Scheda Tecnica LED SMD LTST-C19DKFKT-NB - Arancione AlInGaP - 20mA - 50mW - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un Diodo Emettitore di Luce (LED) a montaggio superficiale (SMD). Il dispositivo utilizza un chip semiconduttore in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) per produrre luce arancione. Progettato per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB), questo LED è confezionato su nastro standard da 8mm su bobine da 7 pollici, rendendolo adatto ad ambienti di produzione di alto volume. La sua impronta miniaturizzata e la costruzione robusta soddisfano applicazioni con vincoli di spazio e focalizzate sull'affidabilità in vari settori elettronici.

1.1 Caratteristiche

• Conforme alle direttive sulla Restrizione delle Sostanze Pericolose (RoHS).
• Utilizza un chip semiconduttore AlInGaP ultra-luminoso per un'elevata efficienza luminosa.
• Confezionato su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro per macchinari automatici pick-and-place.
• Conforme ai profili standard di package dell'Alleanza delle Industrie Elettroniche (EIA).
• I livelli logici di ingresso sono compatibili con le uscite dei circuiti integrati (IC) standard.
• Progettato per la compatibilità con le attrezzature di posizionamento automatico a montaggio superficiale (SMT).
• Resiste ai profili standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) utilizzati nei processi di assemblaggio senza piombo (Pb-free).

1.2 Applicazioni

Il LED è progettato per un ampio spettro di apparecchiature elettroniche dove è richiesta un'indicazione o un'illuminazione di fondo compatta e affidabile. Le principali aree di applicazione includono:

• Apparecchiature di Telecomunicazione:Indicatori di stato in router, modem e terminali.
• Automazione d'Ufficio:Retroilluminazione per tastierini, tastiere e luci di stato in stampanti e scanner.
• Elettrodomestici:Indicatori di alimentazione, modalità o funzione in dispositivi domestici.
• Apparecchiature Industriali:Indicatori su pannelli per macchinari e sistemi di controllo.
• Microdisplay e Segnaletica:Illuminazione di basso livello per indicatori simbolici o piccoli display informativi.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Le sezioni seguenti forniscono un'analisi dettagliata dei limiti operativi e delle caratteristiche di prestazione del dispositivo in condizioni definite. Tutti i valori nominali e le caratteristiche sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C, salvo diversa indicazione.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti non è garantito e dovrebbe essere evitato nella progettazione del circuito.

• Dissipazione di Potenza (Pd):50 mW. Questa è la potenza totale massima (corrente * tensione diretta) che il package può dissipare come calore senza superare la sua massima temperatura di giunzione.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):40 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per gestire l'innalzamento termico.
• Corrente Diretta Continua (I_F):20 mA. Questa è la corrente DC massima raccomandata per il funzionamento continuo, garantendo affidabilità a lungo termine e un'uscita luminosa stabile.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. L'applicazione di una tensione di polarizzazione inversa superiore a questo valore può causare la rottura della giunzione e il guasto del dispositivo.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-30°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è progettato per funzionare correttamente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura per la conservazione non operativa senza degrado.
• Temperatura di Saldatura:Resiste a 260°C per 10 secondi, definendo la sua compatibilità con i processi di saldatura a rifusione senza piombo.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo in condizioni operative normali (I_F= 5mA, Ta=25°C).

• Intensità Luminosa (I_V):8.2 a 28.0 millicandele (mcd). Misurata sull'asse utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta fotopica (occhio umano). L'ampio intervallo è gestito attraverso un sistema di binning.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):50 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore sull'asse (0°), definendo l'ampiezza del fascio.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):Circa 611 nm. La lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale della luce emessa è al massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):595 a 610 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano per rappresentare il colore della luce, derivata dalle coordinate cromatiche CIE. È il parametro chiave per la specifica del colore.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):Circa 17 nm. La larghezza dello spettro di emissione a metà della sua potenza massima, che indica la purezza del colore.
• Tensione Diretta (V_F):1.70 a 2.30 V. La caduta di tensione ai capi del LED quando alimentato con una corrente di 5mA. Anche questo intervallo è gestito tramite binning.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 μA. La piccola corrente di dispersione che scorre quando viene applicata la tensione inversa massima (5V).

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono selezionati (binnati) in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano specifici requisiti di tensione, luminosità e colore per la loro applicazione.

