Scheda Tecnica LED SMD LTST-108KSKT - Package 3.2x2.8x1.9mm - Tensione 1.8-2.4V - Colore Giallo - Potenza 72mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un Diodo Emettitore di Luce (LED) a montaggio superficiale (SMD). Questo componente è progettato per processi di assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB), rendendolo adatto per la produzione di grandi volumi. Il suo fattore di forma miniaturizzato è ideale per applicazioni in cui lo spazio è un vincolo critico. Il LED è realizzato utilizzando la tecnologia a semiconduttore Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP), nota per produrre luce ad alta efficienza nello spettro dall'ambra al rosso. La variante specifica trattata qui emette luce gialla.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questo LED includono le dimensioni compatte, la compatibilità con le attrezzature standard automatizzate pick-and-place e l'idoneità per i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), standard nella moderna produzione elettronica. È conforme alla direttiva RoHS, rispettando le normative ambientali. Il dispositivo è confezionato su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, facilitando la movimentazione efficiente nelle linee di produzione.

Le sue applicazioni target sono ampie, comprendendo indicatori di stato, retroilluminazione per pannelli frontali e illuminazione di segnali o simboli in varie apparecchiature elettroniche. I mercati finali tipici includono dispositivi di telecomunicazione (es. telefoni cordless e cellulari), apparecchiature per l'automazione d'ufficio (es. computer portatili), sistemi di rete, elettrodomestici e segnaletica interna.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Una comprensione approfondita delle caratteristiche elettriche e ottiche è essenziale per una corretta progettazione del circuito e per garantire l'affidabilità a lungo termine.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Dissipazione di Potenza (Pd):72 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il package LED può dissipare come calore senza superare i suoi limiti termici.
• Corrente Diretta Continua (IF):30 mA DC. La massima corrente in regime stazionario che può essere applicata.
• Corrente Diretta di Picco:80 mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms. Superare la corrente nominale DC, anche brevemente, può causare surriscaldamento.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento:-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale è garantito il funzionamento del dispositivo.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-40°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per la conservazione quando il dispositivo non è alimentato.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a Ta=25°C e una corrente diretta (IF) di 20mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da 180 mcd (minimo) a 450 mcd (massimo), con un valore tipico all'interno di tale intervallo. L'intensità è misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla risposta fotopica dell'occhio umano (curva CIE).
• Angolo di Visione (2θ1/2):110 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore misurato sull'asse centrale. Un angolo di 110 gradi indica un pattern di visione ampio.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λp):Circa 591 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale è più forte.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):Specificata tra 584.5 nm e 594.5 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che definisce il colore (giallo). La tolleranza è di ±1 nm per bin.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):Circa 15 nm. Questo indica la purezza spettrale; un valore più piccolo significa una luce più monocromatica.
• Tensione Diretta (VF):Varia da 1.8V (minimo) a 2.4V (massimo) a 20mA. Il valore tipico si trova all'interno di questo intervallo. Una resistenza di limitazione di corrente deve essere calcolata in base alla VF effettiva e alla tensione di alimentazione.
• Corrente Inversa (IR):Massimo di 10 μA quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 5V. Questo dispositivo non è progettato per funzionamento in polarizzazione inversa; questo parametro è solo per scopi di test.

3. Spiegazione del Sistema di Bin Ranking

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. I progettisti possono specificare i bin per soddisfare i requisiti dell'applicazione.

3.1 Classificazione della Tensione Diretta (VF)

Unità: Volt @ 20mA. Tolleranza per bin: ±0.10V.

• Bin D2:1.8V (Min) a 2.0V (Max)
• Bin D3:2.0V (Min) a 2.2V (Max)
• Bin D4:2.2V (Min) a 2.4V (Max)

3.2 Classificazione dell'Intensità Luminosa (Iv)

Unità: millicandele (mcd) @ 20mA. Tolleranza per bin: ±11%.

