Техническая спецификация двухцветного SMD светодиода LTW-C195DSKF-5A - Белый и оранжевый - 20-30мА - 72-75мВт

1. Обзор продукта

LTW-C195DSKF-5A — это двухцветный светодиод для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для современных электронных приложений, требующих компактных, надежных и ярких решений для индикации или подсветки. Он объединяет два различных полупроводниковых кристалла в одном стандартном корпусе EIA: кристалл InGaN (нитрид индия-галлия) для излучения белого света и кристалл AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) для излучения оранжевого света. Такая конфигурация позволяет реализовать двухцветную работу в пределах одного компонента, экономя ценное место на печатной плате. Устройство поставляется на 8-мм ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что обеспечивает полную совместимость с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки компонентов. Классифицируется как "зеленый" продукт и соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ).

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется и должна быть исключена для обеспечения надежной долгосрочной работы.

• Рассеиваемая мощность (Pd):Белый кристалл: 72 мВт, оранжевый кристалл: 75 мВт. Это максимально допустимая мощность, рассеиваемая в виде тепла. Превышение этого значения может привести к чрезмерной температуре перехода и ускоренной деградации.
• Пиковый прямой ток (I_FP):Белый: 100 мА, оранжевый: 80 мА. Это максимальный мгновенный ток, обычно указываемый для импульсных условий (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для предотвращения тепловой перегрузки во время коротких переходных процессов.
• Постоянный прямой ток (I_F):Белый: 20 мА, оранжевый: 30 мА. Это максимальный рекомендуемый постоянный прямой ток для нормальной работы. Оранжевый кристалл может выдерживать более высокий постоянный ток.
• Обратное напряжение (V_R):5 В для обоих кристаллов. Приложение обратного напряжения выше этого значения может вызвать пробой и повреждение. В спецификации явно указано, что работа при обратном напряжении не может быть непрерывной.
• Температурные диапазоны:Рабочий: от -20°C до +80°C; Хранения: от -30°C до +100°C. Эти значения определяют пределы окружающей среды для функционального использования и нерабочего хранения.
• Пайка инфракрасным оплавлением:Выдерживает пиковую температуру 260°C в течение 10 секунд, что соответствует стандартным профилям бессвинцовой (Pb-free) пайки оплавлением.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные и гарантированные параметры производительности, измеренные при стандартных условиях испытаний Ta=25°C и I_F=5мА, если не указано иное.

• Сила света (I_V):Ключевой показатель яркости.
  • Белый: Минимум 45.0 мкд, типичное значение не указано, максимум 180.0 мкд.
  • Оранжевый: Минимум 11.2 мкд, типичное значение не указано, максимум 71.0 мкд.
  • Измерение проводится в соответствии с кривой спектральной чувствительности глаза CIE с использованием указанного испытательного оборудования (например, CAS140B).
• Угол обзора (2θ_1/2):130 градусов (типичное) для обоих цветов. Этот широкий угол обзора характерен для конструкции линзы корпуса, обеспечивая широкую диаграмму направленности, подходящую для индикаторных применений.
• Параметры длины волны (оранжевый кристалл):
  • Пиковая длина волны излучения (λ_P): 611 нм (типичное). Длина волны, на которой спектральная мощность излучения максимальна.
  • Доминирующая длина волны (λ_d): 605 нм (типичное). Единственная длина волны чистого спектрального света, которую человеческий глаз воспринимает как соответствующий цвет светодиода.
  • Полуширина спектральной линии (Δλ): 20 нм (типичное). Ширина полосы излучаемого спектра на половине максимальной интенсивности, указывающая на чистоту цвета.
• Координаты цветности (оранжевый кристалл):x=0.3, y=0.3 (типичное). Эти координаты CIE 1931 определяют точку оранжевого цвета на диаграмме цветности. К этим координатам применяется допуск ±0.01.
• Прямое напряжение (V_F):
  • Белый: Типичное 2.75В, Максимальное 3.15В при I_F=5мА.
  • Оранжевый: Типичное 2.00В, Максимальное 2.40В при I_F=5мА.
  • Более низкое V_Fоранжевого кристалла соответствует материальной системе AlInGaP.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА (белый) и 100 мкА (оранжевый) при V_R=5В. Это небольшой ток утечки при обратном смещении устройства.

Предупреждение об электростатическом разряде (ESD):Светодиоды чувствительны к статическому электричеству. Процедуры обращения должны включать использование антистатических браслетов, перчаток, а также правильно заземленного оборудования и рабочих мест для предотвращения повреждений от ESD или скачков напряжения.

