Scheda Tecnica LED SMD Verde LTST-C930TGKT con Lente a Cupola - 2.8x3.2V - 76mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-C930TGKT è un diodo a emissione luminosa (LED) ad alta luminosità per montaggio superficiale (SMD) che utilizza un materiale semiconduttore a nitruro di gallio e indio (InGaN) per produrre luce verde. Presenta una caratteristica lente a forma di cupola, progettata per migliorare l'emissione luminosa e le caratteristiche dell'angolo di visione rispetto alle alternative con lente piatta. Questo componente è progettato per la compatibilità con i sistemi di assemblaggio automatizzati pick-and-place e i processi standard di saldatura a rifusione, rendendolo adatto per ambienti di produzione di alto volume. Le sue applicazioni principali includono indicatori di stato, retroilluminazione per piccoli display, illuminazione di pannelli e vari dispositivi elettronici di consumo dove è richiesta un'illuminazione verde affidabile e uniforme.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi chiave di questo LED derivano dal suo materiale e dal design del package. La tecnologia del chip InGaN fornisce un'emissione verde efficiente, spesso più difficile da ottenere con alta luminosità rispetto ai LED rossi o blu. La lente a cupola funge da ottica primaria, aumentando efficacemente l'estrazione della luce dal chip semiconduttore e fornendo un angolo di visione più ampio e uniforme. Il dispositivo è confezionato su nastro da 8mm per bobine da 7 pollici, aderendo agli standard EIA, garantendo un'integrazione senza soluzione di continuità nelle linee di produzione automatizzate. Il mercato di riferimento comprende un'ampia gamma di produttori di apparecchiature elettroniche, in particolare quelli nell'automazione d'ufficio, nei dispositivi di comunicazione e negli elettrodomestici, dove il LED funge da componente indicatore visivo affidabile.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce una suddivisione dettagliata dei parametri elettrici, ottici e termici specificati per il LTST-C930TGKT, offrendo un contesto per i progettisti.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Dissipazione di Potenza (Pd):76 mW. Questa è la quantità massima di potenza che il package LED può dissipare come calore a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Superare questo limite rischia di surriscaldare la giunzione del semiconduttore.
• Corrente Diretta Continua (IF):20 mA. La corrente operativa continua consigliata per prestazioni affidabili a lungo termine.
• Corrente Diretta di Picco:100 mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms) e non deve essere utilizzato per il funzionamento in continua.
• Fattore di Derating:0.25 mA/°C sopra i 50°C. Questo parametro critico indica che la massima corrente diretta continua ammissibile deve essere ridotta linearmente di 0.25 mA per ogni grado Celsius di aumento della temperatura ambiente sopra i 50°C. Ad esempio, a 70°C, la corrente continua massima sarebbe 20 mA - (0.25 mA/°C * 20°C) = 15 mA.
• Tensione Inversa (VR):5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può causare la rottura e il guasto della giunzione del LED.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:Rispettivamente -20°C a +80°C e -30°C a +100°C. Questi definiscono i limiti ambientali per il funzionamento e lo stoccaggio inattivo.
• Condizioni di Saldatura:Vengono forniti profili specifici per la saldatura ad onda (260°C per 5s), a rifusione a infrarossi (260°C per 5s) e a rifusione in fase vapore (215°C per 3 minuti). Il rispetto di questi limiti tempo-temperatura è cruciale per prevenire la rottura del package o problemi alle giunzioni saldate.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a Ta=25°C e IF=20mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da 710.0 mcd (minimo) a 2000.0 mcd (tipico). Questa è la luminosità percepita della sorgente luminosa misurata da un sensore filtrato per corrispondere alla risposta fotopica dell'occhio umano (curva CIE). L'intensità effettiva per un'unità specifica dipende dal suo codice di binning.
• Angolo di Visione (2θ1/2):25 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale in cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore misurato sull'asse (0°). Un angolo di 25 gradi indica un fascio relativamente focalizzato, caratteristica di una lente a cupola progettata per un'intensità assiale più elevata.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λP):530 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima. È una proprietà fisica del materiale InGaN.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):525 nm (tipico a IF=20mA). Questa è derivata dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda che meglio descrive il colore percepito della luce. È il parametro chiave per la specifica del colore.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):35 nm (tipico). Questa misura la larghezza di banda dello spettro emesso alla metà della sua potenza massima. Un valore di 35nm è comune per i LED verdi InGaN e indica un colore verde moderatamente puro.
• Tensione Diretta (VF):2.80V (Min), 3.20V (Tip), 3.60V (Max) a 20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. La sua variazione è gestita attraverso il sistema di binning della tensione.
• Corrente Inversa (IR):10 μA (Max) a VR=5V. Una piccola corrente di dispersione sotto polarizzazione inversa.
• Capacità (C):40 pF (Tip) a VF=0V, f=1MHz. Questa capacità di giunzione può essere rilevante nelle applicazioni di commutazione ad alta frequenza.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Il LTST-C930TGKT utilizza un sistema di binning tridimensionale.

