Scheda Tecnica LED SMD LTST-T680TBWT - Blu Diffuso - 20mA - 80mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un LED a montaggio superficiale (SMD). Questo componente è progettato per processi di assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB) ed è adatto per applicazioni in cui lo spazio è un vincolo critico. Il LED presenta una lente diffusa, che fornisce una distribuzione della luce più ampia e uniforme rispetto a lenti trasparenti o water-clear, rendendolo ideale per scopi di indicazione e retroilluminazione dove si desidera ridurre l'abbagliamento.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questo LED includono la sua conformità alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), rendendolo adatto ai mercati globali con normative ambientali severe. È confezionato su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, compatibile con le attrezzature standard di pick-and-place automatizzato utilizzate nella produzione elettronica di alto volume. 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. Le sue caratteristiche di pilotaggio compatibili con I.C. (Circuiti Integrati) semplificano la progettazione del circuito. I mercati primari di riferimento per questo componente sono le apparecchiature di telecomunicazione, i dispositivi per l'automazione d'ufficio, gli elettrodomestici e le apparecchiature industriali, dove è comunemente utilizzato per l'indicazione di stato, l'illuminazione di segnali e simboli e la retroilluminazione dei pannelli frontali.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce una suddivisione dettagliata dei limiti operativi e delle caratteristiche prestazionali del LED in condizioni di test standard (Ta=25°C). Comprendere questi parametri è cruciale per una progettazione affidabile del circuito e per garantire la longevità del componente.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I valori massimi assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Queste non sono condizioni per il funzionamento continuo.

• Dissipazione di Potenza (Pd):80 mW. Questa è la quantità massima di potenza che il package del LED può dissipare come calore. Superare questo limite può portare a surriscaldamento e degrado accelerato del materiale semiconduttore.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):100 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms). È significativamente più alta della corrente nominale continua ed è rilevante per brevi lampi ad alta intensità.
• Corrente Diretta Continua (I_F):20 mA. Questa è la massima corrente diretta continua raccomandata per il funzionamento normale. Pilotare il LED a o al di sotto di questa corrente garantisce prestazioni e durata ottimali.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento (T_opr):-40°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro le specifiche in questo intervallo di temperatura ambiente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +100°C. Il dispositivo può essere conservato senza degradarsi in questo intervallo di temperatura quando non è alimentato.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri descrivono le prestazioni tipiche del LED quando operato nelle sue condizioni raccomandate (I_F= 20mA, Ta=25°C).

• Intensità Luminosa (I_V):140.0 - 450.0 mcd (millicandela). Questa è una misura della potenza percepita della luce emessa. L'ampio intervallo indica che il dispositivo è disponibile in diversi bin di luminosità (vedi Sezione 3). L'intensità è misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla risposta fotopica dell'occhio umano (curva CIE).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):120 gradi (tipico). L'angolo di visione è definito come l'angolo totale a cui l'intensità luminosa è la metà di quella misurata sull'asse (0 gradi). Un angolo di 120 gradi indica un fascio molto ampio, caratteristico di una lente diffusa.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):468 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale della luce emessa è al massimo. È una proprietà fisica del materiale semiconduttore InGaN (Nitruro di Indio Gallio) utilizzato.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):465 - 475 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda che meglio rappresenta il colore percepito della luce, derivata dal diagramma di cromaticità CIE. È il parametro utilizzato per il binning del colore.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):20 nm (tipico). Questa è la larghezza di banda spettrale misurata a metà dell'intensità massima (Full Width at Half Maximum - FWHM). Un valore di 20nm è tipico per un LED blu InGaN.
• Tensione Diretta (V_F):3.3 V (tipico), 3.8 V (massimo). Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando pilotato a 20mA. È un parametro critico per progettare il circuito di limitazione della corrente (ad es., selezionare una resistenza in serie o un driver a corrente costante).
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (massimo) a V_R= 5V. I LED non sono progettati per funzionare in polarizzazione inversa. Questo parametro indica la piccolissima corrente di dispersione se viene applicata accidentalmente una tensione inversa. Applicare una tensione inversa oltre il valore massimo può causare un guasto immediato.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in bin di prestazioni dopo la produzione. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano specifici requisiti di luminosità, colore e tensione per la loro applicazione.

