SMD LED LTST-B680QEKT Datasheet - AlInGaP Rosso - 120mW - 2.6V - Documento Tecnico in Inglese

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un diodo a emissione di luce (LED) a montaggio superficiale (SMD). Questo componente è progettato per processi di assemblaggio automatizzato di circuiti stampati (PCB) ed è adatto per applicazioni in cui lo spazio è un vincolo critico. Il LED utilizza un materiale semiconduttore in fosfuro di alluminio indio gallio (AlInGaP) per produrre luce rossa, offrendo un equilibrio tra prestazioni e affidabilità per i moderni progetti elettronici.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il LED è progettato per soddisfare diversi standard industriali chiave e requisiti di produzione, offrendo vantaggi distinti a progettisti e produttori.

• Conformità Ambientale: Il dispositivo è conforme alla direttiva sulla restrizione delle sostanze pericolose (RoHS).
• Compatibilità di Produzione: Viene fornito su nastro da 8 mm standard del settore, avvolto su bobine da 7 pollici, rendendolo completamente compatibile con le attrezzature di assemblaggio automatizzate ad alta velocità pick-and-place.
• Compatibilità di Processo: Il package è progettato per resistere ai processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) comunemente utilizzati nelle linee di assemblaggio a montaggio superficiale (SMT).
• Affidabilità: Il componente è sottoposto a test di precondizionamento accelerati secondo il livello di sensibilità all'umidità JEDEC 3, indicando una robusta costruzione del package adatta alle tipiche condizioni di manipolazione e stoccaggio prima della saldatura.
• Interfaccia Elettrica: È compatibile con I.C. (Integrated Circuit), consentendo una facile integrazione nei circuiti di controllo digitali.

1.2 Applicazioni e Mercati Target

Grazie alle sue dimensioni compatte, affidabilità e caratteristiche prestazionali, questo LED è destinato a un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche. Le principali aree di applicazione includono:

• Apparecchiature di Telecomunicazioni: Indicatori di stato su router, modem e switch di rete.
• Automazione d'Ufficio: Spie luminose su stampanti, scanner e dispositivi multifunzione.
• Elettronica di Consumo: Retroilluminazione per pannelli frontali, indicatori di stato dell'alimentazione e simboli funzionali in elettrodomestici e apparecchiature audio/video.
• Attrezzature Industriali: Pannelli di stato macchina, indicazione guasti e feedback operativo.
• Scopo Generale: Qualsiasi applicazione che richieda un indicatore di stato rosso o una sorgente luminosa simbolica compatta, luminosa e affidabile.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e obiettiva delle specifiche elettriche, ottiche e termiche del LED. Comprendere questi parametri è cruciale per un corretto design del circuito e per garantire le prestazioni a lungo termine.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Queste non sono condizioni di funzionamento normale.

• Power Dissipation (Pd): 120 mW. Questa è la quantità massima di potenza che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore senza subire danni. Superare questo limite comporta il rischio di surriscaldamento della giunzione del semiconduttore.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP): 80 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni di impulso (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms) per prevenire un eccessivo riscaldamento.
• Continuous Forward Current (I_F): 50 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuo nelle condizioni di temperatura ambiente specificate.
• Reverse Voltage (V_R): 5 V. L'applicazione di una tensione inversa superiore a questo valore può causare la rottura e il guasto catastrofico della giunzione LED. La scheda tecnica nota esplicitamente che il dispositivo non è progettato per il funzionamento in inversione.
• Operating & Storage Temperature Range: -40°C a +100°C. Questo definisce i limiti di temperatura ambientale sia per il funzionamento attivo che per la conservazione inattiva, garantendo l'integrità materiale del package e del die.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di prova standard (Ta=25°C, I_F=20mA) e definiscono le prestazioni del dispositivo.

