Техническая документация на светодиод 3020 серии, однокристальный, 0.2Вт, белый - Размеры 3.0x2.0мм - Напряжение 3.2В - Мощность 0.2Вт

1. Обзор продукта

Серия 3020 представляет собой компактный высокопроизводительный светодиод для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для общего освещения, где требуются надежные и энергоэффективные источники белого света. Этот однокристальный светодиод мощностью 0.2Вт обеспечивает оптимальный баланс световой отдачи, тепловых характеристик и экономической эффективности, что делает его подходящим для широкого спектра коммерческих и промышленных осветительных приборов.

Его ключевые преимущества включают компактные размеры 3.0мм x 2.0мм, широкий угол обзора 110 градусов и надежную конструкцию, подходящую для стандартных процессов пайки оплавлением. Целевой рынок включает блоки подсветки, декоративное освещение, индикаторные лампы, а также интеграцию в различную потребительскую электронику и вывески.

2. Технические параметры и характеристики

2.1 Предельно допустимые значения (T_s=25°C)

Следующие параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению светодиода. Работа в этих условиях не гарантируется.

• Прямой ток (I_F):80 мА (постоянный)
• Импульсный прямой ток (I_FP):120 мА (Длительность импульса ≤10мс, Скважность ≤1/10)
• Рассеиваемая мощность (P_D):280 мВт
• Рабочая температура (T_opr):-40°C до +80°C
• Температура хранения (T_stg):-40°C до +80°C
• Температура перехода (T_j):125°C
• Температура пайки (T_sld):230°C или 260°C в течение 10 секунд (Пайка оплавлением)

2.2 Электрооптические характеристики (T_s=25°C, I_F=60мА)

Это типичные параметры производительности в стандартных условиях испытаний.

• Прямое напряжение (V_F):Типичное 3.2В, Максимальное 3.5В
• Обратное напряжение (V_R):5В
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА
• Угол обзора (2θ_1/2):110°

3. Объяснение системы бинирования

Продукт классифицируется по бинам для обеспечения однородности цвета и яркости в рамках одного применения. Код заказа определяет эти бины.

3.1 Правила нумерации моделей

Структура артикула: T [Код формы] [Количество кристаллов] [Код линзы] [Внутренний код] - [Код светового потока] [Код ЦТ]. Например, T3400SLA соответствует форме 3020 (34), одному маломощному кристаллу (S), без линзы (00), внутреннему коду A, с конкретными бинами светового потока и ЦТ, определяемыми конечным суффиксом.

3.2 Бинирование по коррелированной цветовой температуре (CCT)

Светодиоды сортируются в определенные эллипсы цветности на диаграмме CIE для гарантии однородности цвета. Стандартные бины для заказа:

• 2725K ±145K (Бин 27M5)
• 3045K ±175K (Бин 30M5)
• 3985K ±275K (Бин 40M5)
• 5028K ±283K (Бин 50M5)
• 5665K ±355K (Бин 57M7)
• 6530K ±510K (Бин 65M7)

Каждый бин определяется центральной точкой эллипса (x, y), радиусами большой/малой осей и углом поворота, соответствующим стандартам эллипсов Мак-Адама 5-го или 7-го шага для точного контроля цвета.

3.3 Бинирование по световому потоку

Поток бинируется по минимальному значению при 60мА. Таблицы определяют минимальный и типичный диапазоны потока для теплого белого (2700-3700K), нейтрального белого (3700-5000K) и холодного белого (5000-7000K), каждый доступен в стандартной (CRI≥70) и версии с высоким индексом цветопередачи (CRI≥80). Коды варьируются от D1 (например, мин. 18-19 лм) до D8 (например, мин. 25-26 лм).

3.4 Бинирование по прямому напряжению

Для облегчения согласования тока в схемах с несколькими светодиодами, V_Fбинируется с шагом 0.1В. Бины: B (2.8-2.9В), C (2.9-3.0В), D (3.0-3.1В), E (3.1-3.2В), F (3.2-3.3В), G (3.3-3.4В), H (3.5-3.6В).