3.1 Binning della Tensione Diretta (V_F)

I bin definiscono l'intervallo della tensione diretta a una corrente di prova di 5mA. Questo è fondamentale per progettare circuiti limitatori di corrente, specialmente quando più LED sono collegati in parallelo, per garantire una ripartizione uniforme della corrente.

• Bin D1: V_F= 1.7V a 1.9V
• Bin D2: V_F= 1.9V a 2.1V
• Bin D3: V_F= 2.1V a 2.3V
• Tolleranza per bin: ±0.1V

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (I_V)

I bin categorizzano l'output luminoso minimo e massimo, consentendo la selezione in base alle esigenze di luminosità.

• Bin K: I_V= 8.2 mcd a 11.0 mcd
• Bin L: I_V= 11.0 mcd a 18.0 mcd
• Bin M: I_V= 18.0 mcd a 28.0 mcd
• Tolleranza per bin: ±15%

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d)

Questo binning garantisce la coerenza del colore tra diversi lotti di produzione, essenziale per applicazioni che richiedono colori abbinati.

• Bin N: λ_d= 595 nm a 600 nm
• Bin P: λ_d= 600 nm a 605 nm
• Bin Q: λ_d= 605 nm a 610 nm
• Tolleranza per bin: ±1 nm

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono informazioni sul comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Sebbene curve specifiche siano referenziate nella scheda tecnica, le relazioni tipiche sono descritte di seguito.

4.1 Caratteristica Corrente vs. Tensione (I-V)

La tensione diretta (V_F) presenta una relazione logaritmica con la corrente diretta (I_F). Aumenta in modo non lineare, con un aumento più ripido a correnti molto basse (vicino alla tensione di soglia) e un aumento più lineare a correnti più elevate a causa della resistenza in serie all'interno del chip e del package. Far funzionare il LED entro l'intervallo di corrente specificato garantisce una V_Fstabile e un'efficienza ottimale.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'output luminoso (intensità luminosa) è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta in un intervallo significativo. Tuttavia, l'efficienza (lumen per watt) può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento degli effetti termici e del droop. La condizione operativa tipica di 5mA nella scheda tecnica è scelta per un equilibrio tra luminosità, efficienza e longevità.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Le prestazioni del LED sono sensibili alla temperatura. All'aumentare della temperatura di giunzione:

- La tensione diretta (V_F) tipicamente diminuisce.

- L'intensità luminosa diminuisce per una data corrente.

- La lunghezza d'onda dominante può spostarsi leggermente (solitamente verso lunghezze d'onda maggiori per l'AlInGaP). Una corretta gestione termica nella progettazione del PCB è essenziale per mantenere prestazioni ottiche coerenti nell'intervallo di temperatura operativa.

5. Informazioni Meccaniche e di Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è conforme a un profilo standard di package SMD. Le tolleranze dimensionali chiave sono ±0.1mm salvo diversa specifica. La lente è trasparente con cappuccio nero, che migliora il contrasto riducendo la riflessione della luce parassita e migliorando la luminosità percepita dell'emissione arancione.

5.2 Pattern di Piazzola PCB Raccomandato

Viene fornito un layout di piazzola di saldatura suggerito per garantire la formazione affidabile del giunto saldato durante la rifusione. Questo pattern è progettato per facilitare una buona bagnatura della saldatura, un corretto allineamento e una sufficiente resistenza meccanica, minimizzando al contempo i ponticelli di saldatura. Rispettare questa raccomandazione è cruciale per la resa dell'assemblaggio.

5.3 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente contrassegnato sul corpo del dispositivo, spesso indicato da una sfumatura verde sulla lente, un intaglio o un punto. La polarità corretta deve essere osservata durante il posizionamento per garantire il corretto funzionamento del circuito.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione IR (Processo Senza Piombo)

Il dispositivo è qualificato per la saldatura senza piombo. Un parametro critico è che la temperatura massima del corpo non superi i 260°C per un massimo di 10 secondi. Un profilo di rifusione completo include:

- Preriscaldamento/Rampa:Una rampa controllata per attivare il flussante e minimizzare lo shock termico.

- Zona di Soak:Tipicamente 150-200°C per un massimo di 120 secondi per equalizzare la temperatura del circuito.

- Zona di Rifusione:Temperatura di picco massima di 260°C, con il tempo sopra il liquidus (TAL) controllato.

- Zona di Raffreddamento:Rampa di raffreddamento controllata per solidificare i giunti saldati.

