Scheda Tecnica LED SMD LTST-C191TGKT-2A - Lente Trasparente - InGaN Verde - Altezza 0.55mm - 10mA DC - 38mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di una lampada LED miniaturizzata a montaggio superficiale, progettata per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato e per applicazioni in cui lo spazio è un vincolo critico. Il dispositivo è un LED ultrasottile e ultra-luminoso che utilizza un die semiconduttore InGaN (Indio Gallio Nitruro) per produrre luce verde. Il suo fattore di forma compatto e la compatibilità con i moderni processi produttivi lo rendono un componente versatile per una vasta gamma di apparecchiature elettroniche.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questo LED includono il suo profilo eccezionalmente basso di 0.55mm, che ne consente l'integrazione in dispositivi ultrasottili. Offre un'elevata intensità luminosa grazie al chip InGaN. Il componente è pienamente conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose). È confezionato su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici, conforme agli standard EIA, rendendolo completamente compatibile con le attrezzature automatiche pick-and-place ad alta velocità. Inoltre, è progettato per resistere ai processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), standard per le linee di assemblaggio SMT (Surface Mount Technology).

Le applicazioni target sono ampie e comprendono apparecchiature di telecomunicazione, dispositivi per l'automazione d'ufficio, elettrodomestici e apparecchiature industriali. Casi d'uso specifici includono la retroilluminazione per tastiere e keypad, luci di stato indicatori, micro-display e varie applicazioni di illuminazione per segnali o simboli.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche definite nella scheda tecnica. Comprendere questi parametri è cruciale per un progetto di circuito affidabile e per garantire prestazioni a lungo termine.

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):38 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il package LED può dissipare come calore a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Superare questo limite rischia surriscaldamento e degrado accelerato.
• Corrente Diretta Continua (IF):10 mA. La massima corrente diretta continua che può essere applicata.
• Corrente Diretta di Picco:40 mA. Questo valore è consentito solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms. Permette brevi momenti di luminosità più elevata senza danni termici.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento:-20°C a +80°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il LED è specificato per funzionare correttamente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-30°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per conservare il dispositivo quando non alimentato.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:260°C per 10 secondi. Questo definisce il profilo di temperatura di picco e tempo che il LED può sopportare durante la saldatura a rifusione, critico per i processi di assemblaggio senza piombo.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche a Ta=25°C

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati in condizioni di test standard. I progettisti dovrebbero utilizzare questi valori per i calcoli del circuito.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da 11.2 mcd (minimo) a 112.0 mcd (massimo) a una corrente diretta (IF) di 2 mA. L'ampio intervallo è gestito attraverso un sistema di binning (vedi Sezione 3). Questo parametro misura la luminosità percepita dall'occhio umano.
• Angolo di Visione (2θ1/2):130 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del valore misurato sull'asse. Un angolo di 130 gradi indica un pattern di visione ampio, adatto per applicazioni in cui la luce deve essere vista da varie angolazioni.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λP):530 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale del LED è più forte.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):525.0 nm a 545.0 nm (a IF=2mA). Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che definisce il colore (verde). È derivata dal diagramma di cromaticità CIE e differisce dalla lunghezza d'onda di picco.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):35 nm. Questo indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa, misurata come la larghezza a metà dell'intensità massima.
• Tensione Diretta (VF):2.30 V a 3.30 V (a IF=2 mA). La caduta di tensione ai capi del LED quando conduce corrente. Anche questo intervallo è soggetto a binning.
• Corrente Inversa (IR):10 μA (massimo) a una Tensione Inversa (VR) di 5V. Il dispositivo non è progettato per il funzionamento inverso; questo test è solo per la verifica della qualità. L'applicazione di tensione inversa nel circuito deve essere evitata, tipicamente garantendo la polarità corretta o utilizzando circuiti di protezione.

2.3 Considerazioni Termiche

Sebbene non esplicitamente graficata, la gestione termica è dedotta dalla specifica di dissipazione di potenza e dall'intervallo di temperatura di funzionamento. Il basso valore di Pd di 38mW sottolinea che si tratta di un dispositivo a bassa potenza. Tuttavia, in layout ad alta densità o spazi chiusi, si raccomanda di garantire un adeguato raffreddamento termico tramite i pad PCB per mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri, preservando l'output luminoso e la durata.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire colore e luminosità consistenti nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare una specifica classe di prestazioni per la loro applicazione.