• Bin S1:180 mcd (Min) a 224 mcd (Max)
• Bin S2:224 mcd (Min) a 280 mcd (Max)
• Bin T1:280 mcd (Min) a 355 mcd (Max)
• Bin T2:355 mcd (Min) a 450 mcd (Max)

3.3 Classificazione della Lunghezza d'Onda Dominante (WD)

Unità: Nanometri (nm) @ 20mA. Tolleranza per bin: ±1 nm.

• Bin H:584.5 nm (Min) a 587.0 nm (Max)
• Bin J:587.0 nm (Min) a 589.5 nm (Max)
• Bin K:589.5 nm (Min) a 592.0 nm (Max)
• Bin L:592.0 nm (Min) a 594.5 nm (Max)

Un numero di parte completo include tipicamente codici per i bin VF, Iv e WD (es. LTST-108KSKT-D3T1K).

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono una visione più approfondita del comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Caratteristica Corrente vs. Tensione (I-V)

La curva I-V per un LED AlInGaP mostra una tensione diretta relativamente stabile ma che aumenta leggermente con l'aumentare della temperatura di giunzione. La curva è esponenziale vicino alla tensione di soglia, diventando più lineare a correnti più elevate. I progettisti la utilizzano per determinare la resistenza dinamica e per modellare la dissipazione di potenza.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questa relazione è generalmente lineare nell'intervallo di corrente operativa consigliato (fino a 30mA). L'aumento della corrente aumenta l'emissione luminosa, ma aumenta anche la generazione di calore. Operare oltre i valori massimi assoluti porta a un calo di efficienza (diminuzione dell'emissione luminosa per watt) e a un degrado accelerato.

4.3 Distribuzione Spettrale

La curva di emissione spettrale è centrata attorno a 591 nm (picco) con una larghezza a mezza altezza tipica di 15 nm. La lunghezza d'onda dominante, che definisce il colore percepito, rientrerà nell'intervallo del bin (es. 589.5-592.0 nm per il Bin K). Lo spettro è relativamente stretto, caratteristica dei materiali AlInGaP, risultando in un colore giallo saturo.

4.4 Dipendenza dalla Temperatura

I parametri chiave sono influenzati dalla temperatura:

• Tensione Diretta (VF):Diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Ha un coefficiente di temperatura negativo, tipicamente di circa -2 mV/°C per AlInGaP.
• Intensità Luminosa (Iv):Diminuisce anch'essa con l'aumentare della temperatura. La curva di derating è importante per le applicazioni che operano ad alte temperature ambiente per garantire una luminosità sufficiente.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):Può spostarsi leggermente con la temperatura, solitamente verso lunghezze d'onda più lunghe (spostamento verso il rosso).

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package

Il LED è alloggiato in un package standard a montaggio superficiale. Le dimensioni chiave (in millimetri) sono:

• Lunghezza: 3.2 mm (tolleranza ±0.2 mm)
• Larghezza: 2.8 mm (tolleranza ±0.2 mm)
• Altezza: 1.9 mm (tolleranza ±0.2 mm)

Per la spaziatura dei pad, la forma della lente e il segno di identificazione del catodo/anodo, consultare i disegni meccanici dettagliati. Il catodo è tipicamente indicato da una marcatura verde sul package o da un angolo smussato.

5.2 Pattern PCB Consigliato

Per una saldatura affidabile, la progettazione dei pad PCB è critica. Il pattern consigliato include due pad rettangolari per l'anodo e il catodo, dimensionati per fornire un filetto di saldatura sufficiente per la resistenza meccanica e la connessione elettrica, prevenendo ponticelli di saldatura. Il design del pad è ottimizzato sia per i processi di saldatura a rifusione a infrarossi che a fase di vapore.

