Scheda Tecnica LED SMD LTST-C950RKRKT-5A - Rosso AlInGaP - 5mA - 180-710mcd - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un LED ad alta luminosità a montaggio superficiale, progettato per processi di assemblaggio automatizzati. Il dispositivo utilizza un materiale semiconduttore avanzato AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per produrre luce rossa, offrendo un'efficienza luminosa e una purezza del colore superiori rispetto alle tecnologie LED tradizionali. Incapsulato in una lente a cupola trasparente, il LED è confezionato in un footprint standard conforme EIA, rendendolo compatibile con una vasta gamma di attrezzature di pick-and-place automatizzate e di saldatura a rifusione a infrarossi comunemente utilizzate nella moderna produzione elettronica.

I vantaggi principali di questo LED includono il suo fattore di forma compatto, l'idoneità per applicazioni con vincoli di spazio e la conformità alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose). È progettato per l'affidabilità in ambienti impegnativi, con un intervallo di temperatura operativa specificato. I mercati e le applicazioni target principali spaziano attraverso le infrastrutture di telecomunicazioni, le apparecchiature per l'automazione d'ufficio, gli elettrodomestici, i pannelli di controllo industriali e l'elettronica di consumo. Casi d'uso specifici includono l'illuminazione di fondo per tastiere e keypad, indicatori di stato e di alimentazione, l'integrazione in micro-display e l'illuminazione di segnale o simbolica in vari dispositivi.

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I valori massimi assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. La massima corrente diretta continua (DC) è di 30 mA. Per il funzionamento in impulsi, è ammessa una corrente diretta di picco di 80 mA in condizioni specifiche: un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza dell'impulso di 0,1 ms. La massima dissipazione di potenza è di 75 mW. Il dispositivo può operare in un intervallo di temperatura ambiente da -30°C a +85°C e può essere immagazzinato tra -40°C e +85°C. Un valore critico per l'assemblaggio è la condizione di saldatura a infrarossi, che è valutata per una temperatura di picco di 260°C per una durata massima di 10 secondi, che è standard per i processi di rifusione senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le caratteristiche elettro-ottiche sono misurate in condizioni di test standard a Ta=25°C e una corrente diretta (IF) di 5 mA, salvo diversa indicazione. L'intensità luminosa (Iv), una misura chiave della luminosità, ha un ampio intervallo tipico da 180,0 mcd (millicandela) a 710,0 mcd, ulteriormente suddiviso in specifici bin. L'angolo di visione, definito come 2θ1/2 dove l'intensità è la metà del valore assiale, è di 25 gradi, indicando un pattern del fascio relativamente focalizzato. La lunghezza d'onda di emissione di picco (λP) è tipicamente di 639 nm, rientrando nello spettro del rosso. La lunghezza d'onda dominante (λd), che definisce il colore percepito, è tipicamente di 631 nm. La semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è di 20,0 nm, descrivendo la purezza spettrale della luce emessa. La tensione diretta (VF) varia da un minimo di 1,6 V a un massimo di 2,2 V a 5 mA. La corrente inversa (IR) è specificata con un massimo di 10 µA quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 5 V.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Per garantire la coerenza della luminosità nelle applicazioni di produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base alla loro intensità luminosa misurata a 5 mA. L'elenco dei codici bin è il seguente: il Codice Bin "S" copre le intensità da 180,0 mcd a 280,0 mcd. Il Codice Bin "T" copre le intensità da 280,0 mcd a 450,0 mcd. Il Codice Bin "U" copre le intensità da 450,0 mcd a 710,0 mcd. Una tolleranza di +/- 15% viene applicata ai limiti di ciascun bin di intensità luminosa. Questo sistema di binning consente ai progettisti di selezionare LED con livelli di luminosità minima garantita per i loro requisiti applicativi specifici, assicurando uniformità visiva nei prodotti che utilizzano più LED.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene dati grafici specifici siano referenziati nel documento (ad es., Figura 1 per la misurazione spettrale, Figura 5 per l'angolo di visione), le tipiche curve di prestazione per questo tipo di dispositivo includerebbero generalmente diverse relazioni chiave. La curva Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (I-V) mostrerebbe la relazione esponenziale caratteristica di un diodo, con la tensione che aumenta bruscamente dopo la soglia di accensione. La curva Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta mostrerebbe tipicamente un aumento quasi lineare della luminosità con la corrente fino a un certo punto, oltre il quale l'efficienza potrebbe diminuire a causa degli effetti termici. La curva Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente è cruciale, poiché l'output del LED generalmente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Per un LED rosso AlInGaP, la degradazione dell'intensità con la temperatura è tipicamente meno severa rispetto ad alcune altre tecnologie LED, ma rimane un fattore di progettazione critico. La curva di Distribuzione Spettrale mostrerebbe un singolo picco centrato attorno a 639 nm con una semilarghezza definita, confermando la purezza del colore.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Polarità

