Scheda Tecnica LED SMD RGB LTST-S32F1KT-5A - Chip a Colori Completi - Tensione 1.6-3.1V - Potenza 75-80mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-S32F1KT-5A è una lampada LED SMD (Surface Mount Device) compatta, a visione laterale e a colori completi. Integra tre distinti chip semiconduttori in un unico package: un chip AlInGaP per l'emissione rossa e due chip InGaN per l'emissione verde e blu. Questa configurazione consente la generazione di un ampio spettro di colori attraverso il controllo individuale o combinato dei tre canali. Il dispositivo è progettato per processi di assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB), caratterizzato da terminali stagnati per una migliore saldabilità e compatibilità con profili di saldatura a rifusione senza piombo (Pb-free).

L'obiettivo progettuale principale è fornire una sorgente luminosa RGB affidabile e ad alta luminosità per applicazioni con spazio limitato dove è richiesta indicazione di stato, retroilluminazione o illuminazione simbolica. Il suo ingombro miniaturizzato e il profilo della lente a emissione laterale lo rendono particolarmente adatto all'integrazione in elettronica di consumo sottile, dispositivi di comunicazione e pannelli di controllo industriali dove lo spazio frontale è limitato ma la visibilità laterale è cruciale.

1.1 Caratteristiche

• Conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).
• Design ottico a visione laterale con lente trasparente.
• Utilizza la tecnologia semiconduttore ultra-luminosa InGaN (per Verde/Blu) e AlInGaP (per Rosso).
• Confezionato su nastro da 8mm alloggiato su bobine standard da 7 pollici di diametro per apparecchiature automatiche pick-and-place.
• Conforme agli standard di outline del package EIA (Electronic Industries Alliance).
• Logica di ingresso compatibile (I.C. compatible) per facile interfacciamento con microcontrollori e circuiti driver.
• Completamente compatibile con processi di saldatura a rifusione infrarossa (IR) ad alto volume.

1.2 Applicazioni

• Apparecchiature di telecomunicazione (es. stazioni base cellulari, router).
• Dispositivi per l'automazione d'ufficio (es. stampanti, scanner, multifunzione).
• Pannelli indicatori e interfacce di controllo per elettrodomestici.
• Indicatori di stato e guasto per apparecchiature industriali.
• Retroilluminazione per tastiere e keypad in dispositivi portatili.
• Indicatori di stato e alimentazione generici.
• Micro-display e illuminazione di icone.
• Luminarie segnaletiche e simboliche nei pannelli di controllo.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata dei limiti operativi e delle caratteristiche prestazionali del dispositivo in condizioni di test definite. Tutti i dati 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 continuo a o vicino a questi limiti.

• Dissipazione di Potenza (Pd):Rosso: 75 mW, Verde/Blu: 80 mW. Questa è la massima perdita di potenza ammissibile come calore all'interno del package.
• Corrente Diretta di Picco (I_F(PEAK)):Rosso: 80 mA, Verde/Blu: 100 mA. Applicabile solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per prevenire il sovraccarico termico.
• Corrente Diretta Continua (I_F):Rosso: 30 mA, Verde/Blu: 20 mA. La massima corrente diretta continua raccomandata per un funzionamento affidabile a lungo termine.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-20°C a +80°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è progettato per funzionare.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:-30°C a +100°C. L'intervallo di temperatura ammissibile quando il dispositivo non è alimentato.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:Resiste a una temperatura di picco di 260°C per 10 secondi, definendo il suo Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) e la capacità di rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

Questi sono i parametri prestazionali tipici misurati in condizioni di test standard (I_F= 5mA, Ta=25°C).