3.1 Binning della Tensione Diretta (V_f)

I LED vengono suddivisi in base alla loro caduta di tensione diretta a 20mA. I bin (da D7 a D11) hanno una tolleranza di ±0.1V all'interno di ciascun bin. Ad esempio, il bin D9 include LED con una V_ftra 3.2V e 3.4V. Selezionare LED dallo stesso bin V_fpuò aiutare a garantire una luminosità uniforme quando più LED sono collegati in parallelo con una resistenza di limitazione della corrente comune.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (I_V)

Questo è il binning della luminosità. I bin vanno da R2 (140.0-180.0 mcd) a T2 (355.0-450.0 mcd), con una tolleranza dell'11% su ciascun bin. Le applicazioni che richiedono livelli di luminosità specifici possono specificare il codice del bin di intensità desiderato.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (W_d)

Questo è il binning del colore. Per questo LED blu, i bin sono AC (465.0-470.0 nm) e AD (470.0-475.0 nm), con una tolleranza stretta di ±1nm. Ciò garantisce una tonalità di blu coerente in tutti i LED di un assemblaggio, fondamentale per applicazioni estetiche e di segnalazione.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene grafici specifici siano referenziati nella scheda tecnica (ad es., Figura 1, Figura 5), le loro implicazioni tipiche sono analizzate qui. Queste curve sono essenziali per comprendere le prestazioni in condizioni non standard.

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

La caratteristica I-V di un LED è esponenziale. Un piccolo aumento della tensione diretta oltre la tensione di ginocchio comporta un grande aumento della corrente. Questa relazione non lineare è il motivo per cui i LED devono essere pilotati da una sorgente di corrente o con una resistenza di limitazione; una sorgente di tensione costante porterebbe a fuga termica e distruzione. La tipica V_Fdi 3.3V a 20mA rappresenta un punto su questa curva.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'intensità luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta entro l'intervallo di funzionamento. Tuttavia, l'efficienza (lumen per watt) può raggiungere il picco a una corrente inferiore al valore massimo nominale. Pilotare il LED alla massima corrente continua (20mA) fornisce l'output più alto ma può ridurre leggermente l'efficacia rispetto a una corrente di pilotaggio inferiore.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Le prestazioni del LED sono sensibili alla temperatura. All'aumentare della temperatura di giunzione:

- La Tensione Diretta (V_F) diminuisce. Ciò può causare un aumento della corrente se pilotata da una semplice resistenza da un'alimentazione a tensione costante.

- L'Intensità Luminosa (I_V) diminuisce. L'emissione di luce cala con l'aumento della temperatura, un fenomeno noto come thermal droop.

- La lunghezza d'onda dominante può spostarsi leggermente, causando un sottile cambiamento di colore.

Una corretta gestione termica (ad es., un'adeguata area di rame sul PCB per lo smaltimento del calore) è quindi essenziale per mantenere prestazioni coerenti.

4.4 Distribuzione Spettrale

La curva di output spettrale mostra un singolo picco centrato intorno a 468 nm con una tipica larghezza a mezza altezza di 20 nm. Questa è caratteristica di un LED blu InGaN. C'è un'emissione minima in altre parti dello spettro visibile, risultando in un colore blu saturo.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Polarità

Il LED è alloggiato in un package SMD standard del settore. Il catodo è tipicamente contrassegnato da un punto verde sulla parte superiore del componente o da una tacca/smussatura su un lato del corpo del package. La polarità corretta deve essere osservata durante il posizionamento. Il package è progettato per essere compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi e a fase di vapore.

5.2 Pad di Attacco PCB Raccomandato

La scheda tecnica include un land pattern (impronta) raccomandato per il PCB. Rispettare questo pattern è cruciale per ottenere giunzioni saldate affidabili, un corretto auto-allineamento durante la rifusione e un efficace trasferimento di calore dal LED al PCB. Il design del pad include tipicamente connessioni di alleggerimento termico per bilanciare saldabilità e dissipazione del calore.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione IR

Il componente è classificato per processi di saldatura senza piombo (Pb-free). Viene fornito un profilo di rifusione suggerito conforme a J-STD-020B. I parametri chiave includono:

- Preriscaldamento/Soak:Rampa da 150°C a 200°C, mantenuta per un massimo di 120 secondi per attivare il flussante e minimizzare lo shock termico.

- Rifusione (Liquidus):La temperatura di picco non deve superare i 260°C, e il tempo sopra i 217°C (tipica temperatura di liquidus per la saldatura SAC) deve essere limitato ai valori raccomandati (ad es., 30-60 secondi).

- Raffreddamento:Velocità di raffreddamento controllata per minimizzare lo stress sulle giunzioni saldate e sul componente.