3.1 Binning della Tensione Diretta (Vf)

I LED sono categorizzati in base alla loro caduta di tensione diretta a 2 mA. I bin vanno da D4 (2.30V - 2.50V) a D8 (3.10V - 3.30V), con una tolleranza di ±0.1V per bin. Selezionare un bin Vf stretto può aiutare a garantire una luminosità uniforme quando più LED sono pilotati in parallelo da una sorgente di tensione costante.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (Iv)

Questo binning controlla l'output di luminosità. I bin vanno da L (11.2 - 18.0 mcd) a Q (71.0 - 112.0 mcd), misurati a 2 mA, con una tolleranza di ±15% per bin. Le applicazioni che richiedono livelli di luminosità specifici, come indicatori con classi di luminosità definite, specificheranno un bin Iv.

3.3 Binning della Tonalità (Lunghezza d'Onda Dominante)

Questo garantisce la consistenza del colore. I bin della lunghezza d'onda dominante per questo LED verde sono: AQ (525.0 - 530.0 nm), AR (530.0 - 535.0 nm), AS (535.0 - 540.0 nm) e AT (540.0 - 545.0 nm), con una tolleranza di ±1nm. Per applicazioni in cui l'abbinamento preciso del colore è critico (es. display multicolore o segnali stradali), specificare un bin di tonalità ristretto è essenziale.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve di prestazione tipiche. Sebbene i grafici specifici non siano riprodotti nel testo fornito, la loro interpretazione standard è cruciale per il progetto.

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

Questa curva mostra la relazione non lineare tra la corrente che scorre attraverso il LED e la tensione ai suoi capi. È di natura esponenziale. Il tipico valore VF fornito (es. ~2.8V a 2mA) è un punto su questa curva. I progettisti usano questa curva per determinare il valore necessario della resistenza limitatrice di corrente per una data tensione di alimentazione. Pilotare il LED con una sorgente di corrente costante è generalmente preferibile a una tensione costante con una resistenza in serie, poiché fornisce una luminosità più stabile e una migliore tolleranza alle variazioni di Vf.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questo grafico mostra tipicamente che l'intensità luminosa aumenta con la corrente diretta, ma non linearmente. A correnti più elevate, l'efficienza può diminuire a causa dell'aumento della generazione di calore. La corrente continua nominale di 10mA rappresenta un punto in cui si ottiene un buon equilibrio tra luminosità e affidabilità. Operare vicino alla corrente massima assoluta ridurrà la durata.

4.3 Distribuzione Spettrale

Il grafico dell'output spettrale mostrerebbe l'intensità in funzione della lunghezza d'onda, centrata attorno al picco di 530nm con la larghezza a mezza altezza di 35nm. Questa informazione è vitale per applicazioni sensibili a specifiche lunghezze d'onda, come sensori ottici o sistemi con filtri colore.

4.4 Dipendenza dalla Temperatura

Sebbene non dettagliata esplicitamente, le prestazioni del LED sono sensibili alla temperatura. Tipicamente, la tensione diretta diminuisce con l'aumentare della temperatura (coefficiente di temperatura negativo), mentre l'output luminoso diminuisce anch'esso. Per applicazioni di precisione, questi effetti devono essere considerati, specialmente se il LED opera in un ambiente termico variabile.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Polarità

Il LED ha un profilo ultrasottile con un'altezza di 0.55mm. Le dimensioni del package sono fornite nella scheda tecnica con una tolleranza standard di ±0.1mm. La lente è trasparente. Il catodo è tipicamente identificato da una marcatura sul package, come una tacca, un punto verde o un angolo tagliato. L'identificazione corretta della polarità è obbligatoria durante l'assemblaggio per prevenire danni da polarizzazione inversa.

5.2 Progetto Consigliato dei Pad PCB

Viene fornita una raccomandazione per il land pattern (impronta) per garantire una saldatura affidabile e stabilità meccanica. Rispettare questo progetto è critico per ottenere filetti di saldatura adeguati, gestire la dissipazione termica e prevenire l'effetto "tombstoning" (dove un'estremità del componente si solleva durante la rifusione). Il progetto del pad aiuta anche nell'allineamento del componente durante il posizionamento automatico.

