Scheda Tecnica LED SMD LTST-E683FGBW - Arancione/Verde/Blu - 20mA - 80mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un componente LED a montaggio superficiale (SMD) identificato come LTST-E683FGBW. Si tratta di un LED multicolore che integra tre chip emettitori distinti in un unico package: un chip arancione in AlInGaP, un chip verde in InGaN e un chip blu in InGaN. Il dispositivo è progettato per processi di assemblaggio automatizzati ed è compatibile con la saldatura a rifusione a infrarossi, rendendolo adatto alla produzione elettronica di alto volume. La lente diffondente offre un ampio angolo di visione, migliorando la visibilità da diverse prospettive.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I limiti operativi del dispositivo sono definiti a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Il superamento di questi valori può causare danni permanenti.

• Dissipazione di Potenza (Pd):Arancione: 72 mW; Verde/Blu: 80 mW. Questo parametro indica la massima potenza che il LED può dissipare in sicurezza sotto forma di calore in funzionamento continuo in corrente continua.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):Arancione: 80 mA; Verde/Blu: 100 mA. Questa è la massima corrente impulsiva ammissibile, specificata con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1 ms, utile per brevi lampi ad alta intensità.
• Corrente Diretta Continua (IF):Arancione: 30 mA; Verde/Blu: 20 mA. Questa è la massima corrente diretta continua raccomandata per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Intervalli di Temperatura:Operativo: da -40°C a +85°C; Conservazione: da -40°C a +100°C. Questi intervalli definiscono le condizioni ambientali che il dispositivo può sopportare durante l'uso e quando è inattivo.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Le principali metriche di prestazione sono misurate a Ta=25°C e una corrente di prova standard (IF) di 20mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (Iv):Misurata in millicandele (mcd), rappresenta la luminosità percepita della sorgente luminosa. I LED arancione e blu hanno un intervallo tipico di 140-355 mcd, mentre il LED verde è più luminoso, con un intervallo da 355-900 mcd. La misurazione segue la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE.
• Angolo di Visione (2θ1/2):Tipicamente 120 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore assiale di picco, indicando un pattern di emissione molto ampio.
• Parametri di Lunghezza d'Onda:
  • Lunghezza d'Onda di Picco (λP):La lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza è massima. Valori tipici: Arancione: 611 nm, Verde: 518 nm, Blu: 468 nm.
  • Lunghezza d'Onda Dominante (λd):La singola lunghezza d'onda che corrisponde percettivamente al colore del LED. Valori tipici: Arancione: 605 nm, Verde: 525 nm, Blu: 470 nm. Questo valore è derivato dal diagramma di cromaticità CIE.
  • Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):La larghezza di banda dello spettro emesso alla metà della sua intensità massima. Valori tipici: Arancione: 17 nm (stretto), Verde: 35 nm, Blu: 25 nm.
• Tensione Diretta (VF):La caduta di tensione ai capi del LED quando conduce la corrente specificata. Intervalli: Arancione: 1.8-2.4V; Verde/Blu: 2.8-3.8V. La tolleranza è di +/- 0.1V. Questo è fondamentale per la progettazione del circuito di pilotaggio.
• Corrente Inversa (IR):Massimo 10 μA a una tensione inversa (VR) di 5V. Il dispositivo non è progettato per funzionamento in polarizzazione inversa; questo parametro serve solo per caratterizzare la corrente di dispersione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

I LED sono suddivisi in bin in base alla loro intensità luminosa misurata a 20mA per garantire coerenza di colore e luminosità all'interno di un lotto di produzione.

• Bin Arancione e Blu:Utilizzano i codici R2, S1, S2, T1, con intervalli di intensità da 140.0 mcd (R2 Min) a 355.0 mcd (T1 Max).
• Bin Verde:Utilizzano i codici T2, U1, U2, V1, con intervalli di intensità più alti da 355.0 mcd (T2 Min) a 900.0 mcd (V1 Max).
• Tolleranza:Ogni bin di intensità ha una tolleranza di +/-11% sui valori nominali, per tenere conto di piccole variazioni.