5.3 Confezionamento in Nastro e Bobina

I componenti sono forniti in nastro portante goffrato con nastro protettivo di copertura. Specifiche chiave:

• Larghezza Nastro Portante: 8 mm
• Diametro Bobina: 7 pollici (178 mm)
• Quantità per Bobina: 4.000 pezzi
• Quantità Minima d'Ordine: 500 pezzi per bobine residue
• Passo Tasca: Come da disegno dimensionale
• Standard: Conforme alle specifiche ANSI/EIA-481.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione IR (Senza Piombo)

Il dispositivo è compatibile con processi di saldatura senza piombo (Pb-free). Un profilo di rifusione consigliato, conforme a J-STD-020, include:

• Preriscaldamento:Rampa da ambiente a 150-200°C in un massimo di 120 secondi.
• Stabilizzazione/Attivazione:Mantenere tra 150-200°C per consentire l'attivazione del flussante e l'equalizzazione della temperatura.
• Rifusione:Rampa fino a una temperatura di picco non superiore a 260°C. Il tempo sopra i 217°C (liquidus per la saldatura SnAgCu) deve essere controllato.
• Raffreddamento:Fase di raffreddamento controllato.

Il profilo specifico deve essere caratterizzato per l'assemblaggio PCB effettivo, considerando lo spessore del circuito, la densità dei componenti e le specifiche della pasta saldante.

6.2 Saldatura Manuale

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

• Temperatura del Saldatore: Massimo 300°C.
• Tempo di Saldatura per Piede: Massimo 3 secondi.
• Tentativi: Si consiglia un solo tentativo di saldatura per pad per evitare stress termico.

6.3 Pulizia

Se è richiesta la pulizia post-saldatura, utilizzare solo solventi specificati per evitare di danneggiare la lente in plastica o il package. Detergenti accettabili includono alcol etilico o alcol isopropilico. Il LED dovrebbe essere immerso a temperatura normale per meno di un minuto. Evitare detergenti chimici aggressivi.

7. Precauzioni per Conservazione e Manipolazione

7.1 Sensibilità all'Umidità

Il package in plastica del LED è sensibile all'umidità. Come fornito in una busta barriera all'umidità sigillata (MBB) con essiccante, ha una durata di conservazione di un anno se conservato a ≤30°C e ≤70% UR. Una volta aperta la busta originale, i componenti sono esposti all'umidità ambientale.

7.2 Tempo di Utilizzo a Punto e Ricottura

• Tempo di Utilizzo a Punto:Dopo l'apertura della MBB, i componenti devono essere sottoposti a saldatura a rifusione IR entro 168 ore (7 giorni) in condizioni di ≤30°C e ≤60% UR.
• Conservazione Prolungata:Per la conservazione oltre le 168 ore al di fuori della MBB, i componenti devono essere conservati in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto.
• Ricottura:Se il tempo di utilizzo a punto di 168 ore viene superato, è necessaria una ricottura prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" (crepe nel package durante la rifusione). Condizione di ricottura consigliata: 60°C per almeno 48 ore.

8. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

8.1 Limitazione della Corrente

Una resistenza in serie è obbligatoria per limitare la corrente diretta a un valore sicuro, tipicamente 20mA per prestazioni e longevità ottimali. Il valore della resistenza (R) si calcola usando la Legge di Ohm: R = (V_alimentazione - VF_LED) / I_desiderata. Utilizzare sempre la VF massima del datasheet (2.4V) per un progetto in condizioni peggiori per garantire che la corrente non superi i limiti.

8.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa (72 mW max), una corretta progettazione termica prolunga la vita del LED e mantiene la luminosità. Assicurarsi che il PCB abbia un'adeguata area di rame collegata ai pad del LED per fungere da dissipatore di calore. Evitare di posizionare il LED vicino ad altri componenti che generano calore. Per applicazioni ad alta temperatura ambiente, ridurre la corrente diretta massima.

8.3 Progettazione Ottica

L'ampio angolo di visione di 110 gradi lo rende adatto per applicazioni che richiedono ampia visibilità. Per luce focalizzata o diretta, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (lenti, guide di luce). La lente trasparente permette di vedere direttamente il colore giallo intrinseco del chip AlInGaP.

