Техническая спецификация LTST-C195KFKGKT: двухцветный SMD светодиод (оранжевый и зеленый) - 20 мА

1. Обзор изделия

Данный документ содержит полные технические характеристики двухцветного светодиода для поверхностного монтажа. Устройство объединяет два различных светоизлучающих кристалла в одном стандартном корпусе, что позволяет генерировать оранжевый и зеленый свет. Оно предназначено для совместимости с автоматизированными сборочными процессами и современными технологиями пайки, что делает его подходящим для массового производства в потребительской электронике, индикаторах и подсветке.

1.1 Ключевые особенности и позиционирование

Основные особенности компонента включают соответствие экологическим нормам, использование высокоэффективной полупроводниковой технологии AlInGaP для получения яркого свечения и корпус, оптимизированный для автоматического монтажа с ленты на катушке. Его конструкция совместима с процессами пайки оплавлением в инфракрасной (ИК) печи и пайки в парах, которые являются стандартными для линий сборки поверхностного монтажа (SMT). Двухцветное исполнение в одном корпусе экономит место на плате и упрощает конструкцию по сравнению с использованием двух отдельных одноцветных светодиодов.

2. Технические параметры: детальный объективный анализ

В следующих разделах представлен подробный анализ электрических, оптических и тепловых характеристик устройства, определенных в спецификации.

2.1 Абсолютные максимальные характеристики

Эти характеристики определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за ними не гарантируется и должна быть исключена при проектировании схемы.

• Рассеиваемая мощность (Pd):75 мВт на кристалл (оранжевый и зеленый). Это максимальная мощность, которую светодиод может рассеять в виде тепла при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Превышение этого значения грозит тепловым разгоном и отказом.
• Пиковый прямой ток (I_FP):80 мА. Это максимально допустимый мгновенный прямой ток, обычно указываемый для импульсных условий (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для предотвращения чрезмерного роста температуры перехода.
• Постоянный прямой ток (I_F):30 мА постоянного тока. Это максимальный рекомендуемый ток для непрерывной работы в нормальных условиях.
• Снижение номинального тока:0.4 мА/°C линейно от 25°C. При повышении температуры окружающей среды выше 25°C максимально допустимый постоянный прямой ток должен быть уменьшен на эту величину, чтобы поддерживать температуру перехода в безопасных пределах.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Приложение обратного напряжения, превышающего это значение, может вызвать пробой и повредить p-n переход светодиода.
• Рабочая и температура хранения:-30°C до +85°C и -40°C до +85°C соответственно. Эти значения определяют пределы окружающей среды для надежной работы и нерабочего хранения.
• Температурные ограничения при пайке:Устройство выдерживает волновую или ИК пайку при 260°C в течение 5 секунд и пайку в парах при 215°C в течение 3 минут. Эти параметры критически важны для определения профиля оплавления при сборке печатной платы.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измерены при стандартных условиях испытаний Ta=25°C и I_F=20мА, если не указано иное. Они определяют типичные характеристики устройства.

• Сила света (I_V):
  • Оранжевый кристалл:Минимум 45.0 мкд, типичное значение не указано, максимум 280.0 мкд.
  • Зеленый кристалл:Минимум 18.0 мкд, типичное значение не указано, максимум 71.0 мкд.

  Большой разброс между минимальным и максимальным значениями указывает на то, что устройство доступно в различных бинах интенсивности (см. раздел 3). Оранжевый кристалл значительно ярче зеленого при том же токе накачки.

• Угол обзора (2θ_1/2):130 градусов (типично) для обоих цветов. Такой широкий угол обзора указывает на линзу рассеивающего типа, подходящую для применений, требующих широкого освещения, а не сфокусированного луча.
• Длина волны:
  • Оранжевый:Пиковая длина волны (λ_P) ~611 нм, доминирующая длина волны (λ_d) ~605 нм.
  • Зеленый:Пиковая длина волны (λ_P) ~574 нм, доминирующая длина волны (λ_d) ~571 нм.

  Доминирующая длина волны — это воспринимаемый человеческим глазом цвет, определяемый по диаграмме цветности CIE.