3.5 Допуски измерений

• Световой поток: ±7%
• Прямое напряжение: ±0.08В
• Индекс цветопередачи (CRI): ±2
• Координаты цветности: ±0.005

4. Анализ характеристических кривых

4.1 Вольт-амперная характеристика (I-V)

График показывает зависимость прямого напряжения от прямого тока. Кривая типична для светодиода на основе GaN, демонстрируя экспоненциальный рост после напряжения включения (~2.7В). Работа при рекомендуемых 60мА обеспечивает оптимальную эффективность и долговечность, избегая области высоких токов, где эффективность падает, а тепловыделение значительно возрастает.

4.2 Относительный световой поток в зависимости от прямого тока

Эта кривая демонстрирует зависимость светового выхода от тока накачки. Хотя поток увеличивается с током, при высоких токах рост становится сублинейным из-за падения эффективности и повышения температуры перехода. Рабочая точка 60мА выбрана для баланса выхода и эффективности. Работа выше абсолютного максимального тока (80мА постоянный) резко сокращает срок службы и надежность.

4.3 Спектральное распределение мощности (SPD)

Кривая относительной спектральной энергии показывает спектр излучения для различных диапазонов ЦТ (2600-3700K, 3700-5000K, 5000-10000K). Холодные белые светодиоды имеют более выраженный синий пик от кристалла и меньше желтого/красного света, преобразованного люминофором, в то время как теплые белые светодиоды показывают более выраженное широкое излучение люминофора, что приводит к более высокому содержанию красного в спектре и более низкой коррелированной цветовой температуре.

4.4 Температура перехода в зависимости от относительной спектральной энергии

Этот график иллюстрирует влияние температуры перехода (T_j) на спектр светодиода. При увеличении T_jобщий спектральный выход обычно уменьшается (падение эффективности), а пиковая длина волны может незначительно смещаться. Эффективный тепловой менеджмент имеет решающее значение для поддержания стабильной цветовой точки и светового выхода в течение всего срока службы продукта.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры

Корпус светодиода имеет размеры 3.0мм (длина) x 2.0мм (ширина). Чертеж размеров определяет все критические измерения, включая высоту линзы и расположение контактных площадок. Допуски определены как ±0.10мм для размеров .X и ±0.05мм для размеров .XX.

5.2 Расположение контактных площадок и дизайн трафарета

Предоставлены отдельные схемы для рекомендуемого посадочного места на печатной плате (расположение площадок) и дизайна трафарета для паяльной пасты. Посадочное место обеспечивает правильное формирование паяного соединения и механическую стабильность. Дизайн трафарета контролирует объем наносимой паяльной пасты, что критически важно для получения надежных паяных соединений без перемычек или недостатка припоя. Следование этим рекомендациям необходимо для высокопроизводительной сборки.

5.3 Идентификация полярности

Катод обычно маркируется на корпусе светодиода. Схема расположения площадок также указывает подключения анода и катода. Правильная полярность должна соблюдаться во время сборки, чтобы предотвратить обратное смещение, которое может повредить светодиод при напряжениях, превышающих номинальное обратное напряжение (5В).

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Чувствительность к влаге и сушка

Корпус светодиода 3020 чувствителен к влаге (классификация MSL согласно IPC/JEDEC J-STD-020C). Воздействие атмосферной влаги после вскрытия влагозащитного пакета может привести к "взрыву" корпуса или расслоению во время пайки оплавлением из-за быстрого расширения пара.

• Хранение:Невскрытые пакеты должны храниться при температуре ниже 30°C/85% относительной влажности. После вскрытия хранить при 5-30°C с максимально низкой влажностью (рекомендуется <20% относительной влажности).
• Время жизни на производстве:Время между вскрытием пакета и пайкой оплавлением должно контролироваться. Проверьте индикаторную карточку влажности внутри пакета сразу после вскрытия.
• Условия сушки:Если светодиоды подвергались воздействию влаги сверх спецификаций, их необходимо просушить перед пайкой оплавлением. Рекомендуемая сушка: 60°C в течение 24 часов на оригинальной катушке. Не превышайте 60°C. Использовать в течение 1 часа после сушки или хранить в сушильном шкафу (<20% относительной влажности).