Il LED è alloggiato in un package standard per dispositivi a montaggio superficiale (SMD). Il colore della lente è trasparente e il colore della sorgente luminosa è rosso dal chip AlInGaP. Tutte le dimensioni critiche del package sono fornite in millimetri, con una tolleranza standard di ±0,1 mm salvo diversa specificazione. La scheda tecnica include un disegno dimensionale dettagliato che mostra lunghezza, larghezza, altezza, spaziatura dei terminali e altre caratteristiche meccaniche critiche. La polarità è indicata dal design fisico del package, tipicamente con un segno del catodo (come una tacca, un punto o un angolo smussato) su un'estremità. L'orientamento corretto durante il posizionamento sul circuito stampato (PCB) è essenziale per il corretto funzionamento.

5.2 Pad di Attacco PCB Raccomandato

Viene fornito un land pattern (footprint) raccomandato per il PCB per garantire una saldatura affidabile e stabilità meccanica. Questo pattern specifica la dimensione e la forma delle piazzole di rame per l'anodo e il catodo, nonché l'apertura consigliata per la maschera di saldatura. Rispettare questo footprint raccomandato aiuta a ottenere una corretta formazione del filetto di saldatura, previene il tombstoning (componente che si solleva) e assicura una buona connessione termica ed elettrica.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione IR

Per i processi di assemblaggio senza piombo (Pb-free), è raccomandato un profilo di rifusione specifico. Il profilo include una fase di pre-riscaldamento nell'intervallo da 150°C a 200°C, con un tempo massimo di pre-riscaldamento di 120 secondi per riscaldare gradualmente la scheda e il componente e attivare il flussante. La temperatura massima del corpo non deve superare i 260°C. Il tempo sopra la temperatura di liquidus della lega di saldatura (tipicamente attorno ai 217°C per le leghe SAC) e in particolare il tempo entro 5°C dalla temperatura di picco deve essere controllato; la scheda tecnica specifica un massimo di 10 secondi alla temperatura di picco. Il dispositivo non deve essere sottoposto a più di due cicli di rifusione in queste condizioni. Si sottolinea che il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dalla pasta saldante e dal forno, e dovrebbe essere caratterizzato di conseguenza, utilizzando gli standard JEDEC come linea guida.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale con un saldatore, 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 giunto. La saldatura manuale deve essere eseguita una sola volta per evitare danni da stress termico al die interno e ai fili di connessione (wire bonds).

6.3 Conservazione e Manipolazione

I LED sono dispositivi sensibili all'umidità (MSL 3). Quando conservati nella loro originale busta sigillata anti-umidità con essiccante, devono essere mantenuti a 30°C o meno e al 90% di umidità relativa (RH) o meno, e utilizzati entro un anno. Una volta aperta la confezione originale, l'ambiente di conservazione non deve superare i 30°C e il 60% di RH. I componenti rimossi dalla confezione originale dovrebbero idealmente essere sottoposti a rifusione IR entro una settimana. Per una conservazione più lunga al di fuori della busta originale, devono essere conservati in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto. Se conservati non confezionati per più di una settimana, è richiesto un trattamento di "bake-out" a circa 60°C per almeno 20 ore prima dell'assemblaggio con saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire danni da "popcorning" durante la rifusione.

