Scheda Tecnica LED SMD LTST-B680VSKT - Giallo AlInGaP - 20mA - 120mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-B680VSKT è un diodo a emissione luminosa (LED) a montaggio superficiale (SMD) progettato per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB). Appartiene a una famiglia di LED miniaturizzati adatti per applicazioni con vincoli di spazio. Il dispositivo utilizza un materiale semiconduttore in Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP) per produrre luce gialla, incapsulato in un package con lente trasparente. I suoi obiettivi progettuali principali sono la compatibilità con i processi di produzione di massa e l'affidabilità in vari ambienti elettronici.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi chiave di questo LED includono la conformità alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), rendendolo ecologico per l'elettronica moderna. È confezionato su nastro da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, un formato standard (EIA) compatibile con le attrezzature automatiche pick-and-place. Questa caratteristica snellisce notevolmente le linee di assemblaggio. Il componente è inoltre progettato per essere compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), il metodo predominante per il fissaggio dei componenti SMD. I suoi mercati target principali sono le apparecchiature di telecomunicazione, i dispositivi per l'automazione d'ufficio, gli elettrodomestici, i sistemi di controllo industriale e le applicazioni di segnaletica o display indoor dove è richiesta un'illuminazione indicatrice compatta e affidabile.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata dei limiti operativi e delle caratteristiche prestazionali del LED in condizioni standard.

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 in DC (IF) è di 50 mA. Per il funzionamento in impulsi, è ammessa una corrente diretta di picco di 80 mA sotto un rigoroso ciclo di lavoro di 1/10 con una larghezza d'impulso di 0.1ms. La massima tensione inversa (VR) applicabile è di 5V. Il dispositivo può dissipare fino a 120 mW di potenza. L'intervallo di temperatura operativa e di stoccaggio è specificato da -40°C a +100°C, indicando robustezza per l'uso in ambienti ostili.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni operative tipiche (Ta=25°C, IF=20mA) e rappresentano le prestazioni attese. L'intensità luminosa (Iv) ha un intervallo tipico da 900 mcd (millicandela) a 1800 mcd, indicando un'uscita luminosa adatta per scopi indicatori. L'angolo di visione (2θ1/2) è di 120 gradi, fornendo un fascio molto ampio. La lunghezza d'onda di picco di emissione (λp) è tipicamente di 591 nm, rientrando nella regione gialla dello spettro visibile. La lunghezza d'onda dominante (λd), che definisce il colore percepito, è specificata tra 584.0 nm e 594.0 nm. La tensione diretta (VF) a 20mA varia da un minimo di 1.8V a un massimo di 2.4V, con un valore tipico implicito in questo intervallo. La corrente inversa (IR) è molto bassa, con un massimo di 10 μA a 5V di polarizzazione inversa.

3. Spiegazione del Sistema di Classificazione (Bin)

Per garantire coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in classi di prestazione (bin). Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano requisiti specifici per la loro applicazione.

3.1 Classe della Tensione Diretta (Vf)

I LED sono classificati in base alla loro caduta di tensione diretta a 20mA. Le classi sono: D2 (1.80V - 2.00V), D3 (2.00V - 2.20V) e D4 (2.20V - 2.40V). A ogni classe si applica una tolleranza di ±0.1V. Selezionare LED dalla stessa classe Vf aiuta a mantenere l'uniformità di corrente quando più LED sono pilotati in parallelo da una sorgente di tensione comune.

3.2 Classe dell'Intensità Luminosa (Iv)

L'emissione luminosa è categorizzata in tre classi: V2 (900 - 1120 mcd), W1 (1120 - 1400 mcd) e W2 (1400 - 1800 mcd). A ogni classe di intensità si applica una tolleranza di ±11%. Questa classificazione è cruciale per applicazioni che richiedono livelli di luminosità uniformi tra più indicatori.

