Scheda Tecnica LED SMD LTST-C283KRKT-5A - 2.0x1.25x0.2mm - Rosso 631nm - 30mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per una lampada LED a montaggio superficiale (SMD). Questo componente è progettato per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB), caratterizzato da un fattore di forma miniaturizzato ideale per applicazioni con vincoli di spazio. La sua funzione principale è fungere da sorgente luminosa ad alta efficienza per indicazione, retroilluminazione e segnalazione.

1.1 Vantaggi Principali e Mercati di Riferimento

Il dispositivo offre diversi vantaggi chiave che lo rendono adatto alla moderna produzione elettronica. È conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose). Il package è ultrasottile, con un'altezza di soli 0,2 mm, consentendo l'uso in prodotti ultrasottili. Utilizza un materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), noto per produrre un'elevata efficienza luminosa nello spettro del colore rosso. Il componente è confezionato su nastro standard da 8 mm su bobine da 7 pollici, rendendolo pienamente compatibile con le attrezzature automatiche pick-and-place ad alta velocità. È inoltre progettato per resistere ai processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) utilizzati nelle linee di assemblaggio SMT (Surface Mount Technology).

Le applicazioni target sono ampie e comprendono apparecchiature per telecomunicazioni (es. telefoni cordless e cellulari), dispositivi per l'automazione d'ufficio (es. computer portatili, sistemi di rete), elettrodomestici e apparecchiature industriali. Gli usi specifici includono la retroilluminazione di tastiere o keypad, indicatori di stato, micro-display e varie applicazioni di illuminazione per segnali o simboli.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione dettaglia i limiti assoluti e le caratteristiche operative standard del dispositivo. Tutti i parametri 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. Non è consigliato un funzionamento continuativo in queste condizioni.

• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_F(PEAK)):80 mA. Questa è la massima corrente diretta istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni impulsive (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0,1 ms) per gestire il carico termico.
• Corrente Diretta Continua (I_F):30 mA. Questa è la massima corrente diretta continua raccomandata per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-30°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è progettato per funzionare.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura per lo stoccaggio non operativo.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:260°C per 10 secondi. Il profilo termico massimo che il package può sopportare durante la saldatura a rifusione per processi senza piombo.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati in condizioni di test standard.

• Intensità Luminosa (I_V):4,5 - 45,0 mcd (millicandela) a I_F= 5mA. Questa ampia gamma è gestita attraverso un sistema di binning (vedi Sezione 3). L'intensità è misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta fotopica standard dell'occhio umano CIE.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):130 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa è la metà del valore misurato sull'asse centrale (0°). Un ampio angolo di visione indica un pattern di emissione luminosa più diffuso.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):639 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza della luce emessa raggiunge il suo massimo.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):631 nm (tipico) a I_F= 5mA. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che definisce il colore della luce. È derivata dalle coordinate di cromaticità CIE.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):20 nm (tipico). Questa è la larghezza di banda spettrale misurata a metà dell'intensità massima (Full Width at Half Maximum - FWHM).
• Tensione Diretta (V_F):1,70 - 2,3 V a I_F= 5mA. La caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. Anche questo intervallo è gestito attraverso il binning.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (massimo) a V_R= 5V. La piccola corrente di dispersione che scorre quando viene applicata una tensione inversa.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione in base a parametri chiave. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano requisiti applicativi specifici per luminosità e tensione.

3.1 Binning della Tensione Diretta (V_F)

Per la variante di colore rosso, la tensione diretta è categorizzata in tre bin quando misurata a una corrente di test di 5mA. La tolleranza all'interno di ciascun bin è di ±0,1V.

• Codice Bin E2: V_Fintervallo da 1,70V a 1,90V.
• Codice Bin E3: V_Fintervallo da 1,90V a 2,10V.
• Codice Bin E4: V_Fintervallo da 2,10V a 2,30V.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (I_V)

L'intensità luminosa è categorizzata in cinque bin, anch'essa misurata a I_F= 5mA. La tolleranza su ciascun bin è del ±15%.

• Codice Bin J:4,50 - 7,10 mcd
• Codice Bin K:7,10 - 11,20 mcd
• Codice Bin L:11,20 - 18,00 mcd
• Codice Bin M:18,00 - 28,00 mcd
• Codice Bin N:28,00 - 45,00 mcd

Questo binning consente una selezione precisa in base ai livelli di luminosità richiesti, fondamentale per applicazioni come la retroilluminazione dove l'uniformità è importante.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Le curve di prestazione tipiche forniscono una visione visiva del comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Queste curve sono essenziali per la progettazione del circuito e la gestione termica.