3.1 Binning della Tensione Diretta

Le unità vengono classificate in base alla loro tensione diretta (VF) a 20mA. I codici di bin (D7, D8, D9, D10) corrispondono a specifici intervalli di tensione con una tolleranza di ±0.1V per bin. Ad esempio, un LED del bin D8 avrà una VF compresa tra 3.00V e 3.20V. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con cadute di tensione corrispondenti per circuiti dove la regolazione della corrente è critica, specialmente quando più LED sono collegati in parallelo.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa

Questo è probabilmente il bin più critico per la coerenza della luminosità. I bin (V, W, X, Y) definiscono valori minimi e massimi di intensità luminosa, ciascuno con una tolleranza di ±15%. Ad esempio, un LED del bin 'W' ha un'intensità compresa tra 1120.0 mcd e 1800.0 mcd. Selezionare LED dallo stesso bin di intensità è essenziale per applicazioni che richiedono una luminosità uniforme su più indicatori.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

Questo binning garantisce la coerenza del colore. I bin (AP, AQ, AR) definiscono intervalli per la lunghezza d'onda dominante (λd) con una tolleranza stretta di ±1 nm. Un LED del bin 'AQ', ad esempio, avrà una λd compresa tra 525.0 nm e 530.0 nm. Utilizzare LED dallo stesso bin di lunghezza d'onda garantisce una tonalità di verde coerente in un prodotto.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene grafici specifici siano referenziati nella scheda tecnica (Fig.1, Fig.6), le loro implicazioni sono standard. Lacurva Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Direttamostrerebbe una relazione quasi lineare a correnti più basse, tendente a sub-lineare a correnti più elevate a causa dell'efficienza droop e del riscaldamento. Lacurva Tensione Diretta vs. Corrente Direttapresenta una caratteristica di accensione esponenziale, stabilizzandosi nella regione operativa. Lacurva Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambienteè cruciale; tipicamente mostra un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che l'emissione luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Ciò rafforza l'importanza della gestione termica e del derating della corrente. Lacurva di Distribuzione Spettrale(referenziata da λP e Δλ) mostrerebbe una forma simile a Gauss centrata intorno a 530nm.

5. Informazioni Meccaniche & di Confezionamento

Il dispositivo si conforma a un'impronta standard per LED SMD. La scheda tecnica include disegni dettagliati delle dimensioni del package (tutti in mm) con una tolleranza generale di ±0.10mm. Le caratteristiche meccaniche chiave includono la geometria della lente a cupola e il segno di identificazione del catodo. Il layout consigliato per i pad di saldatura è fornito per garantire un filetto di saldatura affidabile e un corretto allineamento durante la rifusione. La polarità è chiaramente marcata sul dispositivo, tipicamente con una tacca o un punto verde sul lato del catodo, che deve essere osservata durante l'assemblaggio per prevenire connessioni inverse.

6. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

6.1 Profili di Saldatura a Rifusione

La scheda tecnica fornisce due profili di rifusione a infrarossi (IR) suggeriti: uno per processi di saldatura standard SnPb e uno per processi senza piombo (ad es., SnAgCu). Entrambi i profili enfatizzano una rampa di riscaldamento controllata, una zona di preriscaldamento/ammollo sufficiente per attivare il flussante e equalizzare la temperatura della scheda, un tempo definito sopra il liquidus (TAL), una temperatura di picco non superiore a 260°C e una rampa di raffreddamento controllata. Seguire questi profili previene lo shock termico al package epossidico e al die semiconduttore.