6.4 Pulizia

Se è richiesta la pulizia dopo la saldatura, devono essere utilizzati solo solventi specificati. È accettabile immergere il LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto. L'uso di detergenti chimici non specificati può danneggiare la lente epossidica e il materiale del package.

6.5 Precauzioni contro le Scariche Elettrostatiche (ESD)

Il LED è sensibile alle scariche elettrostatiche e alle correnti di sovratensione, che possono degradare o distruggere la giunzione semiconduttrice. Devono essere implementati adeguati controlli ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio. Ciò include l'uso di braccialetti collegati a terra, guanti antistatici e l'assicurazione che tutte le attrezzature e le superfici di lavoro siano correttamente messe a terra.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti confezionati per l'assemblaggio automatizzato. Sono montati su nastro portante goffrato con una larghezza di 12 mm. Il nastro è avvolto su una bobina standard di 7 pollici (178 mm) di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. Per quantità inferiori a una bobina intera, è disponibile una quantità minima di imballaggio di 500 pezzi per le rimanenze di magazzino. Il nastro ha una copertura superiore sigillata per proteggere i componenti. Il confezionamento è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481. È consentito un massimo di due componenti mancanti consecutivi (tasche vuote) per bobina.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

Un LED è un dispositivo pilotato a corrente. Per garantire una luminosità costante e una lunga durata, deve essere pilotato con una corrente controllata, non con una tensione fissa. Il metodo di pilotaggio più semplice e consigliato è utilizzare una resistenza limitatrice di corrente in serie per ogni LED, come mostrato nel "Circuito A" nella scheda tecnica. Questa configurazione, alimentata da una sorgente di tensione (Vcc), garantisce che le variazioni della tensione diretta (VF) dei singoli LED non causino differenze significative nella corrente e, quindi, nella luminosità quando più LED sono collegati in parallelo. Il valore della resistenza (R) è calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R = (Vcc - VF) / IF, dove IF è la corrente diretta desiderata (ad es., 5 mA per i test, fino a 30 mA massimi continui).

8.2 Gestione Termica

Sebbene il package sia piccolo, gestire il calore è importante per mantenere le prestazioni e l'affidabilità. L'intensità luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Nelle applicazioni in cui il LED è pilotato alla sua corrente massima o vicino ad essa, o in ambienti ad alta temperatura, si dovrebbe prestare attenzione al layout del PCB. Fornire un'adeguata area di rame attorno ai pad del LED può fungere da dissipatore di calore, aiutando a dissipare il calore dal dispositivo. È anche consigliabile evitare il posizionamento vicino ad altri componenti che generano calore.

8.3 Limitazioni Applicative

Il dispositivo è destinato all'uso in apparecchiature elettroniche ordinarie. Per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale in cui un guasto potrebbe mettere in pericolo la vita o la salute (come nell'aviazione, nei sistemi di supporto vitale medico o nei sistemi critici per la sicurezza), sono necessarie consultazioni e qualifiche specifiche, poiché i componenti commerciali standard potrebbero non essere adatti.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto alle tecnologie più vecchie come i LED rossi GaAsP (Fosfuro di Gallio Arseniuro), il chip AlInGaP utilizzato in questo dispositivo offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in una luminosità molto maggiore a parità di corrente di pilotaggio. La lente trasparente, a differenza di una lente diffusa o colorata, massimizza l'output luminoso e fornisce un punto di colore più vibrante e saturo. Il package standard EIA garantisce un'ampia compatibilità con le linee di assemblaggio e le librerie di footprint standard del settore, riducendo la complessità di progettazione e produzione. La compatibilità del dispositivo con la saldatura a rifusione a infrarossi e il suo livello di sensibilità all'umidità (MSL 3) sono tipici per i componenti SMD moderni, allineandolo con i processi di produzione mainstream ad alto volume.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?
R: La lunghezza d'onda di picco (λP) è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale è massima (639 nm). La lunghezza d'onda dominante (λd) è derivata dal diagramma di cromaticità CIE e rappresenta la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che corrisponderebbe al colore del LED (631 nm). La lunghezza d'onda dominante è più strettamente correlata al colore percepito.

