Техническая спецификация LTST-C295KGKFKT - Двухцветный SMD светодиод - Высота 0.55 мм - Типовое прямое напряжение 2.0 В - Зеленый и оранжевый

1. Обзор продукта

LTST-C295KGKFKT — это двухцветный светодиод для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для современных электронных приложений, требующих компактных размеров и надежной работы. Данное изделие использует передовую технологию чипов AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) как для зеленого, так и для оранжевого источников света, размещенных в сверхтонком корпусе высотой всего 0.55 мм. Поставляется на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что обеспечивает полную совместимость с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки компонентов. Устройство классифицируется как "зеленый" продукт, соответствующий стандарту RoHS (Ограничение использования опасных веществ), и подходит для широкого спектра потребительской и промышленной электроники.

1.1 Ключевые преимущества

Основные преимущества этого светодиода обусловлены сочетанием передовых материалов и миниатюрного форм-фактора. Использование полупроводникового материала AlInGaP обеспечивает высокую световую отдачу, что дает яркий свет с небольшой площади чипа. Возможность работы с двумя цветами в одном корпусе экономит ценное пространство на печатной плате (PCB) по сравнению с использованием двух отдельных одноцветных светодиодов. Его ультратонкий профиль критически важен для применений со строгими ограничениями по высоте, таких как сверхтонкие дисплеи, мобильные устройства и модули подсветки. Кроме того, совместимость с процессами пайки оплавлением в инфракрасном (ИК) диапазоне позволяет интегрировать его с использованием стандартных линий сборки для поверхностного монтажа (SMT), обеспечивая высокий выход годных изделий и надежность.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, указанных в спецификации, с объяснением их значимости для инженеров-конструкторов.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы.

• Рассеиваемая мощность (P_D):75 мВт на каждый цвет. Это максимальное количество мощности, которое светодиод может рассеять в виде тепла. Превышение этого значения, обычно из-за слишком высокого тока или высокой температуры окружающей среды, может привести к перегреву, ускоренной деградации полупроводникового материала и, в конечном итоге, к отказу.
• Пиковый прямой ток (I_FP):80 мА (при скважности 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Этот параметр предназначен для импульсного режима работы, часто используемого в мультиплексных схемах или для достижения кратковременной очень высокой яркости. Низкая скважность и короткая длительность импульса необходимы для предотвращения чрезмерного роста температуры перехода во время импульса.
• Постоянный прямой ток (I_F):30 мА. Это максимальный рекомендуемый постоянный ток для надежной долгосрочной работы. Проектирование схемы управления для работы на этом токе или ниже имеет решающее значение для обеспечения заявленного срока службы светодиода и поддержания стабильных оптических характеристик.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Светодиоды не предназначены для выдерживания значительного обратного смещения. Превышение этого напряжения может вызвать внезапный пробой PN-перехода, приводящий к немедленному и катастрофическому отказу. Правильная конструкция схемы должна гарантировать, что светодиод не подвергается обратным напряжениям, часто путем использования последовательных защитных диодов в схемах с переменным током или биполярным управлением.
• Рабочая и температура хранения:-30°C до +85°C и -40°C до +85°C соответственно. Эти диапазоны определяют условия окружающей среды, которые устройство может выдерживать во время использования и в выключенном состоянии. Работа вблизи или за верхним пределом снизит световой поток и срок службы.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измерены в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C) и представляют типичные характеристики устройства.

