Scheda Tecnica LED SMD LTST-S110KGKT - AlInGaP Verde - 25mA - 62.5mW - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-S110KGKT è un LED SMD (Surface-Mount Device) progettato per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB). Fa parte di 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 per la moderna produzione elettronica. Le sue caratteristiche principali includono la conformità alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), rendendolo adatto ai mercati globali con normative ambientali stringenti. Il dispositivo utilizza un chip semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) ultra-luminoso, noto per l'alta efficienza e la buona purezza del colore nello spettro verde. Il package è finito con una placcatura in stagno, che migliora la saldabilità e l'affidabilità a lungo termine. È pienamente compatibile con le attrezzature automatiche pick-and-place e con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), standard nella produzione di grandi volumi. Il LED è fornito su nastro da 8mm standard del settore, avvolto su bobine da 7 pollici, facilitando la movimentazione e l'assemblaggio efficienti.

Le applicazioni target sono varie, focalizzate su aree dove dimensioni compatte, affidabilità e un'indicazione visiva chiara sono critiche. Queste includono apparecchiature di telecomunicazione (es. telefoni cellulari), dispositivi per l'automazione d'ufficio (es. computer portatili), sistemi di rete, vari elettrodomestici e segnaletica interna o illuminazione di simboli. Usi specifici all'interno di questi dispositivi comprendono l'illuminazione retrostante di tastiere o keypad, indicatori di stato, micro-display e apparecchi di segnalazione generale.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Una comprensione approfondita delle specifiche elettriche, ottiche e termiche è essenziale per una corretta progettazione del circuito e un funzionamento affidabile.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. La massima corrente continua in diretta (IF) è di 25 mA. In condizioni di impulso con un ciclo di lavoro 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms, il dispositivo può sopportare una corrente di picco in diretta di 60 mA. La massima tensione inversa ammissibile (VR) è di 5 V. La dissipazione di potenza totale non deve superare i 62.5 mW. L'intervallo di temperatura di funzionamento va da -30°C a +85°C, e l'intervallo di temperatura di stoccaggio è leggermente più ampio, da -40°C a +85°C. Fondamentalmente, il LED può resistere alla saldatura a rifusione IR con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi, allineandosi ai profili comuni di assemblaggio senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a Ta=25°C in condizioni di test standard. L'intensità luminosa (Iv), una misura della luminosità percepita, varia da un minimo di 18.0 millicandele (mcd) a un massimo di 71.0 mcd quando pilotata alla corrente di test standard di 20 mA. L'angolo di visione, definito come 2θ1/2 (il doppio dell'angolo di semiapertura), è di 130 gradi. Questo ampio angolo di visione rende il LED adatto ad applicazioni dove la visibilità da posizioni fuori asse è importante.

Le caratteristiche spettrali sono definite da diverse lunghezze d'onda. La lunghezza d'onda di picco di emissione (λP) è tipicamente di 574 nm. La lunghezza d'onda dominante (λd), che definisce il colore percepito, ha un intervallo specificato da 567.5 nm a 576.5 nm a 20 mA. La semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è tipicamente di 15 nm, indicando la purezza spettrale della luce verde emessa.

Elettricamente, la tensione diretta (VF) a 20 mA varia da un minimo di 1.9 V a un massimo di 2.4 V. La corrente inversa (IR) è specificata con un massimo di 10 μA quando viene applicata una tensione inversa di 5 V.

3. Spiegazione del Sistema di Bin Ranking

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano requisiti specifici per la loro applicazione.

3.1 Rango della Tensione Diretta (VF)

I LED vengono classificati in base alla loro caduta di tensione diretta a 20 mA. I codici bin, le tensioni minime e massime sono i seguenti: Codice 4 (1.9V - 2.0V), Codice 5 (2.0V - 2.1V), Codice 6 (2.1V - 2.2V), Codice 7 (2.2V - 2.3V) e Codice 8 (2.3V - 2.4V). La tolleranza all'interno di ogni bin è di ±0.1 volt. Selezionare LED dallo stesso bin VF aiuta a mantenere una luminosità uniforme quando più LED sono collegati in parallelo senza singoli resistori limitatori di corrente.