3. Объяснение системы бинов

Для управления естественными вариациями в производстве полупроводников светодиоды сортируются по бинам производительности. LTW-C195DSKF-5A использует раздельный биннинг для силы света и прямого напряжения.

3.1 Биннинг по силе света (I_V)

• Белый кристалл:Бины P (45.0-71.0 мкд), Q (71.0-112.0 мкд), R (112.0-180.0 мкд). Допуск внутри каждого бина составляет ±15%.
• Оранжевый кристалл:Бины L (11.2-18.0 мкд), M (18.0-28.0 мкд), N (28.0-45.0 мкд), P (45.0-71.0 мкд). Допуск внутри каждого бина составляет ±15%.
• Конкретный код бина указан на упаковке, что позволяет разработчикам выбирать светодиоды с одинаковой яркостью для своего применения.

3.2 Биннинг по прямому напряжению (V_F) (только белый кристалл)

• Бины A (2.55-2.75В), B (2.75-2.95В), C (2.95-3.15В). Допуск внутри каждого бина составляет ±0.1В.
• Биннинг V_Fпомогает проектировать более стабильные схемы управления током, особенно когда несколько светодиодов соединены последовательно.

3.3 Биннинг по оттенку (цвет оранжевого кристалла)

Оранжевый цвет точно контролируется с использованием шести бинов оттенка (S1-S6), определенных четырехугольниками на диаграмме цветности CIE 1931. Каждый бин имеет определенные границы координат (x, y) (например, S1: x 0.274-0.294, y 0.226-0.286). Допуск для координат цветности (x, y) внутри каждого бина оттенка составляет ±0.01. Это обеспечивает очень высокую цветовую однородность для применений, где критически важен точный оранжевый оттенок.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены типичные характеристические кривые, необходимые для понимания поведения устройства в нестандартных условиях. Хотя конкретные графики не полностью детализированы в предоставленном тексте, стандартные кривые светодиодов обычно включают:

• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I-V кривая):Показывает экспоненциальную зависимость. Кривая будет различаться для кристаллов InGaN (белый) и AlInGaP (оранжевый) из-за их разных запрещенных зон полупроводника, что объясняет разницу в типичных значениях V_F values.
• Сила света в зависимости от прямого тока (I-L кривая):Демонстрирует, как световой поток увеличивается с током, обычно сублинейным образом при высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности.
• Сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Показывает снижение светового потока при повышении температуры перехода. Это критически важно для проектирования теплового режима.
• Спектральное распределение мощности:Для оранжевого кристалла этот график показал бы пик излучения около 611 нм с указанной полушириной 20 нм, подтверждая цветовые характеристики.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры и назначение выводов

Устройство использует стандартный корпус EIA. Ключевые размерные допуски составляют ±0.10 мм, если не указано иное. Назначение выводов для двухцветной функции четко определено:

• Выводы 1 и 3: Анод/катод для кристалла InGaN (белый).
• Выводы 2 и 4: Анод/катод для кристалла AlInGaP (оранжевый).

Эта 4-выводная конфигурация позволяет независимо управлять двумя цветами. Материал линзы указан как желтый, что может действовать как рассеиватель или преобразователь длины волны для белого кристалла и может слегка окрашивать оранжевый свет.

5.2 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок

Спецификация включает рекомендуемый рисунок контактных площадок (размеры паяльных площадок) для проектирования печатной платы. Следование этой рекомендации обеспечивает правильное формирование паяного соединения во время оплавления, хорошую механическую стабильность и оптимальный отвод тепла от корпуса светодиода в печатную плату.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Процесс пайки оплавлением

Светодиод совместим с процессами пайки инфракрасным (ИК) оплавлением. Максимальное условие, которое он может выдержать, — 260°C в течение 10 секунд, что является стандартом для бессвинцовой сборки. Подразумевается рекомендуемый профиль оплавления, который обычно включает зону предварительного нагрева, быстрый нагрев до пиковой температуры, кратковременное пребывание выше температуры ликвидуса и контролируемую фазу охлаждения. Соблюдение этого профиля предотвращает тепловой удар и дефекты пайки.

6.2 Хранение и обращение

• Запечатанная упаковка:Хранить при ≤30°C и ≤90% относительной влажности. Использовать в течение одного года при целостности влагозащитного пакета с осушителем.
• Вскрытая упаковка:Для компонентов, извлеченных из запечатанного пакета, условия хранения не должны превышать 30°C / 60% относительной влажности. Настоятельно рекомендуется завершить процесс ИК-оплавления в течение одной недели после вскрытия.
• Длительное хранение (вскрытое):Если хранение превышает одну неделю, светодиоды следует хранить в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе. Компоненты, хранящиеся вне пакета более недели, требуют предварительной термообработки (прокалки) (примерно 60°C в течение не менее 20 часов) перед пайкой для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" ("popcorning") во время оплавления.