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

La caratteristica I-V è non lineare, tipica di un diodo. La curva mostra la relazione tra la tensione diretta (V_F) e la corrente diretta (I_F). I progettisti la utilizzano per determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente operativa desiderata, che si correla direttamente con l'emissione luminosa. La curva si sposta con la temperatura.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questa curva dimostra che l'intensità luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta in un ampio intervallo. Tuttavia, l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento della temperatura di giunzione e di altri effetti. Operare entro l'intervallo di corrente continua raccomandato garantisce prestazioni ottimali e longevità.

4.3 Distribuzione Spettrale

La curva di distribuzione spettrale traccia l'intensità relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma la lunghezza d'onda di emissione di picco (~639 nm) e la larghezza a mezza altezza spettrale (~20 nm), definendo l'output di colore rosso puro di questo chip AlInGaP.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è conforme a un profilo di package SMD standard del settore. Le dimensioni chiave includono una lunghezza di 2,0 mm, una larghezza di 1,25 mm e un'altezza di 0,2 mm (profilo ultrasottile). I disegni meccanici dettagliati specificano tutte le dimensioni critiche, comprese le posizioni e le tolleranze dei pad, tipicamente di ±0,1 mm. La lente è trasparente.

5.2 Layout Consigliato dei Pad di Attacco PCB

Viene fornito un disegno del land pattern per il layout PCB. Questo pattern garantisce una corretta formazione del giunto di saldatura durante la rifusione, fornisce un adeguato rilievo termico e mantiene la stabilità meccanica. Rispettare questa impronta consigliata è cruciale per un assemblaggio e un'affidabilità di successo.

5.3 Identificazione della Polarità

Il componente ha un catodo marcato (terminale negativo). La scheda tecnica illustra come appare questa marcatura sul corpo del dispositivo (tipicamente una tacca, un punto verde o altro indicatore sul lato del catodo). L'orientamento corretto della polarità durante il posizionamento è essenziale per il funzionamento del circuito.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Condizioni di Saldatura a Rifusione IR

Per processi di saldatura senza piombo, è raccomandato un profilo di rifusione specifico. I parametri chiave includono una temperatura di pre-riscaldamento tra 150-200°C, un tempo di pre-riscaldamento fino a un massimo di 120 secondi, una temperatura massima del corpo non superiore a 260°C e un tempo sopra i 260°C limitato a un massimo di 10 secondi. Il dispositivo non deve essere sottoposto a più di due cicli di rifusione. Questi limiti si basano sugli standard JEDEC per prevenire la rottura del package o il degrado dei materiali interni.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, deve essere eseguita con estrema cura. La temperatura massima consigliata della punta del saldatore è di 300°C, con un tempo di saldatura limitato a 3 secondi per giunto. La saldatura manuale deve essere eseguita una sola volta.

6.3 Pulizia

Se è richiesta la pulizia post-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. Detergenti chimici non specificati potrebbero danneggiare il package plastico o la lente.

6.4 Condizioni di Stoccaggio

I LED sono sensibili all'umidità. Quando conservati nella loro originale busta sigillata anti-umidità con essiccante, devono essere mantenuti a 30°C o meno e con un'umidità relativa (RH) del 90% o meno, con un periodo di utilizzo consigliato di un anno. Una volta aperta la confezione originale, l'ambiente di stoccaggio non deve superare i 30°C o il 60% di RH. I componenti rimossi dalla confezione originale dovrebbero idealmente essere saldati a rifusione entro una settimana (Livello di Sensibilità all'Umidità 3, MSL 3). Per uno stoccaggio più lungo al di fuori della busta originale, devono essere conservati in un contenitore sigillato con essiccante. Se conservati per più di una settimana, si consiglia una cottura a circa 60°C per almeno 20 ore prima dell'assemblaggio per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" durante la rifusione.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I componenti sono forniti su nastro portante goffrato con nastro protettivo di copertura. La larghezza del nastro è di 8 mm. Le bobine hanno un diametro standard di 7 pollici (178 mm). Ogni bobina contiene 5000 pezzi. Per quantità inferiori a una bobina intera, si applica una quantità minima di imballaggio di 500 pezzi per i lotti rimanenti. Il confezionamento è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Un LED è un dispositivo pilotato a corrente. Per garantire una luminosità costante, specialmente quando più LED sono utilizzati in parallelo, un meccanismo di limitazione della corrente è essenziale. Il metodo più semplice è utilizzare una resistenza in serie. Il valore della resistenza (R_serie) può essere calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R_serie= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per un controllo più preciso ed efficiente, sono raccomandati driver a corrente costante o circuiti integrati driver LED. Ciò previene l'assorbimento di corrente irregolare in stringhe parallele e garantisce un'emissione luminosa uniforme su tutti i dispositivi, compensando le variazioni naturali di V_F.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, mantenere la temperatura di giunzione entro i limiti è fondamentale per l'affidabilità a lungo termine e la stabilità dell'emissione luminosa. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche sotto i pad del LED per dissipare il calore, specialmente quando si opera vicino alla corrente massima.
• Protezione ESD:I LED sono suscettibili ai danni da scariche elettrostatiche (ESD). Devono essere seguite le corrette procedure di manipolazione ESD durante l'assemblaggio, inclusi l'uso di postazioni di lavoro messe a terra, braccialetti e contenitori conduttivi.
• Progettazione Ottica:L'ampio angolo di visione di 130 gradi fornisce un pattern di luce diffuso. Per applicazioni che richiedono un fascio più focalizzato, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (lenti o guide luminose).

9. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Questo LED rosso basato su AlInGaP offre vantaggi distinti rispetto a tecnologie più datate come il GaAsP (Fosfuro di Gallio Arseniuro). Il differenziatore principale è un'efficienza luminosa significativamente più elevata, il che significa che produce più luce (millicandela) per la stessa corrente di ingresso (mA). Ciò si traduce in un consumo energetico inferiore per un dato livello di luminosità o in una luminosità molto più elevata a parità di budget di potenza. Il profilo ultrasottile di 0,2 mm è un vantaggio meccanico chiave rispetto a molti LED SMD standard, consentendo il design in elettronica di consumo sempre più sottile.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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

La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P) è la lunghezza d'onda fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) è un valore calcolato basato sulla percezione del colore umana (grafico CIE) che rappresenta al meglio il colore percepito. Per LED monocromatici come questo rosso, sono spesso vicine ma non identiche. I progettisti interessati ai punti colore (es. nei display) dovrebbero fare riferimento alla lunghezza d'onda dominante.

10.2 Perché è necessaria una resistenza di limitazione della corrente?

La tensione diretta di un LED ha un coefficiente di temperatura negativo e può variare da unità a unità (come si vede nel binning). Se collegato direttamente a una sorgente di tensione, una piccola variazione di V_Fpuò causare una variazione ampia, potenzialmente distruttiva, della corrente. Una resistenza in serie (o una sorgente di corrente costante) fornisce un feedback negativo, stabilizzando la corrente operativa contro queste variazioni.

10.3 Posso pilotare questo LED con una tensione superiore alla sua V_F?

Sì, ma devi sempre includere un elemento di limitazione della corrente in serie (resistenza o circuito attivo). La tensione di pilotaggio deve essere superiore alla V_Fdel LED per consentire il flusso di corrente, ma la tensione in eccesso viene dissipata attraverso il componente di limitazione della corrente per impostare la corretta I_F.

11. Esempio di Caso d'Uso Pratico

Scenario: Progettazione di un pannello indicatore di stato per un router di rete.Il pannello richiede cinque LED di stato rossi. L'uniformità della luminosità è fondamentale per l'esperienza utente.Passaggi di Progettazione:1) Determinare la luminosità richiesta: Selezionare il Bin L (11,2-18,0 mcd) per una visibilità chiara. 2) Determinare la corrente di pilotaggio: Scegliere I_F= 5mA (condizione di test standard) per lunga vita e basso calore. 3) Calcolare la resistenza in serie: Assumendo un'alimentazione di 3,3V e una V_Ftipica di 2,0V (dal Bin E3), R = (3,3V - 2,0V) / 0,005A = 260Ω. Utilizzare il valore standard più vicino (270Ω). 4) Layout: Utilizzare il layout consigliato dei pad PCB. Collegare tutti e cinque i LED in parallelo, ciascuno con la propria resistenza da 270Ω al rail di 3,3V. Ciò garantisce un controllo individuale della corrente per l'uniformità. 5) Assemblaggio: Seguire le linee guida MSL-3 e il profilo di rifusione specificato.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce attraverso l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, 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 questo specifico dispositivo, il materiale semiconduttore è AlInGaP, progettato in modo che questa energia rilasciata sia sotto forma di fotoni (luce) nella porzione rossa dello spettro visibile (intorno a 631-639 nm). La composizione specifica degli atomi di alluminio, indio, gallio e fosfuro determina l'energia del bandgap, e quindi il colore della luce emessa.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nella tecnologia LED SMD continua verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), dimensioni del package più piccole e un'affidabilità più elevata. Per i LED di tipo indicatore, l'obiettivo è ottenere un'emissione più luminosa a correnti più basse e sviluppare profili sempre più sottili per soddisfare le esigenze dell'elettronica portatile miniaturizzata. I progressi nella scienza dei materiali, come le tecniche migliorate di crescita epitassiale per AlInGaP e altri semiconduttori composti, contribuiscono direttamente a questi guadagni di prestazione. Inoltre, la standardizzazione dei package e dei processi di assemblaggio garantisce la compatibilità con le linee di produzione automatizzate ad alto volume in evoluzione.