Техническая спецификация двухцветного AlInGaP SMD светодиода - Габаритные размеры корпуса - Зеленый 2.0В / Оранжевый 2.0В - Мощность 75 мВт

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны технические характеристики высокоэффективного двухцветного светодиода (LED) для поверхностного монтажа (SMD). Устройство содержит два различных полупроводниковых кристалла на основе AlInGaP (фосфида алюминия-индия-галлия) в одном корпусе, что позволяет излучать зеленый и оранжевый свет. Оно спроектировано для совместимости с автоматизированными сборочными процессами и современными технологиями пайки, что делает его пригодным для массового электронного производства.

Ключевые преимущества данного продукта включают соответствие экологическим нормам (RoHS), использование передовой технологии AlInGaP для достижения высокой яркости, а также стандартизированный форм-фактор корпуса, обеспечивающий широкую совместимость с промышленным монтажным и паяльным оборудованием. Основные целевые рынки — потребительская электроника, промышленные индикаторы, интерьерная подсветка в автомобилях и различные сигнальные устройства, где требуется надежная двухцветная индикация.

2. Детальный анализ технических параметров

2.1 Предельные режимы эксплуатации

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность (P_d):75 мВт на каждый цветовой кристалл при температуре окружающей среды (T_a) 25°C. Превышение этого значения грозит тепловой перегрузкой.
• Прямой ток:Максимальный постоянный прямой ток (I_F) составляет 30 мА. Более высокий пиковый прямой ток 80 мА допустим только в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для предотвращения перегрева.
• Снижение тока:Максимально допустимый постоянный прямой ток линейно уменьшается со скоростью 0.4 мА/°C при повышении температуры окружающей среды выше 25°C. Это критически важный фактор при проектировании для высокотемпературных сред.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Приложение обратного смещения выше этого значения может вызвать пробой p-n перехода.
• Температурные диапазоны:Устройство может работать и храниться в широком температурном диапазоне от -55°C до +85°C.
• Допуск пайки:Светодиод выдерживает волновую или инфракрасную пайку при 260°C в течение 5 секунд или пайку в паровой фазе при 215°C в течение 3 минут, что подтверждает его надежность для стандартных процессов SMT оплавления.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измерены в стандартных тестовых условиях (T_a=25°C, I_F=20 мА) и определяют производительность устройства.

• Сила света (I_V):Ключевой показатель яркости. Типичная сила света зеленого кристалла составляет 35.0 мкд (мин. 18.0 мкд), в то время как оранжевый кристалл значительно ярче — типичное значение 90.0 мкд (мин. 28.0 мкд). Измерение проводится с использованием датчика с фильтром, соответствующим фотопической кривой чувствительности человеческого глаза (кривая МКО).
• Угол обзора (2θ_1/2):Приблизительно 130 градусов для обоих цветов. Такой широкий угол обзора указывает на диффузную диаграмму направленности, что подходит для применений, требующих видимости с широкого диапазона углов.
• Длина волны:Типичная доминирующая длина волны (λ_d) зеленого кристалла составляет 571 нм, а пиковая длина волны излучения (λ_p) — 574 нм. Оранжевый кристалл излучает на типичной λ_d605 нм и λ_p611 нм. Полуширина спектра (Δλ) составляет приблизительно 15 нм для зеленого и 17 нм для оранжевого цвета, определяя чистоту цвета.
• Прямое напряжение (V_F):Типично 2.0 В для обоих цветов при токе 20 мА, максимум 2.4 В. Это низкое напряжение совместимо с распространенными источниками питания логического уровня.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА при обратном смещении 5 В, что указывает на высокое качество p-n перехода.
• Емкость (C):Типично 40 пФ при смещении 0 В и частоте 1 МГц. Этот параметр важен для высокочастотных коммутационных применений.

3. Объяснение системы сортировки

Светодиоды сортируются по группам (бинаризация) на основе силы света и доминирующей длины волны для обеспечения стабильности в производственных партиях. Конструкторы могут указывать конкретные группы для достижения однородного внешнего вида в своих изделиях.

3.1 Сортировка по силе света

Длязеленогокристалла группы варьируются от M (18.0-28.0 мкд) до Q (71.0-112.0 мкд). Дляоранжевогокристалла группы варьируются от N (28.0-45.0 мкд) до R (112.0-180.0 мкд). В пределах каждой группы допускается отклонение ±15%.