6.3 Очистка

Если необходима очистка после сборки, используйте только указанные растворители. Допустимо погружение светодиода в этиловый или изопропиловый спирт при нормальной температуре на время менее одной минуты. Использование неуказанных химических очистителей запрещено, так как они могут повредить эпоксидную линзу или корпус светодиода.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации на ленте и катушке

Продукт поставляется в стандартной для отрасли формованной транспортной ленте с защитной крышкой, намотанной на катушку диаметром 7 дюймов (178 мм).

• Количество на катушке:3000 штук.
• Минимальный объем заказа (MOQ):500 штук для остаточных количеств.
• Ширина ленты:8 мм.
• Стандарты упаковки:Соответствует спецификациям ANSI/EIA-481-1-A-1994 для упаковки компонентов.
• Качество:Максимальное количество последовательно отсутствующих компонентов (пустых ячеек) в ленте — два.

Предоставлены подробные размерные чертежи как для транспортной ленты (шаг и глубина ячеек), так и для катушки (диаметр ступицы, диаметр фланца) для обеспечения совместимости с питателями автоматического оборудования.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

• Двухцветные индикаторы состояния:Идеально подходят для панелей оборудования, где один светодиод может показывать несколько состояний (например, белый для "включено/активно", оранжевый для "ожидание/предупреждение").
• Подсветка потребительской электроники:Может использоваться для подсветки кнопок или акцентного освещения в устройствах, где желателен двухцветный эффект.
• Автомобильное интерьерное освещение:Для фонового освещения, которое может переключаться между белым и оранжевым оттенками.
• Панели промышленного управления:Обеспечение четкой, яркой индикации состояния в различных режимах работы.

8.2 Вопросы проектирования

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор или источник постоянного тока для каждого кристалла. Расчет производится на основе напряжения питания и максимального прямого напряжения (V_{F MAX}) при желаемом рабочем токе (не превышающем I_FDC).
• Тепловой режим:Хотя рассеиваемая мощность мала, обеспечение достаточной площади медной фольги на печатной плате вокруг контактных площадок помогает отводить тепло, поддерживая световой поток и долговечность, особенно при более высоких температурах окружающей среды или токах управления.
• Защита от ESD:Включите защитные диоды ESD на сигнальных линиях, управляющих светодиодом, в средах, подверженных статическим разрядам.
• Оптическое проектирование:Угол обзора 130 градусов обеспечивает широкое покрытие. Для более направленного света могут потребоваться вторичная оптика (линзы, световоды).

9. Техническое сравнение и отличия

LTW-C195DSKF-5A предлагает конкретные преимущества в своем классе:

• Интеграция двух кристаллов:Объединяет две различные полупроводниковые технологии (InGaN для белого, AlInGaP для оранжевого) в одном корпусе, обеспечивая превосходные цветовые характеристики и яркость для каждого цвета по сравнению с однокристальным светодиодом с люминофорным покрытием, пытающимся дать два цвета.
• Независимое управление:Раздельные аноды/катоды позволяют полностью независимо управлять и регулировать яркость каждого цвета, обеспечивая динамическое смешение цветов или последовательности, невозможные с двухцветными светодиодами с общим катодом/анодом.
• Высокая яркость оранжевого:Использование технологии AlInGaP для оранжевого кристалла обычно обеспечивает более высокую эффективность и более яркий выход на определенных длинах волн по сравнению со старыми технологиями.
• Надежный корпус:Совместимость с ИК-оплавлением и упаковкой на ленте делает его подходящим для полностью автоматизированных, крупносерийных линий поверхностного монтажа.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Могу ли я одновременно питать белый и оранжевый кристаллы на их максимальном постоянном токе?

О: Не обязательно. Необходимо учитывать общую рассеиваемую мощность. Одновременная работа белого при 20мА (~2.75В) и оранжевого при 30мА (~2.00В) дает суммарную мощность ~112.5 мВт, что может превысить тепловые пределы конструкции малого корпуса при недостаточном теплоотводе. Безопаснее работать ниже абсолютных максимумов или применять тепловое снижение номинальных параметров.

В2: В чем разница между пиковой длиной волны и доминирующей длиной волны?

О: Пиковая длина волны (λ_P=611 нм) — это физический пик спектра света, излучаемого светодиодом. Доминирующая длина волны (λ_d=605 нм) — это воспринимаемый пик — единственная длина волны чистого спектрального света, которую человеческий глаз соотносит с цветом светодиода. Они часто различаются, особенно для более широких спектров.

