Scheda Tecnica Display LED LTS-4817CKS-P - Altezza Cifra 0.39 Pollici - Giallo AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-4817CKS-P è un modulo display LED SMD (Surface Mount Device) ad alta prestazione per cifra singola. È progettato per applicazioni che richiedono una visualizzazione numerica nitida e luminosa in un fattore di forma compatto. Il dispositivo utilizza l'avanzata tecnologia di chip LED AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) cresciuta su substrato di GaAs, nota per la sua alta efficienza e l'eccellente purezza del colore, in particolare nello spettro del giallo. Il display presenta una facciata grigia con segmenti bianchi, garantendo un elevato contrasto per una leggibilità ottimale. È configurato come dispositivo ad anodo comune, una configurazione standard per semplificare il circuito di pilotaggio in applicazioni multi-cifra, e include un punto decimale a destra.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

• Dimensioni Compatte:Altezza della cifra di 0.39 pollici (10.0 mm), ideale per applicazioni con spazio limitato.
• Prestazioni Ottiche Superiori:Offre elevata luminosità e alto rapporto di contrasto, assicurando un'ottima visibilità dei caratteri anche in ambienti molto illuminati.
• Ampio Angolo di Visione:Garantisce una visibilità uniforme da un'ampia gamma di angolazioni.
• Basso Consumo Energetico:Progettato per un funzionamento ad alta efficienza energetica, con una corrente diretta tipica di 20mA per segmento.
• Illuminazione Uniforme dei Segmenti:Segmenti continui e uniformi assicurano una visualizzazione numerica pulita e dall'aspetto professionale.
• Elevata Affidabilità:La costruzione a stato solido offre una lunga vita operativa e robustezza contro urti e vibrazioni.
• Garanzia di Qualità:I dispositivi sono categorizzati per intensità luminosa, garantendo livelli di brillantezza uniformi tra i diversi lotti di produzione.
• Conformità Ambientale:Il package è privo di piombo e conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

1.2 Applicazioni Target e Mercato

Questo display è ideale per una vasta gamma di apparecchiature elettroniche che richiedono indicatori numerici. Applicazioni tipiche includono strumentazione industriale (es. strumenti da pannello, timer, contatori), elettrodomestici (es. forni a microonde, lavatrici, impianti audio), cruscotti automobilistici (per display ausiliari), dispositivi medici e apparecchiature di test e misura. Il suo package SMD lo rende perfettamente adatto ai processi di assemblaggio automatizzato, riducendo i costi di produzione e migliorando l'affidabilità nella produzione di grandi volumi.

2. Parametri Tecnici e Interpretazione Oggettiva

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva delle specifiche elettriche e ottiche del dispositivo, come definite nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliabile operare a o vicino a questi limiti per un uso normale.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la potenza massima che può essere dissipata in sicurezza sotto forma di calore da un singolo segmento LED.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:60 mA (a ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Questo valore è valido solo per il funzionamento in impulso e non deve essere utilizzato per la pilotazione in corrente continua continua.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa corrente si riduce linearmente con un fattore di 0.28 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. Ad esempio, a 85°C, la corrente continua massima ammissibile sarebbe approssimativamente: 25 mA - (0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)) = 8.2 mA.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-35°C a +105°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Temperatura di Saldatura:Resiste a 260°C per 3 secondi a 1/16 di pollice (circa 1.6mm) sotto il piano di appoggio, standard per i processi di rifusione senza piombo.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche (Tipiche a 25°C)

Questi parametri descrivono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali.