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны (только зеленый)

Зеленые светодиоды дополнительно сортируются по доминирующей длине волны: группа C (567.5-570.5 нм), группа D (570.5-573.5 нм) и группа E (573.5-576.5 нм) с допуском ±1 нм на группу. Это позволяет точно подбирать цвет для критически важных применений.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя в спецификации приведены ссылки на конкретные графики (Рис.1, Рис.6), типичные кривые для подобных устройств иллюстрируют следующие зависимости:

• Вольт-амперная характеристика (ВАХ):Показывает экспоненциальную зависимость между прямым напряжением и током. Кривая имеет отчетливый изгиб в районе типичного V_F2.0В.
• Зависимость силы света от прямого тока:В нормальном рабочем диапазоне (до номинального постоянного тока) сила света, как правило, линейно возрастает с увеличением тока.
• Зависимость силы света от температуры окружающей среды:Сила света обычно снижается с ростом температуры из-за уменьшения внутренней квантовой эффективности. Коэффициент снижения тока 0.4 мА/°C используется для электрической компенсации этого эффекта.
• Спектральное распределение:График относительной излучаемой мощности в зависимости от длины волны, показывающий одиночный пик на λ_p(574 нм для зеленого, 611 нм для оранжевого) с указанной полушириной.

5. Механическая информация и упаковка

5.1 Габаритные размеры корпуса и полярность

Устройство соответствует стандартному контуру корпуса SMD по стандарту EIA. Распиновка четко определена: выводы 1 и 3 предназначены для зеленого кристалла, а выводы 2 и 4 — для оранжевого. Линза прозрачная ("water clear"). Все размерные допуски составляют ±0.10 мм, если не указано иное.

5.2 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок

Предоставлена рекомендация по рисунку контактных площадок для обеспечения надежного формирования паяных соединений, правильного позиционирования и достаточной механической прочности во время и после процесса оплавления. Соблюдение этого рисунка критически важно для производственной выхода годных изделий.

6. Руководство по пайке и монтажу

6.1 Профили оплавления припоя

Предоставлены детальные рекомендуемые профили как для стандартного (SnPb), так и для бессвинцового (SnAgCu) процессов пайки с использованием инфракрасного (ИК) оплавления. Ключевые параметры включают зоны предварительного нагрева, время выше температуры ликвидуса, пиковую температуру (рекомендуется макс. 240°C) и скорости охлаждения. Эти профили необходимы для предотвращения теплового удара и обеспечения надежных паяных соединений без повреждения корпуса светодиода.

6.2 Хранение и обращение

• Хранение:Светодиоды должны храниться в условиях, не превышающих 30°C и 70% относительной влажности. Компоненты, извлеченные из влагозащитной упаковки, должны быть оплавлены в течение одной недели или просушены перед использованием, если хранились дольше.
• Очистка:При необходимости очистку следует проводить только указанными растворителями, такими как этиловый или изопропиловый спирт, при комнатной температуре в течение менее одной минуты. Неуказанные химикаты могут повредить эпоксидную линзу.
• Меры предосторожности от ЭСР:Устройство чувствительно к электростатическому разряду (ЭСР). Процедуры обращения включают использование заземленных браслетов, антистатических ковриков и обеспечение надлежащего заземления всего оборудования.

7. Информация об упаковке и заказе

Светодиоды поставляются на стандартных для отрасли катушках диаметром 7 дюймов с 8-мм перфорированной лентой. Каждая катушка содержит 3000 штук. Спецификации ленты и катушки соответствуют стандарту ANSI/EIA 481-1-A-1994. Ключевые примечания по упаковке: пустые ячейки запаяны, минимальный объем заказа остатков составляет 500 штук, допускается не более двух последовательно отсутствующих компонентов на катушке.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Этот двухцветный светодиод идеально подходит для индикаторов состояния, подсветки кнопок или значков, приборной панели автомобиля, дисплеев бытовой техники и сигналов на промышленных панелях управления, где два различных состояния (например, питание включено/ожидание, активно/тревога) должны обозначаться цветом.

8.2 Соображения по проектированию схемы

Способ управления:Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Для обеспечения равномерной яркости при параллельном включении нескольких светодиодовнастоятельно рекомендуетсяиспользовать отдельный токоограничивающий резистор, включенный последовательно с каждым светодиодом (Схема A). Параллельное включение светодиодов без индивидуальных резисторов (Схема B) не рекомендуется, так как небольшие различия в характеристике прямого напряжения (V_F) между отдельными светодиодами могут привести к значительному дисбалансу токов и неравномерной яркости.

Значение последовательного резистора (R_s) можно рассчитать по закону Ома: R_s= (V_{питания}- V_F) / I_F, где I_F— желаемый рабочий ток (например, 20 мА).

9. Техническое сравнение и отличительные особенности

Ключевыми отличительными факторами данного светодиода являются егодвухцветная функциональность в одном компактном SMD корпусеи использованиетехнологии AlInGaP. По сравнению со старыми технологиями, такими как стандартный GaP, AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к большей яркости при том же входном токе. Интеграция двух кристаллов экономит место на плате и упрощает сборку по сравнению с использованием двух отдельных одноцветных светодиодов.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я одновременно питать и зеленый, и оранжевый кристаллы на их максимальном постоянном токе (по 30 мА каждый)?

