Техническая документация на светодиодную лампу 204-10SYGC/S530-E2 - 5мм круглая - Напряжение 2.0В - Яркий желто-зеленый - 60мВт - Английский технический документ

1. Обзор продукта

204-10SYGC/S530-E2 — это светодиодная лампа сквозного монтажа высокой яркости, предназначенная для применений, требующих надежного и мощного освещения. Она использует полупроводниковый чип AlGaInP (фосфид алюминия-галлия-индия) для получения яркого желто-зеленого светового потока. Устройство заключено в стандартный 5-миллиметровый круглый корпус из прозрачной эпоксидной смолы, что обеспечивает компактное и универсальное решение для различных индикаторных применений и подсветки.

Данная серия светодиодов разработана для обеспечения стабильных характеристик с возможностью выбора угла обзора. Она соответствует основным экологическим и стандартам безопасности, включая RoHS (Ограничение использования опасных веществ), регламент ЕС REACH, и производится как бесгалогенный компонент, что гарантирует ее пригодность для современных электронных конструкций со строгими требованиями к материалам.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основными преимуществами данной светодиодной лампы являются высокая сила света, надежная конструкция и соответствие широкому спектру требований к условиям эксплуатации. Её прочная конструкция делает её подходящей для применений, где критически важна долгосрочная надежность. Продукт поставляется на ленте и в катушке для автоматизированных процессов сборки, что повышает эффективность производства.

Основные области применения данного устройства — это потребительская и промышленная электроника, где требуется четкая и яркая индикация. Типичные варианты использования включают индикаторы состояния, подсветку кнопок или панелей и общее освещение в компактных пространствах. Его технические характеристики делают его подходящим выбором для экономичных, но надежных осветительных решений.

2. Углубленный анализ технических параметров

В данном разделе представлена подробная и объективная интерпретация ключевых технических параметров, указанных в техническом описании. Понимание этих значений крайне важно для правильного проектирования схемы и обеспечения работы светодиода в пределах его безопасной рабочей области (SOA).

2.1 Absolute Maximum Ratings

Предельно допустимые параметры определяют граничные условия, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Это не условия нормальной эксплуатации.

• Continuous Forward Current (I_F): 25 мА. Это максимальный постоянный ток, который может непрерывно подаваться на светодиод в заданных условиях окружающей среды (T_a=25°C). Превышение этого значения приведет к чрезмерному нагреву, что может ухудшить состояние полупроводникового перехода и сократить срок службы.
• Пиковый прямой ток (I_FP): 60 мА. Данный номинальный ток применим к импульсному режиму работы с коэффициентом заполнения 1/10 на частоте 1 кГц. Это допускает кратковременные периоды более высокого тока, что может быть полезно для достижения более высокой мгновенной яркости в мультиплексированных или импульсных приложениях.
• Обратное напряжение (V_R): 5 В. Светодиод может выдерживать максимум 5 вольт в обратном смещении. Приложение более высокого обратного напряжения может вызвать пробой p-n перехода и катастрофический отказ. Конструкции схем должны включать защиту, такую как последовательный резистор или параллельный защитный диод, если возможны условия обратного напряжения.
• Рассеиваемая мощность (P_d): 60 мВт. Это максимальная общая мощность (V_F * I_F), которую корпус может рассеивать, не превышая максимальную температуру перехода. Для соблюдения этого предела необходимы соответствующий теплоотвод или снижение тока при более высоких температурах окружающей среды.
• Operating & Storage Temperature: Устройство рассчитано на работу в диапазоне от -40°C до +85°C и может храниться при температуре от -40°C до +100°C. Такой широкий диапазон обеспечивает функциональность в суровых условиях.
• Температура пайки: 260°C в течение 5 секунд. Это определяет максимальный тепловой профиль, который светодиод может выдержать во время волновой или ручной пайки без повреждения внутренних соединений или эпоксидной линзы.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры, измеренные при стандартном испытательном токе 20 мА и температуре окружающей среды 25°C, определяют оптические и электрические характеристики светодиода.