3.2 Rango dell'Intensità Luminosa (IV)

Questa classificazione categorizza i LED in base alla loro emissione luminosa a 20 mA. I bin sono: Codice M (18.0 - 28.0 mcd), Codice N (28.0 - 45.0 mcd) e Codice P (45.0 - 71.0 mcd). La tolleranza su ogni bin di intensità è del ±15%. Ciò consente ai progettisti di scegliere un livello di luminosità appropriato per l'applicazione, che richieda alta visibilità o un consumo energetico inferiore.

3.3 Rango della Tonalità (Lunghezza d'Onda Dominante)

Per controllare la coerenza del colore, i LED vengono classificati per la loro lunghezza d'onda dominante. I bin sono: Codice C (567.5 - 570.5 nm), Codice D (570.5 - 573.5 nm) e Codice E (573.5 - 576.5 nm). La tolleranza per ogni bin è di ±1 nm. Utilizzare LED dallo stesso bin di tonalità è fondamentale nelle applicazioni dove l'abbinamento del colore tra più indicatori è importante.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono una visione più approfondita del comportamento del dispositivo in condizioni variabili, essenziale per un design robusto.

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

La curva caratteristica I-V mostra la relazione tra la corrente che scorre attraverso il LED e la tensione ai suoi capi. Per un tipico LED AlInGaP come questo, la curva mostra un aumento esponenziale. La tensione di "ginocchio", dove la corrente inizia ad aumentare significativamente, è intorno a 1.8-1.9V. Oltre questo punto, un piccolo aumento di tensione provoca un grande aumento di corrente. Ciò sottolinea l'importanza di utilizzare un driver a corrente costante o un resistore limitatore di corrente per prevenire la fuga termica e garantire un funzionamento stabile.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questa curva dimostra come l'emissione luminosa scala con la corrente di pilotaggio. Tipicamente, l'intensità luminosa aumenta approssimativamente in modo lineare con la corrente fino a un certo punto. Tuttavia, a correnti molto elevate, l'efficienza diminuisce a causa dell'aumento della generazione di calore all'interno del chip (efficienza droop). Operare a o al di sotto dei 20mA consigliati garantisce efficienza e longevità ottimali.

4.3 Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente

L'emissione luminosa di un LED dipende dalla temperatura. All'aumentare della temperatura ambiente (o della giunzione), l'intensità luminosa generalmente diminuisce. Questa curva di derating è cruciale per progettare applicazioni che devono mantenere un certo livello di luminosità in un intervallo di temperatura operativa specificato, specialmente verso il limite superiore di +85°C.

4.4 Distribuzione Spettrale

Il grafico della distribuzione spettrale di potenza mostra l'intensità relativa della luce emessa a ciascuna lunghezza d'onda. Per un LED verde AlInGaP, questa curva è tipicamente un singolo picco relativamente stretto centrato attorno alla lunghezza d'onda dominante. La semilarghezza (Δλ) di 15 nm indica un colore verde moderatamente puro, desiderabile per indicatori chiari e saturi.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è conforme a un profilo di package SMD standard del settore. Le dimensioni chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive. La lente è trasparente. Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri con una tolleranza standard di ±0.1 mm salvo diversa indicazione. Dati dimensionali precisi sono essenziali per creare footprint PCB accurati e garantire un corretto posizionamento e saldatura.

5.2 Pattern PCB Consigliato e Polarità

Viene fornito un layout consigliato per le piazzole di saldatura (land pattern) per garantire una formazione affidabile del giunto saldato e un corretto allineamento durante la rifusione. Il progetto tiene conto della formazione del filetto di saldatura e dello smaltimento termico. Il terminale catodico (negativo) è tipicamente identificato da una marcatura sul corpo del package, come una tacca, un punto o una marcatura verde. L'orientamento corretto della polarità durante l'assemblaggio è obbligatorio per il funzionamento del dispositivo.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione IR

Per processi di saldatura senza piombo (Pb-free), è consigliato un profilo di temperatura specifico. Questo profilo include tipicamente una zona di pre-riscaldamento (es. 150-200°C), una rampa controllata, una zona di temperatura di picco e una zona di raffreddamento. Il parametro critico è che la temperatura del corpo del dispositivo non deve superare i 260°C per più di 10 secondi. Il rispetto di questo profilo è necessario per prevenire danni alla lente epossidica del LED, ai bonding interni o al die semiconduttore stesso.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è necessario prestare estrema attenzione. La temperatura della punta del saldatore non deve superare i 300°C e il tempo di contatto con il terminale del LED deve essere limitato a un massimo di 3 secondi per una singola operazione di saldatura. L'applicazione di calore eccessivo può danneggiare irreversibilmente il componente.