• Сила света (I_V):Для зеленого светодиода типичное значение составляет 35.0 мкд при 20 мА, минимальное — 18.0 мкд. Для оранжевого светодиода типичное значение составляет 90.0 мкд при 20 мА, минимальное — 28.0 мкд. Оранжевый излучатель по своей природе более эффективен в материальной системе AlInGaP, что приводит к более высокой типичной выходной мощности. Минимальные значения критически важны для конструкторов, которые должны гарантировать определенный уровень яркости в своем приложении.
• Угол обзора (2θ_1/2):130 градусов (типично для обоих цветов). Этот широкий угол обзора указывает на ламбертову или близкую к ламбертовой диаграмму направленности, где интенсивность света относительно равномерна по широкой области. Это идеально подходит для общих индикаторных ламп и подсветки, где требуется видимость с нескольких углов, в отличие от светодиодов с узким лучом, используемых для фокусировки света.
• Пиковая и доминирующая длина волны (λ_P, λ_d):Зеленый светодиод имеет типичную пиковую длину волны 574 нм и доминирующую длину волны 571 нм. Оранжевый светодиод имеет типичную пиковую длину волны 611 нм и доминирующую длину волны 605 нм. Доминирующая длина волны — это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, и это ключевой параметр для определения цвета. Небольшая разница между пиковой и доминирующей длиной волны обусловлена формой спектра излучения.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Приблизительно 15 нм для зеленого и 17 нм для оранжевого. Этот параметр, также известный как ширина на полувысоте (FWHM), описывает спектральную чистоту света. Более узкая ширина указывает на более монохроматический (чистый) цвет. Эти значения типичны для светодиодов AlInGaP и обеспечивают хорошую насыщенность цвета.
• Прямое напряжение (V_F):2.0 В типично, 2.4 В максимум при 20 мА для обоих цветов. Это низкое прямое напряжение выгодно, так как снижает энергопотребление и тепловую нагрузку. Схема управления (обычно источник постоянного тока или токоограничивающий резистор) должна быть спроектирована с учетом максимального V_F, чтобы обеспечить подачу требуемого тока при любых условиях, включая разброс параметров между устройствами и температурные эффекты.
• Обратный ток (I_R):10 мкА максимум при 5 В. Это небольшой ток утечки, который протекает, когда устройство смещено в обратном направлении в пределах своего максимального параметра. Значение, значительно превышающее это, может указывать на поврежденный переход.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации приведены коды сортировки для силы света и доминирующей длины волны, которые необходимы для приложений, требующих согласованности цвета или яркости.

3.1 Сортировка по силе света

Светодиоды сортируются после производства на основе измеренного светового потока. Для зеленого светодиода диапазоны сортировки от "M" (18.0-28.0 мкд) до "Q" (71.0-112.0 мкд). Для оранжевого светодиода диапазоны от "N" (28.0-45.0 мкд) до "R" (112.0-180.0 мкд). Каждый диапазон имеет допуск +/-15%. При заказе указание более узкого диапазона (например, только "P" и "Q") обеспечивает более равномерную яркость нескольких компонентов в сборке, что жизненно важно для многосветодиодных дисплеев или массивов подсветки. Для оптимальной визуальной согласованности рекомендуется использовать светодиоды из одного диапазона сортировки.

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны (только зеленый)

Зеленые светодиоды также сортируются по доминирующей длине волны на коды "C" (567.5-570.5 нм), "D" (570.5-573.5 нм) и "E" (573.5-576.5 нм) с допуском +/-1 нм на диапазон. Это позволяет конструкторам выбирать светодиоды с очень специфическим оттенком зеленого, что важно для цветовой индикации или при соответствии определенной корпоративной или продуктовой цветовой схеме. Длина волны оранжевого светодиода указана только как типичная, что указывает на меньший разброс или на то, что сортировка по этому параметру не предлагается.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя в спецификации упоминаются конкретные графические кривые (например, Рис.1, Рис.6), их значение является стандартным для светодиодной технологии.

4.1 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Вольт-амперная характеристика светодиода экспоненциальна. Небольшое увеличение прямого напряжения за точку "включения" приводит к большому увеличению тока. Вот почему светодиоды должны управляться источником постоянного тока или с последовательным токоограничивающим резистором; источник постоянного напряжения привел бы к тепловому разгону и разрушению. Типичное V_F 2.0 В при 20 мА задает рабочую точку для данного проекта.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Сила света примерно пропорциональна прямому току в нормальном рабочем диапазоне. Однако эффективность (люмен на ватт) часто снижается при очень высоких токах из-за увеличения тепловыделения и других процессов безызлучательной рекомбинации. Работа на рекомендуемом постоянном токе 20 мА или ниже обеспечивает оптимальную эффективность и долговечность.