6.2 Stoccaggio e Manipolazione

I LED sono dispositivi sensibili all'umidità. Se rimossi dalla loro confezione originale a barriera di umidità, dovrebbero essere saldati a rifusione entro una settimana. Per uno stoccaggio più lungo al di fuori della busta originale, devono essere conservati in un ambiente asciutto (ad es., un contenitore sigillato con essiccante o un essiccatore a azoto). Se esposti all'umidità ambientale per più di una settimana, si consiglia un trattamento di essiccamento a circa 60°C per 24 ore prima della saldatura per eliminare l'umidità assorbita e prevenire l'effetto \"popcorn\" durante la rifusione.

6.3 Pulizia

Dovrebbero essere utilizzati solo agenti di pulizia specificati. Si consiglia alcol isopropilico (IPA) o alcol etilico. Il LED dovrebbe essere immerso a temperatura normale per meno di un minuto. Prodotti chimici aggressivi o non specificati possono danneggiare il materiale della lente epossidica, causando opacizzazione o rottura.

7. Confezionamento e Informazioni d'Ordine

Il confezionamento standard è di 1500 pezzi per bobina da 7 pollici di diametro, con i componenti su nastro portante goffrato largo 8mm. Il nastro ha un nastro di copertura per sigillare le tasche vuote. Le quantità minime d'ordine per bobine residue sono di 500 pezzi. Il confezionamento è conforme agli standard ANSI/EIA-481-1-A. Il numero di parte LTST-C930TGKT stesso segue un probabile schema di codifica interno dove 'LTST' può denotare la famiglia di prodotto, 'C930' la serie/package specifica, 'TG' indica il colore (Verde) e il tipo di lente, e 'KT' possibilmente denota il binning o altre varianti.

8. Raccomandazioni per la Progettazione Applicativa

8.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

Considerazione Critica:I LED sono dispositivi pilotati a corrente, non a tensione. Il metodo più affidabile per far funzionare un LED è con una sorgente di corrente costante. In un semplice circuito pilotato a tensione, una resistenza di limitazione della corrente in serie èassolutamente obbligatoria. La scheda tecnica raccomanda vivamente di utilizzare una resistenza separata per ogni LED quando più unità sono collegate in parallelo (Modello di Circuito A). L'uso di una singola resistenza per più LED in parallelo (Modello di Circuito B) è sconsigliato perché piccole variazioni nella caratteristica della tensione diretta (VF) tra i singoli LED causeranno uno squilibrio significativo nella condivisione della corrente, portando a luminosità non uniforme e potenziale sovrastress del LED con la VF più bassa.

8.2 Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

Il LED è suscettibile ai danni da scariche elettrostatiche. Devono essere implementati controlli ESD adeguati nell'ambiente di manipolazione e assemblaggio: utilizzare braccialetti e superfici di lavoro collegati a terra, impiegare ionizzatori per neutralizzare le cariche statiche che possono accumularsi sulla lente di plastica e assicurarsi che tutte le apparecchiature siano correttamente messe a terra.

8.3 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa (76mW max), un efficace dissipatore di calore attraverso i pad del PCB è importante per mantenere le prestazioni e la longevità del LED. La curva di derating (0.25 mA/°C sopra i 50°C) deve essere applicata nei progetti dove si prevede che la temperatura ambiente attorno al LED sia elevata. Garantire un'adeguata area di rame attorno ai pad di saldatura sul PCB aiuta a dissipare il calore.

9. Confronto Tecnico & Differenziazione

La principale differenziazione del LTST-C930TGKT risiede nella combinazione di una lente a cupola e della tecnologia InGaN per la luce verde. Rispetto ai LED con lente piatta, la cupola fornisce un'intensità luminosa assiale più elevata e un angolo di visione più controllato. Rispetto alle tecnologie più vecchie come il fosfuro di gallio (GaP) per il verde, l'InGaN offre una luminosità ed efficienza significativamente maggiori. La sua compatibilità con i processi di rifusione senza piombo (Pb-free) lo rende adatto per la moderna produzione elettronica conforme RoHS.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un'alimentazione a 5V?

