Scheda Tecnica LED SMD LTST-C193KRKT-2A - Altezza 0,35mm - Tensione Diretta 1,6-2,2V - Colore Rosso - Potenza 75mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per il LTST-C193KRKT-2A, un LED chip ad alte prestazioni per montaggio superficiale, progettato per applicazioni elettroniche moderne che richiedono un'altezza del componente minima e prestazioni affidabili. Il dispositivo è un LED extra sottile che utilizza la tecnologia avanzata dei semiconduttori AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per produrre un'emissione luminosa rossa brillante. Il suo obiettivo progettuale principale è consentire l'integrazione in assemblaggi con vincoli di spazio senza compromettere le prestazioni ottiche o la producibilità.

I vantaggi principali di questo componente includono il suo profilo eccezionalmente basso di 0,35 mm, un parametro critico per l'elettronica di consumo sottile, i display e le applicazioni di indicazione. È progettato per essere compatibile con le linee di assemblaggio automatiche standard pick-and-place e i processi di saldatura a rifusione ad alto volume, inclusi i metodi a infrarossi (IR) e a fase di vapore. Il prodotto è classificato come Prodotto Verde e rispetta le direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), rendendolo adatto a progetti attenti all'ambiente e ai mercati globali.

1.1 Caratteristiche Principali e Mercato di Riferimento

Il LTST-C193KRKT-2A è caratterizzato da diverse caratteristiche chiave che ne definiscono l'ambito applicativo. L'utilizzo di un chip AlInGaP è centrale per le sue prestazioni, offrendo un'efficienza luminosa superiore e una migliore stabilità termica rispetto ai materiali LED tradizionali per l'emissione rossa. Il package è standardizzato secondo le norme EIA (Electronic Industries Alliance), garantendo un'ampia compatibilità con le librerie di progettazione del settore e le attrezzature di assemblaggio.

Il mercato di riferimento per questo LED spazia su un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche. Le sue applicazioni principali si trovano nei dispositivi per l'automazione d'ufficio (stampanti, scanner, fotocopiatrici), nelle apparecchiature di comunicazione (router, modem, switch) e negli elettrodomestici dove è richiesta l'indicazione di stato, l'illuminazione di sfondo per pulsanti o l'illuminazione funzionale. Il suo profilo sottile lo rende particolarmente attraente per dispositivi portatili, cornici ultra sottili di monitor e TV e qualsiasi applicazione in cui l'altezza Z è un vincolo progettuale critico. La compatibilità del dispositivo con il posizionamento automatico e la saldatura a rifusione lo rende ideale per una produzione ad alto volume e conveniente.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Una comprensione approfondita dei parametri elettrici, ottici e termici è essenziale per una progettazione del circuito affidabile e l'integrazione nel sistema. Tutte le specifiche sono definite a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C salvo diversa indicazione.

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 non sono condizioni operative.

• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW. Questa è la quantità massima di potenza che il package LED può dissipare sotto forma di calore. Superare questo limite rischia di danneggiare termicamente la giunzione del semiconduttore e la lente in epossidica.
• Corrente Diretta Continua (IF):30 mA. La massima corrente diretta continua che può essere applicata. Per il funzionamento in impulsi, è consentita una Corrente Diretta di Picco più alta di 80 mA in condizioni specifiche (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0,1 ms).
• Derating della Corrente Diretta:0,4 mA/°C lineare da 25°C. Questo è un parametro critico per la gestione termica. Man mano che la temperatura ambiente sale sopra i 25°C, la corrente continua massima consentita deve essere ridotta. Ad esempio, a 50°C, la corrente massima è 30 mA - [0,4 mA/°C * (50-25)°C] = 20 mA.
• Tensione Inversa (VR):5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può causare la rottura della giunzione.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-55°C a +85°C. Questo ampio intervallo garantisce l'affidabilità in ambienti ostili.
• Tolleranza alla Temperatura di Saldatura:Il dispositivo può resistere alla saldatura a onda a 260°C per 5 secondi, alla rifusione IR a 260°C per 5 secondi e alla rifusione a fase di vapore a 215°C per 3 minuti. Questi parametri sono vitali per definire la finestra di processo di assemblaggio.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni tipiche del LED in condizioni operative normali.