6. Guida alla Saldatura, Assemblaggio e Manipolazione

6.1 Linee Guida per il Processo di Saldatura

Il LED è compatibile con la saldatura a rifusione a infrarossi. Viene fornito un profilo suggerito per processi senza piombo, con parametri chiave:

• Preriscaldamento:150-200°C.
• Tempo di Preriscaldamento:Massimo 120 secondi per riscaldare gradualmente la scheda e i componenti.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido (al picco):Massimo 10 secondi. Il profilo dovrebbe conformarsi agli standard JEDEC per garantire l'affidabilità.

La saldatura manuale con saldatore è possibile ma deve essere controllata: temperatura ≤300°C e tempo ≤3 secondi per una singola operazione. Il calore eccessivo da un saldatore può facilmente danneggiare il LED o la sua lente epossidica.

6.2 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, dovrebbero essere usati solo solventi specificati. La scheda tecnica raccomanda l'immersione in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Prodotti chimici non specificati o aggressivi possono danneggiare il materiale del package o la lente ottica.

6.3 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono sensibili all'umidità. Quando la busta ermetica anti-umidità sigillata (con essiccante) non è aperta, dovrebbero essere conservati a ≤30°C e ≤90% di Umidità Relativa (UR) e utilizzati entro un anno. Una volta aperta la confezione originale, l'ambiente di conservazione non dovrebbe superare i 30°C / 60% UR. I componenti rimossi dalla loro confezione originale dovrebbero subire la rifusione IR entro 672 ore (28 giorni, livello MSL2a). Se conservati più a lungo fuori dalla busta originale, devono essere "baked" (essiccati) a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il "popcorning" (crepe del package dovute alla pressione del vapore durante la rifusione).

6.4 Precauzioni contro le Scariche Elettrostatiche (ESD)

Questo LED è suscettibile ai danni da scariche elettrostatiche (ESD) e sovratensioni elettriche. Si raccomanda di manipolare il dispositivo utilizzando un braccialetto a terra o guanti antistatici. Tutte le attrezzature di manipolazione, le postazioni di lavoro e le macchine devono essere adeguatamente messe a terra per prevenire l'accumulo di cariche statiche.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti in nastro portacomponenti goffrato con nastro di copertura protettivo, avvolto su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro. La quantità standard per bobina è di 5.000 pezzi. La larghezza del nastro è di 8mm. L'imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481. Ci sono linee guida per le quantità minime di imballaggio per i resti e il numero massimo di componenti mancanti consecutivi nel nastro.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il metodo di pilotaggio più comune è una resistenza limitatrice di corrente in serie. Il valore della resistenza (R) è calcolato come: R = (V_alimentazione - VF_LED) / I_desiderata. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V, un VF tipico di 2.8V e una corrente desiderata di 5mA: R = (5 - 2.8) / 0.005 = 440 Ohm. Una resistenza standard da 470 Ohm sarebbe adatta. Per una migliore stabilità della luminosità rispetto alle variazioni di temperatura e tensione di alimentazione, si raccomanda una semplice sorgente di corrente costante che utilizza un transistor o un IC driver LED dedicato, specialmente per più LED o applicazioni critiche di luminosità.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Pilotaggio della Corrente:Pilotare sempre con una corrente controllata, non con una tensione fissa direttamente. Utilizzare i Valori Massimi Assoluti come limiti, non come obiettivi.
• Gestione Termica:Assicurarsi che il layout PCB fornisca un'adeguata area di rame per i pad del LED per fungere da dissipatore di calore, specialmente se si opera vicino alla corrente massima.
• Progetto Ottico:L'ampio angolo di visione di 130 gradi fornisce una buona visibilità fuori asse. Per luce focalizzata, potrebbero essere necessarie lenti esterne o guide luminose.
• Protezione dalla Tensione Inversa:Se esiste la possibilità che venga applicata una tensione inversa (es. in circuiti AC o con carichi induttivi), è necessario un diodo di protezione in parallelo al LED (catodo ad anodo).