6.2 Профиль пайки оплавлением

Светодиод может выдерживать пиковую температуру пайки оплавлением 230°C или 260°C в течение максимум 10 секунд. Применим стандартный бессвинцовый (SAC305) профиль оплавления. Убедитесь, что скорость нагрева контролируется для минимизации термического удара. Предоставленный максимальный рейтинг температуры пайки не должен быть превышен, чтобы избежать повреждения эпоксидной линзы, люминофора или проводных соединений.

7. Упаковка и информация для заказа

Светодиоды обычно поставляются на ленте в катушках для автоматической сборки методом "pick-and-place". Конкретный размер катушки и количество упаковки следует уточнять у поставщика. Заказ осуществляется с использованием полного номера модели, который определяет все бинированные параметры: форма, количество кристаллов, линза, ЦТ и световой поток. Нестандартные комбинации бинов могут быть доступны по запросу.

8. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

8.1 Типичные сценарии применения

• Подсветка:Боковая или прямая подсветка для ЖК-дисплеев, вывесок и дисплеев.
• Декоративное освещение:Акцентное освещение, контурная подсветка и свет для создания настроения.
• Общее освещение:Интеграция в лампы, трубки и панели в виде массива.
• Индикаторные лампы:Индикаторы состояния на приборах и электронике.

8.2 Конструктивные соображения

• Управление током:Используйте драйвер постоянного тока, а не источник постоянного напряжения, для стабильного и постоянного светового выхода. Рекомендуемый рабочий ток составляет 60мА.
• Тепловой менеджмент:Несмотря на низкую мощность, эффективный отвод тепла жизненно важен для поддержания светового потока, стабильности цвета и долгого срока службы. Убедитесь, что печатная плата имеет достаточное количество тепловых переходных отверстий и площадь меди, подключенную к тепловой площадке светодиода (если применимо) или катодным площадкам.
• Оптический дизайн:Угол обзора 110 градусов обеспечивает широкое, рассеянное освещение. Для сфокусированных лучей требуются вторичная оптика (линзы, отражатели).
• Электрическая разводка:Держите токоведущие дорожки короткими и широкими, чтобы минимизировать падение напряжения. В массивах рассмотрите возможность последовательного соединения светодиодов, где это возможно, для обеспечения одинакового тока, или используйте параллельные цепочки с индивидуальными токоограничивающими резисторами, выбирая светодиоды из одного бина V_Fдля лучшего баланса тока.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми корпусами, такими как 3528, 3020 предлагает более компактные размеры, потенциально более высокую плотность компоновки. Его однокристальная конструкция мощностью 0.2Вт обеспечивает хороший баланс для применений, требующих больше света, чем типичный светодиод 0.1Вт, но где тепловая проблема светодиода 0.5Вт или 1Вт является препятствием. Широкий угол луча 110 градусов является ключевым отличием от светодиодов с узким углом, устраняя необходимость в рассеивателях во многих применениях и обеспечивая более равномерное освещение.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 В чем разница между типичным и максимальным прямым напряжением?

Типичное V_F(3.2В) - это ожидаемое значение для большинства образцов в условиях испытаний. Максимальное V_F(3.5В) - это верхний предел, гарантируемый спецификацией. Ваша схема драйвера должна быть рассчитана на подачу требуемого тока, даже если V_Fсветодиода находится на максимальном значении, особенно когда светодиоды соединены последовательно.

10.2 Могу ли я питать этот светодиод током 80мА непрерывно?

Хотя 80мА - это абсолютный максимальный постоянный ток, работа на этом пределе будет генерировать больше тепла, снижать световую отдачу (лм/Вт), ускорять деградацию светового потока и потенциально сокращать срок службы светодиода. Для оптимальной производительности и надежности следует использовать рекомендуемый рабочий ток 60мА.

