SMD LED LTST-C21RKGKT Datasheet - 3.2x1.6x1.9mm - 2.4V - 75mW - Verde - Documentazione Tecnica in Inglese

Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un diodo emettitore di luce (LED) ad alte prestazioni, a montaggio superficiale (SMD). Il prodotto è un LED a chip a montaggio superiore che utilizza un materiale semiconduttore ultra-luminoso in fosfuro di alluminio indio gallio (AlInGaP), emettendo luce verde. È progettato per i moderni processi di assemblaggio elettronico, caratterizzato da compatibilità con apparecchiature di posizionamento automatico e saldatura a rifusione a infrarossi (IR). Il dispositivo è conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), classificandolo come prodotto ecologico. Viene fornito su nastro da 8 mm standard del settore, avvolto su bobine da 7 pollici di diametro, per una produzione efficiente su larga scala.

1.1 Vantaggi Principali

• Alta Luminosità: Utilizza la tecnologia avanzata AlInGaP per un'intensità luminosa superiore.
• Pronto per la Produzione Moderna: Completamente compatibile con sistemi automatizzati pick-and-place e profili di saldatura IR senza piombo per riflusso.
• Confezionamento Standardizzato: Conforme agli standard EIA (Electronic Industries Alliance) per il confezionamento in nastro e bobina, garantendo un'ampia compatibilità.
• Conformità Ambientale: Soddisfa i requisiti RoHS, rendendolo adatto ai mercati globali con normative ambientali rigorose.
• Flessibilità di Progettazione: La lente trasparente come l'acqua offre un aspetto neutro che può integrarsi con vari design di prodotto.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Tutti i parametri sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C, salvo diversa indicazione. Comprendere questi parametri è fondamentale per una progettazione affidabile del circuito e per ottenere le prestazioni attese.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Questi valori definiscono i limiti di sollecitazione oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o al di sotto di essi non è garantito e dovrebbe essere evitato per un'operazione affidabile.

• Dissipazione di Potenza (Pd): 75 mW. La potenza totale massima che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (IFP): 80 mA. Corrente massima ammissibile in condizioni di impulso (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms). Utilizzata per lampi brevi e ad alta intensità.
• Corrente Continua in Diretta (IF): 30 mA. La massima corrente continua in diretta per il funzionamento in regime stazionario.
• Tensione inversa (VR): 5 V. La massima tensione che può essere applicata in direzione inversa attraverso il LED.
• Intervallo di temperatura di funzionamento: -30°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è progettato per funzionare.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio: -40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura per lo stoccaggio in condizioni non operative.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi: 260°C per 10 secondi. Il massimo profilo termico di esposizione durante la saldatura a rifusione.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Questi sono i parametri di prestazione tipici in condizioni di test standard (IF = 20mA).

• Intensità Luminosa (Iv): 28.0 - 180.0 mcd (millicandela). La luminosità percepita della sorgente luminosa come misurata dall'occhio umano (curva CIE). L'ampia gamma è gestita attraverso un sistema di binning.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): 70 gradi (tipico). L'angolo completo a cui l'intensità luminosa è la metà dell'intensità a 0 gradi (sull'asse). Questo definisce l'ampiezza del fascio.
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 574 nm (tipico). La lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza è massima.
• Lunghezza d'onda dominante (λ_d): 567.5 - 576.5 nm. L'unica lunghezza d'onda che corrisponde percettivamente al colore del LED, derivata dal diagramma di cromaticità CIE. Questo è il parametro chiave per la specifica del colore.
• Larghezza a metà altezza della linea spettrale (Δλ): 15 nm (tipico). La larghezza di banda spettrale misurata a metà dell'intensità massima (Larghezza a Metà Altezza - FWHM). Un valore più piccolo indica una luce più monocromatica.
• Tensione Diretta (V_F): 1.80 - 2.40 V. La caduta di tensione ai capi del LED quando opera alla corrente diretta specificata (20mA).
• Corrente Inversa (I_R): 10 μA (max) a V_R = 5V. La piccola corrente di dispersione che scorre quando il dispositivo è polarizzato inversamente.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire colore e luminosità uniformi in produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base alle caratteristiche misurate. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino specifici requisiti applicativi di uniformità.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Classificato a una corrente di prova di 20mA. La tolleranza all'interno di ogni classe è di +/-15%.