• Сила света (I_v): 125 мкд (мин.), 250 мкд (тип.). Этот параметр определяет количество видимого света, излучаемого в заданном направлении. Типичное значение 250 милликандел указывает на яркий выходной сигнал, подходящий для многих индикаторных применений. Минимальное гарантированное значение составляет 125 мкд, что важно для обеспечения стабильности конструкции.
• Угол обзора (2θ_1/2): 20° (Typ). Это полный угол, при котором сила света составляет половину пиковой интенсивности (измеренной на оси). Угол обзора 20° указывает на относительно узкий луч, концентрирующий свет в прямом направлении. Это идеально подходит для применений, требующих направленного источника света, а не широкоугольного освещения.
• Пиковая длина волны (λ_p): 575 нм (тип.). Это длина волны, на которой спектральное распределение мощности излучаемого света максимально. Для светодиода Brilliant Yellow Green это соответствует желто-зеленой области видимого спектра.
• Доминирующая длина волны (λ_d): 573 нм (тип.). Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая соответствует цвету светодиодного излучения. Это основной параметр для определения цвета.
• Прямое напряжение (V_F): 1.7 В (мин.), 2.0 В (тип.), 2.4 В (макс.) при I_F=20мА. Это падение напряжения на светодиоде при прямом смещении и протекании тока. Типичное значение 2.0В критически важно для расчета номинала токоограничивающего резистора в последовательной цепи: R = (V_{питания} - V_F) / I_FПроектирование на максимальное напряжение V_F обеспечивает достаточный ток во всех условиях.
• Обратный ток (I_R): 10 мкА (макс.) при V_R=5В. Это небольшой ток утечки, протекающий при обратном смещении диода в пределах его максимального номинала.

Неопределенности измерений: В техническом описании указаны конкретные допуски для ключевых измерений: ±0.1В для V_F, ±10% для I_v, и ±1.0нм для λ_dЭто необходимо учитывать в прецизионных применениях.

3. Анализ кривой производительности

Предоставленные характеристические кривые дают ценное представление о поведении светодиода в различных условиях, что крайне важно для надежного проектирования системы.

3.1 Относительная интенсивность в зависимости от длины волны

Эта кривая спектрального распределения показывает световой выход как функцию длины волны. Для желто-зеленого светодиода на основе AlGaInP спектр обычно представляет собой один относительно узкий пик, центрированный вокруг доминирующей длины волны (тип. 573 нм). Полная ширина на половине максимума (FWHM), обозначаемая как ширина полосы спектрального излучения (Δλ) тип. 20 нм, определяет чистоту цвета. Более узкая полоса указывает на более насыщенный, чистый цвет.

3.2 Диаграмма направленности

Кривая направленности (или диаграмма излучения) показывает, как интенсивность света изменяется в зависимости от угла относительно центральной оси. Для светодиода с углом обзора 20° эта кривая будет показывать резкое падение интенсивности за пределами примерно ±10° от центра. Эта картина зависит от формы эпоксидной линзы и положения кристалла внутри корпуса.

3.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Эта фундаментальная кривая демонстрирует экспоненциальную зависимость между током и напряжением в полупроводниковом диоде. Для светодиодов четко видно "напряжение включения" или "напряжение колена". Работа при напряжении значительно выше этого колена приводит к быстрому росту тока при небольшом увеличении напряжения. Это подчеркивает критическую важность использования токоограничивающего механизма (в простых схемах почти всегда последовательного резистора), а не попыток питания светодиода только от источника постоянного напряжения.

3.4 Относительная интенсивность в зависимости от прямого тока

Эта кривая показывает, что световой поток (сила света), как правило, пропорционален прямому току, но зависимость не является идеально линейной, особенно при высоких токах. Эффективность (световой выход на единицу электрической мощности) может снижаться при очень высоких токах из-за увеличения тепловыделения и других неидеальных эффектов. Важно работать в пределах рекомендуемого диапазона токов для оптимальной эффективности и долговечности.

3.5 Тепловые характеристики

Кривые для Относительная интенсивность в зависимости от температуры окружающей среды и Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды имеют решающее значение для управления тепловым режимом.

• Интенсивность в зависимости от температуры: Как правило, световой поток светодиода уменьшается с ростом температуры p-n-перехода. Данная кривая количественно определяет это снижение мощности. Для обеспечения надежной работы в условиях высоких температур может потребоваться уменьшение рабочего тока, чтобы компенсировать падение эффективности и предотвратить тепловой разгон.
• Прямое напряжение в зависимости от температуры: Прямое напряжение светодиода имеет отрицательный температурный коэффициент; оно уменьшается с ростом температуры. Это может иметь последствия для схем с постоянным напряжением питания, поскольку более низкое V_F при высокой температуре может привести к увеличению тока при отсутствии должного регулирования.