6.3 Pulizia

La pulizia post-saldatura deve essere eseguita con solventi compatibili. Dovrebbero essere utilizzati solo detergenti a base alcolica, come alcol etilico o isopropilico (IPA). Il LED dovrebbe essere immerso a temperatura ambiente per meno di un minuto. Detergenti chimici aggressivi o non specificati possono degradare il package plastico, portando a scolorimento, crepe o ridotta emissione luminosa.

6.4 Stoccaggio e Manipolazione

Uno stoccaggio corretto è fondamentale per mantenere la saldabilità. Le buste sigillate anti-umidità con essiccante hanno una durata di conservazione. Una volta aperta la confezione originale, i LED sono sensibili all'umidità ambientale (Livello di Sensibilità all'Umidità, MSL 3). Dovrebbero essere utilizzati entro una settimana o conservati in un ambiente asciutto (es. contenitore sigillato con essiccante o armadio a azoto). Se esposti all'umidità ambientale per più di una settimana, è necessario un processo di baking (es. 60°C per almeno 20 ore) prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il "popcorning" durante la rifusione.

6.5 Precauzioni contro le Scariche Elettrostatiche (ESD)

I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche. Le procedure di manipolazione devono includere una corretta messa a terra. Gli operatori dovrebbero utilizzare braccialetti o guanti antistatici. Tutte le postazioni di lavoro, le attrezzature e le macchine devono essere correttamente messe a terra per prevenire eventi ESD che possono degradare o distruggere la giunzione semiconduttrice.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il prodotto è fornito per l'assemblaggio automatizzato. È confezionato in nastro portacomponenti goffrato da 8mm di larghezza. Il nastro è avvolto su bobine standard da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi del LED. Per quantità inferiori a una bobina intera, è disponibile una quantità minima di imballaggio di 500 pezzi. L'imballaggio è conforme agli standard ANSI/EIA-481, garantendo la compatibilità con gli alimentatori a nastro standard sulle macchine pick-and-place.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Limitazione della Corrente

Un LED è un dispositivo pilotato in corrente. Un resistore in serie è il metodo più semplice per limitare la corrente quando alimentato da una sorgente di tensione. Il valore del resistore può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_sorgente - VF_LED) / I_desiderata. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V, una VF di 2.1V e una corrente desiderata di 20mA, il valore del resistore sarebbe (5 - 2.1) / 0.02 = 145 Ohm. Un resistore standard da 150 Ohm sarebbe adatto. Deve essere considerata anche la potenza nominale del resistore: P = I^2 * R = (0.02)^2 * 150 = 0.06W, quindi un resistore da 1/8W (0.125W) o superiore è adeguato.

8.2 Gestione Termica

Sebbene piccoli, i LED generano calore nella giunzione semiconduttrice. Una temperatura di giunzione eccessiva riduce l'emissione luminosa, sposta la lunghezza d'onda e accorcia la durata di vita. Per progetti che operano ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente massima, considerare il layout del PCB. Utilizzare un PCB con un piano di massa o via termiche sotto il pad termico del LED (se presente) può aiutare a dissipare il calore. Evitare di posizionare LED vicino ad altri componenti che generano calore.

8.3 Ambito Applicativo e Affidabilità

Questo LED è progettato per l'uso in apparecchiature elettroniche commerciali e industriali standard. Per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale dove un guasto potrebbe compromettere la sicurezza o la salute (es. aviazione, supporto vitale medico, sistemi di trasporto critici), sono necessarie ulteriori qualifiche e una consultazione specifica. Il dispositivo standard potrebbe non essere adatto per tali applicazioni ad alta affidabilità senza ulteriori valutazioni.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LTST-S110KGKT, basato sulla tecnologia AlInGaP, offre vantaggi distinti rispetto ad altre tecnologie di LED verdi come il tradizionale GaP (Fosfuro di Gallio) o InGaN (Nitruro di Indio Gallio) per determinate lunghezze d'onda. I LED AlInGaP generalmente forniscono una maggiore efficienza e una migliore stabilità termica nello spettro dall'ambra al rosso, e per specifiche lunghezze d'onda verdi, possono offrire prestazioni superiori in termini di luminosità e stabilità del colore rispetto alla vecchia tecnologia GaP. Il suo angolo di visione di 130 gradi è più ampio di alcuni package side-view o top-view progettati per luce più direzionale, rendendolo una scelta versatile per l'indicazione di stato dove la visibilità ad ampio angolo è vantaggiosa. La combinazione di una lente trasparente e un chip AlInGaP luminoso risulta in un colore verde vibrante e saturo facilmente distinguibile.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?