• Полуширина спектральной линии (Δλ):~17 нм для оранжевого, ~15 нм для зеленого. Это указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света.
• Прямое напряжение (V_F):Типичное 2.0В, максимальное 2.4В при 20мА для обоих цветов. Такое низкое прямое напряжение характерно для технологии AlInGaP и важно для расчета значений последовательного резистора и энергопотребления.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА при V_R=5В. Это ток утечки при обратном смещении светодиода.
• Емкость (C):Типичная 40 пФ при 0В, 1МГц. Этот параметр может быть важен в высокочастотных импульсных приложениях.

3. Объяснение системы бинов

Сила света светодиодов сортируется по бинам для обеспечения однородности в производственной партии. Код бина определяет конкретный диапазон интенсивности.

3.1 Бины интенсивности оранжевого светодиода

Интенсивность измерена при I_F=20мА. Допуск для каждого бина составляет +/-15%.

• Бин P:45.0 - 71.0 мкд
• Бин Q:71.0 - 112.0 мкд
• Бин R:112.0 - 180.0 мкд
• Бин S:180.0 - 280.0 мкд

3.2 Бины интенсивности зеленого светодиода

Интенсивность измерена при I_F=20мА. Допуск для каждого бина составляет +/-15%.

• Бин M:18.0 - 28.0 мкд
• Бин N:28.0 - 45.0 мкд
• Бин P:45.0 - 71.0 мкд

Конструкторам следует указывать требуемый код бина при заказе, чтобы гарантировать желаемый уровень яркости в их применении.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены типичные характеристические кривые, которые необходимы для понимания поведения устройства в различных условиях. Хотя конкретные графики здесь не воспроизводятся, анализируются их следствия.

4.1 Кривая тока от напряжения (I-V)

Вольт-амперная характеристика светодиода экспоненциальна. Типичное V_F2.0В при 20мА является ключевой рабочей точкой. Кривая показывает, что небольшое увеличение напряжения после точки излома приводит к большому, потенциально опасному, увеличению тока. Это подчеркивает необходимость методов ограничения тока (например, последовательного резистора или источника постоянного тока).

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Эта кривая, как правило, линейна в определенном диапазоне. Сила света приблизительно пропорциональна прямому току. Работа светодиода на максимальном постоянном токе (30мА) даст более высокую яркость, чем стандартные условия испытаний 20мА, но необходимо оценить вопросы теплового режима и срока службы.

4.3 Температурная зависимость

Характеристики светодиода чувствительны к температуре. Прямое напряжение (V_F) обычно уменьшается с ростом температуры перехода. Что более важно, сила света снижается при повышении температуры. Спецификация снижения номинального тока (0.4 мА/°C) является прямым конструктивным ограничением для управления этим тепловым эффектом и поддержания надежности.

5. Механические данные и информация о корпусе

Устройство соответствует стандартному посадочному месту для поверхностного монтажа по стандарту EIA.

5.1 Назначение выводов

Двухцветный светодиод имеет четыре вывода (1, 2, 3, 4). Согласно спецификации:

• Выводы 1 и 3 относятся к оранжевому светодиодному кристаллу.
• Выводы 2 и 4 относятся к зеленому светодиодному кристаллу.

Такая конфигурация обычно подразумевает внутреннюю схему с общим катодом или общим анодом, что необходимо проверить по чертежу корпуса для правильного подключения в схеме.

5.2 Габариты корпуса и упаковка в ленте на катушке

Устройство поставляется в ленте шириной 8 мм на катушках диаметром 7 дюймов, совместимых с автоматическими установочными машинами. Спецификации ленты и катушки соответствуют стандартам ANSI/EIA 481-1-A-1994. Ключевые детали упаковки включают:

• 4000 штук на катушке 7 дюймов.
• Минимальное количество упаковки для остатков — 500 штук.
• В ленте допускается не более двух последовательно отсутствующих компонентов ("ламп").

Предоставлены рекомендуемые размеры контактных площадок для обеспечения надежного паяного соединения и правильного позиционирования во время оплавления.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Рекомендуемые профили оплавления

Предложены два профиля пайки:

1. Стандартный профиль ИК оплавления:Для традиционных процессов пайки оловянно-свинцовым припоем.
2. Профиль ИК оплавления для бессвинцовой пайки:Должен использоваться с паяльной пастой Sn-Ag-Cu (SAC). Этот профиль обычно имеет более высокую пиковую температуру (например, 260°C), но строго контролируемое время выше температуры ликвидуса, чтобы предотвратить тепловое повреждение пластиковой линзы и внутренней структуры светодиода.