R: No. Devi utilizzare una resistenza di limitazione della corrente in serie. Con una VF tipica di 3.2V a 20mA, usando la Legge di Ohm (R = (Valimentazione - Vf) / If), il valore della resistenza sarebbe (5V - 3.2V) / 0.02A = 90 Ohm. Una resistenza standard da 91 o 100 Ohm sarebbe appropriata, e la sua potenza nominale dovrebbe essere almeno I^2 * R = (0.02^2)*90 = 0.036W, quindi una resistenza da 1/10W o 1/8W è sufficiente.

D: Perché l'intensità luminosa è data come un intervallo (710-2000mcd)?

R: Questa è la diffusione complessiva della specifica. Le unità di produzione effettive sono classificate in bin più stretti (V, W, X, Y). Per una luminosità coerente nel tuo progetto, specifica il bin di intensità richiesto quando ordini.

D: Cosa succede se supero la corrente diretta continua massima assoluta di 20mA?

R: Operare sopra i 20mA in modo continuo aumenterà la temperatura di giunzione oltre i limiti di sicurezza, accelerando la deprezzamento dei lumen (il LED si affievolisce nel tempo) e potenzialmente causando un guasto catastrofico. Progetta sempre il circuito di pilotaggio per limitare la corrente al valore nominale o inferiore, specialmente a temperature ambiente elevate.

11. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore di stato con 10 LED verdi uniformemente luminosi.

1. Progettazione del Circuito:Utilizzare una sorgente di tensione regolata (es. 5V). Posizionaredieci resistenze di limitazione della corrente individuali, una in serie con ciascun LED. Non condividere una resistenza tra più LED.

2. Selezione dei Componenti:Ordinare tutti i LED dallostesso bin di Intensità Luminosa(es., tutti del bin 'W') e dallostesso bin di Lunghezza d'Onda Dominante(es., tutti del bin 'AQ') per garantire luminosità e colore uniformi. Il bin della Tensione Diretta è meno critico qui poiché ogni LED ha la sua resistenza.

3. Layout del PCB:Seguire le dimensioni suggerite per i pad di saldatura dalla scheda tecnica. Includere una piccola connessione di rilievo termico ai pad del catodo/anodo se sono collegati a grandi aree di rame, per facilitare la saldatura.

4. Assemblaggio:Seguire il profilo di rifusione IR senza piombo raccomandato. Assicurarsi che l'area di assemblaggio abbia controlli ESD.

5. Risultato:Un pannello indicatore affidabile e dall'aspetto professionale con colore e luminosità coerenti su tutti i 10 LED.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un LED è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia. In un diodo al silicio standard, questa energia viene rilasciata principalmente come calore. In un semiconduttore a bandgap diretto come l'InGaN, una porzione significativa di questa energia di ricombinazione viene rilasciata come fotoni (luce). La lunghezza d'onda specifica (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. Le leghe di nitruro di gallio e indio (InGaN) consentono agli ingegneri di sintonizzare questo bandgap per produrre luce nelle parti blu, verde e ultravioletta dello spettro. La lente epossidica a forma di cupola che circonda il chip serve a proteggerlo e a modellare l'emissione luminosa, migliorando l'efficienza di estrazione e definendo l'angolo di visione.

13. Tendenze Tecnologiche

Il campo della tecnologia LED, in particolare per l'emissione verde, continua a evolversi. Le tendenze chiave includono:

- Aumento dell'Efficienza (Lumen per Watt):La ricerca in corso nella scienza dei materiali mira a ridurre l'\"efficienza droop\" nei LED InGaN, specialmente per le lunghezze d'onda verdi, storicamente meno efficienti del blu o del rosso.

- Coerenza del Colore e Binning:I progressi nella crescita epitassiale e nel controllo della produzione stanno portando a distribuzioni intrinseche dei parametri più strette, riducendo la diffusione all'interno dei bin e la necessità di un'ampia classificazione.

- Miniaturizzazione:La spinta verso elettronici più piccoli e densi continua a richiedere LED in package ancora più piccoli mantenendo o migliorando l'emissione luminosa.

- Affidabilità e Durata:I miglioramenti nei materiali del package, nei metodi di attacco del die e nella tecnologia dei fosfori (per i LED bianchi) stanno estendendo la durata operativa e le prestazioni in condizioni ambientali difficili.