4. Механические и конструктивные данные

4.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод выполнен в стандартном 5-миллиметровом круглом корпусе с радиальными выводами. Ключевые размерные характеристики из технического описания включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах.
• Высота фланца (бортика в основании купола) должна быть менее 1,5 мм (0,059"). Это важно для обеспечения зазора при монтаже на печатную плату (PCB).
• Общий допуск для неуказанных размеров составляет ±0,25 мм, что является стандартным для данного типа компонента.

Габаритный чертеж содержит точные размеры шага выводов, диаметра корпуса, высоты линзы, а также длины и диаметра выводов. Эти параметры критически важны для проектирования посадочного места на печатной плате (PCB footprint), обеспечивая правильную установку в монтажные отверстия и корректное позиционирование линзы относительно панели или рассеивателя.

4.2 Определение полярности

Для светодиодов с радиальными выводами катод обычно определяется по плоскому срезу на ободке пластикового фланца и/или по более короткой длине вывода. На схеме в техническом описании должно быть четко указано, какой вывод является катодом (обычно тот, который отмечен плоским краем). Правильная полярность необходима для работы прибора.

5. Рекомендации по пайке и сборке

Соблюдение данных рекомендаций крайне важно для обеспечения надежности и долговечности светодиода после сборки.

5.1 Формовка выводов

• Изгиб должен производиться в точке на расстоянии не менее 3 мм от основания эпоксидной колбы, чтобы избежать передачи напряжения на внутренние проволочные соединения.
• Формовка должна быть выполнена до пайки, пока выводы и корпус находятся при комнатной температуре.
• Чрезмерное усилие при формовке может привести к растрескиванию эпоксидной смолы или повреждению внутреннего крепления кристалла.
• Отверстия в PCB должны идеально совпадать с выводами светодиода, чтобы избежать монтажных напряжений.

5.2 Процесс пайки

В техническом описании приведены конкретные рекомендации как для ручной, так и для волновой пайки:

• Ручная пайка: Максимальная температура жала паяльника 300°C (для паяльника мощностью до 30 Вт), время пайки не более 3 секунд на вывод. Минимальное расстояние от места пайки до эпоксидной колбы должно составлять 3 мм.
• Пайка погружением (волной): Максимальная температура предварительного нагрева 100°C в течение до 60 секунд. Максимальная температура паяльной ванны 260°C при максимальном времени погружения 5 секунд. Снова соблюдайте зазор 3 мм от колбы.
• Рекомендуемый график профиля пайки обычно показывает постепенный нагрев, контролируемое время выше температуры ликвидуса и контролируемое охлаждение. Следует избегать быстрых термических циклов.
• Критическое правило: Пайка погружением или ручная пайка должны выполняться только один раз. Повторный нагрев значительно увеличивает риск отказа.
• После пайки светодиод необходимо защищать от механических ударов или вибрации до тех пор, пока он не вернется к комнатной температуре, чтобы предотвратить нагрузку на горячую, размягченную эпоксидную смолу и внутренние соединения.

5.3 Условия хранения

Светодиоды чувствительны к влаге. Рекомендуемые условия хранения после отгрузки: температура 30°C или ниже и относительная влажность 70% или ниже, срок годности составляет 3 месяца. Для более длительного хранения (до одного года) их следует хранить в герметичном контейнере с азотной атмосферой и осушителем. Необходимо избегать резких перепадов температуры во влажной среде, чтобы предотвратить образование конденсата внутри корпуса.

5.4 Очистка

Если очистка после пайки необходима, используйте только изопропиловый спирт при комнатной температуре не более одной минуты. Ультразвуковая очистка настоятельно не рекомендуется, так как высокочастотные вибрации могут повредить хрупкие проводящие соединения внутри корпуса. Если это абсолютно необходимо, процесс должен быть предварительно тщательно квалифицирован.

6. Управление теплом и ЭСР

6.1 Теплоуправление

Эффективное управление тепловым режимом является ключом к надежности светодиодов и стабильному световому потоку. Ток должен быть соответствующим образом снижен при более высоких температурах окружающей среды, как указано на кривой снижения мощности. Температура вокруг светодиода в конечном применении должна контролироваться. Это часто включает в себя рассмотрение компоновки печатной платы (площадь меди для распределения тепла), воздушного потока в окружающей среде и, возможно, использование радиаторов для мощных или высокоплотных применений.