4.3 Температурная зависимость

Характеристики светодиода сильно зависят от температуры. При увеличении температуры перехода: Прямое напряжение (V_F) немного уменьшается. Сила света значительно снижается. Для светодиодов AlInGaP световой поток может падать примерно на 0.5-1.0% на каждый °C роста температуры перехода. Доминирующая длина волны может незначительно смещаться (обычно в сторону более длинных волн для AlInGaP). Эффективный тепловой менеджмент на печатной плате, такой как использование тепловых переходных отверстий или медной заливки, критически важен для поддержания стабильных оптических характеристик, особенно в приложениях с высокой мощностью или высокой температурой окружающей среды.

4.4 Спектральное распределение

Упомянутый спектральный график показал бы для каждого цвета один относительно узкий пик, характерный для материала AlInGaP. Отсутствие вторичных пиков или широкого спектра подтверждает чистоту цвета устройства, что желательно для приложений, требующих насыщенных цветов.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габариты корпуса и полярность

Устройство соответствует стандартному контуру корпуса EIA. Ключевой механической особенностью является его высота 0.55 мм. Назначение выводов четко определено: выводы 1 и 3 предназначены для зеленого светодиода, а выводы 2 и 4 — для оранжевого. Эта конструкция с четырьмя контактными площадками позволяет независимо управлять двумя цветами. Полярность указывается нумерацией выводов; обычно анод подключается к положительному источнику питания через схему управления, а катод — к земле или стоку тока.

5.2 Рекомендуемая конструкция контактных площадок для пайки

В спецификации приведены рекомендуемые размеры контактных площадок. Следование этим рекомендациям имеет решающее значение для получения надежных паяных соединений во время оплавления. Конструкция площадки влияет на форму паяного шва, что, в свою очередь, влияет на механическую прочность и отвод тепла от светодиода. Правильно спроектированная площадка обеспечивает правильное самоцентрирование во время оплавления и предотвращает "эффект надгробия" (когда один конец компонента приподнимается над площадкой).

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль инфракрасной пайки оплавлением

Устройство полностью совместимо с процессами инфракрасной (ИК) или конвекционной пайки оплавлением, которые являются стандартными для SMT-сборки. В спецификации приведен рекомендуемый профиль, соответствующий стандартам JEDEC для бессвинцового припоя. Ключевые параметры включают: зону предварительного нагрева (150-200°C) для плавного повышения температуры и активации флюса; максимальную температуру, не превышающую 260°C; время выше температуры ликвидуса (обычно 217°C для припоя SnAgCu) не более 10 секунд. Общее время от комнатной температуры до пика и обратно должно контролироваться для минимизации термического напряжения на пластиковом корпусе и полупроводниковом кристалле.

6.2 Ручная пайка

Если ручная пайка необходима для ремонта или прототипирования, необходимо соблюдать крайнюю осторожность. Рекомендуется использовать паяльник с максимальной температурой 300°C и ограничить время контакта до 3 секунд на каждую контактную площадку. Чрезмерный нагрев или длительный контакт могут расплавить пластиковую линзу, повредить проводные соединения внутри корпуса или вызвать расслоение материала крепления кристалла.

6.3 Условия хранения и обращения

Светодиоды являются влагочувствительными устройствами (MSD). Пластиковый корпус может поглощать влагу из воздуха, которая превращается в пар во время высокотемпературного процесса оплавления, вызывая внутренние трещины или "эффект попкорна". В спецификации указано: запечатанные упаковки должны храниться при ≤30°C и ≤90% относительной влажности и использоваться в течение одного года. После вскрытия светодиоды должны храниться при ≤30°C и ≤60% относительной влажности. Компоненты, подвергавшиеся воздействию окружающего воздуха более одной недели, должны быть просушены при 60°C в течение не менее 20 часов перед пайкой для удаления влаги. Правильное обращение также включает меры предосторожности против электростатического разряда (ESD). Хотя светодиоды не так чувствительны, как некоторые ИС, они могут быть повреждены ESD. Рекомендуется использовать заземленные браслеты, антистатические коврики и правильно заземленное оборудование.