• Intensità Luminosa (Iv):Varia da un minimo di 1,80 mcd a un massimo di 11,2 mcd a una corrente di prova (IF) di 2 mA. L'intensità effettiva per un'unità specifica è determinata dal suo Codice Bin (vedi Sezione 3). La misurazione utilizza un sensore filtrato per approssimare la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE.
• Angolo di Visione (2θ1/2):130 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore sull'asse centrale (0 gradi). Un ampio angolo di visione come questo è adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia e diffusa piuttosto che un fascio focalizzato.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λP):639 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima. Definisce la tonalità percepita della luce rossa.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):629 nm. Derivata dal diagramma di cromaticità CIE, questa è la singola lunghezza d'onda che meglio rappresenta il colore percepito dall'occhio umano. Tipicamente è leggermente più corta della lunghezza d'onda di picco per i LED rossi AlInGaP.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):20 nm. Questo indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa. Un valore più piccolo indica una sorgente luminosa più monocromatica.
• Tensione Diretta (VF):1,60 V a 2,20 V a IF = 2 mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. È cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente. La variazione è dovuta alle normali tolleranze di produzione dei semiconduttori.
• Corrente Inversa (IR):10 µA massimo a VR = 5 V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il dispositivo è polarizzato inversamente entro il suo valore massimo.
• Capacità (C):40 pF tipico a VF = 0V, f = 1 MHz. Questa capacità parassita può essere rilevante nelle applicazioni di commutazione ad alta frequenza.
• Soglia ESD (HBM):1000 V. Questo valore del modello del corpo umano indica la sensibilità del LED alle scariche elettrostatiche. È classificato come moderatamente sensibile; sono obbligatorie le corrette procedure di manipolazione ESD.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per gestire la variazione naturale nella produzione dei semiconduttori, i LED vengono suddivisi in bin di prestazioni. Il LTST-C193KRKT-2A utilizza un sistema di binning principalmente per l'Intensità Luminosa.

L'intensità viene misurata nella condizione di prova standard di IF = 2 mA. Le unità sono suddivise nei seguenti bin:

• Bin G:1,80 mcd (Min) a 2,80 mcd (Max)
• Bin H:2,80 mcd a 4,50 mcd
• Bin J:4,50 mcd a 7,10 mcd
• Bin K:7,10 mcd a 11,20 mcd

Una tolleranza di +/-15% viene applicata ai limiti di ciascun bin. Questo binning consente ai progettisti di selezionare LED con una luminosità minima garantita per la loro applicazione, assicurando coerenza nell'aspetto del prodotto finale, specialmente quando vengono utilizzati più LED affiancati. Per applicazioni critiche con abbinamento del colore, si consiglia di consultare il produttore per informazioni specifiche sul binning della cromaticità, poiché la scheda tecnica dettaglia principalmente i bin di intensità.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene la scheda tecnica fornisca dati tabellari, comprendere le relazioni tra i parametri attraverso le curve caratteristiche è vitale per una progettazione robusta.

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

La relazione tra corrente diretta (IF) e tensione diretta (VF) è non lineare e di natura esponenziale, tipica di un diodo. L'intervallo specificato di VF di 1,6V-2,2V a 2mA fornisce un punto operativo chiave. I progettisti devono notare che VF diminuirà con l'aumentare della temperatura per una data corrente, il che può influenzare la corrente assorbita in un semplice circuito limitato da resistore se non adeguatamente considerato.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'emissione luminosa (intensità luminosa) è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta nel tipico intervallo operativo. Tuttavia, l'efficienza (lumen per watt) può raggiungere un picco a una certa corrente e poi diminuire a causa di effetti termici ed elettrici. Operare a o al di sotto della corrente continua raccomandata garantisce efficienza e longevità ottimali.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Le prestazioni di un LED sono significativamente influenzate dalla temperatura. Gli effetti chiave includono:

• Intensità Luminosa:L'emissione diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Il derating della corrente diretta è direttamente collegato alla gestione di questo effetto termico per mantenere luminosità e affidabilità.
• Tensione Diretta:VF tipicamente diminuisce con l'aumentare della temperatura (coefficiente di temperatura negativo).
• Lunghezza d'Onda:Le lunghezze d'onda di picco e dominante si sposteranno leggermente (solitamente verso lunghezze d'onda più lunghe) all'aumentare della temperatura, il che può influenzare la percezione del colore in applicazioni di precisione.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Polarità

Il LED è alloggiato in un package per montaggio superficiale molto compatto. La caratteristica meccanica distintiva è la sua altezza di soli 0,35 mm. Nel datasheet sono forniti disegni dimensionati dettagliati, inclusi lunghezza, larghezza e posizione della lente ottica. Il package segue un'impronta standard per LED chip. La polarità è indicata da una marcatura o da un angolo smussato sul package. L'orientamento corretto durante l'assemblaggio è critico, poiché applicare una polarizzazione inversa può danneggiare il dispositivo.