• Classe N: 28.0 - 45.0 mcd
• Bin P: 45.0 - 71.0 mcd
• Bin Q: 71.0 - 112.0 mcd
• Bin R: 112.0 - 180.0 mcd

3.2 Classificazione della Lunghezza d'Onda Dominante

Classificati a una corrente di prova di 20mA. La tolleranza per ogni classe è di +/- 1nm.

• Bin C: 567.5 - 570.5 nm
• Bin D: 570,5 - 573,5 nm
• Bin E: 573,5 - 576,5 nm

La combinazione di bin di intensità e lunghezza d'onda (ad es., RC, QD) fornisce una specifica precisa per la coerenza di colore e luminosità in un assemblaggio.

4. Analisi della Curva di Prestazione

Sebbene nel datasheet siano referenziate curve grafiche specifiche, la seguente analisi si basa sul comportamento standard del LED e sui parametri forniti.

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Il LED presenta una tipica caratteristica I-V di un diodo. La tensione diretta (V_F) ha un intervallo specificato da 1.80V a 2.40V a 20mA. V_F ha un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che diminuisce leggermente all'aumentare della temperatura di giunzione. Per un funzionamento stabile, si raccomanda vivamente di pilotare il LED con una sorgente di corrente costante piuttosto che con una sorgente di tensione costante per prevenire la fuga termica.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'intensità luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta all'interno dell'intervallo operativo. Tuttavia, l'efficienza (lumen per watt) può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento del calore. L'operazione a o al di sotto dei 20mA consigliati per i test garantisce efficienza e longevità ottimali.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Le prestazioni dei LED sono sensibili alla temperatura. All'aumentare della temperatura di giunzione:

• Diminuisce l'Emissività Luminosa: L'emissione luminosa diminuirà. Il fattore esatto di derating è specifico del prodotto.
• Diminuzione della Tensione Diretta: Come osservato nella caratteristica I-V.
• Spostamenti della Lunghezza d'Onda: La lunghezza d'onda dominante può subire un leggero spostamento, tipicamente verso lunghezze d'onda maggiori (red shift), all'aumentare della temperatura.

Una corretta gestione termica sul PCB (adeguata area di rame, possibili thermal vias) è essenziale per mantenere le prestazioni e l'affidabilità, specialmente durante il funzionamento ad alte temperature ambientali o vicino ai valori massimi di corrente nominale.

5. Mechanical & Packaging Information

5.1 Dimensioni del Dispositivo

Il package è in formato SMD standard. Le dimensioni chiave includono le dimensioni del corpo e la configurazione dei terminali, adatte per l'assemblaggio automatizzato. Tutte le tolleranze dimensionali sono tipicamente di ±0,10 mm salvo diversa specifica. I progettisti devono fare riferimento al disegno meccanico dettagliato per la progettazione precisa del land pattern.

5.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è solitamente indicato da un marcatore visivo sul package del LED, come una tacca, un punto verde o un angolo smussato sulla lente. Durante il posizionamento è necessario osservare la polarità corretta per garantire il funzionamento del dispositivo.

5.3 Layout Consigliato per i Pad di Saldatura

Viene fornita un'impronta raccomandata (land pattern) per garantire una saldatura affidabile, un corretto allineamento e una sufficiente resistenza meccanica. Rispettare questo layout aiuta a prevenire l'effetto "tombstoning" (il componente che si solleva su un'estremità) durante il reflow e assicura una buona connessione termica con il PCB.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 Profilo di Rifusione a IR

Il dispositivo è compatibile con processi di saldatura senza piombo (Pb-free). Viene fornito un profilo di rifusione suggerito, conforme agli standard JEDEC. I parametri chiave includono:

• Pre-riscaldamento: 150-200°C
• Tempo di Pre-riscaldamento: Massimo 120 secondi.
• Temperatura di Picco: Massimo 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido: Il dispositivo deve essere esposto alla temperatura massima per un massimo di 10 secondi. Il reflow deve essere eseguito al massimo due volte.