• Intensità Luminosa (I_V):Misurata in millicandele (mcd). Valori minimi: Rosso: 18.0 mcd, Verde: 45.0 mcd, Blu: 11.2 mcd. Valori massimi: Rosso: 45.0 mcd, Verde: 180.0 mcd, Blu: 45.0 mcd. Questa ampia gamma è gestita attraverso un sistema di binning.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):Tipicamente 130 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa è la metà dell'intensità di picco, definendo l'ampiezza del fascio.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):Tipica: Rosso: 632 nm, Verde: 520 nm, Blu: 468 nm. La lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):La singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che corrisponde al colore del LED. Intervallo: Rosso: 617-631 nm (Tip. 624 nm), Verde: 520-540 nm (Tip. 527 nm), Blu: 463-477 nm (Tip. 470 nm).
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):Tipica: Rosso: 17 nm, Verde: 35 nm, Blu: 26 nm. La larghezza di banda spettrale misurata a metà dell'intensità massima, che indica la purezza del colore.
• Tensione Diretta (V_F):A I_F=5mA. Intervallo: Rosso: 1.6 - 2.3 V, Verde: 2.7 - 3.1 V, Blu: 2.7 - 3.1 V. Anche questo parametro è soggetto a binning.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 µA a V_R= 5V. I LED non sono progettati per funzionare in polarizzazione inversa; questo test è solo per l'assicurazione della qualità.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire colore e luminosità consistenti nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Il LTST-S32F1KT-5A utilizza un binning separato per la Tensione Diretta (V_F) e l'Intensità Luminosa (I_V).

3.1 Binning della Tensione Diretta (V_F)

Per i chip Verde e Blu (testati a I_F=5mA):

- Codice Bin E7: V_F= da 2.70V a 2.90V.

- Codice Bin E8: V_F= da 2.90V a 3.10V.

La tolleranza su ogni bin è ±0.1V. La V_Fdel chip Rosso è specificata ma non binnata in questo documento.

3.2 Binning dell'Intensità Luminosa (I_V)

Misurata a I_F=5mA. La tolleranza su ogni bin è ±15%.

Blu:L (11.2-18.0 mcd), M (18.0-28.0 mcd), N (28.0-45.0 mcd).

Verde:P (45.0-71.0 mcd), Q (71.0-112.0 mcd), R (112.0-180.0 mcd).

Rosso:M (18.0-28.0 mcd), N (28.0-45.0 mcd).

Il codice bin è marcato sulla confezione, consentendo ai progettisti di selezionare LED con luminosità abbinata per array multi-LED.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Le curve di prestazione tipiche illustrano la relazione tra i parametri chiave. Queste sono essenziali per il design del circuito e la gestione termica.

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta:Mostra la relazione non lineare tra corrente di pilotaggio e emissione luminosa per ogni colore. Operare al di sopra della corrente continua raccomandata porta a rendimenti decrescenti e aumento del calore.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Dimostra l'effetto di quenching termico, dove l'emissione luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Un adeguato dissipatore di calore o una riduzione della corrente (derating) sono necessari per ambienti ad alta temperatura.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta:Mostra la caratteristica I-V del diodo. La resistenza dinamica può essere dedotta dalla pendenza della curva al di sopra della tensione di soglia.
• Distribuzione Spettrale:Grafici che mostrano la potenza radiante relativa rispetto alla lunghezza d'onda per ogni chip, evidenziando il picco (λ_p) e la larghezza spettrale (Δλ).

5. Informazioni Meccaniche & Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è conforme a un outline SMD standard. Le dimensioni critiche includono lunghezza, larghezza e altezza del corpo, nonché le raccomandazioni per il land pattern (impronta) per il design del PCB. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa specifica. Un diagramma dettagliato specifica l'assegnazione dei pin: Pin 1 per l'anodo Rosso, Pin 2 per l'anodo Verde e Pin 3 per l'anodo Blu. I catodi di tutti e tre i chip sono internamente collegati al Pin 4.

5.2 Design Consigliato dei Pad PCB & Polarità

Viene fornito un diagramma del land pattern per garantire una corretta formazione del giunto di saldatura durante la rifusione. Il design accoglie i filetti di saldatura e previene l'effetto "tombstoning". La polarità è chiaramente indicata da una marcatura sul corpo del dispositivo (tipicamente un punto o un angolo smussato) corrispondente al Pin 1 (Rosso).

6. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione IR Consigliato (Processo Senza Piombo)

Un grafico tempo-temperatura definisce il profilo di saldatura a rifusione suggerito:

- Preriscaldamento: 150-200°C per un massimo di 120 secondi.