6.4 Очистка

Очистка после пайки, если требуется, должна выполняться только указанными растворителями. В спецификации рекомендуется этиловый или изопропиловый спирт при нормальной температуре в течение менее одной минуты. Агрессивные или неуказанные химические вещества могут повредить материал пластиковой линзы, вызвав помутнение, растрескивание или изменение цвета, что серьезно ухудшит оптические характеристики.

7. Информация об упаковке и заказе

7.1 Спецификации ленты и катушки

Устройство поставляется в формованной несущей ленте с защитной покрывающей лентой, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов (178 мм). Стандартное количество на катушке — 4000 штук. Указан минимальный заказ в 500 штук для неполных катушек. Размеры ленты и расстояние между карманами соответствуют спецификациям ANSI/EIA-481, обеспечивая совместимость со стандартными SMT-питателями. Конструкция ленты включает элементы ориентации и отверстия для звездочек для точного механического продвижения.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Возможность работы с двумя цветами и тонкий профиль делают этот светодиод подходящим для многочисленных применений: Индикаторы состояния: один компонент может показывать два состояния (например, зеленый для "включено/готово", оранжевый для "ожидание/предупреждение"). Подсветка клавиатур и переключателей: его широкий угол обзора и яркость идеально подходят для подсветки символов на панелях управления. Потребительская электроника: используется в смартфонах, планшетах, носимых устройствах и пультах дистанционного управления, где пространство ограничено. Автомобильное внутреннее освещение: для индикаторов приборной панели или фоновой подсветки (при условии квалификации для конкретных автомобильных классов). Портативные устройства: устройства с батарейным питанием выигрывают от его низкого прямого напряжения, что минимизирует потребление энергии.

8.2 Соображения по проектированию

Ограничение тока: всегда используйте драйвер постоянного тока или последовательный резистор, рассчитанный на основе напряжения питания и максимального V_F светодиода. Тепловой менеджмент: убедитесь, что разводка печатной платы обеспечивает адекватный тепловой путь, особенно если работа ведется близко к максимальному току. Учитывайте тепловое сопротивление от перехода светодиода до окружающей среды. Защита от ESD: включите защитные диоды ESD на сигнальных линиях, управляющих светодиодом, если они подвержены воздействию пользовательских интерфейсов. Оптическое проектирование: широкий угол обзора может потребовать световодов или рассеивателей, если требуется определенная диаграмма направленности. Для смешения цветов (если оба светодиода работают одновременно) учитывайте, что восприятие человеческим глазом смешанного цвета (например, желтоватого оттенка от зеленого+оранжевого) нелинейно.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми светодиодными технологиями, такими как стандартный GaP (фосфид галлия) или GaAsP (фосфид арсенида галлия), чип AlInGaP предлагает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к более яркому световому потоку при том же токе управления. По сравнению с некоторыми белыми светодиодами на основе синих чипов с люминофором, эти монохроматические светодиоды предлагают превосходную чистоту цвета и, как правило, более высокую эффективность в своем конкретном цветовом диапазоне. Ключевым отличием данной конкретной модели является сочетание двух различных, эффективных цветов в стандартном ультратонком корпусе, поддерживающем полную сборку оплавлением. Эта интеграция снижает количество компонентов, время сборки и занимаемое место на плате по сравнению с использованием двух дискретных светодиодов.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я одновременно включать зеленый и оранжевый светодиоды?

О: Да, они электрически независимы. Однако вы должны убедиться, что общая рассеиваемая мощность (I_F* V_F для каждого светодиода плюс любые потери в драйвере) не превышает тепловую емкость печатной платы и собственные пределы устройства. Одновременная работа обоих на полном токе 20 мА рассеивает примерно 80 мВт, что превышает рейтинг 75 мВт на цвет, но может быть приемлемо, если скважность низкая или тепловой менеджмент отличный. Обратитесь к тепловым расчетам для вашей конкретной компоновки.

В: В чем разница между "Пиковой длиной волны" и "Доминирующей длиной волны"?