Il profilo deve essere caratterizzato per il design specifico del PCB, i componenti, la pasta saldante e il forno utilizzati.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale:

• Temperatura del Saldatore: Massimo 300°C.
• Tempo di Saldatura: Massimo 3 secondi per piedino.
• Tentativi: La saldatura deve essere eseguita una sola volta. Evitare il riscaldamento ripetuto.

Si consiglia l'uso di un saldatore a temperatura controllata con punta fine.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura:

• Utilizzare solo gli agenti di pulizia specificati. Prodotti chimici non specificati potrebbero danneggiare la lente in epossidico o il package.
• I solventi consigliati sono alcol etilico o alcol isopropilico a temperatura ambiente normale.
• Il tempo di immersione deve essere inferiore a un minuto.

6.4 Storage & Handling

• ESD Precautions: I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD). Utilizzare braccialetti antistatici, tappetini antistatici e apparecchiature correttamente messe a terra durante la manipolazione.
• Sensibilità all'umidità: Secondo gli standard del settore, il dispositivo è probabilmente sensibile all'umidità. Se la confezione originale sigillata a barriera di umidità viene aperta:
  • Conservare a ≤30°C e ≤60% di umidità relativa.
  • Si consiglia di completare il riflusso IR entro una settimana dall'apertura.
  • Per una conservazione più prolungata fuori dalla confezione originale, conservare in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto.
  • Devices stored out of bag for >1 week should be baked at approximately 60°C for at least 20 hours before soldering to remove absorbed moisture and prevent "popcorning" during reflow.

7. Packaging & Ordering Information

7.1 Specifiche di Tape and Reel

• Dimensione del Reel: Diametro 7 pollici.
• Larghezza del Nastro: 8mm.
• Quantità per bobina: 3000 pezzi (bobina piena standard).
• Quantità Minima per Confezione: 500 pezzi per le quantità residue.
• Standard di Imballaggio: Conforme alle specifiche ANSI/EIA-481.
• Nastro di copertura: Le tasche vuote dei componenti sono sigillate con un nastro di copertura superiore.
• Componenti mancanti: Secondo le specifiche, è consentito un massimo di due lampade consecutive mancanti (tasche vuote).

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED è adatto per un'ampia gamma di applicazioni che richiedono un indicatore compatto e luminoso di colore verde, incluse ma non limitate a:

• Indicatori di stato e di alimentazione su elettronica di consumo (router, caricatori, elettrodomestici).
• Retroilluminazione per i tasti su tastiere o pannelli di controllo.
• Luci di stato del pannello di visualizzazione.
• Illuminazione interna automobilistica (funzioni non critiche, soggetta a ulteriore qualificazione).
• Dispositivi elettronici portatili.

È destinato a equipaggiamenti elettronici ordinari. Per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale, in cui un guasto potrebbe compromettere la sicurezza (aviazione, sistemi medici, sistemi di sicurezza dei trasporti), sono obbligatorie specifiche consultazioni e qualifiche.

8.2 Considerazioni sulla Progettazione del Circuito

• Limitazione di Corrente: UTILIZZARE SEMPRE una resistenza in serie per limitare la corrente o un circuito driver LED a corrente costante dedicato. Il valore si calcola utilizzando la Legge di Ohm: R = (V_supply - V_F) / I_F. Utilizzare la V massima_F dal datasheet (2.40V) per garantire che la corrente non superi i limiti anche con un componente a bassa V_F .
• Connessioni in parallelo: Evitare di collegare i LED direttamente in parallelo. Piccole variazioni in V_F possono causare uno squilibrio di corrente, in cui un LED assorbe la maggior parte della corrente e si guasta prematuramente. Utilizzare resistori di limitazione della corrente separati per ciascun LED o un driver a corrente costante con più canali.
• Connessioni in serie: Collegare i LED in serie garantisce una corrente identica attraverso ciascun dispositivo, il che è preferibile per una luminosità uniforme. Assicurarsi che la tensione di alimentazione sia sufficiente per la somma di tutte le V_F drops più un margine per il regolatore di corrente.
• Gestione Termica: Per un funzionamento continuo ad alte correnti o in ambienti ad alta temperatura, considerare il layout del PCB. Fornire un piccolo pad di rame sotto il pad termico del LED (se presente) o collegare i pad del catodo a un piano di rame più ampio può aiutare a dissipare il calore.
• Protezione dalla Tensione Inversa: Sebbene il LED possa sopportare fino a 5V in inversione, è buona norma nei circuiti in cui è possibile una polarità inversa (ad esempio, moduli installabili dall'utente) includere una protezione, come un diodo in serie o un diodo di shunt in parallelo al LED.