I profili dovrebbero essere sviluppati in base all'assemblaggio PCB specifico, seguendo gli standard JEDEC e le raccomandazioni del produttore della pasta saldante.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore a temperatura controllata impostata a un massimo di 300°C. Il tempo di contatto con la piazzola di saldatura dovrebbe essere limitato a 3 secondi o meno per giunto, e dovrebbe essere eseguito una sola volta per prevenire danni termici al package del LED o ai bond dei fili.

6.3 Conservazione e Manipolazione

- Precauzioni ESD:I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD). Manipolare utilizzando braccialetti collegati a terra, tappetini antistatici e in ambienti controllati.

- Sensibilità all'Umidità:Il package è classificato al Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) 3. Se la busta sigillata a barriera di umidità originale viene aperta, i componenti devono essere sottoposti a rifusione IR entro una settimana (168 ore) dalle condizioni di fabbrica (≤30°C/60% UR). Per la conservazione oltre questo periodo, eseguire il baking a 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura.

- Conservazione a Lungo Termine:Le buste non aperte dovrebbero essere conservate a ≤30°C e ≤90% UR, con una durata di conservazione consigliata di un anno dalla data di codice.

6.4 Pulizia

La pulizia post-saldatura, se richiesta, dovrebbe utilizzare solventi delicati a base alcolica come alcol isopropilico (IPA) o alcol etilico. L'immersione dovrebbe essere a temperatura ambiente per meno di un minuto. Prodotti chimici aggressivi o non specificati possono danneggiare la lente in plastica e il package.

7. Imballaggio e Informazioni d'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il dispositivo è fornito in nastro portante goffrato con nastro di copertura protettivo, avvolto su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro. L'imballaggio standard contiene 4000 pezzi per bobina. Per quantità inferiori a una bobina intera, è disponibile una quantità minima di confezione di 500 pezzi. Le dimensioni del nastro e della bobina sono conformi agli standard ANSI/EIA-481 per garantire la compatibilità con gli alimentatori automatici.

7.2 Interpretazione del Numero di Parte

Il numero di parte LTST-C19DKFKT-NB codifica attributi specifici:

- LTST:Identificatore della famiglia/serie del prodotto.

- C19DKFKT:Codice interno che definisce il tipo di package, il colore e le caratteristiche di prestazione.

- NB:Suffisso che spesso indica combinazioni di bin specifiche o opzioni speciali (es., bin specifici V_F/I_V/λ_d). I codici bin esatti per questo suffisso dovrebbero essere confermati con il fornitore.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

8.1 Limitazione della Corrente

Un LED è un dispositivo guidato in corrente. Utilizzare sempre una resistenza limitatrice di corrente in serie o un circuito driver a corrente costante. Il valore della resistenza può essere calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare la V_Fmassima dalla scheda tecnica (o dal bin selezionato) per garantire che la corrente non superi il valore nominale massimo anche con variazioni della tensione di alimentazione e tolleranze dei componenti.

8.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, un efficace dissipatore di calore attraverso le piazzole di rame del PCB migliora la longevità e mantiene un'uscita luminosa stabile. Utilizzare un'adeguata area di rame collegata alle piazzole termiche e considerare via termici verso gli strati interni o inferiori per un migliore spargimento del calore, specialmente in ambienti ad alta temperatura o quando si alimenta vicino alla corrente massima.

8.3 Progettazione Ottica

L'angolo di visione di 50 gradi fornisce un fascio ampio. Per applicazioni che richiedono un fascio più focalizzato, possono essere utilizzate ottiche secondarie (lenti). Il cappuccio nero riduce l'abbagliamento laterale, rendendo il LED adatto per indicatori su pannelli frontali dove la visibilità fuori asse deve essere minimizzata.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Questo LED arancione AlInGaP offre vantaggi distinti rispetto ad altre tecnologie:

- vs. GaAsP/GaP Tradizionale:L'AlInGaP fornisce un'efficienza luminosa e una luminosità significativamente maggiori per la stessa corrente di pilotaggio, risultando in un consumo energetico inferiore per una data luce emessa o in una maggiore visibilità.

- vs. LED a Conversione di Fosfori:I LED AlInGaP ad emissione diretta hanno tipicamente una larghezza di banda spettrale più stretta (≈17nm), offrendo un colore arancione più saturo e puro rispetto agli spettri più ampi dei LED bianchi a conversione di fosfori filtrati per apparire arancioni.