5.2 Progetto Consigliato dei Piazzole di Saldatura

Per garantire giunti di saldatura affidabili e un corretto allineamento durante la rifusione, viene suggerito un layout specifico delle piazzole di saldatura (land pattern). Il datasheet fornisce queste dimensioni. Rispettare questo schema aiuta a prevenire problemi come il tombstoning (dove un'estremità del componente si solleva dalla piazzola) o il disallineamento. Viene specificato uno spessore consigliato dello stencil di 0,10 mm massimo per controllare il volume di pasta saldante depositata.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profili di Saldatura a Rifusione

Il datasheet fornisce due profili di rifusione a infrarossi (IR) suggeriti: uno per il processo di saldatura normale (stagno-piombo) e uno per il processo di saldatura senza piombo (Pb-free). Il profilo senza piombo ha tipicamente una temperatura di picco più alta (es. 260°C) per adattarsi al punto di fusione più alto delle leghe senza piombo come SAC (Sn-Ag-Cu). Entrambi i profili includono parametri critici:

• Preriscaldamento/Rampa di Salita:Una fase di riscaldamento controllata per portare gradualmente il circuito stampato e i componenti a temperatura, minimizzando lo shock termico e prevenendo lo spattering della pasta saldante.
• Stabilizzazione/Pre-rifusione:Un plateau di temperatura per consentire al flussante nella pasta saldante di attivarsi e ai volatili di fuoriuscire, e per equalizzare le temperature nell'assemblaggio.
• Rifusione/Picco:La temperatura supera il punto liquidus della saldatura, permettendole di fondere, bagnare le piazzole e i terminali del componente e formare un giunto metallurgico corretto. Il tempo sopra il liquidus (TAL) e la temperatura di picco devono essere controllati entro la tolleranza del LED (5 sec a 260°C max).
• Raffreddamento:Un raffreddamento controllato per solidificare il giunto e minimizzare lo stress termico.

6.2 Precauzioni per Stoccaggio e Manipolazione

Uno stoccaggio corretto è essenziale per mantenere la saldabilità. I LED rimossi dalla loro confezione originale a barriera di umidità sono igroscopici e possono assorbire umidità. Se stoccati per periodi prolungati (più di 672 ore o 28 giorni) al di fuori della confezione asciutta, devono essere sottoposti a baking (es. a 60°C per 24 ore) prima della rifusione per eliminare l'umidità e prevenire il "popcorning" o la rottura del package durante il processo di saldatura ad alta temperatura. Per lo stoccaggio a lungo termine, utilizzare contenitori sigillati con essiccante o in atmosfera di azoto.

6.3 Pulizia

Se è necessaria una pulizia post-saldatura, devono essere utilizzati solo solventi specificati. Il datasheet raccomanda l'immersione in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto. Prodotti chimici aggressivi o non specificati possono danneggiare il materiale della lente epossidica, causando opacizzazione, crepe o scolorimento.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

Il LTST-C193KRKT-2A è fornito in confezionamento standard del settore per l'assemblaggio automatico.

• Nastro e Bobina:I componenti sono posizionati in un nastro portatore goffrato, che viene poi sigillato con un nastro di copertura. La larghezza del nastro è di 8 mm.
• Dimensione Bobina:7 pollici di diametro.
• Quantità per Bobina:5000 pezzi.
• Quantità Minima d'Ordine (MOQ):500 pezzi per quantità residue.
• Standard di Confezionamento:Conforme alle specifiche ANSI/EIA-481-1-A, garantendo la compatibilità con gli alimentatori a nastro standard sulle macchine di posizionamento.

Il numero di parte LTST-C193KRKT-2A stesso codifica attributi specifici del prodotto, sebbene i dettagli completi della convenzione di denominazione si trovino tipicamente in una guida separata alla selezione del prodotto.