I progettisti dovrebbero specificare i codici bin richiesti quando effettuano l'ordine per garantire i livelli di luminosità desiderati per la loro applicazione, specialmente in array multi-LED dove l'uniformità è importante.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve caratteristiche tipiche (non completamente dettagliate nell'estratto fornito). Queste curve, tipicamente tracciate, includerebbero:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):Mostra la relazione tra corrente diretta e tensione diretta per ogni chip di colore. Dimostra la caratteristica di accensione esponenziale di un diodo e aiuta nella selezione delle resistenze limitatrici di corrente o nella progettazione di driver a corrente costante.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Illustra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente, di solito con una relazione quasi lineare all'interno dell'intervallo operativo raccomandato, prima che l'efficienza cali a correnti molto elevate.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra la riduzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura di giunzione, cruciale per la gestione termica in applicazioni ad alta potenza o ad alta temperatura ambiente.
• Distribuzione Spettrale:Grafica la potenza radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda per ogni LED, rappresentando visivamente la lunghezza d'onda di picco, quella dominante e la larghezza a mezza altezza spettrale.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package

The device conforms to an EIA standard SMD package outline. All dimensions are in millimeters with a general tolerance of ±0.2 mm unless otherwise specified. The specific dimensional drawing would show the length, width, height, lead spacing, and lens geometry.

5.2 Assegnazione dei Pin

Il LED triplo colore ha una configurazione a catodo comune o anodo comune (implicita dal package singolo). Il pinout è: Pin 1: Anodo Arancione, Pin 3: Anodo Blu, Pin 4: Anodo Verde (con un catodo comune, probabilmente sui pin 2 e/o 5, secondo gli standard dei footprint per LED RGB a 4 pin). Questo deve essere verificato rispetto al disegno dettagliato del package per un corretto layout del PCB.

5.3 Confezionamento in Nastro e Bobina

I componenti sono forniti su nastro portante goffrato standard del settore su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro per facilitare l'assemblaggio automatico pick-and-place.

• Dimensioni del Nastro:La larghezza del nastro, il passo delle tasche e le dimensioni delle tasche sono specificate per essere compatibili con le attrezzature di alimentazione standard.
• Specifiche della Bobina:Bobina standard da 7 pollici contenente 2000 pezzi. La quantità d'ordine minima per bobine residue è di 500 pezzi.
• Nastro di Copertura:Le tasche vuote sono sigillate con un nastro di copertura superiore.
• Qualità:Conforme alle specifiche ANSI/EIA-481. Il numero massimo consentito di componenti mancanti consecutivi nel nastro è due.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione

Il dispositivo è compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR). Si raccomanda un profilo per saldatura senza piombo conforme a J-STD-020B.

• Preriscaldamento:150-200°C per un massimo di 120 secondi per riscaldare gradualmente il circuito stampato e attivare il flussante.
• Temperatura di Picco:Non deve superare i 260°C. Il tempo sopra il liquidus (es. 217°C) deve essere controllato secondo le raccomandazioni del produttore della pasta saldante.
• Tempo di Saldatura:Il tempo totale alla temperatura di picco deve essere limitato a un massimo di 10 secondi. La rifusione deve essere eseguita al massimo due volte.

Nota:Il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dalla pasta saldante e dal forno. Il profilo basato su JEDEC serve come obiettivo generico.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, bisogna prestare estrema attenzione:

• Temperatura del Saldatore:Massimo 300°C.
• Tempo di Saldatura:Massimo 3 secondi per giunto.
• Limite:La saldatura manuale deve essere eseguita una sola volta per evitare danni da stress termico al package del LED o ai fili di connessione.

6.3 Pulizia

Si devono evitare detergenti chimici non specificati poiché potrebbero danneggiare la lente epossidica o il package del LED. Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura:

• Utilizzare solventi a base alcolica come alcol etilico o isopropilico.
• Immergere il LED a temperatura ambiente normale.
• Limitare il tempo di immersione a meno di un minuto.

6.4 Conservazione e Manipolazione

• Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione è di un anno se conservati nella busta originale anti-umidità con essiccante.
• Confezione Aperta:I componenti esposti all'aria ambiente devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% UR. Si raccomanda vivamente di completare il processo di rifusione IR entro 168 ore (7 giorni) dall'apertura della busta per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.
• Conservazione Prolungata (Aperta):Per conservazioni oltre le 168 ore, posizionare i componenti in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore purgato con azoto.
• Essiccazione:I componenti conservati fuori dalla loro confezione originale per più di 168 ore devono essere essiccati a circa 60°C per almeno 48 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED SMD triplo colore è progettato per applicazioni di indicazione generica e retroilluminazione nell'elettronica di consumo e industriale dove sono necessari più colori di stato da un unico componente compatto. Esempi includono:

• Indicatori multi-stato su apparecchiature di rete, router o server (es. alimentazione/attività/errore).
• Retroilluminazione per pulsanti o icone su pannelli di controllo, telecomandi o elettrodomestici.
• Illuminazione decorativa o display di stato negli interni automobilistici (funzioni non critiche).
• Indicatori di stato per dispositivi elettronici portatili.

