Scheda Tecnica LED SMD LTST-E142KGKEKT - Package 2.0x1.25x0.8mm - Tensione 1.7-2.5V - Potenza 75mW - Doppio Colore Verde/Rosso - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per il LTST-E142KGKEKT, un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD). Questo componente integra due chip LED distinti all'interno di un unico package compatto: uno che emette luce verde e l'altro luce rossa. L'obiettivo progettuale principale è fornire una soluzione affidabile e a risparmio di spazio per l'indicazione di stato, l'illuminazione di fondo e l'illuminazione simbolica nelle moderne apparecchiature elettroniche.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il dispositivo è progettato per processi di assemblaggio automatizzati, presentando compatibilità con la saldatura a rifusione a infrarossi e con le attrezzature standard pick-and-place. La sua impronta miniaturizzata lo rende adatto per applicazioni in cui lo spazio sulla scheda è prezioso. I mercati target principali includono le infrastrutture di telecomunicazioni (es. switch di rete, router), l'elettronica di consumo (notebook, dispositivi mobili), le apparecchiature per l'automazione d'ufficio, gli elettrodomestici e i pannelli di controllo industriali. La sua funzione primaria è servire come indicatore visivo di stato o segnale.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Le sezioni seguenti forniscono una suddivisione dettagliata dei limiti operativi e delle caratteristiche prestazionali del dispositivo in condizioni di test standard (Ta=25°C).

2.1 Valori Assoluti Massimi (Absolute Maximum Ratings)

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito. Per entrambi i chip, verde e rosso: la corrente continua diretta (DC) massima è 30 mA; la corrente di picco diretta (in condizioni pulsate: ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) è 80 mA; e la massima dissipazione di potenza è 75 mW. Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura di funzionamento e conservazione da -40°C a +100°C.

2.2 Caratteristiche Termiche

La gestione termica è fondamentale per la longevità e la stabilità delle prestazioni del LED. La massima temperatura di giunzione (Tj) ammissibile per entrambi i chip è 115°C. La tipica resistenza termica dalla giunzione all'ambiente (Rθja) è 155 °C/W. Questo parametro indica quanto efficacemente il package può dissipare calore; un valore più basso è preferibile. Superare la temperatura massima di giunzione accelererà il decadimento del flusso luminoso e può portare a un guasto catastrofico.

2.3 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a una corrente di test standard di 20 mA. L'intensità luminosa (Iv) per il chip verde varia da un minimo di 56 mcd a un massimo di 180 mcd. Per il chip rosso, l'intervallo è da 140 mcd a 420 mcd. L'angolo di visione (2θ1/2), definito come l'angolo totale in cui l'intensità scende alla metà del valore assiale, è tipicamente di 120 gradi, indicando un pattern di emissione ampio.

La lunghezza d'onda dominante (λd), che definisce il colore percepito, è specificata per il chip verde tra 564 nm e 576 nm, e per il chip rosso tra 616 nm e 626 nm. La tensione diretta (Vf) per entrambi i colori varia da 1.7 V a 2.5 V a 20 mA. La corrente inversa (Ir) è specificata con un massimo di 10 µA quando viene applicata una tensione inversa (Vr) di 5V. È cruciale notare che il dispositivo non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa; questa condizione di test è solo a scopo informativo.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino specifici requisiti di luminosità e colore.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa (Iv)

I chip LED verdi sono suddivisi in cinque bin di intensità: P2 (56-71 mcd), Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd) e R2 (140-180 mcd). I chip LED rossi sono suddivisi in quattro bin: P (140-185 mcd), Q (185-240 mcd), R (240-315 mcd) e S (315-420 mcd). Una tolleranza di ±11% viene applicata all'interno di ciascun bin.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (WD)

Per il LED verde, i bin della lunghezza d'onda dominante sono definiti come G1 (564-568 nm), G2 (568-572 nm) e G3 (572-576 nm). La tolleranza per ciascun bin di lunghezza d'onda è di ±1 nm. Le informazioni di binning per la lunghezza d'onda dominante del LED rosso non sono dettagliate esplicitamente nell'estratto fornito, ma seguono un principio simile di controllo stretto della lunghezza d'onda.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene dati grafici specifici siano referenziati nel documento (es. Figura 1 per l'output spettrale, Figura 5 per l'angolo di visione), le caratteristiche tipiche possono essere dedotte dai dati tabulati. La relazione tra corrente diretta (If) e tensione diretta (Vf) è non lineare, tipica di un diodo. L'intensità luminosa è direttamente proporzionale alla corrente diretta fino ai limiti massimi nominali. Le prestazioni si degradano all'aumentare della temperatura di giunzione; pertanto, la progettazione termica dell'applicazione è fondamentale per mantenere l'output luminoso e il punto colore specificati durante la vita del dispositivo.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Assegnazione dei Pin