О: Пиковая длина волны (λ_P) — это длина волны, на которой спектральное распределение мощности максимально. Доминирующая длина волны (λ_d) — это единственная длина волны монохроматического света, которая будет казаться стандартному человеческому наблюдателю имеющей тот же цвет. λ_d рассчитывается из координат цветности CIE и является более релевантным параметром для определения воспринимаемого цвета.

В: Как интерпретировать коды сортировки при размещении заказа?

О: Для обеспечения согласованности укажите желаемый диапазон сортировки по силе света (например, "P") и, для зеленого, диапазон по доминирующей длине волны (например, "D"). Это говорит производителю поставлять компоненты, попадающие в эти конкретные диапазоны характеристик. Не указание диапазонов может привести к получению компонентов из любого производственного диапазона, что приведет к потенциальным вариациям в вашем конечном продукте.

В: Требуется ли радиатор?

О: Для работы на максимальном постоянном токе (20 мА) в типичной внутренней среде (25°C) специальный радиатор обычно не требуется, если печатная плата имеет умеренную площадь меди, подключенную к тепловым площадкам светодиода. Однако для высоких температур окружающей среды, закрытых пространств или при управлении импульсами, превышающими постоянный ток, необходим тепловой анализ. Температура перехода должна поддерживаться как можно более низкой для максимальной светоотдачи и срока службы.

11. Практические примеры проектирования и использования

Пример 1: Двухрежимный индикатор питания:В сетевом адаптере светодиод может быть подключен так, чтобы показывать зеленый, когда устройство полностью заряжено и потребляет минимальный ток (управляется зарядной ИС), и оранжевый, когда устройство активно заряжается. Простой микроконтроллер или логическая схема может переключаться между управлением парами выводов (1,3) и (2,4).

Пример 2: Подсветка с анимацией:В игровом периферийном устройстве несколько светодиодов LTST-C295KGKFKT могут быть расположены в массив. Путем независимой широтно-импульсной модуляции (ШИМ) зеленого и оранжевого каналов каждого светодиода микроконтроллер может создавать динамические эффекты смены цвета и "дыхания", все в рамках очень тонкого профиля.

Пример 3: Индикатор уровня сигнала:В беспроводном модуле зеленый светодиод может указывать на сильный сигнал (работа на полном токе), оранжевый — на слабый сигнал (работа на полном токе), а одновременная работа обоих светодиодов на пониженных токах может создать промежуточный желтый цвет для указания среднего уровня сигнала, обеспечивая три различных состояния одним компонентом.

12. Введение в принцип работы

Светоизлучающие диоды (LED) — это полупроводниковые устройства, излучающие свет в процессе, называемом электролюминесценцией. Когда прямое напряжение прикладывается к PN-переходу полупроводникового материала (в данном случае AlInGaP), электроны из N-области и дырки из P-области инжектируются в активную область. Когда эти носители заряда (электроны и дырки) рекомбинируют, они высвобождают энергию. В прямозонном полупроводнике, таком как AlInGaP, эта энергия высвобождается в основном в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, которая задается в процессе роста кристалла. Зеленый и оранжевый цвета в этом устройстве достигаются путем небольшого изменения состава атомов алюминия, индия, галлия и фосфора в соответствующих чипах, что изменяет ширину запрещенной зоны и, следовательно, цвет излучаемого света.

13. Технологические тренды

Общая тенденция в технологии SMD светодиодов продолжает двигаться в сторону повышения эффективности (больше люмен на ватт), увеличения плотности мощности и дальнейшей миниатюризации. Также наблюдается сильная тенденция к улучшению цветопередачи и согласованности цвета для осветительных приложений. Для индикаторных и подсветочных светодиодов тренд включает интеграцию большего количества функций в корпус, таких как встроенные токоограничивающие резисторы, ИС-драйверы для адресации (например, "умные светодиоды" в стиле WS2812) и даже несколько цветов помимо двух (например, RGB). Стремление к ультратонким и гибким дисплеям также стимулирует разработку еще более тонких профилей корпусов и светодиодов на гибких подложках. Использование передовых материалов, таких как GaN-on-Si (нитрид галлия на кремнии), и технологии микро-светодиодов представляет собой передовой край для будущих высокоярких миниатюрных дисплеев.