Scheda Tecnica LED SMD LTST-E683RGBW - 3.2x2.8x1.9mm - Rosso 2.4V/Verde 3.8V/Blu 3.8V - 72-80mW - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-E683RGBW è un LED a montaggio superficiale (SMD) che integra tre sorgenti luminose a semiconduttore distinte in un unico package compatto. Combina un chip AlInGaP (Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio) per l'emissione rossa con due chip InGaN (Nitruro di Indio e Gallio) per l'emissione verde e blu, tutti ricoperti da una lente diffusa. Questa configurazione consente la generazione di un ampio spettro di colori, inclusa la luce bianca quando tutti e tre i colori vengono miscelati con intensità appropriate. Le applicazioni principali sono nell'illuminazione di fondo, negli indicatori di stato, nell'illuminazione decorativa e nei moduli display a colori completi dove il risparmio di spazio e l'assemblaggio automatizzato sono critici. I suoi vantaggi principali includono la compatibilità con i processi standard di saldatura a infrarossi e rifusione, la costruzione senza piombo conforme alle direttive RoHS e l'imballaggio adatto per apparecchiature automatiche pick-and-place su bobine da 8mm.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliabile far funzionare il LED continuativamente a o vicino a questi limiti. I parametri chiave includono:

• Dissipazione di Potenza (Pd):Rosso: 72mW, Verde/Blu: 80mW. Questa è la potenza massima che il LED può dissipare come calore in funzionamento continuo in corrente continua a 25°C ambiente. Superare questo limite rischia di causare fuga termica e ridurre la durata di vita.
• Corrente Diretta di Picco (Ifp):Rosso: 80mA, Verde/Blu: 100mA. Questa è la massima corrente impulsiva ammissibile, specificata con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms. È significativamente superiore al valore in DC, consentendo brevi lampi ad alta intensità.
• Corrente Diretta in DC (If):Rosso: 30mA, Verde/Blu: 20mA. Questa è la massima corrente diretta continua consigliata per un funzionamento affidabile a lungo termine. Pilotare il LED al di sopra di questo valore aumenterà l'emissione luminosa ma genererà anche più calore, potenzialmente degradando il materiale semiconduttore e i fosfori (se presenti) nel tempo.
• Intervallo di Temperatura:Funzionamento: -40°C a +85°C; Conservazione: -40°C a +100°C. Questi intervalli garantiscono l'integrità meccanica ed elettrica del LED durante l'uso e i periodi di non funzionamento.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati in condizioni di test standard (Ta=25°C, If=20mA).

• Intensità Luminosa (Iv):Misurata in millicandele (mcd), rappresenta la luminosità percepita del LED dall'occhio umano (utilizzando un filtro fotopico CIE). Gli intervalli specificati sono: Rosso: 71-224 mcd, Verde: 355-900 mcd, Blu: 140-355 mcd. Il chip verde tipicamente presenta la più alta efficienza luminosa.
• Angolo di Visione (2θ1/2):Un valore tipico di 120 gradi indica un pattern di emissione luminosa ampio e diffuso. Questo angolo è definito come l'angolo totale in cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore sull'asse centrale (0 gradi).
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp) e Lunghezza d'Onda Dominante (λd):λp (Rosso: 639nm, Verde: 518nm, Blu: 468nm) è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale è massima. λd (Rosso: 631nm, Verde: 525nm, Blu: 470nm) è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano come corrispondente al colore del LED, derivata dal diagramma di cromaticità CIE. Sono strettamente correlate ma non identiche, specialmente per sorgenti a spettro ampio.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):Questo parametro, tipicamente 20nm (Rosso), 35nm (Verde) e 25nm (Blu), indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa. Un valore più piccolo significa una sorgente luminosa più monocromatica.
• Tensione Diretta (Vf):La caduta di tensione ai capi del LED quando è pilotato a 20mA. Gli intervalli sono: Rosso: 1.8-2.4V, Verde: 2.8-3.8V, Blu: 2.8-3.8V. La Vf più alta per i chip InGaN verde e blu rispetto al chip AlInGaP rosso è dovuta alle diverse energie di bandgap dei semiconduttori. Una resistenza limitatrice di corrente o un driver a corrente costante sono essenziali per un corretto funzionamento.
• Corrente Inversa (Ir):Massimo 10μA a VR=5V. Questo LED non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa. Applicare una tensione inversa può causare un guasto immediato e catastrofico a causa della bassa tensione di breakdown inversa della giunzione semiconduttore.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. La scheda tecnica fornisce codici di bin solo per l'intensità luminosa di ciascun colore.