9. Technical Comparison & Differentiation

Rispetto alle tecnologie LED più datate, come i LED verdi standard in GaP (fosfuro di gallio), questo dispositivo basato su AlInGaP offre vantaggi significativi:

• Luminosità Superiore: Il materiale AlInGaP fornisce un'efficienza luminosa sostanzialmente superiore, risultando in una maggiore emissione di luce a parità di corrente di alimentazione.
• Purezza Cromatica Superiore: La larghezza spettrale a metà altezza è relativamente stretta (tipicamente 15nm), producendo un colore verde più saturo e puro rispetto ad alternative con spettro più ampio.
• Compatibilità con Processi Moderni: Il pacchetto e i materiali sono specificamente progettati per la compatibilità con processi di rifusione IR ad alta temperatura e senza piombo, essenziale per la produzione moderna conforme alla direttiva RoHS.
• Standardizzazione: Il formato EIA package e tape-and-reel garantisce un'integrazione senza soluzione di continuità nelle linee di assemblaggio automatizzate, riducendo i tempi di setup e gli errori di posizionamento rispetto ai componenti non standard o confezionati in bulk.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Qual è la differenza tra Peak Wavelength e Dominant Wavelength?

La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P) è la lunghezza d'onda fisica alla quale il LED emette la massima potenza ottica. Lunghezza d'onda dominante (λ_d) è la corrispondenza percettiva del colore – la singola lunghezza d'onda che l'occhio umano percepirebbe come lo stesso colore dell'emissione mista del LED. Per LED monocromatici come questo verde, spesso sono vicine, ma λ_d è il parametro chiave per la specifica del colore nella progettazione.

10.2 Posso pilotare questo LED senza una resistenza di limitazione di corrente se la mia alimentazione è esattamente 2.0V?

No, non è consigliato ed è rischioso. La tensione diretta (V_F) varia da 1,80V a 2,40V. Se si dispone di un'alimentazione da 2,0V e un LED con una V_F di 1,85V, una piccola differenza di 0,15V causerà il flusso di una corrente elevata e incontrollata (limitata solo dalla resistenza dinamica del LED e dalla resistenza parassita del circuito), che probabilmente supererà la corrente massima e danneggerà il LED. Utilizzare sempre un meccanismo di limitazione della corrente.

10.3 Perché esiste un sistema di binning e quale bin devo scegliere?

Le variazioni di produzione causano lievi differenze di colore e luminosità. Il binning suddivide i LED in gruppi per garantire uniformità. Scegli un bin in base alla tua applicazione:

• Per indicatori singoli, di solito va bene qualsiasi bin.
• Per più LED che devono apparire identici (ad esempio, una fila di spie di stato), specifica lo stesso bin di intensità e lunghezza d'onda (ad esempio, tutti "QD") per garantire uniformità visiva.
• Per l'output più luminoso, specificare la classe di intensità più alta (R). Per una specifica tonalità di verde, specificare la corrispondente classe di lunghezza d'onda (C, D o E).

10.4 Il datasheet menziona una dissipazione di potenza di 75mW. Come si calcola?

La dissipazione di potenza (P_d) in un LED viene calcolata principalmente come: P_d ≈ V_F * I_F. Ad esempio, alla corrente continua massima (I_F = 30mA) e un tipico V_F di 2,1V, P_d = 0,030A * 2,1V = 63mW, che è inferiore al massimo di 75mW. Utilizzare sempre il V massimo_F per il calcolo del caso peggiore: 0,030A * 2,40V = 72mW. Questo lascia un piccolo margine di sicurezza. Assicurarsi che le condizioni operative, inclusa la temperatura ambiente, consentano questa dissipazione senza surriscaldamento.