• Intensità Luminosa (I_V): 450 - 1120 mcd (millicandela). Questa è la luminosità percepita del LED, misurata da un sensore filtrato per corrispondere alla risposta fotopica dell'occhio umano. L'ampio intervallo è gestito attraverso un sistema di binning (vedi Sezione 3).
• Angolo di Visuale (2θ_1/2): 120 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco (sull'asse). Un angolo di 120° indica un modello di emissione ampio e diffuso, adatto per indicatori di stato.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P): 631 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'emissione di potenza spettrale è massima. È una proprietà fisica del materiale AlInGaP.
• Lunghezza d'onda dominante (λ_d): 624 nm (tipico). Questa è l'unica lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che meglio corrisponde al colore del LED. È derivata dalle coordinate cromatiche CIE. La tolleranza è di +/- 1nm.
• Larghezza a metà altezza della linea spettrale (Δλ): 15 nm (tipico). Questo parametro misura la purezza spettrale, indicando l'intervallo di lunghezze d'onda emesse. Una larghezza a metà altezza più stretta indica un colore più monocromatico (puro).
• Tensione Diretta (V_F): 1.8V (Min) a 2.6V (Max) a 20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. La progettazione del circuito deve tenere conto di questa variazione per garantire una corrente costante.
• Corrente Inversa (I_R): 10 μA (Max) a V_R=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando viene applicata una tensione inversa, rilevante solo per scopi di test.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per gestire le variazioni naturali nella produzione dei semiconduttori, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino specifici requisiti di luminosità.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

L'intensità luminosa è suddivisa in bin distinti, ciascuno con un valore minimo e massimo. La tolleranza all'interno di ciascun bin è di +/-11%.

• Bin U1: 450.0 mcd (Min) a 560.0 mcd (Max)
• Bin U2: 560.0 mcd (Min) a 680.0 mcd (Max)
• Bin V1: 680.0 mcd (Min) a 900.0 mcd (Max)
• Bin V2: 900.0 mcd (Min) a 1120.0 mcd (Max)

I progettisti devono specificare il codice bin richiesto al momento dell'ordine per garantire la coerenza della luminosità tra più unità in un assemblaggio. Per applicazioni in cui la luminosità assoluta è meno critica, può essere accettabile un bin più ampio o nessun bin specifico.

4. Analisi della Curva di Prestazione

Sebbene nel datasheet siano referenziate specifiche curve grafiche (ad esempio, Figura 1, Figura 5), le loro implicazioni sono cruciali per la progettazione.

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

La relazione tra la corrente diretta (I_F) e tensione diretta (V_F) è non lineare, simile a un diodo standard. L'intervallo V_F specificato (1.8V-2.6V) a 20mA è il punto di progettazione chiave. Pilotare il LED con una corrente costante, anziché una tensione costante, è essenziale per mantenere stabile l'emissione luminosa e prevenire la fuga termica, poiché V_F diminuisce all'aumentare della temperatura.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'emissione luminosa (I_V) è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta nell'intervallo di funzionamento. Tuttavia, l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento del calore. Operare a o al di sotto della condizione di test consigliata di 20mA garantisce prestazioni ottimali e longevità.

4.3 Distribuzione Spettrale

La curva di emissione spettrale è centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco di 631 nm con una tipica semilarghezza di 15 nm. Questo definisce la specifica tonalità di rosso. La lunghezza d'onda dominante (624 nm) è il parametro chiave per la corrispondenza dei colori nelle applicazioni in cui più LED devono apparire identici.

4.4 Dipendenza dalla Temperatura

Le prestazioni del LED sono sensibili alla temperatura. Tipicamente, l'intensità luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. L'ampio intervallo di temperatura operativa (-40°C a +100°C) indica che il dispositivo è progettato per funzionare in ambienti estremi, sebbene l'output varierà. Una corretta gestione termica sul PCB è necessaria per applicazioni ad alta corrente o ad alta temperatura ambiente per mantenere luminosità e durata.