- Rifusione: Temperatura di picco non superiore a 260°C.

- Tempo sopra 260°C: Massimo 10 secondi.

- Numero di passaggi: Massimo due cicli di rifusione.

Per saldatura manuale con saldatore: Temperatura ≤300°C, tempo ≤3 secondi, una sola volta.

6.2 Pulizia

Se è necessaria la pulizia post-saldatura, utilizzare solo solventi specifici a base alcolica come alcol etilico o isopropilico. L'immersione deve avvenire a temperatura normale per meno di un minuto. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare la lente epossidica o il package.

6.3 Stoccaggio & Manipolazione

• Precauzioni ESD:Il dispositivo è sensibile alle scariche elettrostatiche (ESD). La manipolazione deve coinvolgere braccialetti a terra, tappetini antistatici e apparecchiature correttamente messe a terra.
• Sensibilità all'Umidità:Confezionato come MSL 3. Una volta aperta la busta barriera all'umidità originale, i componenti devono essere saldati a rifusione entro una settimana (168 ore) in condizioni di fabbrica (≤30°C/60% UR). Per uno stoccaggio più lungo fuori dalla busta, utilizzare un armadio a secco o un contenitore essiccato. I componenti esposti oltre una settimana richiedono una cottura (es. 60°C per 20 ore) prima della rifusione per prevenire l'effetto "popcorning".

7. Confezionamento & Informazioni d'Ordine

7.1 Specifiche Nastro e Bobina

Il dispositivo è fornito in nastro portante goffrato con nastro protettivo di copertura, avvolto su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro.

- Quantità per bobina: 3000 pezzi.

- Quantità minima d'ordine per rimanenze: 500 pezzi.

- Larghezza nastro: 8mm.

- Spaziatura delle tasche e dimensioni della bobina conformi agli standard ANSI/EIA-481.

- Il numero massimo consentito di componenti mancanti consecutivi nel nastro è due.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Ogni canale colore (Rosso, Verde, Blu) deve essere pilotato indipendentemente tramite una resistenza limitatrice di corrente o, preferibilmente, un driver a corrente costante. La tensione diretta differisce per colore (Rosso ~2.0V, Verde/Blu ~3.0V), quindi sono richiesti calcoli separati per l'impostazione della corrente se si utilizza un'alimentazione comune con resistenze in serie. Per la regolazione PWM (Pulse Width Modulation) o il miscelamento dei colori, assicurarsi che il driver possa gestire la frequenza e la corrente richieste.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche sotto il pad termico del dispositivo (se applicabile) per dissipare il calore, specialmente quando si pilota a o vicino alla corrente massima.
• Derating di Corrente:Per funzionamento vicino all'estremità superiore dell'intervallo di temperatura (+80°C), ridurre la corrente diretta per mantenere l'affidabilità e prevenire un decadimento accelerato del flusso luminoso.
• Design Ottico:Il profilo a emissione laterale è ideale per applicazioni con light-pipe o guide d'onda. Considerare l'angolo di visione di 130 gradi quando si progettano le guide luminose per garantire un'illuminazione uniforme.

9. Confronto & Differenziazione Tecnica

I principali fattori di differenziazione del LTST-S32F1KT-5A risiedono nella sua specifica combinazione di caratteristiche:

- Visione Laterale vs. Visione dall'Alto:A differenza dei comuni LED a emissione superiore, questo dispositivo emette luce lateralmente, consentendo un'integrazione meccanica unica per pannelli edge-lit o indicatori di stato sulla superficie verticale di un PCB.

- Colori Completi in un Unico Package:Integra tre chip a colori primari, risparmiando spazio sulla scheda rispetto all'uso di tre LED singoli a colore discreto.

- Mix Tecnologico:Utilizza il materiale semiconduttore ottimale per ogni colore: AlInGaP ad alta efficienza per il rosso e InGaN ad alta luminosità per verde/blu, ottenendo una buona efficienza luminosa complessiva.

