre diversi vantaggi chiave che lo rendono adatto alla moderna produzione elettronica. Le sue caratteristiche principali includono la conformità alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), l'utilizzo di un chip semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) ultra-luminoso per un'emissione efficiente di luce rossa, e l'imballaggio su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, compatibile con le attrezzature standard di pick-and-place automatizzate. Il dispositivo è inoltre progettato per essere compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), standard del settore per l'assemblaggio SMD ad alto volume.

Le applicazioni target sono varie, riflettendo la versatilità del componente. I mercati chiave includono apparecchiature di telecomunicazione (es. telefoni cordless e cellulari), dispositivi per l'automazione d'ufficio (es. computer portatili, sistemi di rete), elettrodomestici e applicazioni per segnaletica o display interni. Gli usi funzionali specifici all'interno di questi dispositivi comprendono l'illuminazione retrostante di tastiere o keypad, l'indicazione di stato, micro-display e l'illuminazione di segnali o simboli.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Le prestazioni del LTST-C190KEKT sono definite da una serie di valori massimi assoluti e caratteristiche elettriche/ottiche standard, tutti specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non devono essere superati in nessuna condizione operativa.

• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il package del LED può dissipare sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_F(PEAK)):80 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea, ammissibile solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms.
• Corrente Diretta Continua (I_F):30 mA. Questa è la massima corrente diretta continua per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. L'applicazione di una tensione inversa superiore a questo valore può causare la rottura della giunzione.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-55°C a +85°C.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:Resiste a una temperatura di picco di 260°C per 10 secondi, tipica dei profili di rifusione per saldatura senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

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

• Intensità Luminosa (I_V):28.0 a 112.0 mcd (millicandela) con una corrente diretta (I_F) di 20mA. L'intensità è misurata utilizzando una combinazione di sensore e filtro che approssima la curva di risposta fotopica (CIE) dell'occhio umano.
• Angolo Visivo (2θ_1/2):130 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del valore misurato sull'asse centrale (0°). Un ampio angolo visivo come questo è adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia e diffusa piuttosto che un fascio focalizzato.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):632.0 nm (nanometri). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):617.0 a 631.0 nm a I_F=20mA. Questo valore è derivato dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda che meglio descrive il colore percepito della luce. L'intervallo indica la potenziale variazione tra le singole unità.
• Larghezza a Metà 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.
• Tensione Diretta (V_F):1.7 a 2.5 V a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. L'intervallo tiene conto delle normali variazioni di produzione del materiale semiconduttore.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (microampere) massimo a una tensione inversa (V_R) di 5V.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza della luminosità nei prodotti finali, i LED vengono spesso suddivisi in bin di prestazione dopo la produzione.

3.1 Codice Bin per l'Intensità Luminosa

Per il LTST-C190KEKT di colore rosso, l'intensità luminosa è categorizzata in bin come segue, misurata a 20mA:

• Codice Bin N:Minimo 28.0 mcd, Massimo 45.0 mcd.
• Codice Bin P:Minimo 45.0 mcd, Massimo 71.0 mcd.
• Codice Bin Q:Minimo 71.0 mcd, Massimo 112.0 mcd.

Una tolleranza di +/-15% è applicata ai limiti di ciascun bin. Questo sistema di binning consente ai progettisti di selezionare LED con una luminosità minima garantita per la loro applicazione, aspetto critico per ottenere un aspetto uniforme in array multi-LED.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene specifiche curve grafiche siano referenziate nella scheda tecnica (es. a pagina 5/11), le loro implicazioni tipiche sono analizzate qui.

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

La caratteristica I-V di un LED è non lineare. Per il materiale AlInGaP utilizzato qui, la tensione diretta tipica varia da 1.7V a 2.5V a 20mA. La curva mostra che un piccolo aumento della tensione oltre la soglia di accensione porta a un rapido aumento della corrente. Pertanto, i LED devono essere pilotati da una sorgente a corrente limitata, non da una sorgente a tensione costante, per prevenire la fuga termica e la distruzione.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'emissione luminosa (intensità luminosa) è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta in un ampio intervallo operativo. Tuttavia, l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento della generazione di calore all'interno del chip. Operare alla o al di sotto della condizione di test consigliata di 20mA garantisce prestazioni e longevità ottimali.

4.3 Distribuzione Spettrale

Lo spettro di emissione è centrato attorno a 632 nm (picco) con una larghezza a metà altezza di circa 20 nm. Questo definisce un colore rosso relativamente puro. La lunghezza d'onda dominante (617-631 nm) determina la tonalità percepita. Variazioni all'interno di questo intervallo sono normali e gestite attraverso il processo produttivo.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Identificazione della Polarità

Il LED è alloggiato in un package SMD standard. Il colore della lente è trasparente, mentre la sorgente luminosa emette luce rossa dal chip AlInGaP. Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri con una tolleranza standard di ±0.1 mm salvo diversa specifica. Il package include caratteristiche per il corretto orientamento (polarità) durante il posizionamento, tipicamente indicate da una marcatura sul corpo o da una forma asimmetrica. La polarità corretta è essenziale per il funzionamento del dispositivo.