La lunghezza d'onda di picco (λP) è la lunghezza d'onda alla quale la curva di distribuzione spettrale di potenza raggiunge la sua massima intensità. La lunghezza d'onda dominante (λd) è derivata dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda di una luce monocromatica pura che corrisponderebbe al colore percepito del LED. Per LED con uno spettro stretto, questi valori sono spesso vicini, ma λd è il parametro più rilevante per la specifica del colore.

10.2 Posso pilotare questo LED direttamente con una sorgente di tensione?

No. La tensione diretta di un LED ha un coefficiente di temperatura negativo e varia da unità a unità. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione causerà il passaggio di una corrente incontrollata, che probabilmente supererà il valore massimo e distruggerà il dispositivo. Utilizzare sempre un meccanismo di limitazione della corrente, come un resistore in serie o un driver a corrente costante.

10.3 Perché esiste un sistema di binning per l'intensità luminosa e la lunghezza d'onda?

Le variazioni di produzione causano lievi differenze di prestazione tra i singoli LED. Il binning li suddivide in gruppi con caratteristiche strettamente corrispondenti. Ciò consente ai progettisti di acquistare componenti con prestazioni minime/massime garantite (es. luminosità, colore) per la loro applicazione, assicurando coerenza nel prodotto finale, specialmente quando si utilizzano più LED.

10.4 Cosa succede se supero il limite di 10 secondi a 260°C durante la rifusione?

Superare il profilo tempo-temperatura può causare diversi guasti: rottura da stress termico della lente epossidica, degradazione dell'incapsulante interno in silicone (portando all'annerimento), guasto dei bonding o danni al chip semiconduttore stesso. Ciò comporterà una ridotta emissione luminosa, uno spostamento del colore o il guasto completo del dispositivo.

11. Esempi Pratici di Progetto e Utilizzo

11.1 Indicatore di Stato per un Dispositivo Consumer

In un altoparlante Bluetooth portatile, un singolo LTST-S110KGKT può essere utilizzato come indicatore di stato alimentazione/carica. Pilotato a 10-15 mA tramite un resistore limitatore di corrente dalla linea principale a 3.3V o 5V, fornisce una luce verde chiara e brillante. L'ampio angolo di visione di 130 gradi garantisce che lo stato sia visibile da quasi ogni angolazione. Il progetto deve includere il corretto footprint PCB e assicurarsi che il LED non sia posizionato dietro una lente fortemente colorata o diffondente che richiederebbe una corrente di pilotaggio più alta.

11.2 Retroilluminazione per Tastiera a Membrana

Per una tastiera di dispositivo medico, più LED dello stesso bin di intensità (es. Codice N) possono essere disposti attorno al perimetro per fornire una retroilluminazione uniforme. Sarebbero collegati in combinazioni serie-parallelo con appropriati resistori limitatori di corrente per garantire una luminosità uniforme. La gestione termica deve essere considerata se molti LED sono pilotati simultaneamente in uno spazio confinato.

12. Introduzione alla Tecnologia

Il LTST-S110KGKT utilizza un materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) cresciuto su un substrato. Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del chip, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlInGaP determina l'energia del bandgap e quindi la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa, in questo caso verde. Il chip è montato in un package a telaio portante, wire-bonded e incapsulato con una lente epossidica trasparente che protegge il chip e modella il fascio luminoso in uscita. La placcatura in stagno sui terminali esterni garantisce una buona saldabilità e resistenza all'ossidazione.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nei LED indicatori SMD continua verso una maggiore efficienza (più luce emessa per unità di potenza elettrica), un miglioramento della coerenza e saturazione del colore e dimensioni del package più piccole per consentire progetti PCB più densi. C'è anche un focus sul miglioramento dell'affidabilità in condizioni ambientali severe, come temperature e umidità più elevate. La spinta alla miniaturizzazione persiste, con i LED in package chip-scale (CSP) che diventano più diffusi per le applicazioni con i vincoli di spazio più stringenti. Inoltre, l'integrazione dell'elettronica di controllo direttamente con il die del LED (es. per il pilotaggio a corrente costante o la miscelazione dei colori) è un'area di sviluppo in corso.