- vs. Altre Dimensioni di Package:Il package standardizzato EIA garantisce un'ampia compatibilità con le impronte PCB standard del settore e con gli ugelli pick-and-place, riducendo la complessità di progettazione e assemblaggio.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo LED direttamente da un'uscita logica a 3.3V o 5V?

R: Non direttamente senza una resistenza limitatrice di corrente. La tensione diretta è ~1.8V, quindi collegarlo direttamente a 3.3V o 5V causerebbe un flusso di corrente eccessivo, distruggendo il LED. Calcolare e utilizzare sempre un'appropriata resistenza in serie.

D2: Perché c'è un intervallo così ampio nell'intensità luminosa (8.2 a 28.0 mcd)?

R: Ciò è dovuto alle variazioni naturali nella produzione dei semiconduttori. Il sistema di binning (K, L, M) consente di selezionare il grado di luminosità richiesto per la propria applicazione, garantendo coerenza all'interno di una produzione.

D3: Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?

R: La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P) è il picco fisico dello spettro luminoso. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) è calcolata dalle coordinate cromatiche CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda che l'occhio umano percepisce come colore. λ_dè il parametro più rilevante per la specifica e l'abbinamento del colore.

D4: Quante volte posso rifondere questo LED?

R: La scheda tecnica specifica che la condizione di saldatura (260°C per 10 sec) può essere applicata un massimo di due volte. Questo tiene conto di potenziali riparazioni. È buona pratica minimizzare i cicli di rifusione.

11. Esempio di Applicazione Pratica

Scenario: Progettazione di un indicatore di stato per uno switch di rete.

Il LED indicherà "Link Attivo" su ogni porta. Il progetto utilizza un'alimentazione a 3.3V.

1. Selezione della Corrente:Scegliere I_F= 5mA per una luminosità adeguata e una lunga vita.

2. Calcolo della Resistenza:Assumendo una V_Fconservativa di 2.3V (Massimo dalla scheda tecnica), R = (3.3V - 2.3V) / 0.005A = 200Ω. Una resistenza standard da 220Ω fornirebbe I_F≈ (3.3-1.8)/220 ≈ 6.8mA, che è ancora sicuro e fornisce una buona luminosità.

3. Binning:Per un aspetto uniforme su tutte le porte di un pannello, specificare un bin di Lunghezza d'Onda Dominante stretto (es., Bin P: 600-605nm) e un bin di Intensità Luminosa coerente (es., Bin L: 11-18mcd).

4. Layout PCB:Utilizzare il pattern di piazzola raccomandato. Collegare la piazzola del catodo a un'area di rame leggermente più ampia per una leggera dissipazione termica.

5. Assemblaggio:Seguire le linee guida del profilo di rifusione IR. Assicurarsi che il circuito venga sottoposto a baking se i LED sono stati esposti oltre la durata di vita a pavimento MSL 3.

12. Principio di Funzionamento

Questo LED funziona sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttore. La regione attiva è composta da Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP). Quando viene applicata una tensione di polarizzazione diretta che supera la tensione di soglia della giunzione, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Qui, si ricombinano in modo radiativo, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La specifica energia del bandgap della lega AlInGaP determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa, che in questo caso è nello spettro arancione (≈605nm lunghezza d'onda dominante). Il package con lente epossidica serve a proteggere il chip semiconduttore, fornire stabilità meccanica e modellare il pattern della luce emessa.

13. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo di LED SMD come questo fa parte di tendenze più ampie nell'optoelettronica:

- Efficienza Aumentata:La ricerca in corso nella scienza dei materiali mira a migliorare l'efficienza quantica interna e l'efficienza di estrazione della luce dell'AlInGaP e di altri semiconduttori composti, portando a più lumen per watt.

- Miniaturizzazione:La spinta verso elettronica più piccola e densa continua a ridurre le dimensioni dei package (es., da impronte metriche 0603 a 0402), mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche.

- Integrazione:Le tendenze includono l'integrazione di più chip LED (RGB) in un unico package per la miscelazione dei colori, o la combinazione di IC di controllo con LED per soluzioni di illuminazione "intelligenti".

- Affidabilità e Standardizzazione:Enfasi su standard di qualità rigorosi, durate operative più lunghe e metriche di test/prestazioni standardizzate (es., TM-21 per la proiezione della durata) per soddisfare le esigenze delle applicazioni automobilistiche, industriali e di illuminazione professionale.