В3: Почему требования к влажности хранения строже для вскрытых упаковок?

О: Эпоксидный компаунд, используемый в SMD светодиодах, может поглощать влагу из воздуха. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро испаряться, создавая внутреннее давление, которое может привести к растрескиванию корпуса ("вспучивание", "popcorning"). Процесс прокалки перед пайкой удаляет эту поглощенную влагу.

В4: Как интерпретировать координаты бина оттенка (например, S1)?

О: Четыре пары координат (x,y) для бина, такого как S1, определяют углы четырехугольника на диаграмме цветности CIE. Любой светодиод, измеренные координаты цветности которого попадают внутрь этого четырехугольника, относится к бину S1. Это более точный метод определения цветового пространства по сравнению с простыми бинами по длине волны.

11. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование многорежимной кнопки питания для потребительского аудиоусилителя. Кнопка должна указывать: Выключено (темно), Ожидание (пульсирующий оранжевый), Включено (постоянный белый).

Реализация с LTW-C195DSKF-5A:

1. Светодиод размещается за полупрозрачным колпачком кнопки.

2. Микроконтроллер (МК) управляет двумя цветами через два отдельных вывода GPIO, каждый со своим последовательным токоограничивающим резистором, рассчитанным на ток 5мА (для долгого срока службы и умеренной яркости).

3. Режим "Выключено":Оба вывода МК установлены в режим высокоимпедансного входа или выводят низкий уровень.

4. Режим "Ожидание":Вывод МК, подключенный к оранжевому светодиоду (выводы 2/4), управляется сигналом ШИМ (широтно-импульсной модуляции) для создания пульсирующего эффекта. Вывод белого светодиода остается выключенным.

5. Режим "Включено":Вывод МК для белого светодиода (выводы 1/3) постоянно находится в высоком логическом уровне. Вывод оранжевого светодиода выключен.



Эта конструкция использует только один посадочный место для компонента, упрощает сборку и обеспечивает четкую, понятную визуальную обратную связь с использованием высококачественного, однородного света от обоих кристаллов.

12. Введение в технологические принципы

LTW-C195DSKF-5A использует две различные технологии твердотельного освещения:

• InGaN (белый кристалл):Обычно синий излучающий кристалл InGaN комбинируется с желтым люминофорным покрытием (YAG:Ce). Часть синего света выходит, а остальная часть преобразуется люминофором в желтый свет. Смесь синего и желтого света воспринимается человеческим глазом как белый. Желтая линза корпуса также может способствовать смешению или рассеиванию цвета.
• AlInGaP (оранжевый кристалл):Эта материальная система выращивается на подложке (часто GaAs) и разработана для получения прямой запрещенной зоны, соответствующей излучению в красной, оранжевой и желтой областях спектра (примерно 590-650 нм). Она обладает высокой эффективностью для получения насыщенных цветов в этом диапазоне. Оранжевое излучение генерируется непосредственно рекомбинацией электронов и дырок внутри самого полупроводникового материала, без использования люминофоров.

Электролюминесценция является основным принципом: когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу полупроводника, электроны и дырки рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Длина волны (цвет) света определяется энергией запрещенной зоны полупроводникового материала.

13. Тенденции развития

Область SMD светодиодов продолжает развиваться, и тенденции, в контексте которых находятся такие устройства, как LTW-C195DSKF-5A, включают:

• Повышение эффективности и светового потока:Постоянные улучшения в эпитаксиальном росте, конструкции кристалла и эффективности вывода света из корпуса приводят к более высокой силе света (мкд) на мА входного тока, что позволяет снизить энергопотребление или получить более яркие индикаторы.
• Миниатюризация:Хотя это стандартный корпус EIA, отрасль стремится к уменьшению размеров (например, 0402, 0201) для сверхкомпактных устройств, хотя часто за счет общего светового потока или тепловых характеристик.
• Улучшенная цветовая однородность и биннинг:Достижения в управлении технологическими процессами производства обеспечивают более узкое распределение по V_F, I_Vи цветности, сокращая количество необходимых бинов и обеспечивая более равномерные характеристики в серийном производстве.
• Интегрированные решения:Тенденция к светодиодам со встроенными стабилизаторами тока, защитой от ESD или даже простой управляющей логикой ("умные светодиоды") для упрощения схемотехники для конечного пользователя.
• Фокус на надежности и сроке службы:Улучшенные материалы для линз и компаундов, обеспечивающие лучшую устойчивость к нагреву, влажности и коротковолновому свету, что приводит к увеличению срока службы, что особенно важно для промышленных и автомобильных применений.