• Intensità Luminosa (I_V):L'emissione luminosa dipende dalla corrente. A una bassa corrente di 1mA, l'intensità tipica è di 650 µcd (microcandela). Alla corrente di test standard di 10mA, sale significativamente a 8450 µcd. I progettisti devono selezionare la corrente di pilotaggio in base alla brillantezza richiesta e al budget di potenza.
• Tensione Diretta (V_F):2.6V tipico a I_F=20mA. Questo parametro è cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente. Il valore minimo è 2.05V, indicando una certa variazione tra i singoli LED.
• Lunghezza d'Onda di Picco/Dominante (λ_p/λ_d):588 nm (picco) e 587 nm (dominante). Ciò conferma che l'emissione è nella regione gialla dello spettro visibile.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):15 nm. Questa banda stretta è caratteristica della tecnologia AlInGaP e contribuisce all'aspetto del colore puro.
• Corrente Inversa (I_R):100 µA massimo a V_R=5V. Questo parametro è solo per scopi di test; applicare una polarizzazione inversa continua non è una condizione operativa normale.
• Rapporto di Uniformità dell'Intensità Luminosa:Massimo 2:1 per i segmenti all'interno dello stesso dispositivo. Ciò significa che il segmento più debole sarà almeno la metà luminoso del segmento più brillante, garantendo un aspetto uniforme.
• Diafonia (Cross Talk):≤ 2.5%. Specifica la massima quantità di luce indesiderata proveniente da un segmento adiacente non illuminato, importante per la chiarezza del display.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica afferma che i dispositivi sono "categorizzati per intensità luminosa". Ciò implica un processo di binning in cui i LED vengono suddivisi dopo la produzione in base all'emissione luminosa misurata (in µcd) a una specifica corrente di test (probabilmente 10mA o 20mA). Questo garantisce che i clienti ricevano componenti con livelli di brillantezza uniformi. Sebbene i codici bin specifici non siano dettagliati in questo documento, i progettisti dovrebbero consultare il produttore per conoscere i bin di intensità disponibili per garantire la coerenza nella loro applicazione, specialmente quando si utilizzano più display affiancati.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche". Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, le curve standard per tali dispositivi includono tipicamente:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):Mostra la relazione tra tensione diretta e corrente diretta. È non lineare, con un aumento rapido della corrente una volta che la tensione diretta supera la soglia del diodo (circa 2V per AlInGaP).
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Questa curva è generalmente lineare su un ampio intervallo. L'intensità aumenta proporzionalmente con la corrente, fino al punto di saturazione termica.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura di giunzione. I LED AlInGaP presentano un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che la brillantezza diminuisce con l'aumentare della temperatura.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che mostra l'emissione luminosa relativa in funzione della lunghezza d'onda, centrata intorno a 587-588 nm con la specificata larghezza a mezza altezza di 15 nm.

I progettisti dovrebbero utilizzare queste curve per ottimizzare le condizioni di pilotaggio, comprendere gli effetti termici e prevedere le prestazioni in diversi ambienti operativi.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è contenuto in un package per montaggio superficiale. Note dimensionali chiave dalla scheda tecnica includono: tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza generale di ±0.25 mm. Sono in atto controlli di qualità specifici per la facciata del display: materiale estraneo su un segmento deve essere ≤10 mils, contaminazione da inchiostro sulla superficie ≤20 mils, bolle in un segmento ≤10 mils e curvatura del riflettore ≤1% della sua lunghezza. La bava del pin di plastica è limitata a un massimo di 0.14 mm. Queste specifiche garantiscono un aspetto fisico uniforme e un montaggio affidabile.

5.2 Connessione dei Pin e Polarità

Lo schema circuitale interno e la tabella di connessione dei pin mostrano una configurazione ad anodo comune per la cifra a 7 segmenti e il punto decimale. I due pin di anodo comune (pin 3 e 8) sono collegati internamente. I catodi per i segmenti da A a G e il punto decimale (DP) sono su pin separati (1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). Il pin 5 è identificato come il catodo per il punto decimale a destra. L'identificazione corretta della polarità è fondamentale per il progetto del circuito per evitare di polarizzare inversamente i LED.

5.3 Pattern Consigliato per i Pad di Saldatura

Viene fornito un diagramma del land pattern per guidare la progettazione del PCB (Printed Circuit Board). Rispettare questo pattern consigliato, che include dimensioni, spaziatura e caratteristiche di alleggerimento termico appropriate dei pad, è essenziale per ottenere giunzioni saldate affidabili durante la saldatura a rifusione e per mantenere l'integrità meccanica della connessione.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Istruzioni per Saldatura SMT

Il dispositivo è progettato per la saldatura a rifusione. Le istruzioni critiche includono:

• Profilo di Rifusione:Temperatura di picco massima di 260°C. È consigliata una fase di pre-riscaldamento a 120-150°C per un massimo di 120 secondi.
• Limite del Processo:Il numero di cicli del processo di rifusione deve essere inferiore a due. È necessario un raffreddamento completo a temperatura ambiente normale tra il primo e il secondo processo di saldatura se è necessario un secondo passaggio (es. per schede a doppia faccia).
• Saldatura Manuale:Se si utilizza un saldatore, la temperatura della punta non deve superare i 300°C e il tempo di contatto deve essere limitato a un massimo di 3 secondi.

Seguire queste linee guida previene danni termici ai chip LED, al package di plastica e ai fili di connessione interni.

