Scheda Tecnica LED SMD LTST-C170KDKT - Rosso AllnGaP - Angolo di Visione 130° - 2.8-28mcd @10mA - 1.6-2.4V - 50mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per il LTST-C170KDKT, un LED a montaggio superficiale (SMD). Questo componente appartiene a una famiglia di LED progettati per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB), offrendo un fattore di forma compatto ideale per applicazioni con vincoli di spazio. Il LED utilizza un chip semiconduttore Ultra Bright in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AllnGaP) per produrre luce rossa, incapsulato in un package con lente trasparente. Il suo design privilegia la compatibilità con i moderni processi di produzione ad alto volume.

1.1 Caratteristiche

• Conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).
• Elevata luminosità abilitata dalla tecnologia del chip AllnGaP.
• Confezionato su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro per apparecchiature automatiche pick-and-place.
• Impronta del package standard EIA (Electronic Industries Alliance).
• Ingresso compatibile con i livelli logici standard dei circuiti integrati (IC).
• Progettato per l'uso con sistemi automatici di posizionamento componenti.
• Resiste ai processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), essenziale per l'assemblaggio senza piombo (Pb-free).

1.2 Applicazioni Target

Il LTST-C170KDKT è adatto per un'ampia gamma di dispositivi elettronici dove è richiesta un'indicazione di stato o una retroilluminazione compatta e affidabile. Le principali aree di applicazione includono:

• Apparecchiature di Telecomunicazioni:Indicatori di stato in telefoni cordless, cellulari e hardware di sistemi di rete.
• Dispositivi Informatici:Retroilluminazione per tastiere e keypad di computer portatili e altri dispositivi elettronici portatili.
• Elettronica di Consumo e Industriale:Luci spia in elettrodomestici, apparecchiature per l'automazione d'ufficio e sistemi di controllo industriale.
• Display e Segnaletica:Micro-display e illuminazione di basso livello per apparecchi di segnalazione o simboli per interni.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Le prestazioni del LED sono definite da una serie di valori massimi assoluti e caratteristiche operative standard. Comprendere questi parametri è fondamentale per un progetto di circuito affidabile e per garantire le prestazioni a lungo termine del dispositivo.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori rappresentano i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al LED. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito. Tutti i valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Dissipazione di Potenza (Pd):50 mW. La potenza totale massima che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):40 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 il surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua (I_F):20 mA. La massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Applicare una tensione inversa superiore a questo valore può causare la rottura della giunzione.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-30°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è progettato per funzionare.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-40°C a +85°C.
• Condizioni di Saldatura a Infrarossi:Resiste a una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi durante la saldatura a rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni tipiche del LED in condizioni di test standard (Ta=25°C, I_F=10mA salvo diversa indicazione).

• Intensità Luminosa (I_V):2.8 - 28.0 mcd (millicandela). Questa è la luminosità percepita dell'emissione luminosa misurata da un sensore filtrato per corrispondere alla risposta fotopica dell'occhio umano (curva CIE). L'ampio intervallo indica che viene utilizzato un sistema di binning (vedi Sezione 3).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del valore misurato sull'asse (0°). Un angolo di 130° indica un pattern di emissione ampio e diffuso, adatto per l'illuminazione di ampie aree.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):650 nm (tipico). La lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):630 - 645 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che definisce il colore (rosso) del LED, derivata dalle coordinate di cromaticità CIE.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):20 nm (tipico). La larghezza di banda dello spettro emesso misurata a metà dell'intensità massima (Full Width at Half Maximum - FWHM).
• Tensione Diretta (V_F):1.6 - 2.4 V. La caduta di tensione ai capi del LED quando è pilotato con 10mA. Questo intervallo tiene conto della normale variazione di produzione nella giunzione semiconduttrice.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (max). La piccola corrente di dispersione che scorre quando viene applicata la tensione inversa massima (5V).