• Bin di Intensità Luminosa per il Rosso:Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd), R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd). La tolleranza all'interno di ciascun bin è ±11%.
• Bin di Intensità Luminosa per il Verde:T2 (355-450 mcd), U1 (450-560 mcd), U2 (560-710 mcd), V1 (710-900 mcd). La tolleranza all'interno di ciascun bin è ±11%.
• Bin di Intensità Luminosa per il Blu:R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd), S2 (224-280 mcd), T1 (280-355 mcd). La tolleranza all'interno di ciascun bin è ±11%.

Quando si ordina o si progetta, specificare il/i codice/i bin richiesti è cruciale per ottenere un aspetto uniforme in un array o display. Mescolare bin diversi può portare a variazioni visibili di luminosità o colore.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene il PDF faccia riferimento a curve caratteristiche tipiche a pagina 5, i grafici specifici non sono forniti nel testo. Basandosi sul comportamento standard dei LED, queste curve includerebbero tipicamente:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione esponenziale. La tensione di "ginocchio" è dove inizia la conduzione, dopo di che la corrente aumenta rapidamente con piccoli aumenti di tensione.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva I-L):Generalmente lineare a correnti basse, ma può saturarsi a correnti più elevate a causa di effetti termici e di decadimento dell'efficienza.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra come l'emissione luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. I LED rossi AlInGaP hanno tipicamente un effetto di spegnimento termico più pronunciato rispetto ai LED blu/verdi InGaN.
• Distribuzione di Potenza Spettrale:Grafici che mostrano l'intensità relativa della luce emessa attraverso lo spettro di lunghezze d'onda per ciascun chip di colore.

Queste curve sono vitali per comprendere il comportamento del LED in condizioni non standard (correnti di pilotaggio diverse, temperature) e per la progettazione della gestione termica.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LED si conforma a un'impronta standard SMD EIA. Le dimensioni chiave (in mm, tolleranza ±0.2mm salvo diversa indicazione) definiscono il suo posizionamento su un PCB. L'assegnazione dei pin è: Pin 1: Anodo per il Rosso, Pin 4: Anodo per il Verde, Pin 3: Anodo per il Blu. Il catodo comune è probabilmente collegato internamente a un altro pin o al pad termico (la connessione specifica necessita verifica dal disegno dimensionale). La lente diffusa aiuta a ottenere un angolo di visione più ampio e uniforme.

5.2 Progetto Consigliato dei Pad PCB

Viene suggerito un diagramma del land pattern per la saldatura a rifusione a infrarossi o in fase di vapore. Seguire questa raccomandazione garantisce la corretta formazione del giunto di saldatura, una buona conduzione termica lontano dalla giunzione del LED e la stabilità meccanica. Il progetto del pad tiene conto della formazione del filetto di saldatura e previene l'effetto "tombstoning" durante la rifusione.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione (Reflow)

Per il processo senza piombo, si suggerisce un profilo conforme a J-STD-020B. I parametri chiave includono:

• Preriscaldamento:150-200°C per un massimo di 120 secondi per riscaldare gradualmente il circuito e attivare il flussante.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C. Il tempo sopra il liquidus (tipicamente ~217°C per la saldatura senza piombo) deve essere controllato per formare giunti affidabili senza surriscaldare il LED.
• Tempo Totale di Saldatura:Massimo 10 secondi alla temperatura di picco, con un massimo di due cicli di rifusione consentiti.