5. Informazioni Meccaniche e di Package

5.1 Dimensioni Fisiche e Polarità

Il LED rispetta un footprint di package SMD standard EIA. Nel datasheet sono forniti disegni dimensionati dettagliati, inclusi lunghezza, larghezza, altezza e passo dei terminali. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0,2 mm. Il package è dotato di una lente water-clear, che non diffonde la luce, permettendo di vedere il colore rosso nativo dell'AlInGaP. La polarità (anodo e catodo) è indicata da marcature fisiche sul corpo del componente, che devono essere rispettate durante il posizionamento per garantire il corretto funzionamento.

5.2 Schema di Piazzatura PCB Raccomandato

Viene fornito un layout suggerito per i pad di attacco sulla scheda a circuito stampato, adatto per la saldatura a rifusione a infrarossi o in fase di vapore. Seguire questo land pattern è cruciale per ottenere giunzioni saldate affidabili, un corretto auto-allineamento durante la rifusione e un'efficace dissipazione del calore lontano dalla giunzione del LED.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profilo di saldatura a rifusione

Il dispositivo è compatibile con i processi di saldatura a rifusione IR senza piombo (Pb-free). Il profilo consigliato si basa sullo standard J-STD-020B. I parametri chiave includono:

• Temperatura di pre-riscaldamento: Da 150°C a 200°C.
• Tempo di Pre-riscaldamento: Massimo 120 secondi.
• Temperatura Corporea di Picco: Massimo 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido: Raccomandato di rimanere entro i limiti standard JEDEC (tipicamente 60-150 secondi).
• Massimo Numero di Cicli di Saldatura: Due volte.

Si sottolinea che il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dalla pasta saldante e dal forno. Il profilo basato su JEDEC dovrebbe essere utilizzato come riferimento, con la messa a punto finale basata sulle raccomandazioni del produttore della pasta saldante e sulla caratterizzazione a livello di scheda.

6.2 Saldatura manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è indispensabile prestare la massima attenzione:

• Temperatura del Saldatore: Massimo 300°C.
• Tempo di Saldatura: Massimo 3 secondi per piedino.
• Numero di Volte: Una volta soltanto. Riscaldamenti ripetuti possono danneggiare il package e la connessione interna del die.

6.3 Pulizia

Se è necessaria una pulizia post-saldatura, devono essere utilizzati solo solventi specificati. Il datasheet consiglia di immergere il LED in alcol etilico o alcol isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Detergenti chimici non specificati o aggressivi possono danneggiare la lente in plastica e il materiale del package.

7. Precauzioni per lo Stoccaggio e la Manipolazione

7.1 Sensibilità all'Umidità e Stoccaggio

Il package LED è sensibile all'umidità. Un'esposizione prolungata all'umidità ambientale può causare il fenomeno del "popcorn cracking" durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura.

• Package Ermetico: I dispositivi devono essere conservati a ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione nella busta originale anti-umidità con essiccante è di un anno.
• Confezione Aperta: Una volta aperta la confezione sigillata, l'ambiente di conservazione non deve superare i 30°C e il 60% di UR.
• Durata di Utilizzo: I componenti rimossi dalla confezione originale devono essere sottoposti a saldatura a rifusione IR entro 168 ore (7 giorni).
• Conservazione Prolungata: Per una conservazione superiore a 168 ore, i LED devono essere conservati in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto.
• Essiccazione in Forno: I componenti esposti oltre la durata di vita a pavimento di 168 ore richiedono un trattamento di cottura a circa 60°C per almeno 48 ore prima dell'assemblaggio per rimuovere l'umidità assorbita.

7.2 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

Un LED è un dispositivo pilotato a corrente. Per garantire una luminosità uniforme e prevenire l'assorbimento eccessivo di corrente, specialmente quando si pilotano più LED in parallelo, è necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente in serie con ciascun LED. Il datasheet raccomanda fortemente questa configurazione (Circuito A) rispetto al collegamento diretto dei LED in parallelo senza resistenze individuali (Circuito B), che può portare a luminosità non uniforme e potenziale guasto a causa della distribuzione irregolare della corrente causata da minime variazioni di V_F Variazioni tra le unità.

8. Informazioni su Confezionamento e Ordinazione

8.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il componente è fornito per il montaggio automatizzato in nastro portante goffrato avvolto su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro.