Il dispositivo rispetta un profilo di package SMD standard del settore. Le dimensioni chiave includono una dimensione del corpo di circa 2.0 mm di lunghezza e 1.25 mm di larghezza, con un'altezza tipica di 0.8 mm. Le tolleranze sono di ±0.2 mm salvo diversa indicazione. L'assegnazione dei pin è critica per il corretto funzionamento: i Pin 2 e 3 sono assegnati al chip verde AlInGaP, mentre i Pin 1 e 4 sono assegnati al chip rosso AlInGaP. La lente è trasparente.

5.2 Layout Consigliato dei Pad di Saldatura su PCB

Viene fornito un land pattern (impronta) consigliato per il circuito stampato (PCB) per garantire una saldatura affidabile e un corretto allineamento meccanico. Rispettare questo progetto minimizza l'effetto "tombstoning" e assicura un trasferimento termico ottimale dal package LED al PCB.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

6.1 Condizioni per la Saldatura a Rifusione IR

Il dispositivo è compatibile con processi di saldatura senza piombo (Pb-free). Viene fornito un profilo di rifusione a infrarossi (IR) suggerito, conforme allo standard J-STD-020B. I parametri chiave includono una temperatura di pre-riscaldamento di 150-200°C, una temperatura di picco del corpo non superiore a 260°C e un tempo sopra il liquidus (TAL) adattato all'assemblaggio specifico della scheda. Il tempo totale di saldatura alla temperatura di picco dovrebbe essere limitato a un massimo di 10 secondi, e la rifusione dovrebbe essere eseguita al massimo due volte.

6.2 Conservazione e Manipolazione

I LED sono sensibili all'umidità. Quando conservati nella loro originale busta sigillata a tenuta di umidità con essiccante, dovrebbero essere mantenuti a ≤30°C e ≤70% UR e utilizzati entro un anno. Una volta aperta la busta, la "vita a banco" (floor life) è di 168 ore (7 giorni) in condizioni non superiori a 30°C e 60% UR (JEDEC Livello 3). Se esposti oltre questo periodo, è richiesta una cottura (bake-out) a circa 60°C per almeno 48 ore prima della saldatura per prevenire la formazione di crepe "popcorn" durante la rifusione.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, dovrebbero essere utilizzati solo solventi a base alcolica specificati come alcol etilico o alcol isopropilico. I LED dovrebbero essere immersi a temperatura ambiente per meno di un minuto. Detergenti chimici non specificati potrebbero danneggiare l'epossidico del package o la lente.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

I dispositivi sono forniti imballati per l'assemblaggio automatizzato. Sono montati su nastro portacomponenti da 8 mm di larghezza e avvolti su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro. Ogni bobina completa contiene 4000 pezzi. Il nastro è sigillato con un nastro di copertura per proteggere i componenti. L'imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED a doppio colore è ideale per applicazioni che richiedono un'indicazione multi-stato. Ad esempio, può mostrare verde per "alimentazione accesa/pronto", rosso per "guasto/standby", o entrambi per una modalità specifica. Usi comuni includono indicatori di stato su apparecchiature di rete, alimentatori ed elettronica di consumo; retroilluminazione per scritte o pulsanti su pannelli frontali; e piccole sorgenti luminose per segnalazione.