3.3 Classe della Lunghezza d'Onda Dominante (Wd)

Il colore (lunghezza d'onda dominante) è suddiviso in quattro classi: H (584.0 - 586.5 nm), J (586.5 - 589.0 nm), K (589.0 - 591.5 nm) e L (591.5 - 594.0 nm). Ogni classe ha una tolleranza di ±1 nm. Ciò garantisce la coerenza del colore, vitale per display multi-LED o indicatori di stato dove l'uniformità cromatica è importante.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene nel datasheet siano referenziate curve grafiche specifiche, le loro implicazioni sono descritte qui. Le curve tipiche includerebbero la relazione tra corrente diretta (IF) e tensione diretta (VF), mostrando la caratteristica esponenziale I-V del diodo. Un'altra curva chiave traccerebbe l'intensità luminosa relativa rispetto alla temperatura ambiente, tipicamente mostrando una diminuzione dell'uscita all'aumentare della temperatura. Una curva di distribuzione spettrale illustrerebbe la stretta larghezza di banda dell'emissione luminosa centrata attorno a 591 nm, caratteristica della tecnologia AlInGaP e che risulta in un colore giallo saturo.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il LED è fornito in un package SMD standard. Il colore della lente è trasparente, e il colore della sorgente luminosa è giallo dal chip AlInGaP. Tutte le dimensioni del package sono fornite in millimetri con una tolleranza standard di ±0.2 mm salvo diversa indicazione. Il datasheet include disegni dimensionali dettagliati per il LED stesso, il layout consigliato delle piazzole di attacco PCB per la saldatura a rifusione a infrarossi o a fase di vapore, e l'imballaggio (dimensioni del nastro e della bobina).

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione IR Consigliato

Per processi di saldatura senza piombo, è raccomandato un profilo di rifusione conforme a J-STD-020B. I parametri chiave includono una temperatura di pre-riscaldamento tra 150°C e 200°C, un tempo di pre-riscaldamento fino a un massimo di 120 secondi, e una temperatura di picco del corpo del package non superiore a 260°C per un massimo di 10 secondi. È fondamentale notare che il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dalla pasta saldante e dal forno utilizzato.

6.2 Condizioni di Stoccaggio

Le buste anti-umidità sigillate contenenti essiccante devono essere conservate a ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR), con una durata di conservazione consigliata di un anno. Una volta aperta la confezione originale, i LED 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. Per stoccaggi oltre questo periodo, è necessario un trattamento di essiccamento a circa 60°C per almeno 48 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire danni da \"popcorning\" durante la rifusione.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, devono essere utilizzati solo solventi a base alcolica specificati come alcol etilico o alcol isopropilico. Il LED deve essere immerso a temperatura ambiente per meno di un minuto. Evitare detergenti chimici non specificati poiché potrebbero danneggiare il materiale del package.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

L'imballaggio standard è nastro da 8mm su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro. Una bobina standard da 13 pollici contiene 8000 pezzi. La quantità minima d'ordine per rimanenze è di 500 pezzi. L'imballaggio segue le specifiche ANSI/EIA 481, con un massimo di due componenti mancanti consecutivi (tasche vuote) consentiti nel nastro.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Circuiti di Applicazione Tipici

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per un funzionamento affidabile e una luminosità uniforme quando si pilotano più LED in parallelo, è essenziale utilizzare una resistenza di limitazione di corrente individuale in serie con ciascun LED. Ciò compensa le lievi variazioni nella tensione diretta (Vf) di ciascun dispositivo, prevenendo il fenomeno di \"current hogging\" dove un LED assorbe più corrente e appare più luminoso mentre gli altri sono più deboli. Un semplice circuito con resistenza in serie è il metodo di pilotaggio raccomandato e più affidabile.