8. Raccomandazioni per la Progettazione Applicativa

8.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. L'aspetto più critico del circuito di pilotaggio è il controllo della corrente. Un semplice resistore in serie è il metodo più comune, ma la sua progettazione richiede attenzione.

Calcolo del Resistore in Serie (R_S):

R_S= (V_{ALIMENTAZIONE}- V_F) / I_F

Dove:

V_{ALIMENTAZIONE}= Tensione di alimentazione

V_F= Tensione diretta del LED (utilizzare il valore massimo dal datasheet, 2,2V, per un progetto conservativo)

I_F= Corrente diretta desiderata (deve essere ≤ 30 mA CC)

Esempio:Per un'alimentazione di 5V e una corrente target di 20 mA:

R_S= (5V - 2,2V) / 0,020 A = 140 Ω. Verrebbe selezionato il valore standard più vicino (es. 150 Ω), risultando in una corrente leggermente inferiore.

Considerazione Importante - Collegamento in Parallelo:Non è raccomandato collegare direttamente più LED in parallelo con un singolo resistore limitatore di corrente (Circuito B nel datasheet). A causa delle variazioni naturali nelle caratteristiche I-V dei singoli LED (anche dello stesso bin), un LED potrebbe assorbire significativamente più corrente degli altri, portando a una luminosità non uniforme e a uno stress potenziale di un dispositivo. La pratica raccomandata è utilizzare un resistore in serie separato per ciascun LED (Circuito A). Per pilotare più LED in modo efficiente, sono preferiti circuiti integrati driver a corrente costante o circuiti driver LED dedicati.

8.2 Gestione Termica

Nonostante la sua bassa potenza, un'efficace gestione termica è importante per longevità e prestazioni stabili. Il fattore di derating di 0,4 mA/°C deve essere applicato nei progetti in cui si prevede un aumento significativo della temperatura ambiente vicino al LED (es. all'interno di un contenitore sigillato, vicino ad altri componenti che generano calore). Garantire un'adeguata circolazione d'aria o uno smaltimento termico nel layout del PCB può aiutare a mitigare l'aumento di temperatura.

8.3 Protezione ESD

Con una soglia ESD di 1000V (HBM), il LED è suscettibile ai danni da comuni scariche elettrostatiche. L'implementazione di misure di protezione ESD è non negoziabile:

• Utilizzare postazioni di lavoro messe a terra, tappetini conduttivi e braccialetti antistatici.
• Stoccare e trasportare i componenti in imballaggi antistatici.
• Considerare l'incorporazione di diodi di soppressione della tensione transiente (TVS) o altri circuiti di protezione sui PCB se il LED è collegato a interfacce esterne che potrebbero essere esposte a eventi ESD.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LTST-C193KRKT-2A si differenzia sul mercato principalmente attraverso il suo profilo ultra sottile di 0,35 mm. Rispetto ai LED chip standard che spesso hanno un'altezza di 0,6 mm o 1,0 mm, questo rappresenta una riduzione del 40-65%, abilitando nuove possibilità di design industriale. L'uso della tecnologia AlInGaP fornisce vantaggi rispetto ai vecchi LED rossi GaAsP (Fosfuro di Gallio Arseniuro), offrendo una maggiore efficienza (più luce emessa per mA), una migliore stabilità termica e un colore rosso più saturo e "più vero". La sua compatibilità con i processi di rifusione ad alta temperatura senza piombo (Pb-free) lo rende a prova di futuro per le normative e le linee di produzione moderne.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3,3V?

R: Possibilmente, ma richiede calcolo. Con una VF tipica di ~1,9V, sarebbe necessario un resistore in serie per limitare la corrente. Tuttavia, è necessario assicurarsi che il pin del MCU possa erogare la corrente richiesta (es. 20mA) senza superare le sue specifiche. Utilizzare un transistor come interruttore è spesso un approccio più sicuro e flessibile.

D2: Perché l'intensità luminosa è specificata a una corrente così bassa (2mA)?

R: 2mA è una condizione di prova standard per LED indicatori a bassa corrente. Consente un facile confronto tra prodotti diversi e fornisce una linea di base. L'intensità sarà più alta a correnti più elevate, ma la relazione non è perfettamente lineare e l'efficienza potrebbe diminuire.