6.2 Sensibilità all'Umidità e Stoccaggio

I display SMD sono spediti in imballaggio anti-umidità. Devono essere conservati a 30°C o meno e al 60% di Umidità Relativa (UR) o meno. Una volta aperta la busta sigillata, i componenti iniziano ad assorbire umidità dall'atmosfera. Se le parti non vengono utilizzate immediatamente e non sono conservate in un ambiente secco controllato (es. un armadio essiccatore), devono essere sottoposte a baking prima della saldatura a rifusione per prevenire il fenomeno del "popcorning" o delaminazione causato dalla rapida espansione del vapore durante il processo di rifusione ad alta temperatura. La scheda tecnica fornisce condizioni di baking specifiche: 60°C per ≥48 ore per parti su bobina, o 100°C per ≥4 ore / 125°C per ≥2 ore per parti sfuse. Il baking dovrebbe essere eseguito una sola volta.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche di Imballaggio

Il dispositivo è fornito su nastro portatore goffrato avvolto su bobine, adatto per macchine pick-and-place automatizzate.

• Dimensioni Bobina:Sono indicate le dimensioni standard delle bobine da 13 pollici e 22 pollici.
• Nastro Portatore:Vengono fornite le dimensioni, conformi agli standard EIA-481-C. Lo spessore del nastro è di 0.40 ±0.05 mm.
• Quantità di Imballaggio:Una bobina da 13 pollici contiene 800 pezzi. Una bobina da 22 pollici contiene una lunghezza di nastro per 45.5 metri. La quantità minima di imballaggio per lotti residui è di 200 pezzi.
• Leader e Trailer:Il nastro include un leader (minimo 400mm) e un trailer (minimo 40mm) per facilitare il caricamento della macchina.

7.2 Numero di Parte e Revisione

Il numero di parte base è LTS-4817CKS-P. Il suffisso "-P" può indicare una variante specifica o un tipo di imballaggio. La scheda tecnica stessa ha una cronologia delle revisioni (Revisione A, effettiva dall'11/01/2020), e i progettisti devono sempre utilizzare l'ultima revisione per assicurarsi di avere le specifiche più aggiornate.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Circuito Applicativo Tipico

Per un display ad anodo comune come il LTS-4817CKS-P, gli anodi (pin 3 & 8) sono collegati a una tensione di alimentazione positiva (V_CC). Ogni pin catodico (per i segmenti A-G e DP) è collegato a una resistenza di limitazione della corrente e poi all'uscita di un IC driver (es. un decoder/driver o un pin GPIO di un microcontrollore). Il driver assorbe corrente verso massa per illuminare il segmento. Il valore della resistenza di limitazione (R_LIMIT) si calcola usando la Legge di Ohm: R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F, dove V_Fè la tensione diretta del LED (usare 2.6V tipico) e I_Fè la corrente diretta desiderata (es. 10mA o 20mA).

8.2 Considerazioni di Progetto

• Pilotaggio della Corrente:Non collegare mai il LED direttamente a una sorgente di tensione senza un meccanismo di limitazione della corrente (resistenza o driver a corrente costante) per prevenire la fuga termica e la distruzione.
• Multiplexing:Per display multi-cifra, è comunemente utilizzata una tecnica di multiplexing per controllare molti segmenti con un numero inferiore di pin driver. Ciò implica l'alternanza rapida dell'alimentazione all'anodo comune di ciascuna cifra. Il valore di corrente di picco del LTS-4817CKS-P (60mA in impulso) consente correnti istantanee più elevate durante il multiplexing per ottenere la brillantezza media desiderata.
• Gestione Termica:Sebbene il dispositivo stesso abbia una bassa dissipazione di potenza, il layout del PCB dovrebbe considerare la dissipazione del calore, specialmente se pilotato a correnti più elevate o in alte temperature ambientali. Un'adeguata area di rame intorno ai pad può aiutare.
• Protezione ESD:I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD). Dovrebbero essere osservate le normali precauzioni di manipolazione ESD durante l'assemblaggio.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LTS-4817CKS-P si differenzia grazie all'uso della tecnologia AlInGaP per l'emissione gialla. Rispetto a tecnologie più datate come il 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, una migliore stabilità termica e una superiore purezza del colore (larghezza spettrale più stretta). Il suo package SMD e la dimensione della cifra di 0.39 pollici lo posizionano bene rispetto ad altri display numerici SMD, offrendo un equilibrio tra leggibilità e risparmio di spazio sulla scheda. L'inclusione del binning per l'intensità è un differenziatore di qualità chiave per applicazioni che richiedono un aspetto uniforme.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco (λ_p) e lunghezza d'onda dominante (λ_d)?