Il rispetto di questo profilo previene lo shock termico, che potrebbe incrinare la lente in epossidico o il die semiconduttore, e previene un'eccessiva crescita di composti intermetallici nei giunti di saldatura.

6.2 Saldatura Manuale

Se necessario, la saldatura manuale con un saldatore è consentita con limiti rigorosi: temperatura della punta non superiore a 300°C e tempo di saldatura non superiore a 3 secondi per giunto. È consentito un solo ciclo di saldatura manuale. Bisogna evitare di applicare il saldatore direttamente sul corpo del LED; il calore deve essere applicato al pad del PCB.

6.3 Pulizia

Se è richiesta una pulizia post-saldatura, utilizzare solo solventi a base alcolica specificati come alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Prodotti chimici aggressivi o non specificati possono danneggiare il materiale della lente in epossidico, causando opacizzazione, incrinature o scolorimento.

6.4 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

Il package del LED è sensibile all'umidità. Se la busta sigillata a tenuta di umidità originale (con essiccante) non è stata aperta, la conservazione deve essere a ≤30°C e ≤70% UR, con un periodo di utilizzo consigliato di un anno. Una volta aperta la busta, i componenti devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% UR. I componenti esposti all'umidità ambientale per più di 168 ore (7 giorni) devono essere sottoposti a baking a circa 60°C per almeno 48 ore prima della saldatura a rifusione per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorning" (rottura del package dovuta alla rapida espansione del vapore durante la rifusione).

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

Il prodotto è fornito in imballaggio standard industriale per l'assemblaggio automatizzato:

• Nastro e Bobina:I componenti sono posizionati in nastro portacomponenti da 8mm di larghezza.
• Dimensione Bobina:7 pollici (178mm) di diametro.
• Quantità per Bobina:2000 pezzi.
• Quantità Minima d'Ordine (MOQ):500 pezzi per quantità residue.
• Nastro di Copertura:Le tasche vuote sono sigillate con un nastro di copertura superiore.
• Componenti Mancanti:È consentito un massimo di due LED mancanti consecutivi per specifica della bobina.
• Standard:L'imballaggio è conforme alle specifiche EIA-481-1-B.

Il numero di parte LTST-E683RGBW segue il sistema di codifica interno del produttore, dove "RGBW" indica la combinazione di colori in grado di produrre luce bianca.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Pannelli Display a Colori Completi:Utilizzati come singoli pixel o sub-pixel in grandi videowall o cartellonistica indoor.
• Retroilluminazione:Per pannelli LCD in elettronica di consumo, cruscotti automobilistici o controlli industriali, spesso combinati con guide luminose e diffusori.
• Luci di Stato e Indicatori:In apparecchiature di rete, elettrodomestici e strumentazione dove è necessaria una codifica di stato multicolore.
• Illuminazione Decorativa e Architettonica:In strisce o moduli per effetti di cambio colore.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Pilotaggio della Corrente:Utilizzare sempre un driver a corrente costante o una resistenza limitatrice di corrente in serie con ciascun canale colore. Calcolare il valore della resistenza usando R = (Vsupply - Vf_LED) / If. Utilizzare la Vf massima dalla scheda tecnica per garantire che la corrente non superi il limite anche con un LED ad alta Vf.
• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, un layout PCB adeguato con sufficiente area di rame (pad termici) è essenziale per condurre il calore lontano dalla giunzione del LED, specialmente quando pilotato ad alte correnti o in alte temperature ambiente. Questo mantiene l'emissione luminosa e la longevità.
• Miscelazione e Controllo del Colore:Per ottenere colori specifici o punti di bianco, la modulazione a larghezza di impulso (PWM) è il metodo preferito per il controllo dell'intensità di ciascun canale, poiché mantiene una tensione diretta e una cromaticità del colore costanti, a differenza della regolazione analogica.
• Protezione ESD:I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche. Implementare procedure di manipolazione sicure ESD durante l'assemblaggio.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sebbene un confronto diretto con altri modelli non sia nel PDF, i principali fattori di differenziazione del LTST-E683RGBW possono essere dedotti:

• Package RGB Integrato:Combina tre chip in un'unica impronta di 3.2x2.8mm, risparmiando spazio sul PCB rispetto all'uso di tre LED monocromatici discreti.
• Lente Diffusa ad Ampio Angolo:L'angolo di visione di 120 gradi fornisce un pattern di emissione ampio e uniforme, adatto per applicazioni che richiedono ampi coni di visione senza ottiche secondarie.
• Compatibilità di Processo:La compatibilità esplicita con la saldatura standard a infrarossi/rifusione e il posizionamento automatico lo rende adatto per una produzione ad alto volume e conveniente.
• Scelta dei Materiali:L'uso di AlInGaP per il rosso offre una maggiore efficienza e una migliore stabilità termica rispetto a tecnologie più vecchie come GaAsP su GaP.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Posso pilotare il LED rosso a 30mA e il verde/blu a 20mA contemporaneamente?

Sì, puoi pilotare ciascun canale indipendentemente alle rispettive correnti dirette massime in DC. Tuttavia, deve essere considerata la dissipazione di potenza totale del package. Se tutti e tre sono accesi alla corrente massima, calcola la potenza totale: Pred = 30mA * 2.4V(max) = 72mW; Pverde = 20mA * 3.8V(max) = 76mW; Pblu = 20mA * 3.8V(max) = 76mW. La somma (224mW) probabilmente supera la capacità di dissipazione totale del package. Pertanto, il funzionamento simultaneo a piena potenza potrebbe richiedere una derating o una gestione termica migliorata. Consultare i dati dettagliati sulla resistenza termica se disponibili.

10.2 Perché la tensione diretta è diversa per ogni colore?

La tensione diretta è determinata principalmente dall'energia di bandgap del materiale semiconduttore. L'AlInGaP (rosso) ha un bandgap inferiore (~1.9-2.0 eV) rispetto all'InGaN (verde/~2.4 eV, blu/~2.7 eV). Un bandgap più alto richiede più energia affinché gli elettroni lo attraversino, risultando in una caduta di tensione diretta più alta.

10.3 Come posso ottenere luce bianca con questo LED RGB?

La luce bianca viene creata miscelando i tre colori primari (rosso, verde, blu) in rapporti di intensità specifici. Non esiste un unico rapporto "corretto", poiché dipende dal punto di bianco target (es. bianco freddo, bianco caldo). Dovrai sperimentare con diversi livelli di corrente o cicli di lavoro PWM per ciascun canale. Utilizzare un microcontrollore con uscite PWM è l'approccio più flessibile. Nota che la miscelazione RGB spesso produce luce bianca con un Indice di Resa Cromatica (CRI) inferiore rispetto ai LED bianchi a conversione di fosfori.

10.4 Cosa succede se collego la polarità in modo errato?

Applicare una tensione inversa, anche piccola (come 5V come nella condizione di test Ir), può causare il flusso di un'alta corrente inversa, potenzialmente portando a un danno immediato e irreversibile (breakdown della giunzione). Verificare sempre la polarità prima di applicare alimentazione. Incorporare un diodo in serie per la protezione dalla polarità inversa sulla linea di alimentazione è una buona pratica per il circuito complessivo.

11. Caso di Studio Pratico di Progetto

Scenario:Progettazione di un indicatore di stato multicolore per un dispositivo portatile. L'indicatore deve mostrare rosso (errore), verde (ok), blu (attivo) e ciano (attivo+ok) utilizzando un singolo LTST-E683RGBW per risparmiare spazio.