11. Practical Design & Usage Examples

11.1 Esempio 1: Circuito Indicatore Semplice a 5V

Obiettivo: Alimentare un singolo LED da un'alimentazione a 5V CC con una corrente I_F = 20mA. Calcolo: Si assuma il caso peggiore per V_F = 2,40 V._R = 5 V - 2,40 V = 2,60 V._R / I_F = 2,60 V / 0,020 A = 130 Ω. Selezione dei componenti: Scegliere il valore standard di resistenza più vicino, ad esempio 130Ω o 150Ω. Una resistenza da 150Ω produrrebbe una I_F ≈ (5V - 2.40V)/150Ω = 17.3mA, che è sicura e comunque luminosa. Potenza Nominale del Resistore: P_resistore = I² * R = (0.020)² * 150 = 0.06W. Un resistore standard da 1/8W (0.125W) o 1/4W è più che sufficiente.

11.2 Esempio 2: Pilotaggio di LED Multipli da un Alimentatore a 12V

Obiettivo: Alimentare tre LED in serie da un'alimentazione a 12V a I_F = 20mA. Calcolo: Totale V dei LED_F (caso peggiore max): 3 * 2.40V = 7.20V._R = 12V - 7.20V = 4.80V. Vantaggio: Il collegamento in serie garantisce una corrente identica attraverso tutti e tre i LED, assicurando una luminosità uniforme anche se le loro tensioni V_F differiscono. È necessaria solo una resistenza di limitazione della corrente, migliorando l'efficienza rispetto all'uso di tre resistenze separate.

12. Introduzione alla Tecnologia

12.1 Principio del Semiconduttore AlInGaP

AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) è un materiale semiconduttore composto III-V utilizzato principalmente per LED ad alta luminosità di colore rosso, arancione, giallo e verde. Regolando con precisione i rapporti di alluminio, indio, gallio e fosforo nel reticolo cristallino durante la crescita epitassiale, gli ingegneri possono "sintonizzare" il bandgap del materiale. L'energia del bandgap determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa quando gli elettroni si ricombinano con le lacune attraverso la giunzione. Rispetto ai materiali più datati, AlInGaP offre una maggiore efficienza quantica e stabilità termica per i colori nello spettro dal giallo al rosso, producendo dispositivi più luminosi e affidabili. L'emissione verde da questa specifica parte è ottenuta spingendo la composizione verso un'energia di bandgap più elevata.

13. Tendenze del Settore

13.1 Evoluzione dei LED Indicatori

La tendenza nei LED indicatori SMD continua verso:

• Maggiore Efficienza: Sviluppo di nuovi materiali per semiconduttori e strutture di chip (come i design flip-chip) per fornire più lumen per watt, riducendo il consumo energetico a parità di luminosità.
• Miniaturizzazione: I pacchetti stanno diventando più piccoli (ad esempio, dimensioni metriche 0402, 0201) per risparmiare prezioso spazio su PCB in dispositivi sempre più compatti come indossabili e smartphone ultra-sottili.
• Enhanced Reliability & Robustness: Materiali e processi di incapsulamento migliorati per resistere a temperature di rifusione più elevate, condizioni ambientali più severe e garantire una migliore resistenza all'umidità.
• Soluzioni Integrate: Sviluppo di LED con resistori limitatori di corrente integrati o driver IC ("LED driver in package") per semplificare la progettazione del circuito e ridurre il numero di componenti.
• Ampliamento della Gamma di Colori: Ricerca continua su materiali come il nitruro di gallio (GaN) su diversi substrati e sulla tecnologia a punti quantici per ottenere colori verde e ciano più puri e saturi, preziosi per display a colori completi e per l'illuminazione.

Dispositivi come quello documentato qui, con la loro conformità RoHS, compatibilità con la rifusione e alta luminosità, rappresentano l'attuale standard mainstream per applicazioni di indicatori generici.