• Passo delle tasche: 8 mm.
• Quantità per bobina: 2000 pezzi.
• Quantità minima d'ordine (MOQ): 500 pezzi per le quantità rimanenti.
• Nastro di copertura: Le tasche vuote dei componenti sono sigillate con un nastro di copertura superiore.
• Componenti mancanti: Secondo le specifiche di imballaggio, è consentito un massimo di due lampade consecutive mancanti (tasche vuote).
• Standard: L'imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481.

9. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

9.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED è destinato all'uso in apparecchiature elettroniche ordinarie, inclusa automazione d'ufficio, telecomunicazioni, elettrodomestici e controlli industriali generali. È adatto per indicazione di stato, retroilluminazione di simboli sui pannelli frontali e segnalazione luminosa generica.

9.2 Considerazioni di Progettazione

• Controllo della Corrente: Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante dedicato per impostare la corrente diretta. Non collegare direttamente a una sorgente di tensione.
• Gestione Termica: Nonostante il package sia piccolo, assicurare un'adeguata area di rame sui pad del PCB per fungere da dissipatore di calore, specialmente quando si opera vicino alla corrente continua massima (50mA).
• Protezione ESD: Sebbene non sia esplicitamente dichiarato come sensibile, maneggiare i LED con le normali precauzioni ESD (scarica elettrostatica) è considerata una buona pratica.
• Progettazione Ottica: La lente trasparente come l'acqua produce un fascio focalizzato con un angolo di visione di 120°. Per un'illuminazione più ampia o diffusa, potrebbero essere necessarie lenti esterne o guide luminose.

10. Confronto Tecnico e Differenziazione

Sebbene un confronto diretto con altri codici componente non sia fornito in questa scheda tecnica autonoma, le principali caratteristiche distintive di questo componente possono essere dedotte:

• Materiale (AlInGaP): Offre alta efficienza e una buona stabilità del colore per LED rossi rispetto a tecnologie più datate come il GaAsP.
• Ampio Angolo di Visione (120°): Garantisce un'ampia visibilità, rendendolo eccellente per indicatori di stato montati su pannelli.
• JEDEC Level 3 Preconditioning: Indica un buon livello di resistenza all'umidità adatto alla maggior parte delle applicazioni commerciali, senza richiedere stoccaggio ultra-secco, semplificando la logistica.
• Standardized Packaging: La conformità agli standard del pacchetto EIA e alle specifiche ANSI/EIA-481 per i nastri garantisce un'integrazione senza soluzione di continuità nelle linee di assemblaggio automatizzate.

11. Domande Frequenti (FAQ)

D: Posso pilotare questo LED senza una resistenza di limitazione della corrente?
A: No. Un LED deve essere pilotato con una corrente controllata. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione causerebbe un flusso di corrente eccessivo, potenzialmente in grado di distruggere il dispositivo all'istante. Utilizzare sempre una resistenza in serie o un circuito a corrente costante.

Q: Cosa significa il "Codice Bin" quando si effettua un ordine?
A: Il codice bin (ad es., V1, U2) specifica l'intensità luminosa minima e massima garantita dei LED in quel lotto. Specificare un bin garantisce la coerenza della luminosità tra tutti i LED nel vostro prodotto. Se la coerenza del colore è critica, potrebbe essere necessario specificare anche i bin di lunghezza d'onda.

Q: Per quanto tempo posso conservare questi LED dopo aver aperto la busta?
R: Per una saldatura affidabile, è consigliabile utilizzarli entro 168 ore (7 giorni) se conservati in un ambiente ≤30°C/60% UR. Se conservati più a lungo, devono essere sottoposti a baking a 60°C per 48 ore prima dell'uso.

D: Questo LED è adatto per applicazioni automobilistiche o mediche?
R: Il datasheet specifica che è destinato a equipaggiamenti elettronici ordinari. Per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale o in cui un guasto potrebbe compromettere la sicurezza (aviazione, automobilistico, medico, dispositivi di supporto vitale), è necessaria una consultazione con il produttore per valutarne l'idoneità e potenzialmente qualificare il componente per quell'uso specifico.