Implementazione:

1. Circuito di Pilotaggio:Utilizzare un microcontrollore con tre pin GPIO capaci di PWM. Ogni pin si collega alla base di un transistor NPN per piccoli segnali (es. 2N3904). Il collettore di ciascun transistor si collega al catodo (comune) del rispettivo colore del LED tramite una resistenza limitatrice di corrente. Gli anodi dei LED sono collegati a un rail di alimentazione da 3.3V.
2. Calcolo della Resistenza (per il Verde, caso peggiore Vf=3.8V):R = (3.3V - 3.8V) / 0.02A = Valore negativo. Ciò indica che 3.3V è insufficiente per polarizzare direttamente i LED verde/blu alla loro Vf tipica. Soluzione: Utilizzare una tensione di alimentazione più alta (es. 5V) per il circuito LED. Ricalcolo per il Verde a 5V: R = (5.0V - 3.8V) / 0.02A = 60 Ohm. Utilizzare una resistenza standard da 62 ohm. Per il Rosso: R = (5.0V - 2.4V) / 0.03A ≈ 87 Ohm, utilizzare 91 ohm.
3. Controllo Software:Programmare il microcontrollore per impostare i cicli di lavoro PWM: 100% per i colori solidi. Per il ciano (blu+verde), impostare entrambi i canali blu e verde al 100%. Il bilanciamento dell'intensità tra verde e blu può essere regolato via PWM per sintonizzare la tonalità ciano.
4. Verifica Termica:Lo scenario di massima potenza è il ciano (Verde+Blu entrambi a 20mA). Ptotal ≈ (5V-3.8V)*0.02A * 2 = 48mW, ben entro i limiti del package. Assicurarsi che il PCB abbia una piccola area di rame sotto il LED per la diffusione del calore.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

L'emissione luminosa nei LED si basa sull'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva (la giunzione). Quando un elettrone si ricombina con una lacuna, rilascia energia. Nei semiconduttori a bandgap diretto come AlInGaP e InGaN, questa energia viene rilasciata principalmente sotto forma di un fotone (particella di luce). La lunghezza d'onda (colore) del fotone emesso è determinata dall'energia di bandgap (Eg) del materiale semiconduttore, secondo l'equazione λ ≈ 1240 / Eg (dove λ è in nm e Eg in eV). La lente in epossidico diffusa serve a proteggere il die semiconduttore, modellare il fascio luminoso in uscita e migliorare l'estrazione della luce dal chip.

13. Tendenze Tecnologiche

Il campo dei LED RGB SMD è guidato da diverse tendenze chiave:

• Aumento dell'Efficienza e della Luminanza:Miglioramenti continui nella crescita epitassiale, nel design del chip e nelle tecniche di estrazione della luce continuano a incrementare l'efficienza luminosa (lumen per watt), consentendo display più luminosi o un consumo energetico inferiore.
• Miniaturizzazione:I package stanno diventando più piccoli (es. 2.0x1.6mm, 1.6x1.6mm) mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche, consentendo display a risoluzione più alta.
• Migliore Coerenza di Colore e Binning:Tolleranze di binning più strette per intensità luminosa, lunghezza d'onda dominante e tensione diretta stanno diventando standard, riducendo la necessità di calibrazione nei prodotti finali.
• Driver Integrati e LED "Smart":Una tendenza in crescita è l'integrazione di circuiti di controllo (come interfacce I2C o SPI) all'interno del package del LED stesso, creando LED RGB "smart" indirizzabili che semplificano la progettazione del sistema e il cablaggio.
• Affidabilità e Durata di Vita Migliorate:Miglioramenti nei materiali di packaging (es. siliconi ad alta temperatura invece dell'epossidico) e nelle tecniche di attacco del die stanno aumentando la temperatura massima di funzionamento e la durata di vita complessiva dei LED, specialmente per applicazioni automobilistiche e industriali.