О: Нет. Абсолютная максимальная рассеиваемая мощность составляет 75 мВт на кристалл. При токе 30 мА и типичном V_F2.0В мощность на кристалл составляет 60 мВт, что находится в пределах нормы. Однако одновременная работа обоих на полной мощности генерирует 120 мВт общего тепла в очень маленьком корпусе, что, вероятно, превышает общую способность устройства и печатной платы к рассеиванию тепла. Обратитесь к кривым снижения тока от температуры и рассмотрите возможность использования более низких токов управления или импульсного режима для одновременной работы обоих цветов.

В: Почему для каждого светодиода при параллельном включении нужен отдельный токоограничивающий резистор?

О: Прямое напряжение (V_F) светодиодов имеет естественный разброс, даже в пределах одной группы. При параллельном соединении без индивидуальных резисторов светодиод с немного более низким V_Fбудет потреблять непропорционально больший ток, становясь ярче и горячее, что потенциально может привести к отказу и перераспределению тока на оставшиеся светодиоды по каскадному эффекту. Последовательные резисторы гарантируют, что ток задается в первую очередь значением резистора и напряжением питания, делая систему гораздо более стабильной и надежной.

В: Что означает "прозрачная" (water clear) линза для внешнего вида цвета?

О: Прозрачная (не диффузная) линза не рассеивает свет внутри себя. Это приводит к более сфокусированному, "точечному" виду при прямом взгляде по оси, при этом структура кристалла часто видна. Она максимизирует осевую силу света, но обеспечивает более узкую "зону комфортного просмотра" по сравнению с матовой (рассеивающей) линзой, которая рассеивает свет для более широкого и равномерного угла обзора с менее заметной структурой кристалла.

11. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование двухстатусного индикатора для портативного устройства. Зеленый означает "Полностью заряжено", оранжевый — "Идет зарядка". Устройство питается от шины 3.3В.

Шаги проектирования:

1. Выбор тока:Выберите ток управления. Для хорошей видимости и долговечности выбран ток 15 мА, что значительно ниже максимума в 30 мА.

2. Расчет резистора:

- Для зеленого: R_{s_green}= (3.3В - 2.0В) / 0.015 А = 86.7 Ом. Используйте стандартный резистор 86.6 Ом (1%) или 91 Ом (5%).

- Для оранжевого: R_{s_orange}= (3.3В - 2.0В) / 0.015 А = 86.7 Ом. Используйте такое же значение.

3. Схема:Подключите анод зеленого светодиода (вывод 1 или 3) к шине 3.3В через транзистор/МОП-транзистор, управляемый логическим сигналом "заряжено", с последовательно включенным резистором 87 Ом. Аналогично подключите анод оранжевого светодиода (вывод 2 или 4), управляемый сигналом "зарядка". Подключите все катоды к земле.

4. Размещение на плате:Следуйте рекомендованной конфигурации контактных площадок. Убедитесь, что на печатной плате вокруг площадок светодиода достаточно площади меди для выполнения функции радиатора, особенно если оба светодиода могут кратковременно включаться во время смены состояний.

12. Введение в технологический принцип

AlInGaP — это полупроводниковое соединение III-V группы, используемое в активной области высокоэффективных светодиодов, излучающих в красном, оранжевом, желтом и зеленом спектрах. Путем регулировки соотношения алюминия, индия, галлия и фосфора можно точно настроить ширину запрещенной зоны материала, что напрямую определяет длину волны (цвет) излучаемого света. При приложении прямого напряжения к p-n переходу электроны и дырки рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов. Эффективность этой излучательной рекомбинации в AlInGaP очень высока, что приводит к превосходной световой отдаче по сравнению со старыми технологиями. Двухцветный корпус содержит два таких независимо адресуемых полупроводниковых кристалла, установленных на выводную рамку и залитых прозрачной эпоксидной линзой.

13. Отраслевые тренды и разработки

Оптоэлектронная промышленность продолжает стремиться к повышению эффективности (больше люмен на ватт), улучшению цветопередачи и большей миниатюризации. В то время как AlInGaP доминирует в длинноволновой видимой части спектра, технология InGaN (нитрида индия-галлия) распространена для синих, зеленых и белых светодиодов. Тренды, актуальные для данного продукта, включают растущее внедрение бессвинцовых процессов пайки (учтено предоставленным профилем), спрос на уменьшение габаритов корпуса при сохранении или увеличении оптической мощности, а также интеграцию более сложных функций (например, встроенных микросхем для адресуемых RGB светодиодов) в корпуса светодиодов. Акцент на надежность и стандартизированное тестирование для автомобильных и промышленных применений также ведет к ужесточению процедур сортировки и квалификации для компонентов, подобных этому двухцветному светодиоду.