6.2 Защита от ESD (Electrostatic Discharge)

Полупроводниковый кристалл чрезвычайно чувствителен к электростатическому разряду. События ESD могут вызвать мгновенный отказ или скрытое повреждение, снижающее долгосрочную надежность. На всех этапах производства, сборки и обращения необходимо соблюдать соответствующие процедуры защиты от ESD. Это включает использование заземленных рабочих мест, браслетов и проводящих контейнеров. Указанные упаковочные материалы (антистатические пакеты) предназначены для защиты устройств во время транспортировки и хранения.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификация упаковки

Светодиоды упакованы для обеспечения защиты от влаги, электростатического разряда и механических повреждений:

• Primary Packing: Минимум 200-1000 штук упакованы в один антистатический пакет.
• Вторичная упаковка: Четыре пакета помещаются в одну внутреннюю коробку.
• Третичная упаковка: Десять внутренних коробок упаковываются в одну внешнюю транспортную коробку для отгрузки.

7.2 Объяснение маркировки

Упаковочные этикетки содержат несколько кодов для прослеживаемости и идентификации:

• CPN: Производственный номер заказчика.
• P/N: Производственный номер производителя (номер детали).
• Количество: Количество упаковки в пакете/коробке.
• CAT / Ранги: Может указывать на категории производительности (например, для световой интенсивности или длины волны).
• HUE: Dominant Wavelength value for that specific batch.
• Номер партии: Номер партии для полной прослеживаемости производства.

8. Рекомендации по применению и вопросы проектирования

8.1 Типовые схемы применения

Наиболее простая и распространённая схема управления одним светодиодом включает последовательный токоограничивающий резистор. Его сопротивление рассчитывается по формуле: R = (V_{питания} - V_F) / I_F. Например, при напряжении питания 5 В, типичном V_F 2.0 В и желаемом I_F 20 мА: R = (5 В - 2.0 В) / 0.020 А = 150 Ом. Номинальная мощность резистора должна быть не менее P = I_F² * R = (0.02)² * 150 = 0.06 Вт, поэтому стандартного резистора на 1/8 Вт (0.125 Вт) или 1/4 Вт достаточно.

Для управления несколькими светодиодами их обычно подключают последовательно (если напряжение питания достаточно высоко, чтобы преодолеть сумму V_F) с одним общим резистором или параллельно, каждый со своим последовательным резистором. Параллельное подключение без индивидуальных резисторов не рекомендуется из-за разброса V_F между светодиодами, что может привести к неравномерному распределению тока и яркости.

8.2 Соображения по проектированию

• Токовый привод: Всегда проектируйте на постоянный или хорошо стабилизированный ток, а не на напряжение.
• Тепловой расчет: Учитывайте температуру окружающей среды и обеспечьте достаточный теплоотвод на печатной плате, особенно при работе, близкой к максимальному постоянному току.
• Оптическая конструкция: Угол обзора 20° создает сфокусированный луч. Для более широкого освещения может потребоваться рассеивающая линза или отражатель. Прозрачная линза обеспечивает максимальное светопропускание.
• Защита от обратного напряжения: В схемах, где возможно обратное напряжение (например, при емкостной связи, индуктивных нагрузках), включите защитный диод параллельно светодиоду (катод к аноду), чтобы ограничить обратное напряжение до безопасного уровня (~0.7 В).

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с более старой технологией, такой как зеленые светодиоды на основе GaP (фосфида галлия), это устройство AlGaInP обеспечивает значительно более высокую яркость и эффективность при заданном токе. Цвет Brilliant Yellow Green часто визуально более различим и насыщен, чем стандартный зеленый.

В своей собственной категории круглых светодиодов 5 мм его ключевыми отличительными особенностями являются специфическое сочетание высокой типичной силы света (250 мкд), узкого угла обзора (20°) и полного соответствия современным экологическим стандартам (RoHS, REACH, без галогенов). Подробные и консервативные предельные параметры и рекомендации по обращению также указывают на конструкцию, ориентированную на надежность и долговечность в требовательных областях применения.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Можно ли питать этот светодиод от источника 3.3 В?
О: Да. Используя формулу R = (3.3В - 2.0В) / 0.020А = 65 Ом. Стандартный резистор номиналом 68 Ом обеспечит ток I_F ≈ 19.1 мА, что является допустимым.