- Costruzione Robusta:Terminali stagnati e compatibilità con severi profili di rifusione IR lo rendono adatto alla moderna produzione ad alto volume.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare tutti e tre i colori da un'unica alimentazione a 5V?

R: Sì, ma devi utilizzare resistenze limitatrici di corrente separate per ogni canale. Calcola il valore della resistenza come R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizza la V_Fmassima dal datasheet per un design sicuro. Ad esempio, per il canale Blu a 20mA: R = (5V - 3.1V) / 0.02A = 95 Ohm (usare 100 Ohm).

D2: Perché la corrente continua massima è diversa per il Rosso (30mA) rispetto a Verde/Blu (20mA)?

R: Ciò è principalmente dovuto alle differenze nell'efficienza quantica interna e nelle caratteristiche termiche dei materiali semiconduttori AlInGaP (Rosso) e InGaN (Verde/Blu). Il chip Rosso può tipicamente gestire densità di corrente più elevate entro gli stessi vincoli termici del package.

D3: Come posso ottenere luce bianca con questo LED RGB?

R: La luce bianca viene creata pilotando simultaneamente i chip Rosso, Verde e Blu a rapporti di corrente specifici. Il rapporto esatto dipende dal punto di bianco desiderato (es. bianco freddo, bianco caldo) e dal bin specifico dei LED utilizzati. Ciò richiede calibrazione o l'uso di un anello di retroazione con sensore di colore per risultati precisi.

D4: Qual è il significato dei codici bin?

R: I codici bin garantiscono la coerenza di colore e luminosità. Per applicazioni che utilizzano più LED (come una barra luminosa), specificare e utilizzare LED dello stesso bin V_Fe I_Vè fondamentale per evitare differenze visibili nella tonalità del colore o nella luminosità tra dispositivi adiacenti.

11. Caso d'Uso Pratico

Scenario: Indicatore di Stato per un Router di Rete

Un progettista necessita di un indicatore di stato multicolore per un router che mostri alimentazione (verde fisso), attività (verde lampeggiante), errore (rosso) e modalità di configurazione (blu). Utilizzare il LTST-S32F1KT-5A risparmia spazio rispetto a tre LED separati. Il design a emissione laterale consente alla luce di essere accoppiata in una light-pipe che arriva al pannello frontale del sottile contenitore del router. I pin GPIO di un microcontrollore, ciascuno con una resistenza in serie (calcolata per un pilotaggio di 5-10mA), controllano i singoli colori. L'ampio angolo di visione garantisce che l'indicatore sia visibile da varie angolazioni in una stanza.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n si ricombinano con le lacune della regione di tipo p all'interno dello strato attivo, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dal bandgap del materiale semiconduttore. Il LTST-S32F1KT-5A utilizza:

- AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio):Un sistema di materiali con un bandgap corrispondente alla luce rossa e ambra. Offre alta efficienza nello spettro rosso-arancio.

- InGaN (Nitruro di Indio Gallio):Un sistema di materiali con bandgap regolabile in grado di emettere luce dall'ultravioletto attraverso il blu fino al verde, a seconda del contenuto di indio. È lo standard per i LED blu e verdi ad alta luminosità.

13. Tendenze Tecnologiche

La traiettoria generale per i LED SMD come questo include:

- Aumento dell'Efficienza:Miglioramenti continui nella crescita epitassiale e nel design del chip portano a più lumen per watt (lm/W), riducendo il consumo energetico a parità di emissione luminosa.

- Miniaturizzazione:Riduzione continua delle dimensioni del package mantenendo o aumentando la potenza ottica.

- Migliore Resa Cromatica & Coerenza:Tolleranze di binning più strette e nuove tecnologie di fosfori (per LED bianchi) producono punti colore più consistenti e un Indice di Resa Cromatica (CRI) più elevato.

- Intelligenza Integrata:Crescita di moduli "LED intelligenti" con driver integrati, controller e interfacce di comunicazione (es. I2C, SPI) per semplificare il design del sistema. Sebbene il LTST-S32F1KT-5A sia un componente discreto, l'industria si sta muovendo verso soluzioni più integrate per compiti di illuminazione complessi.