2.3 Considerazioni Termiche

Sebbene non sia dettagliato esplicitamente in un parametro separato di resistenza termica, la dissipazione di potenza (50mW) e l'intervallo di temperatura operativa (-30°C a +85°C) sono i principali vincoli termici. Superare la massima temperatura di giunzione, che è limitata indirettamente da questi valori, ridurrà l'emissione luminosa e la durata di vita. Per applicazioni che operano vicino alla corrente massima, è consigliato un layout PCB adeguato per la dissipazione del calore.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella luminosità dei prodotti finali, i LED vengono selezionati (binnati) in base alla loro intensità luminosa misurata. Il LTST-C170KDKT utilizza il seguente sistema di codici bin per la sua emissione rossa.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa (I_V)

L'intensità luminosa è misurata a una corrente diretta di 10mA. I bin sono definiti come segue, con una tolleranza di ±15% all'interno di ciascun bin.

• Bin H:2.8 mcd (Min) a 4.5 mcd (Max)
• Bin J:4.5 mcd a 7.1 mcd
• Bin K:7.1 mcd a 11.2 mcd
• Bin L:11.2 mcd a 18.0 mcd
• Bin M:18.0 mcd a 28.0 mcd

Questo sistema consente ai progettisti di selezionare il grado di luminosità appropriato per la loro applicazione, bilanciando costo e prestazioni. Ad esempio, un indicatore ad alta luminosità potrebbe richiedere il Bin M, mentre una spia di stato meno critica potrebbe utilizzare il Bin H o J.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene nel datasheet siano referenziate curve grafiche specifiche (ad es., Figura 1 per l'emissione spettrale, Figura 5 per il pattern dell'angolo di visione), le loro implicazioni generali sono descritte di seguito in base al comportamento standard dei LED e ai parametri forniti.

4.1 Caratteristica Corrente vs. Tensione (I-V)

L'intervallo della tensione diretta (V_F) da 1.6V a 2.4V a 10mA è tipico per un LED rosso AllnGaP. La curva I-V è esponenziale, come un diodo standard. Sotto la tensione di soglia (circa 1.4-1.5V per questo materiale), scorre pochissima corrente. Al di sopra di questa soglia, la corrente aumenta rapidamente con un piccolo aumento della tensione. Questo è il motivo per cui i LED devono essere pilotati con un meccanismo limitatore di corrente (resistore o sorgente a corrente costante) e non direttamente con una sorgente di tensione.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'emissione luminosa (intensità luminosa) è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta in un ampio intervallo. Pilotare il LED alla sua massima corrente continua (20mA) produrrebbe tipicamente circa il doppio dell'intensità luminosa misurata nella condizione di test standard di 10mA, sebbene l'efficienza possa diminuire leggermente a correnti più elevate a causa del riscaldamento.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

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

1. Tensione Diretta (V_F):Diminuisce. Ha un coefficiente di temperatura negativo.
2. Intensità Luminosa (I_V):Diminuisce. Temperature più elevate riducono l'efficienza quantica interna del semiconduttore, portando a una minore emissione luminosa a parità di corrente di pilotaggio.
3. Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Può spostarsi leggermente, tipicamente verso lunghezze d'onda più lunghe (red-shift) con l'aumento della temperatura.

Questi effetti sottolineano l'importanza della gestione termica nelle applicazioni ad alta affidabilità o alta luminosità.

4.4 Distribuzione Spettrale

L'emissione spettrale è caratterizzata da una lunghezza d'onda di picco di 650nm e una lunghezza d'onda dominante tra 630-645nm. La larghezza a mezza altezza spettrale di 20nm indica un colore rosso relativamente puro e saturo rispetto a sorgenti luminose a spettro più ampio come le lampadine a incandescenza. La banda stretta è una caratteristica degli emettitori semiconduttori a bandgap diretto come l'AllnGaP.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è conforme a un contorno standard per package SMD EIA. Tutte le dimensioni critiche per il progetto dell'impronta sul PCB e il posizionamento del componente sono fornite nei disegni del datasheet, con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa specifica. Il package presenta una lente trasparente, che non diffonde la luce, risultando nell'ampio pattern di angolo di visione di 130° intrinseco del chip.