Вопрос: Почему так важно соблюдать расстояние при пайке (3 мм от колбы)?
Ответ: Тепло распространяется по металлическим выводам. Если припой наносится слишком близко к эпоксидной колбе, избыточное тепло может размягчить или расколоть эпоксидную смолу, повредить внутреннее уплотнение или повторно расплавить внутренние проводящие соединения, что приведет к немедленному или периодическому отказу.

Вопрос: В datasheet указана типичная интенсивность 250 мкд. Что означает минимальное значение 125 мкд для моего проекта?
A: Вы должны спроектировать свою оптическую систему (например, требуемую яркость за рассеивателем) на основе минимального гарантированного значения (125 мкд), чтобы все изделия в производственной партии соответствовали требованиям. Типичное значение — это то, чего достигнет большинство изделий, но присутствует естественный разброс.

Q: Можно ли использовать этот светодиод на улице?
Ответ: Рабочий температурный диапазон (-40°C до +85°C) допускает уличное использование с точки зрения температуры. Однако эпоксидный корпус может быть подвержен УФ-деградации и проникновению влаги в течение очень длительных периодов, если он не герметизирован или не защищён должным образом. Для суровых уличных условий рекомендуется использовать светодиоды, специально предназначенные для таких условий (часто с силиконовыми линзами).

11. Пример практического применения

Сценарий: Проектирование панели индикации состояния для промышленного оборудования. На панели расположены несколько индикаторов, отображающих статус питания, неисправности и режима ожидания. Пространство ограничено, индикаторы должны быть хорошо видны в условиях яркого освещения.

Выбранное конструктивное решение: Светодиод 204-10SYGC/S530-E2 выбран для индикатора "Режим ожидания" благодаря его яркому желто-зеленому цвету, который отличается от красного (неисправность) и зеленого (питание включено). Его угол обзора 20° обеспечивает направление света в линию визирования оператора без чрезмерного рассеивания, улучшая контрастность. Светодиод питается током 15 мА (ниже испытательного тока 20 мА) через токоограничивающий резистор от шины постоянного тока 24 В оборудования. Такой пониженный ток увеличивает срок службы и снижает нагрев. Посадочное место на печатной плате спроектировано точно в соответствии с габаритами корпуса, с отверстиями 0,8 мм для выводов. Во время сборки специальная паяльная оснастка обеспечивает соблюдение правила зазора в 3 мм при групповой пайке волной припоя. Готовый узел проходит 48-часовое испытание на "прожиг" для отбраковки ранних отказов.

12. Принцип работы

Светодиоды (LED) — это полупроводниковые приборы, излучающие свет посредством электролюминесценции. Модель 204-10SYGC/S530-E2 использует полупроводниковое соединение AlGaInP (фосфид алюминия-галлия-индия). При подаче прямого напряжения на p-n-переход электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. При рекомбинации этих носителей заряда (электронов и дырок) высвобождается энергия. В данной конкретной материальной системе ширина запрещённой зоны такова, что высвобождаемая энергия соответствует фотону в жёлто-зелёном диапазоне длин волн (~573 нм). Корпус из прозрачной эпоксидной смолы служит линзой, формирующей выходной световой пучок и защищающей хрупкий полупроводниковый кристалл.

13. Технологические тренды

Хотя сквозные светодиоды, такие как круглый корпус 5 мм, остаются популярными для прототипирования, образовательных целей и некоторых промышленных применений, общая отраслевая тенденция значительно сместилась в сторону корпусов для поверхностного монтажа (SMD) (например, 0603, 0805, 2835, 5050). SMD-светодиоды обладают преимуществами в автоматизированной сборке, экономии места на плате и часто обеспечивают лучшие тепловые характеристики благодаря низкому профилю и прямому соединению с контактной площадкой печатной платы, которая действует как радиатор.

Кроме того, эффективность (люмен на ватт) светодиодной технологии продолжает улучшаться во всем цветовом диапазоне благодаря прогрессу в эпитаксиальном росте, конструкции кристалла и эффективности вывода света из корпуса. Для индикаторных применений акцент часто делается на надежности, цветовой стабильности и экономической эффективности, а не на достижении абсолютных пределов эффективности. Соответствие развивающимся экологическим нормам (таким как требования к отсутствию галогенов) остается ключевым драйвером для обновления компонентов и вывода новых продуктов.