8.3 Limiti Applicativi

La scheda tecnica include un avvertimento che questi LED sono destinati a equipaggiamenti elettronici ordinari. Per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale dove un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute (aviazione, dispositivi medici, sistemi di sicurezza critici), è richiesta la consultazione con il produttore prima dell'integrazione nel progetto. Questo è un disclaimer standard per componenti di grado commerciale.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto alle tecnologie più vecchie come i LED verdi basati su AlGaInP (Fosfuro di Alluminio Gallio Indio), questo LED verde basato su InGaN offre tipicamente un'efficienza luminosa più elevata e una migliore stabilità delle prestazioni. L'altezza di 0.55mm è un differenziatore chiave sul mercato, consentendo progetti più sottili rispetto a quelli che utilizzano LED standard da 0.6mm o 0.8mm di altezza. La sua compatibilità con la rifusione IR standard e l'imballaggio a nastro e bobina lo allinea con l'assemblaggio SMT mainstream ed economico, a differenza di alcuni LED di nicchia che potrebbero richiedere manipolazioni speciali.

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 fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica. La Lunghezza d'Onda Dominante (λd) è un valore calcolato basato sulla percezione del colore umana (grafico CIE) che meglio rappresenta il colore che vediamo. Per un LED verde monocromatico, sono spesso vicine ma non identiche.

10.2 Posso pilotare questo LED a 20mA per una luminosità maggiore?

No. Il Valore Massimo Assoluto per la corrente diretta continua è 10 mA. Operare a 20mA supererebbe questa specifica, portando a calore eccessivo, rapido decadimento luminoso e potenziale guasto catastrofico. Per una luminosità maggiore, selezionare un LED dai bin Iv più alti (es. bin Q) o scegliere un prodotto classificato per una corrente più elevata.

10.3 Perché il binning è importante?

Le variazioni di produzione causano differenze in Vf, Iv e colore tra i singoli LED. Il binning li suddivide in gruppi con parametri strettamente controllati. Per un prodotto che utilizza più LED (come un array di retroilluminazione), utilizzare LED dello stesso bin garantisce uniformità di luminosità e colore, fondamentale per la qualità estetica e funzionale.

10.4 Come interpreto la specifica "Condizione di Saldatura a Infrarossi"?

Ciò significa che il LED può sopravvivere a un profilo di saldatura a rifusione in cui la temperatura del corpo del componente raggiunge un picco di 260°C per un massimo di 10 secondi. Questo è un requisito standard per le paste saldanti senza piombo (lead-free), che hanno punti di fusione più alti rispetto alla saldatura tradizionale stagno-piombo.

11. Esempi Pratici di Progetto e Utilizzo

11.1 Retroilluminazione Tastiera di Dispositivi Mobili

In una tastiera di telefono cellulare, più LED sono spesso posizionati sotto un pannello guida-luce. Utilizzare LED dello stesso bin Iv e Tonalità (es. bin N per l'intensità, bin AR per il colore) garantisce che ogni tasto sia illuminato uniformemente con la stessa tonalità di colore. L'altezza di 0.55mm è cruciale qui per adattarsi al telaio ultrasottile. Sarebbero pilotati in parallelo con singole resistenze in serie o da un IC driver di retroilluminazione dedicato che fornisce corrente costante.

11.2 Indicatore di Stato su un Router di Rete

Un singolo LED può essere utilizzato per indicare l'alimentazione, l'attività di rete o lo stato di errore. L'ampio angolo di visione di 130 gradi consente di vedere lo stato da quasi qualsiasi direzione in una stanza. Un semplice circuito con un pin GPIO di un microcontrollore, una resistenza in serie (es. 330 Ohm per 5mA da un'alimentazione di 3.3V) e il LED è sufficiente. Il software può controllare i pattern di lampeggiamento.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Questo LED è un dispositivo fotonico a semiconduttore. Si basa su un'eterostruttura InGaN. Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva del die semiconduttore. Essi si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione della lega InGaN determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa - in questo caso, verde. La lente epossidica trasparente incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e modella il pattern di emissione luminosa.

13. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo dei materiali InGaN è stato una svolta per ottenere LED verdi e blu ad alta efficienza, abilitando i LED bianchi (tramite conversione di fosfori) e display a colori completi. Le tendenze attuali nei LED SMD continuano verso una maggiore efficacia (più luce per watt), una minore resistenza termica per una migliore gestione della potenza e dimensioni del package ancora più piccole. C'è anche un focus sul miglioramento della resa cromatica e della consistenza per le applicazioni di illuminazione. La spinta alla miniaturizzazione nell'elettronica di consumo spinge i package verso altezze più sottili e impronte più piccole, come esemplificato da questo componente da 0.55mm.