È fondamentale caratterizzare il profilo per lo specifico assemblaggio PCB, poiché lo spessore della scheda, la densità dei componenti e il tipo di forno influenzano il profilo termico visto dal LED.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, deve essere eseguita con estrema cura. La raccomandazione è di utilizzare un saldatore a una temperatura massima di 300°C, con il tempo di saldatura limitato a 3 secondi per pad. Ciò dovrebbe essere fatto una sola volta per evitare danni termici al package plastico e ai bond interni.

6.3 Pulizia

La pulizia post-saldatura dovrebbe essere eseguita solo con solventi specificati. Si raccomandano alcol isopropilico (IPA) o alcol etilico. Il LED dovrebbe essere immerso a temperatura ambiente per meno di un minuto. Prodotti chimici aggressivi o non specificati possono danneggiare la lente plastica e il materiale del package.

6.4 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in una busta barriera all'umidità con essiccante. Una volta aperta la busta sigillata originale, i componenti sono esposti all'umidità ambientale. Si raccomanda vivamente di completare il processo di saldatura a rifusione IR entro 168 ore (7 giorni) dall'apertura della busta. Per una conservazione più lunga dopo l'apertura, i LED dovrebbero essere conservati in un contenitore sigillato con essiccante o in un ambiente di azoto. Se i componenti sono stati esposti per più di 168 ore, è richiesta una cottura (bake-out) a circa 60°C per almeno 48 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il \"popcorning\" (crepe del package) durante la rifusione.

7. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

7.1 Metodo di Pilotaggio

Un LED è un dispositivo pilotato a corrente. Il metodo di pilotaggio più comune e semplice è una resistenza di limitazione della corrente in serie collegata a un'alimentazione di tensione. Il valore della resistenza è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V, una V_Fdi 3.3V e una I_Fdesiderata di 20mA: R = (5V - 3.3V) / 0.02A = 85 Ohm. Una resistenza standard da 82 o 100 Ohm sarebbe adatta. Per applicazioni che richiedono più LED, collegarli in serie garantisce una corrente identica attraverso ciascun LED, promuovendo una luminosità uniforme. Il collegamento in parallelo è possibile ma richiede un'attenta corrispondenza della V_Fo resistenze individuali per ciascun LED per prevenire l'\"accaparramento\" di corrente.

7.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia relativamente bassa (80mW max), un efficace smaltimento del calore è comunque importante per longevità e stabilità del colore. Utilizzare il pad PCB raccomandato con un'adeguata connessione termica ai piani di rame aiuta a dissipare il calore. Evitare di posizionare il LED in spazi chiusi senza ventilazione.

7.3 Limitazioni Applicative

Questo componente è progettato per apparecchiature elettroniche generiche. Non è specificamente qualificato per applicazioni in cui l'alta affidabilità è fondamentale e un guasto potrebbe compromettere la sicurezza (ad es., aviazione, supporto vitale medico, controllo dei trasporti). Per tali applicazioni, dovrebbero essere reperiti componenti con le opportune qualifiche.

8. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

8.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti su nastro portante goffrato con nastro protettivo coprente. La larghezza del nastro è di 8mm. Le bobine hanno un diametro di 7 pollici (178mm). Ogni bobina contiene 2000 pezzi. Il confezionamento è conforme agli standard ANSI/EIA-481 per garantire la compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatizzate. Il nastro ha tasche di orientamento per garantire la corretta polarità durante il pick-and-place.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Posso pilotare questo LED con un'alimentazione da 3.3V senza resistenza?

R: No. La tipica V_Fè 3.3V, ma può variare da 2.8V a 3.8V a seconda del bin. Collegarlo direttamente a un'alimentazione da 3.3V potrebbe risultare in una corrente eccessiva per le unità a bassa V_Fo nessuna luce per le unità ad alta V_F. È sempre richiesta una resistenza in serie o un driver a corrente costante.

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

R: La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P) è il picco fisico dello spettro luminoso. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, calcolata dalle coordinate del colore. La λ_dè utilizzata per la specifica del colore e il binning.

D: Perché c'è una vita utile di 168 ore dopo l'apertura della busta?

R: I package plastici SMD assorbono umidità dall'aria. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, questa umidità può trasformarsi rapidamente in vapore, causando una pressione interna che può crepare il package (\"popcorning\"). Il limite di 168 ore si basa sul livello di sensibilità all'umidità (MSL) del componente.

D: Come posso ottenere una luminosità uniforme in un array multi-LED?

R: Il metodo migliore è collegare i LED in serie, garantendo che la stessa corrente scorra attraverso ciascuno. Se è necessaria una configurazione parallela, utilizzare LED dello stesso bin V_Fe I_Ve considerare l'uso di una resistenza di limitazione della corrente individuale per ciascun LED per compensare la V_F variations.