Importante Restrizione Applicativa:La scheda tecnica dichiara esplicitamente che questi LED sono per "apparecchiature elettroniche ordinarie". Non sono qualificati per applicazioni critiche per la sicurezza in cui un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute, come nell'aviazione, nei sistemi di supporto vitale medico o nei sistemi di sicurezza dei trasporti. Per tali applicazioni, è necessario reperire componenti con le opportune qualifiche di affidabilità.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre resistenze limitatrici di corrente esterne o un driver a corrente costante per ogni canale colore. Calcolare i valori delle resistenze in base alla tensione di alimentazione, alla tensione diretta del LED (VF, utilizzare il valore Max. per sicurezza) e alla corrente diretta desiderata (IF, non superare il valore nominale in CC).
• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche se si opera ad alte temperature ambiente o a corrente massima per mantenere la temperatura di giunzione entro i limiti e garantire affidabilità a lungo termine ed emissione luminosa stabile.
• Progettazione dei Pad PCB:Seguire il layout dei pad raccomandato dal disegno del package nella scheda tecnica per garantire una corretta formazione del giunto saldato e stabilità meccanica durante la rifusione.
• Protezione ESD:Sebbene non esplicitamente dichiarato, si raccomandano le precauzioni standard di manipolazione ESD per dispositivi a semiconduttore durante l'assemblaggio.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

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

• Triplo Colore in un Unico Package:Integra tre colori discreti, risparmiando spazio sul PCB e costi di assemblaggio rispetto all'uso di tre LED monocromatici separati.
• Ampio Angolo di Visione (120°):La lente diffondente offre visibilità omnidirezionale, superiore ai LED ad angolo stretto utilizzati per fasci focalizzati.
• Alta Luminosità del Verde:Il chip verde offre un'intensità luminosa significativamente più alta (fino a 900 mcd) rispetto all'arancione e al blu, il che potrebbe essere progettato per bilanciare la luminosità percepita tra i colori a causa della sensibilità dell'occhio umano.
• Package Robusto:La compatibilità con la rifusione IR e il posizionamento automatico indica un package progettato per moderni e affidabili processi di assemblaggio SMT.
• Binning Standardizzato:La struttura di binning definita consente prestazioni ottiche prevedibili e consistenti nelle serie di produzione.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare tutti e tre i colori alla loro massima corrente continua (30mA Arancione, 20mA Verde/Blu) simultaneamente?

R: No. Il Valore Massimo Assoluto per la Dissipazione di Potenza Totale (Pd) non deve essere superato. Il funzionamento simultaneo alle correnti massime comporterebbe una dissipazione di potenza totale che supera il limite di 80mW per il package (calcolata come VF*IF per ogni chip e sommata). È necessario ridurre le correnti operative o utilizzare un funzionamento impulsivo per rimanere entro il limite totale di Pd.

D2: Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?

R: La Lunghezza d'Onda di Picco (λP) è il picco fisico dello spettro luminoso emesso dal LED. La Lunghezza d'Onda Dominante (λd) è un valore calcolato che rappresenta la tonalità di colore percepita come una singola lunghezza d'onda sul diagramma CIE. Per i LED monocromatici, sono spesso vicine; per spettri più ampi (come il verde), possono differire maggiormente. λd è più rilevante per l'abbinamento dei colori.

D3: Perché è importante il valore nominale della corrente inversa se il LED non è per il funzionamento inverso?

R: Il valore nominale IR (10 μA max a 5V) è una specifica di dispersione. Garantisce che se viene applicata accidentalmente una piccola tensione inversa (es. durante transitori del circuito o in design multiplexati), il dispositivo non assorbirà corrente eccessiva. È un parametro di affidabilità, non una condizione operativa.

D4: Quanto è critica la durata di 168 ore dopo l'apertura della busta?

R: Molto critica per la saldatura a rifusione. L'umidità assorbita nel package plastico può vaporizzarsi rapidamente durante il ciclo di rifusione ad alta temperatura, causando delaminazione interna, crepe o "popcorning", che porta al guasto. Rispettare la finestra di 168 ore o seguire la procedura di essiccazione è essenziale per la resa e l'affidabilità.

10. Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Progettazione di un indicatore di stato per un dispositivo alimentato da una linea a 5V. L'indicatore deve mostrare Arancione per "Standby", Verde per "Funzionamento Normale" e Blu per "Errore". Solo un colore è acceso alla volta.