8.2 Considerazioni di Progettazione

Limitazione di Corrente:Una resistenza di limitazione della corrente esterna è obbligatoria per ogni chip LED per prevenire il superamento della massima corrente diretta. Il valore della resistenza è calcolato in base alla tensione di alimentazione (Vs), alla tensione diretta del LED (Vf) alla corrente desiderata e alla corrente target (If): R = (Vs - Vf) / If. Utilizzare sempre il valore massimo di Vf dalla scheda tecnica per un progetto conservativo.
Progettazione Termica:Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB (thermal relief) collegata ai pad del LED per aiutare a dissipare il calore, specialmente se si opera vicino ai valori massimi nominali.
Protezione ESD:Sebbene non esplicitamente dichiarato, dovrebbero essere osservate le normali precauzioni di manipolazione ESD durante l'assemblaggio.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il differenziatore chiave di questo componente è l'integrazione di due distinti chip LED monocromatici (AlInGaP per entrambi i colori) in un unico package SMD miniaturizzato. La tecnologia AlInGaP offre un'elevata efficienza luminosa e una buona saturazione del colore per le tonalità rosse e ambra/verde rispetto alle tecnologie più vecchie. L'angolo di visione di 120 gradi fornisce un pattern di emissione ampio adatto per applicazioni su pannelli frontali. Il design a doppio chip risparmia spazio sulla scheda e semplifica l'assemblaggio rispetto all'uso di due LED a singolo colore separati.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare i LED verde e rosso simultaneamente ciascuno al loro pieno 20mA?
R: Sì, ma devi considerare la dissipazione di potenza totale. A 20mA, se assumiamo una Vf tipica di 2.1V per ciascuno, la potenza totale sarebbe (2.1V * 0.02A)*2 = 84 mW. Questo supera la dissipazione di potenza assoluta massima di 75 mW per chip (ma nota, il rating è per chip, non per la somma del package; l'accoppiamento termico deve essere considerato). È più sicuro deratare la corrente o utilizzare un funzionamento pulsato per rimanere entro i limiti termici.

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?
R: La lunghezza d'onda di picco (λp) è la lunghezza d'onda nel punto più alto della curva di distribuzione della potenza spettrale del LED. La lunghezza d'onda dominante (λd) è derivata dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda di una luce monocromatica che apparirebbe dello stesso colore del LED. La λd è più rilevante per il colore percepito.

D: Perché la specifica della corrente inversa è importante se non dovrei farlo funzionare in inversa?
R: Il test della corrente inversa (tipicamente a 5V) è un test di qualità e di dispersione (leakage). Un'elevata corrente inversa può indicare potenziali difetti nella giunzione del semiconduttore.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Scenario:Progettazione di un indicatore a doppio stato per un dispositivo alimentato a 5V USB. Il LED verde dovrebbe indicare "attivo", e il LED rosso dovrebbe indicare "in carica/errore".
Passi di Progettazione:
1. Selezione della Corrente:Scegliere una corrente di pilotaggio di 15 mA per una buona luminosità mantenendo un margine di sicurezza al di sotto del massimo di 30 mA.
2. Calcolo della Resistenza per il LED Verde:Utilizzando una Vf_verde tipica di 2.1V e Vs=5V. R_verde = (5V - 2.1V) / 0.015A ≈ 193 Ω. Utilizzare il valore standard più vicino, es. 200 Ω.
3. Calcolo della Resistenza per il LED Rosso:Utilizzando una Vf_rosso tipica di 2.0V. R_rosso = (5V - 2.0V) / 0.015A = 200 Ω.
4. Layout del PCB:Posizionare il LED e le sue resistenze di limitazione della corrente vicine tra loro. Utilizzare il layout dei pad consigliato dalla scheda tecnica. Includere una modesta area di rame collegata ai pad del catodo per lo smaltimento del calore.
5. Controllo Software:Utilizzare pin GPIO del microcontrollore per controllare indipendentemente l'anodo di ciascun LED (con le resistenze in serie).

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

I diodi a emissione luminosa sono dispositivi a giunzione p-n semiconduttori. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n si ricombinano con le lacune dalla regione di tipo p all'interno dello strato attivo. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dal bandgap energetico del materiale semiconduttore utilizzato. Il LTST-E142KGKEKT utilizza Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) per entrambi i suoi chip che emettono rosso e verde, un sistema di materiali noto per l'alta efficienza nello spettro dal rosso al giallo-verde. Il package in epossidico trasparente funge da lente, modellando il fascio luminoso in uscita.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nei LED indicatori SMD continua verso una maggiore efficienza luminosa (più output luminoso per watt elettrico), dimensioni del package più piccole per aumentare la densità e una migliore coerenza del colore attraverso un binning più stretto. C'è anche un focus sul miglioramento dell'affidabilità sotto profili di rifusione a temperature più elevate richiesti per la saldatura senza piombo. L'integrazione di più chip o addirittura di chip di colori diversi in un unico package, come si vede in questo dispositivo, risponde alla necessità di indicatori multifunzionali in design compatti. La ricerca di base nella scienza dei materiali mira a sviluppare composti semiconduttori più efficienti e stabili in tutto lo spettro visibile.