9. Confronto e Differenziazione

Confronto con altre tecnologie di LED gialli:

• vs. GaAsP Tradizionale:AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta e una migliore stabilità termica, risultando in un'emissione luminosa più brillante e uniforme.
• vs. Bianco/Giallo a Conversione di Fosfori:Questo è un semiconduttore a emissione diretta, quindi ha uno spettro più stretto (colore più saturo) e non soffre del degrado del fosforo nel tempo.
• Vantaggio Chiave:La combinazione di un footprint di package EIA standard, compatibilità con la rifusione senza piombo e alta luminosità in dimensioni miniaturizzate lo rende una scelta versatile per l'elettronica moderna.

10. Domande Frequenti (FAQ)

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

La Lunghezza d'Onda di Picco (λp) è la lunghezza d'onda fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica. La Lunghezza d'Onda Dominante (λd) è un valore calcolato basato sul sistema colorimetrico CIE che rappresenta la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano come colore. Per una sorgente monocromatica come questo LED giallo, sono vicine ma non identiche. I progettisti interessati alla corrispondenza dei colori dovrebbero utilizzare il bin della Lunghezza d'Onda Dominante.

10.2 Posso pilotare questo LED senza una resistenza di limitazione di corrente?

No. Un LED è un diodo con una caratteristica I-V non lineare. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione che supera la sua tensione diretta farà salire la corrente in modo incontrollabile, superando rapidamente il valore massimo e distruggendo il dispositivo. È sempre necessaria una resistenza in serie o un driver a corrente costante.

10.3 Perché ci sono requisiti di conservazione e ricottura?

L'epossidica plastica utilizzata nel package LED può assorbire umidità dall'aria. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, questa umidità intrappolata può vaporizzarsi rapidamente, creando una pressione interna che può delaminare il package o crepare il die (effetto "popcorn"). Le procedure di conservazione e ricottura controllano il contenuto di umidità per prevenire questa modalità di guasto.

11. Esempio di Applicazione Pratica

Scenario:Progettazione di un indicatore di stato per un dispositivo portatile alimentato da una linea a 3.3V.

1. Selezione della Corrente:Scegliere 20mA per un buon compromesso tra luminosità e consumo energetico.
2. Calcolo della Resistenza:Utilizzando la VF in caso peggiore (Max) = 2.4V. R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 Ohm. Il valore standard più vicino è 47 Ohm. Ricalcolare la corrente effettiva: I = (3.3V - 2.2V_Tipica) / 47 = ~23.4mA (sicuro).
3. Layout PCB:Posizionare la resistenza da 47Ω vicino al LED. Utilizzare il pattern PCB consigliato. Fornire una piccola area di rame sotto il LED per la dissipazione del calore.
4. Produzione:Assicurarsi che l'officina di assemblaggio segua le linee guida del profilo di rifusione senza piombo. Conservare le bobine aperte in un armadio asciutto se non utilizzate entro 168 ore.

12. Introduzione al Principio Tecnico

Questo LED è basato sul materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) cresciuto su un substrato. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. In un semiconduttore a gap diretto come AlInGaP, questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del gap del materiale semiconduttore, che viene ingegnerizzata durante il processo di crescita del cristallo regolando i rapporti di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo. La lente epossidica trasparente incapsula il chip, fornendo protezione meccanica, modellando l'emissione luminosa e migliorando l'estrazione della luce.

13. Tendenze del Settore

La tendenza nei LED SMD per applicazioni di indicazione continua verso una maggiore efficienza (più luce emessa per mA), dimensioni del package più piccole per una maggiore flessibilità di progettazione e un'affidabilità migliorata in condizioni difficili (temperatura, umidità più elevate). C'è anche un focus su tolleranze di binning più strette per colore e luminosità per consentire risultati estetici più uniformi nei prodotti di consumo. La spinta alla miniaturizzazione promuove lo sviluppo di LED in package di scala chip (CSP), sebbene package standard come questo rimangano dominanti per applicazioni ad alto volume e sensibili al costo grazie ai loro processi produttivi maturi e alla compatibilità con l'infrastruttura di assemblaggio esistente.