R1: La lunghezza d'onda di picco è la lunghezza d'onda alla quale lo spettro di emissione ha la massima intensità. La lunghezza d'onda dominante è la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che corrisponde al colore percepito dell'emissione del LED. Per un LED a spettro stretto come questo, sono molto vicine (587nm vs 588nm).

D2: Posso pilotare questo LED a 25mA in modo continuo?

R2: Sì, ma solo se la temperatura ambiente (T_a) è pari o inferiore a 25°C. A temperature ambiente più elevate, è necessario ridurre la corrente secondo il fattore di derating specificato di 0.28 mA/°C per evitare di superare la massima temperatura di giunzione e degradare l'affidabilità.

D3: Perché è importante il test della corrente inversa se non dovrei farlo funzionare in inversa?

R3: Il test I_Rè una misura di controllo qualità. Un'elevata corrente di dispersione inversa può indicare un difetto nella giunzione PN del chip LED.

D4: Il mio processo di assemblaggio richiede due passaggi di rifusione. È consentito?

R4: Sì, ma è rigorosamente limitato a un massimo di due passaggi. È necessario assicurarsi che la scheda e i componenti si raffreddino completamente a temperatura ambiente tra il primo e il secondo ciclo di rifusione.

11. Esempio di Applicazione Pratica

Scenario: Progettazione di un semplice display per timer digitale.

Un progettista sta creando un timer a conto alla rovescia con un display a 2 cifre che mostra minuti e secondi. Utilizzerebbe due dispositivi LTS-4817CKS-P. Gli anodi comuni di ciascuna cifra sarebbero collegati a pin GPIO separati di un microcontrollore configurati come uscite. I 14 pin catodici (7 segmenti + DP per ciascuna cifra) sarebbero collegati insieme tra le due cifre (cioè, tutti i catodi del segmento 'A' collegati, tutti i catodi del segmento 'B' collegati, ecc.) e ciascuno collegato a una resistenza di limitazione della corrente e poi a un pin GPIO o a un IC driver esterno in grado di assorbire la corrente richiesta. Il microcontrollore utilizzerebbe il multiplexing a divisione di tempo: accenderebbe l'anodo per la cifra dei 'minuti', imposterebbe il pattern catodico per il numero di minuti desiderato, attenderebbe un breve tempo (es. 5ms), poi spegnerebbe quell'anodo, accenderebbe l'anodo per la cifra dei 'secondi', imposterebbe il pattern catodico per i secondi, attenderebbe e ripeterebbe. Ciò avviene più velocemente di quanto l'occhio umano possa percepire, creando l'illusione che entrambe le cifre siano illuminate continuamente. Il punto decimale a destra su ciascuna cifra potrebbe essere utilizzato come separatore a due punti lampeggiante tra minuti e secondi.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

Il LTS-4817CKS-P è basato su materiale semiconduttore AlInGaP cresciuto epitassialmente su un substrato di Arseniuro di Gallio (GaAs). Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione PN di questo materiale, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione degli atomi di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo nel reticolo cristallino determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. Per questo dispositivo, la composizione è sintonizzata per produrre fotoni nella gamma di lunghezze d'onda del giallo (~587-588 nm). Il chip viene poi incapsulato con una lente di plastica modellata che dà forma all'emissione luminosa e fornisce protezione ambientale.

13. Tendenze e Sviluppi del Settore

La tendenza nelle tecnologie di display come il LTS-4817CKS-P è verso un'efficienza ancora maggiore, consentendo display più luminosi a un consumo energetico inferiore, fondamentale per i dispositivi alimentati a batteria. C'è anche una continua spinta verso la miniaturizzazione mantenendo o migliorando la leggibilità. L'integrazione è un'altra tendenza, con l'elettronica di pilotaggio a volte incorporata nel modulo display stesso per semplificare la progettazione del sistema. Inoltre, i progressi nei materiali e nel packaging stanno migliorando le prestazioni termiche e l'affidabilità a lungo termine dei LED, consentendo il loro utilizzo in ambienti più impegnativi. Mentre display a matrice di punti, a colori completi e OLED si stanno espandendo nelle applicazioni di fascia alta, i display LED monocromatici a cifra singola come questo rimangono altamente rilevanti grazie alla loro semplicità, robustezza, basso costo ed eccellente leggibilità in un'ampia gamma di condizioni di illuminazione.