5.2 Layout Consigliato dei Pad di Attacco sul PCB

Viene fornito un land pattern (impronta) consigliato per il PCB per garantire una corretta formazione del giunto di saldatura, stabilità meccanica e gestione termica durante e dopo il processo di rifusione. Rispettare questo progetto è fondamentale per ottenere connessioni saldate affidabili e gestire la dissipazione del calore dalla giunzione del LED attraverso le piste del PCB.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo è compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi, essenziali per l'assemblaggio senza piombo (Pb-free). Viene fornito un profilo suggerito, conforme agli standard JEDEC. I parametri chiave includono:

• Preriscaldamento:150°C a 200°C.
• Tempo di Preriscaldamento:Massimo 120 secondi.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido (al picco):Massimo 10 secondi. Il dispositivo può resistere a questo profilo al massimo due volte.

Si sottolinea che il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dai componenti, dalla pasta saldante e dal forno. Si raccomanda una caratterizzazione per l'applicazione specifica.

6.2 Saldatura Manuale (Saldatore)

Se è necessaria la saldatura manuale, è necessario prestare estrema attenzione:

• Temperatura del Saldatore:Massimo 300°C.
• Tempo di Saldatura:Massimo 3 secondi per pad.
• Frequenza:Questa operazione dovrebbe essere eseguita una sola volta per evitare stress termico.

6.3 Condizioni di Stoccaggio

Uno stoccaggio corretto è vitale per mantenere la saldabilità e l'integrità del dispositivo.

• Confezione Sigillata (Busta Barriera all'Umidità):Conservare a ≤30°C e ≤90% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione è di un anno quando conservati nella busta originale anti-umidità con essiccante.
• Confezione Aperta:L'ambiente non deve superare i 30°C o il 60% di UR. I componenti rimossi dalla confezione originale devono essere sottoposti a rifusione IR entro una settimana (corrispondente al Livello di Sensibilità all'Umidità 3, MSL 3). Per una conservazione più lunga al di fuori della busta originale, utilizzare un contenitore sigillato con essiccante o un essiccatore a azoto. I componenti conservati aperti per più di una settimana richiedono una cottura a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto \"popcorn\" durante la rifusione.

6.4 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, utilizzare solo solventi specificati. È accettabile immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare il package plastico o la lente.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

7.1 Progetto del Circuito di Pilotaggio

Un LED è un dispositivo a corrente. Per garantire una luminosità costante, specialmente quando più LED sono utilizzati in parallelo, ogni LED dovrebbe avere la propria resistenza di limitazione di corrente collegata in serie. Il valore della resistenza (R) è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F, dove V_Fè la tensione diretta del LED alla corrente desiderata I_F. Non è raccomandato utilizzare una resistenza comune per più LED in parallelo a causa delle variazioni individuali di V_F, che possono portare a differenze significative nella corrente e quindi nella luminosità.

7.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia relativamente bassa (75mW max), un corretto progetto termico prolunga la vita del LED e mantiene stabile l'emissione luminosa. Assicurarsi di utilizzare il layout consigliato dei pad sul PCB aiuta a condurre il calore lontano dalla giunzione del LED. Far funzionare il LED a correnti inferiori al massimo rating di 30mA in DC ridurrà la temperatura di giunzione e migliorerà l'affidabilità a lungo termine.

7.3 Precauzioni contro le Scariche Elettrostatiche (ESD)

I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche e ai sovratensioni. Sono necessarie precauzioni nella manipolazione per prevenire danni latenti o catastrofici. Si raccomanda di utilizzare un braccialetto a terra o guanti antistatici quando si maneggiano i dispositivi. Tutte le attrezzature, comprese le postazioni di lavoro e i saldatori, devono essere correttamente messe a terra.

8. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

8.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il LTST-C190KEKT è fornito standard su nastro portacomponenti goffrato da 8mm di larghezza avvolto su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro. Questo imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481 per la movimentazione automatizzata.

• Quantità per Bobina:4000 pezzi.
• Quantità Minima d'Ordine (MOQ) per Residui:500 pezzi.
• Copertura delle Tasche:Le tasche vuote sul nastro sono sigillate con un nastro coprente superiore.
• Componenti Mancanti:Il numero massimo consentito di lampade mancanti consecutive su una bobina è due.

Disegni dimensionali dettagliati per la tasca del nastro e la bobina sono forniti nella scheda tecnica per la configurazione della macchina e la verifica della compatibilità.

9. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Il LTST-C190KEKT utilizza un materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). Rispetto a tecnologie più vecchie come i LED rossi standard in GaAsP (Fosfuro di Gallio Arseniuro), l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in un'emissione più brillante a parità di corrente di pilotaggio. Inoltre, tipicamente fornisce una migliore stabilità termica sia dell'emissione luminosa che della lunghezza d'onda. L'ampio angolo visivo di 130 gradi è una scelta progettuale che lo differenzia dai LED con fasci più stretti, rendendolo ideale per l'illuminazione d'area e gli indicatori di stato che devono essere visibili da un'ampia gamma di angolazioni.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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

Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P):La specifica lunghezza d'onda alla quale il LED emette la massima potenza ottica. È una misura fisica dello spettro.
Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Un valore calcolato dal diagramma dei colori CIE che corrisponde al colore percepito della luce dall'occhio umano. Per una sorgente monocromatica come un LED rosso, sono spesso vicine, ma λ_dè il parametro utilizzato per la specifica del colore e il binning.

10.2 Perché è necessaria una resistenza di limitazione di corrente anche se alimento il LED alla sua tipica tensione diretta?

La tensione diretta (V_F) ha un intervallo di tolleranza (1.7V a 2.5V). Se si applica una tensione costante di 2.0V, un LED con una V_Fbassa di 1.7V potrebbe assorbire una corrente eccessiva, mentre uno con una V_Falta di 2.5V potrebbe non accendersi affatto. Più criticamente, V_Fdiminuisce all'aumentare della temperatura. Una sorgente di tensione costante può portare alla fuga termica: man mano che il LED si riscalda, V_Fscende, la corrente aumenta, causando più calore, che fa scendere ulteriormente V_F, fino al guasto. Una resistenza in serie (o, meglio, un driver a corrente costante) fornisce una retroazione negativa, stabilizzando il punto di lavoro.

10.3 Posso pilotare questo LED direttamente con un segnale logico a 3.3V o 5V?

No. Collegarlo direttamente a un pin di uscita digitale a 3.3V o 5V applicherebbe quella tensione ai capi del LED. Con una V_Ftipica di ~2.0V, la tensione in eccesso causerebbe un flusso di corrente molto alto, limitato solo dalla piccola resistenza interna del chip e del pin di uscita, probabilmente distruggendo il LED all'istante. È necessario sempre utilizzare una resistenza di limitazione di corrente in serie quando si pilota un LED da una sorgente di tensione.

11. Esempio di Applicazione Pratica

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore multi-LED per un router di rete.
Il pannello richiede 5 LED di stato rossi per indicare alimentazione, connessione internet, attività Wi-Fi, ecc. Il sistema utilizza una linea di alimentazione a 3.3V.
Passi di Progettazione:
1. Scegliere la Corrente Operativa:Selezionare I_F= 20mA, che è la condizione di test standard e fornisce una buona luminosità all'interno dell'area operativa sicura.
2. Calcolare il Valore della Resistenza:Utilizzare la V_Fmassima dalla scheda tecnica (2.5V) per un progetto conservativo che garantisca l'accensione di tutti i LED anche con parti ad alta V_F. R = (3.3V - 2.5V) / 0.020A = 40 Ohm. Il valore standard più vicino è 39 Ohm o 43 Ohm.
3. Verificare la Potenza sulla Resistenza: P_R= I_F²* R = (0.02)²* 39 = 0.0156W. Una resistenza standard da 1/10W (0.1W) è più che sufficiente.
4. Layout del Circuito:Implementare cinque circuiti identici, ciascuno con un LED e una resistenza da 39 ohm in serie, tutti collegati tra la linea di alimentazione a 3.3V e singoli pin GPIO del microcontrollore configurati come uscite. Portando un pin a LOW (0V) si completerà il circuito e si accenderà il LED.
5. Progetto del PCB:Utilizzare il land pattern consigliato dalla scheda tecnica. Assicurarsi che la larghezza delle piste sia adeguata per la corrente di 20mA.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce attraverso un processo chiamato elettroluminescenza. Quando una tensione diretta è applicata attraverso la giunzione p-n del materiale semiconduttore (in questo caso, AlInGaP), 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, cade da uno stato energetico più alto nella banda di conduzione a uno stato energetico più basso nella banda di valenza. La differenza di energia viene rilasciata sotto forma di un fotone (particella di luce). La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore, che è una proprietà fondamentale del composto AlInGaP utilizzato qui, risultando nell'emissione di luce rossa.

13. Tendenze Tecnologiche

L'industria dell'optoelettronica continua a evolversi con diverse tendenze chiave che impattano i LED SMD come il LTST-C190KEKT. C'è una costante spinta verso l'aumento dell'efficienza luminosa (più luce in uscita per watt elettrico in ingresso), che migliora l'efficienza energetica. La miniaturizzazione rimane critica, spingendo verso dimensioni di package più piccole mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche. L'affidabilità migliorata e le durate operative più lunghe in varie condizioni ambientali sono anche importanti obiettivi di sviluppo. Inoltre, tolleranze di binning più strette per colore e luminosità stanno diventando standard per soddisfare le esigenze di applicazioni di display e illuminazione di alta qualità dove la coerenza del colore è fondamentale.