D: Posso pilotare questo LED a 20 mA in modo continuo?
R: Sì. La massima corrente diretta continua è di 30 mA. Pilotarlo a 20 mA rientra nelle specifiche. Nota che l'intensità luminosa tipicamente aumenta con la corrente, ma il valore esatto a 20 mA dovrebbe essere stimato dalle tipiche curve di prestazione o misurato, poiché la scheda tecnica specifica l'intensità a 5 mA.

D: Perché è necessaria una resistenza in serie anche se la tensione della mia alimentazione corrisponde alla tensione diretta del LED?
R: La tensione diretta (VF) ha un intervallo (da 1,6V a 2,2V). Se la tensione di alimentazione è fissa, ad esempio, a 2,0V, un LED con una VF di 1,6V subirebbe una corrente molto più alta del previsto, potenzialmente portando a surriscaldamento e guasto. La resistenza in serie fornisce una corrente stabile e prevedibile indipendentemente dalla variazione naturale della VF da un LED all'altro.

D: Come seleziono il bin corretto per la mia applicazione?
R: Scegli un bin in base alla luminosità minima richiesta dal tuo progetto nelle tue specifiche condizioni di pilotaggio. Se l'uniformità è critica (ad es., in un array di luci di stato), specificare un singolo bin più stretto (come T o U) e ordinare tutte le unità da quel bin garantirà un aspetto coerente. Per applicazioni meno critiche, un bin più ampio o bin misti possono essere accettabili per risparmiare sui costi.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Pannello Indicatore di Stato per un Router di Rete
Un progettista sta creando un pannello con quattro LED rossi di stato che indicano l'attività di "Alimentazione", "Internet", "Wi-Fi" e "Ethernet". I LED devono essere chiaramente visibili in un ambiente d'ufficio ben illuminato. Il rail di alimentazione del sistema è a 3,3V. Il progettista seleziona questo LED per la sua alta luminosità e il package standard. Per ottenere un'indicazione luminosa, decide di pilotare ogni LED a 10 mA. Utilizzando la VF tipica di 1,9V, calcola la resistenza in serie: R = (3,3V - 1,9V) / 0,01A = 140 Ohm. Viene scelta una resistenza standard da 150 Ohm. Per garantire che tutti e quattro i LED abbiano la stessa luminosità, il progettista specifica il Bin "T" (280-450 mcd) nella distinta base. Il layout del PCB include il land pattern raccomandato e una piccola area di rame attorno ai pad per un leggero sollievo termico. La ditta di assemblaggio utilizza il profilo di rifusione IR fornito e il prodotto finale mostra indicatori di stato coerenti, luminosi e affidabili.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi semiconduttori che emettono luce quando una corrente elettrica li attraversa. Questo particolare LED utilizza un semiconduttore composto AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per la sua regione attiva. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dal materiale di tipo n e le lacune dal materiale di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica energia del bandgap del materiale AlInGaP determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa, che in questo caso si trova nella porzione rossa dello spettro visibile (circa 631-639 nm). La lente epossidica trasparente incapsula il chip, lo protegge dall'ambiente e modella il fascio luminoso in uscita.

13. Tendenze di Sviluppo

La tendenza generale nella tecnologia LED SMD continua verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), che consente sia un aumento della luminosità a parità di potenza, sia una riduzione del consumo energetico a parità di output luminoso. C'è anche una spinta verso la miniaturizzazione, con package che diventano ancora più piccoli mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche. L'affidabilità migliorata e le durate operative più lunghe sono obiettivi costanti, raggiunti attraverso miglioramenti nel design del chip, nei materiali di incapsulamento e nella gestione termica. Inoltre, un binning più stretto e una migliore coerenza del colore sono sempre più importanti per applicazioni che richiedono un'alta qualità visiva, come l'illuminazione di fondo dei display e l'illuminazione automobilistica. L'integrazione di elettronica di controllo, come driver a corrente costante, all'interno del package LED stesso è un'altra tendenza in crescita, che semplifica la progettazione del circuito per l'utente finale.