5.2 Layout Consigliato dei Pads PCB

Viene fornito un land pattern suggerito (geometria delle piazzole di saldatura) per il PCB per garantire una corretta formazione del giunto saldato durante la rifusione. Rispettare questa raccomandazione promuove una buona bagnatura della saldatura, resistenza meccanica e un corretto allineamento del componente. Il progetto delle piazzole tiene conto del necessario filetto di saldatura e previene il tombstoning (il componente che si solleva su un'estremità durante la rifusione).

5.3 Identificazione della Polarità

Il datasheet include segni o diagrammi che indicano i terminali anodo e catodo. La polarità corretta è essenziale per il funzionamento. Applicare una polarizzazione inversa superiore al valore nominale di 5V può causare un guasto immediato.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione IR

Il LED è qualificato per processi di saldatura senza piombo (Pb-free). I parametri chiave sono:

• Temperatura di Pre-riscaldo:150°C a 200°C.
• Tempo di Pre-riscaldo:Massimo 120 secondi per riscaldare gradualmente l'assemblaggio e attivare il flusso della pasta saldante.
• Temperatura di Picco di Rifusione:Massimo 260°C. Il componente può resistere a questa temperatura per un tempo limitato.
• Tempo Sopra il Liquido (alla temperatura di picco):Massimo 10 secondi. Il dispositivo non deve essere sottoposto alla temperatura di picco per più di questa durata. Sono consentiti al massimo due cicli di rifusione.

Questi parametri sono allineati con i profili industriali comuni JEDEC. Il profilo di temperatura effettivo deve essere caratterizzato per il specifico assemblaggio PCB, considerando lo spessore della scheda, il numero di strati e altri componenti.

6.2 Saldatura Manuale (Se Necessaria)

Se è richiesta una riparazione manuale:

• Temperatura del Saldatore:Massimo 300°C.
• Tempo di Contatto:Massimo 3 secondi per giunto.
• Limite:È consentito solo un ciclo di saldatura manuale per giunto per minimizzare lo stress termico sul package.

6.3 Pulizia

Se è richiesta una pulizia post-saldatura, devono essere utilizzati solo solventi specificati per evitare danni al package plastico. Agenti consigliati includono alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente. Il LED deve essere immerso per meno di un minuto. Evitare detergenti chimici non specificati.

6.4 Conservazione e Manipolazione

• Precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica):Il LED è sensibile all'elettricità statica. La manipolazione deve essere eseguita utilizzando misure anti-statiche come braccialetti, postazioni di lavoro messe a terra e schiuma conduttiva.
• Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL):Il dispositivo è classificato MSL 2a. Ciò significa che una volta aperta la busta barriera originale a tenuta d'umidità, i componenti devono essere saldati entro 672 ore (28 giorni) in condizioni di fabbrica (<30°C / 60% UR).
• Conservazione Prolungata (Fuori dalla Busta):Per la conservazione oltre le 672 ore, i componenti devono essere conservati in un contenitore sigillato con essiccante o in atmosfera di azoto. Se esposti oltre il limite, è necessaria una cottura a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il \"popcorning\" (crepe del package durante la rifusione).
• Conservazione nella Confezione Originale:Le bobine non aperte devono essere conservate a 30°C o meno e al 90% di umidità relativa o meno, con una durata di conservazione consigliata di un anno dalla data di codice.

7. Informazioni su Confezionamento e Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti su nastro portacomponenti goffrato standard del settore per l'assemblaggio automatizzato.

• Larghezza del Nastro:8 mm.
• Diametro della Bobina:7 pollici.
• Quantità per Bobina:3000 pezzi.
• Quantità Minima d'Ordine (MOQ) per Residui:500 pezzi.
• Nastro di Copertura:Le tasche vuote dei componenti sono sigillate con un nastro di copertura superiore.
• Componenti Mancanti:Il numero massimo di LED mancanti consecutivi nel nastro è due, in conformità con gli standard ANSI/EIA-481.