D: Posso utilizzare la saldatura a onda per questo LED SMD?
R: Il datasheet fornisce solo linee guida per la rifusione IR e la saldatura manuale. I componenti SMD di questo tipo generalmente non sono raccomandati per la saldatura a onda a causa dello shock termico e del potenziale rischio di contaminazione. La saldatura a rifusione è il processo di assemblaggio previsto e raccomandato.

12. Esempio Pratico di Progettazione

Scenario: Progettazione di un indicatore di alimentazione "ON" per un dispositivo alimentato da una linea a 5V CC. L'obiettivo è ottenere una buona visibilità con una corrente diretta di circa 15mA (al di sotto del punto di test di 20mA per una maggiore durata).

Calcolo:
Si assume una tipica tensione diretta (V_F) di 2,2V.
La caduta di tensione richiesta sulla resistenza in serie (R_S) è: V_supply - V_F = 5V - 2.2V = 2.8V.
Utilizzando la Legge di Ohm: R_S = V / I = 2.8V / 0.015A = 186.67 Ω.
Il valore standard di resistenza più vicino è 180 Ω o 200 Ω.

Selezione: Scegliere un resistore da 180 Ω. Ricalcolando la corrente: I = (5V - 2.2V) / 180Ω ≈ 15.6mA. Questo è sicuro e entro i limiti.
Potenza nel Resistore: P = I²R = (0.0156)² * 180 ≈ 0.044W. Un resistore standard da 1/8W (0.125W) o 1/10W è sufficiente.

Layout del PCB: Posizionare il resistore da 180Ω in serie con l'anodo del LED. Seguire il land pattern consigliato dal datasheet per i pad del LED, assicurando un'area di rame sufficiente per la dissipazione del calore. Includere la marcatura di polarità (ad esempio, "+" per l'anodo) sulla serigrafia del PCB.

13. Principio di Funzionamento

I diodi a emissione luminosa sono dispositivi a semiconduttore che convertono direttamente l'energia elettrica in luce attraverso un processo chiamato elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata alla giunzione p-n, gli elettroni provenienti dal materiale di tipo n si ricombinano con le lacune provenienti dal materiale di tipo p nella regione attiva. In un LED AlInGaP, questo evento di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (particelle di luce). La lunghezza d'onda specifica (colore) della luce emessa, in questo caso rosso a ~624-631 nm, è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio Indio Gallio utilizzato nella costruzione del chip. Il contenitore in resina epossidica trasparente incapsula e protegge il die semiconduttore, forma la lente per modellare l'emissione luminosa e contiene il telaio di piombo metallico che fornisce le connessioni elettriche e il supporto meccanico.

14. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo di LED SMD come questo fa parte di tendenze più ampie nell'optoelettronica e nella produzione elettronica. Le tendenze chiave che influenzano tali componenti includono:

• Miniaturizzazione: Domanda continua per formati di imballaggio più piccoli per consentire layout PCB più densi e prodotti finali più compatti.
• Maggiore Efficienza: La ricerca in corso nella scienza dei materiali mira a migliorare l'efficienza luminosa (lumen per watt) dei LED colorati, riducendo il consumo energetico per una data emissione luminosa.
• Affidabilità Migliorata: I miglioramenti nei materiali del package (epossidico, silicone) e nelle tecniche di attacco del die portano a una maggiore durata operativa e a prestazioni superiori in condizioni di alta temperatura e umidità.
• Standardizzazione: L'adozione di impronte standard del settore, dimensioni delle bobine e metriche di prestazione (come le classificazioni JEDEC MSL) snellisce la catena di approvvigionamento e semplifica l'integrazione nel progetto per gli ingegneri.
• Integrazione: Sebbene si tratti di un componente discreto, esiste una tendenza a integrare l'elettronica di controllo (come regolatori di corrente o driver) direttamente nei package LED, creando moduli LED "intelligenti".