Passaggi di Progettazione:

1. Selezionare la Corrente Operativa:Scegliere un valore standard sicuro, come 15mA per tutti i colori, ben al di sotto dei massimi in CC, garantendo longevità e riducendo il carico termico.
2. Calcolare le Resistenze Limitanti di Corrente:
   • Utilizzare il VF massimo dalla scheda tecnica per un margine di sicurezza: Arancione: 2.4V, Verde: 3.8V, Blu: 3.8V.
   • Tensione di Alimentazione (Vs) = 5V. Formula: R = (Vs - VF) / IF.
     • R_Arancione = (5V - 2.4V) / 0.015A ≈ 173 Ω (utilizzare il valore standard 180 Ω).
     • R_Verde = (5V - 3.8V) / 0.015A ≈ 80 Ω (utilizzare il valore standard 82 Ω).
     • R_Blu = (5V - 3.8V) / 0.015A ≈ 80 Ω (utilizzare il valore standard 82 Ω).
   • Ricalcolare la corrente effettiva con le resistenze standard: I_Arancione = (5-2.4)/180 ≈ 14.4mA (sicuro).
3. Verificare la Dissipazione di Potenza:
   • Potenza del singolo LED nel caso peggiore: P = VF * IF. Utilizzando VF tipico per la stima: P_Verde ≈ 3.3V * 0.0144A ≈ 47.5 mW, che è al di sotto del limite di 80 mW per il chip Verde/Blu. Il chip Arancione dissipa ancora meno. Poiché solo uno è acceso alla volta, la Pd totale del package non viene superata.
4. Layout PCB:Posizionare il LED e le sue tre resistenze vicine tra loro. Utilizzare il layout dei pad raccomandato dal disegno meccanico. Assicurarsi che la corretta assegnazione dei pin (1=Arancione, 3=Blu, 4=Verde) sia mappata sul circuito di pilotaggio (es. pin GPIO del microcontrollore con resistenze in serie).
5. Circuito di Pilotaggio:Utilizzare pin del microcontrollore configurati come open-drain o con resistenze in serie per scaricare corrente a massa (se catodo comune) o per erogare corrente (se anodo comune).

11. 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 alla giunzione p-n, gli elettroni del materiale di tipo n si ricombinano con le lacune del materiale di tipo p nella regione attiva. Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap dei materiali semiconduttori utilizzati nella regione attiva.

• LED Arancione:Utilizza un semiconduttore di Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP), che ha un bandgap corrispondente alla luce rossa/arancione/ambra.
• LED Verde e Blu:Utilizzano semiconduttori di Nitruro di Indio Gallio (InGaN). Variando il rapporto indio/gallio, il bandgap può essere sintonizzato per emettere attraverso lo spettro del blu, verde e ciano. Ottenere un'emissione verde efficiente con InGaN è più impegnativo che per il blu, il che si riflette nelle diverse caratteristiche di prestazione (es. tensione diretta, efficienza).

I tre chip sono montati all'interno di una cavità riflettente in un package plastico. Una lente epossidica diffondente incapsula i chip, fornendo protezione ambientale, modellando il fascio luminoso in uscita (angolo di visione 120°) e miscelando la luce dei singoli chip se più di uno è acceso simultaneamente per creare altri colori (come il bianco, se fosse presente un fosforo, che non è presente in questo dispositivo RGB).

12. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia rappresentata da questo componente si inserisce nelle tendenze più ampie dell'optoelettronica:

• Efficienza Aumentata:I continui miglioramenti nella scienza dei materiali e nel design dei chip aumentano l'efficienza luminosa (lumen per watt) dei LED, consentendo un'emissione più luminosa a correnti più basse o un consumo energetico ridotto.
• Miniaturizzazione:Sebbene questo sia un package standard, il settore spinge verso LED in package a scala di chip (CSP) sempre più piccoli per design ultra-compatti, anche se spesso a scapito delle prestazioni termiche e della facilità di manipolazione.
• Migliore Coerenza del Colore:I progressi nella crescita epitassiale e nei processi di binning producono distribuzioni più strette di lunghezza d'onda e intensità, cruciali per applicazioni che richiedono un aspetto del colore uniforme su più unità.
• Integrazione:Oltre ai multi-chip in un unico package, c'è una tendenza verso l'integrazione del circuito integrato driver del LED (sorgente di corrente costante, controller PWM) nel package del LED stesso, semplificando la progettazione del circuito.
• Affidabilità e Robustezza:Materiali e tecniche costruttive del package migliorati aumentano la resistenza ai cicli termici, all'umidità e allo stress meccanico, estendendo la durata operativa ben oltre i limiti tradizionali, rendendo i LED adatti ad ambienti più impegnativi.

Questo particolare componente esemplifica l'applicazione matura ed economica della tecnologia LED per scopi di indicazione standard, bilanciando prestazioni, affidabilità e producibilità.