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Circuiti di Applicazione Tipici

Un LED è un dispositivo pilotato in corrente. Il metodo di pilotaggio più basilare e affidabile è utilizzare un resistore limitatore di corrente in serie, come mostrato nel \"Circuito A\" del datasheet. Per una tensione di alimentazione V_CC, il valore del resistore R è calcolato come: R = (V_CC- V_F) / I_F. Utilizzando il V_F massimo (2.4V) per il calcolo si garantisce che la corrente non superi la I_F desiderata anche con una parte a basso V_F. Per più LED, si raccomanda vivamente di utilizzare un resistore separato per ciascun LED collegato in parallelo per garantire una luminosità uniforme, poiché la tensione diretta può variare tra i singoli dispositivi.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Impostazione della Corrente:Operare a o al di sotto della massima corrente continua di 20mA. Per una vita più lunga e un consumo energetico inferiore, 10mA o anche 5mA sono spesso sufficienti, specialmente per scopi di indicazione.
• Dissipazione del Calore:Per il funzionamento continuo ad alta corrente, assicurarsi che il layout PCB consenta al calore di dissiparsi dal pad termico del LED (se presente) o dai giunti saldati.
• Progetto Ottico:L'angolo di visione di 130° fornisce un'ampia copertura. Per una luce più focalizzata, potrebbero essere necessarie lenti esterne o guide luminose.
• Dimmerazione:La luminosità può essere controllata tramite Modulazione di Larghezza di Impulso (PWM), dove il LED viene acceso e spento a una frequenza più veloce di quanto l'occhio possa percepire (tipicamente >100Hz). La corrente media, e quindi la luminosità percepita, è controllata dal ciclo di lavoro. Questo metodo è più efficiente e fornisce una migliore stabilità del colore rispetto alla dimmerazione analogica (DC).

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

I principali fattori di differenziazione del LTST-C170KDKT sono la combinazione di tecnologia e package:

1. Chip AllnGaP vs. Altre Tecnologie:Rispetto ai vecchi LED rossi GaAsP (Fosfuro di Gallio Arseniuro), l'AllnGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta (più luce per unità di potenza elettrica) e una migliore stabilità termica. Ciò si traduce in prestazioni più luminose e consistenti.
2. Ampio Angolo di Visione:L'angolo di 130° è notevolmente più ampio di molti LED SMD progettati per una luce più direzionale. Ciò lo rende eccellente per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia e uniforme piuttosto che un fascio focalizzato.
3. Compatibilità Produttiva:La piena compatibilità con la rifusione IR e il posizionamento automatizzato lo rende una scelta economicamente vantaggiosa per le moderne linee di assemblaggio a montaggio superficiale ad alto volume, a differenza dei LED a foro passante che richiedono saldatura manuale o a onda.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3.3V o 5V?

R1: No. Devi sempre utilizzare un resistore limitatore di corrente in serie. Collegarlo direttamente tenterebbe di assorbire una corrente eccessiva, potenzialmente danneggiando sia il LED che il pin di uscita del microcontrollore. Calcola il valore del resistore come descritto nella Sezione 8.1.

D2: Cosa significa il codice di bin dell'intensità luminosa (H, J, K, L, M) per il mio progetto?

R2: Definisce l'intervallo di luminosità. Se il tuo progetto richiede una luminosità minima per soddisfare una specifica (ad es., per la leggibilità alla luce del sole), devi selezionare un bin che garantisca quel minimo (ad es., Bin M per la massima luminosità). Per indicatori non critici, un bin inferiore può essere più conveniente.

D3: Il datasheet mostra una temperatura massima di saldatura di 260°C, ma la mia scheda ha altri componenti che richiedono 250°C. Va bene?

R3: Sì. Il valore nominale di 260°C è un massimo di resistenza. Un profilo con una temperatura di picco inferiore (ad es., 250°C) è perfettamente accettabile e sottoporrà il LED a meno stress termico, il che è benefico per l'affidabilità.

D4: Quanto durerà il LED?

R4: La durata di vita di un LED è tipicamente definita come il punto in cui l'emissione luminosa si degrada al 50% o al 70% del suo valore iniziale (L70/L50). Sebbene non specificato in questo datasheet di base, i LED AllnGaP hanno generalmente durate di vita molto lunghe (decine di migliaia di ore) quando operano entro i loro valori nominali, specialmente al di sotto della corrente massima e con una buona gestione termica.

11. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Pannello Indicatori di Stato per un Router di Rete

Un progettista necessita di più LED rossi di stato per gli indicatori \"Alimentazione\", \"Internet\", \"Wi-Fi\" e \"Ethernet\" su un router consumer. Il LTST-C170KDKT è un candidato eccellente.

1. Progetto del Circuito:Il router utilizza una linea a 3.3V. Mirando a una corrente di pilotaggio conservativa di 10mA e utilizzando il V_F massimo di 2.4V per un margine di sicurezza: R = (3.3V - 2.4V) / 0.010A = 90 Ohm. Viene selezionato il valore standard più vicino di 91 Ohm. Un resistore separato da 91 ohm viene utilizzato per ciascuno dei quattro LED.
2. Coerenza della Luminosità:Utilizzando resistori individuali, le variazioni nel V_F di ciascun LED (ad es., uno è 1.8V, un altro è 2.2V) non causano differenze di luminosità significative, poiché la corrente attraverso ciascuno è impostata in modo indipendente dal suo resistore.
3. Assemblaggio:I LED sono posizionati sul PCB utilizzando il layout delle piazzole consigliato. L'intera scheda subisce un processo standard di rifusione IR senza piombo con una temperatura di picco di 245°C, ben entro il valore nominale del dispositivo.
4. Risultato:Il pannello fornisce un'indicazione di stato rossa uniforme e luminosa con alta affidabilità, sfruttando l'ampio angolo di visione del LED per essere visibile da varie angolazioni.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi semiconduttori che convertono l'energia elettrica direttamente in luce attraverso un processo chiamato elettroluminescenza. Il cuore del LTST-C170KDKT è un chip realizzato in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AllnGaP). Questo materiale è un semiconduttore a bandgap diretto. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano all'interno della regione attiva della giunzione, rilasciano energia. In un materiale a bandgap indiretto, questa energia viene rilasciata principalmente come calore. In un materiale a bandgap diretto come l'AllnGaP, una parte significativa di questa energia viene rilasciata come fotoni (particelle di luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore, che viene ingegnerizzata durante il processo di crescita del cristallo per produrre luce rossa (~650nm di picco). Il package epossidico trasparente incapsula e protegge il fragile chip semiconduttore, e la sua forma a cupola aiuta a estrarre la luce in modo efficiente, contribuendo all'ampio angolo di visione.

13. Tendenze Tecnologiche

Il campo della tecnologia LED continua a evolversi, spinto dalle richieste di maggiore efficienza, costi inferiori e nuove applicazioni. Per LED di tipo indicatore come il LTST-C170KDKT, diverse tendenze sono rilevanti:

1. Efficienza Aumentata:La ricerca in corso nella scienza dei materiali mira a migliorare l'efficienza quantica interna (IQE) e l'efficienza di estrazione della luce dell'AllnGaP e di altri semiconduttori composti, producendo LED più luminosi a parità di corrente di pilotaggio o la stessa luminosità a potenza inferiore.
2. Miniaturizzazione:C'è una costante spinta verso dimensioni di package più piccole (ad es., 0402, 0201 metriche) per risparmiare spazio sul PCB nell'elettronica portatile sempre più compatta.
3. Affidabilità e Robustezza Migliorate:Miglioramenti nei materiali di incapsulamento e nelle tecniche di attacco del die migliorano la resistenza all'umidità, le prestazioni ai cicli termici e la longevità complessiva.
4. Integrazione:Sebbene questo sia un componente discreto, le tendenze includono l'integrazione di più chip LED (RGB, multicolore) in un unico package o la combinazione di IC di controllo con LED per soluzioni di illuminazione \"intelligenti\", sebbene queste siano più comuni nei prodotti di illuminazione di livello che negli indicatori di base.
5. Gamut di Colori Espanso:Gli sviluppi in materiali come punti quantici o nuovi fosfori consentono colori più saturi e precisi, che potrebbero diffondersi nel mercato degli indicatori per applicazioni di display specializzate.

Il LTST-C170KDKT rappresenta una soluzione matura, affidabile e ottimizzata in termini di costi in questo panorama in evoluzione, ben adatta alle sue applicazioni previste nell'elettronica di consumo e industriale.