8.2 Considerazioni Progettuali

I progettisti devono considerare la gestione termica. Sebbene il dispositivo possa operare fino a 100°C, l'emissione luminosa diminuisce con l'aumentare della temperatura di giunzione. Un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche possono essere necessarie per applicazioni ad alta corrente o ad alta temperatura ambiente. L'ampio angolo di visione di 120 gradi rende questo LED adatto per applicazioni in cui l'indicatore deve essere visibile da un'ampia gamma di posizioni, ma non per applicazioni con fascio focalizzato.

9. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Rispetto a tecnologie più datate come il Fosfuro di Gallio (GaP), i LED AlInGaP offrono una maggiore efficienza e un'emissione più luminosa per i colori nella gamma dal rosso al giallo. La lente trasparente, a differenza di una lente diffusa o colorata, fornisce la massima emissione luminosa possibile dal chip, massimizzando l'intensità luminosa. La combinazione di un package EIA standard, l'imballaggio a nastro e bobina e la compatibilità con la rifusione IR rendono questo dispositivo altamente adatto per la moderna produzione elettronica automatizzata, offrendo vantaggi in termini di costo e velocità di assemblaggio rispetto ai LED a foro passante.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un'alimentazione logica a 3.3V o 5V?

R: No. Devi sempre utilizzare una resistenza di limitazione di corrente in serie. Il valore della resistenza richiesta può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_alimentazione - Vf_LED) / I_desiderata. Ad esempio, con un'alimentazione a 5V, un Vf di 2.2V e una corrente desiderata di 20mA, R = (5 - 2.2) / 0.02 = 140 Ohm.

D: Perché esiste un sistema di classificazione (bin) per Vf, Iv e Wd?

R: La produzione di semiconduttori presenta variazioni naturali. Il binning suddivide i componenti in gruppi di prestazione, consentendo ai progettisti di scegliere il livello di coerenza necessario per la loro applicazione, garantendo un comportamento prevedibile nel prodotto finale.

D: Cosa succede se supero i valori massimi assoluti?

R: Superare questi limiti, anche momentaneamente, può causare danni immediati o latenti, riducendo la durata di vita o causando un guasto catastrofico. Progettare sempre con un margine di sicurezza.

11. Esempio Pratico di Utilizzo

Si consideri la progettazione di un pannello di controllo per un apparecchio industriale con più indicatori di stato gialli. Il progettista seleziona LED dalla classe di intensità W1 (1120-1400 mcd) e dalla classe di lunghezza d'onda K (589.0-591.5 nm) per garantire luminosità e colore uniformi. I LED sono posizionati sul PCB con il layout delle piazzole consigliato. Un pin GPIO di un microcontrollore, configurato come uscita open-drain, pilota ciascun LED attraverso una resistenza in serie da 150 ohm collegata a una linea di 3.3V. Questa configurazione fornisce circa 18mA di corrente ((3.3V - 2.2V)/150Ω ≈ 7.3mA, ricalcolo necessario per il Vf effettivo), garantendo un funzionamento affidabile entro le specifiche. Il pannello è assemblato utilizzando un processo di rifusione IR con un profilo conforme alle linee guida del datasheet.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un LED è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia del diodo, gli elettroni dalla regione di tipo n si ricombinano con le lacune della regione di tipo p all'interno dello strato attivo (in questo caso, realizzato in AlInGaP). Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia di bandgap del materiale semiconduttore. L'AlInGaP ha un bandgap corrispondente alla luce nelle regioni spettrali del rosso, arancione, ambra e giallo.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nella tecnologia dei LED SMD è verso un'efficienza luminosa sempre più elevata (più luce emessa per watt di ingresso elettrico), un miglioramento della resa cromatica e della saturazione, e un aumento della densità di potenza in package più piccoli. C'è anche una spinta continua verso un'affidabilità maggiore e una durata operativa più lunga. Inoltre, l'integrazione con l'elettronica di controllo, come regolatori di corrente integrati o driver a modulazione di larghezza d'impulso (PWM), sta diventando più comune nei package LED avanzati, sebbene il dispositivo qui descritto sia un componente discreto di base.