D3: Il datasheet mostra un ampio angolo di visione (130°). E se avessi bisogno di un fascio più focalizzato?

R: Questo package specifico è progettato per un'emissione ad ampio angolo. Per un fascio più stretto, sarebbe necessario selezionare un LED in un package diverso (es. con una lente più piccola o un riflettore incorporato) o utilizzare un'ottica secondaria esterna (come una lente collimatrice).

D4: Come interpreto il codice bin quando ordino?

R: Specificare il bin di intensità richiesto (G, H, J o K) in base alla luminosità minima necessaria per la tua applicazione. Ad esempio, se il tuo progetto richiede almeno 5,0 mcd, devi ordinare il Bin J (4,50-7,10 mcd) o il Bin K (7,10-11,20 mcd). Ordinare "luminosità standard" potrebbe risultare in qualsiasi bin, potenzialmente causando disallineamenti di luminosità nel tuo prodotto.

11. Esempi Pratici di Progettazione e Utilizzo

Esempio 1: Indicatore di Stato su un Dispositivo Portatile

In uno smartphone o tablet sottile, lo spazio dietro il vetro o la mascherina in plastica è estremamente limitato. L'altezza di 0,35 mm di questo LED consente di posizionarlo direttamente sul PCB principale sotto una sottile guida luminosa o un film diffusore, indicando lo stato di carica, gli avvisi di notifica o l'illuminazione di sfondo dei pulsanti capacitivi senza aumentare lo spessore del dispositivo.

Esempio 2: Illuminazione di Sfondo per Interruttori a Membrana

Per pannelli di controllo industriali o apparecchiature mediche con tastiere a membrana, un'illuminazione uniforme sotto ogni tasto è cruciale. Più LED LTST-C193KRKT-2A possono essere posizionati attorno ai bordi del pannello degli interruttori. Il loro ampio angolo di visione aiuta a creare un'illuminazione di sfondo uniforme sull'area dei tasti. Il metodo di pilotaggio con resistore separato per LED garantisce che tutti i tasti abbiano una luminosità coerente indipendentemente dalle variazioni di VF.

Esempio 3: Integrazione in un Display con Cornice Ultra Sottile

Monitor e TV moderni mirano a cornici larghe solo pochi millimetri. Questo LED può essere montato su un circuito stampato flessibile (FPC) che corre lungo il bordo del pannello display per fornire un'illuminazione ambientale di bias o un sottile indicatore di alimentazione, contribuendo all'estetica elegante senza compromettere il profilo sottile.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

Il LTST-C193KRKT-2A si basa sulla tecnologia dei semiconduttori AlInGaP. Questo sistema di materiali viene cresciuto epitassialmente su un substrato. Quando viene applicata una tensione diretta attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. In AlInGaP, questa ricombinazione rilascia principalmente energia sotto forma di fotoni (luce) nella parte rossa e giallo-arancio dello spettro visibile. Il rapporto specifico di Alluminio, Indio, Gallio e Fosfuro nel reticolo cristallino determina l'energia del bandgap e quindi la lunghezza d'onda della luce emessa. La lente "water clear" è tipicamente realizzata in epossidica o silicone trasparente alla lunghezza d'onda emessa ed è modellata per definire il pattern di emissione luminosa (in questo caso, un ampio angolo di visione).

13. Tendenze e Sviluppi del Settore

La tendenza nei LED per indicatori e illuminazione funzionale continua verso la miniaturizzazione, una maggiore efficienza e una maggiore integrazione. L'altezza di 0,35 mm di questo componente rappresenta la spinta continua verso package più sottili. Gli sviluppi futuri potrebbero includere package chip-scale (CSP) ancora più sottili, dove il die LED è montato direttamente senza un tradizionale package plastico. C'è anche una forte tendenza verso un'affidabilità più elevata e una vita più lunga in condizioni operative ad alta temperatura, guidata dalle applicazioni automobilistiche e industriali. Inoltre, la domanda di coerenza cromatica precisa e tolleranze di binning più strette sta aumentando per applicazioni nell'illuminazione di sfondo dei display e nell'illuminazione archittonica dove l'abbinamento dei colori è critico. La tecnologia AlInGaP sottostante continua ad essere perfezionata per una maggiore efficienza, potenzialmente riducendo il consumo energetico per una data emissione luminosa nelle generazioni future.