10.3 Почему необходима сушка, и как узнать, нужна ли она моим светодиодам?

Сушка удаляет поглощенную влагу из пластикового корпуса, чтобы предотвратить повреждение во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением. Проверьте индикаторную карточку влажности внутри герметичного влагозащитного пакета сразу после вскрытия. Если карточка показывает, что предел воздействия влажности был превышен (например, розовая точка темнее эталонной), или если пакет был открыт во влажной среде дольше разрешенного времени жизни на производстве, требуется сушка.

10.4 Как интерпретировать код бина светового потока (например, D5)?

Код потока (D5) соответствует минимальному значению светового потока при 60мА для данного бина ЦТ и CRI. Например, холодный белый светодиод (5000-7000K), CRI≥70 с кодом D5 имеет минимальный поток 22 люмена и типичный максимум 23 люмена. Вы должны проектировать свою систему на основе минимального значения, чтобы гарантировать достижение целевых показателей производительности даже с образцами из нижних бинов.

11. Практический пример применения

Сценарий: Проектирование линейной светодиодной ленты.Конструктор создает светодиодную ленту на 24В длиной 0.6 метра с использованием светодиода 3020. Целевая освещенность требует 60 светодиодов. Для питания от 24В решено использовать 7 светодиодов последовательно (7 * 3.2В_тип.= 22.4В), оставляя запас для стабилизатора тока. Создаются 8 параллельных цепочек по 7 последовательных светодиодов (всего 56 светодиодов). Для обеспечения равномерной яркости указываются все светодиоды из одного бина ЦТ (например, 4000K нейтральный белый, бин 40M5) и узкого бина потока (например, D5). Также указывается одинаковый бин V_F(например, бин F: 3.2-3.3В) для улучшения баланса тока между 8 параллельными цепочками. Печатная плата проектируется с медным слоем 2 унции и тепловыми переходными отверстиями под площадками светодиодов, подключенными к алюминиевой подложке для отвода тепла. Инструкции по сборке предписывают сушить катушки, если влажность в цеху высокая, с последующим контролируемым процессом пайки оплавлением с использованием рекомендуемого профиля.

12. Введение в принцип работы

Белый светодиод по своей сути является полупроводниковым диодом. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее энергию его запрещенной зоны, электроны и дырки рекомбинируют в активной области (кристалле), высвобождая энергию в виде фотонов. Это первичное излучение обычно находится в синем или ультрафиолетовом спектре для кристаллов на основе GaN. Для получения белого света часть этого первичного света поглощается люминофорным покрытием (часто используется иттрий-алюминиевый гранат, легированный церием - YAG:Ce), нанесенным на кристалл или вокруг него. Люминофор преобразует высокоэнергетические синие/УФ-фотоны в широкий спектр низкоэнергетического желтого света. Смесь оставшегося синего света от кристалла и преобразованного желтого света от люминофора воспринимается человеческим глазом как белый. Путем регулировки состава и толщины люминофора можно достичь различных коррелированных цветовых температур (CCT) от теплого до холодного белого.

13. Технологические тренды и разработки

Общая тенденция для SMD-светодиодов, таких как 3020, направлена на повышение световой отдачи (больше люмен на ватт), улучшение цветопередачи (более высокие значения CRI и R9 для передачи красного) и большую однородность цвета (более узкое бинирование). Также акцент делается на повышении надежности и долговечности при более высоких рабочих температурах, что обусловлено требованиями к более компактным светильникам. Кроме того, отрасль продолжает разрабатывать более прочные и влагостойкие материалы корпусов для упрощения процессов обращения и сборки. Стремление к "человеко-ориентированному" освещению ведет к созданию светодиодов с регулируемой ЦТ и оптимизированным спектром для поддержки циркадных ритмов. Хотя в этом даташите описан стандартный белый светодиод, базовая технология корпуса является платформой, которая может быть адаптирована для этих растущих характеристик производительности.