Абсолютное максимальное условие — 260°C в течение 5 секунд для ИК/волновой пайки и 215°C в течение 3 минут для пайки в парах.

6.2 Меры предосторожности при хранении и обращении

• Хранение:Рекомендуется не превышать 30°C и относительную влажность 70%. Светодиоды, извлеченные из оригинальной влагозащищенной упаковки, должны быть пропаяны оплавлением в течение одной недели. Для более длительного хранения их следует хранить в сухой герметичной среде (например, с осушителем или в азоте) и прогреть при температуре около 60°C в течение 24 часов перед использованием для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" (popcorning) во время оплавления.
• Очистка:Следует использовать только указанные чистящие средства. Рекомендуется изопропиловый или этиловый спирт при нормальной температуре в течение менее одной минуты. Неуказанные химикаты могут повредить корпус или линзу светодиода.
• Защита от ЭСР:Светодиоды чувствительны к электростатическому разряду. При обращении должны соблюдаться соответствующие меры защиты от ЭСР: использовать заземленные браслеты, антистатические коврики, ионизаторы для нейтрализации статики на линзе и обеспечивать надлежащее заземление всего оборудования.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Этот двухцветный светодиод подходит для различных индикаторных применений и отображения статуса, включая, но не ограничиваясь:

• Индикаторы питания/статуса на потребительской электронике (например, маршрутизаторы, зарядные устройства, бытовая техника).
• Двухцветные сигнальные лампы (например, зеленый для "включено/исправно", оранжевый для "ожидание/предупреждение").
• Подсветка для небольших значков или кнопок.
• Индикаторные лампы в салоне автомобиля (при условии соответствующей квалификации).
• Панели состояния промышленного оборудования.

7.2 Особенности проектирования схемы

Метод управления:Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Для обеспечения равномерной яркости, особенно при параллельном подключении нескольких светодиодов, последовательно скаждымсветодиодом должен быть установлен токоограничивающий резистор (Схема A). Не рекомендуется полагаться на естественные ВАХ для балансировки тока в параллельной конфигурации без индивидуальных резисторов (Схема B), так как небольшие различия в V_Fмежду светодиодами могут привести к значительной разнице в токе и, следовательно, в яркости.

Значение последовательного резистора (R_s) можно рассчитать по закону Ома: R_s= (V_{питания}- V_F) / I_F. Используйте максимальное V_Fиз спецификации (2.4В), чтобы обеспечить достаточный ток при любых условиях.

7.3 Тепловой режим

Хотя рассеиваемая мощность мала (75 мВт на кристалл), правильная разводка печатной платы может улучшить тепловые характеристики. Обеспечьте достаточную площадь медной фольги, соединенной с тепловыми площадками светодиода (если они есть) или окружающей контактные площадки, чтобы они действовали как радиатор, особенно при работе вблизи максимальных характеристик или при высоких температурах окружающей среды.

8. Техническое сравнение и отличительные особенности

Ключевыми отличительными факторами этого компонента являются егодвухцветное исполнение в одном SMD корпусеи использованиетехнологии AlInGaPдля оранжевого излучателя.

• По сравнению с одноцветными светодиодами:Экономит место на печатной плате, сокращает количество компонентов и упрощает сборку по сравнению с установкой двух отдельных светодиодов.
• AlInGaP по сравнению с другими технологиями:AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) известен высокой эффективностью и стабильностью в красной, оранжевой и желтой областях спектра, часто обеспечивая более высокую яркость и лучшие температурные характеристики по сравнению со старыми технологиями, такими как GaAsP.
• Широкий угол обзора (130°):Обеспечивает рассеянный световой поток, идеальный для индикации на большой площади, в отличие от узкоугольных светодиодов, используемых для сфокусированного освещения.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 Можно ли управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 5В или 3.3В?

Нет, напрямую нельзя.Светодиод требует управления током. Прямое подключение к источнику напряжения, такому как вывод МК (который обычно имеет ограничение по току, но не предназначен для управления светодиодами), может повредить как светодиод, так и выход микроконтроллера. Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор или специализированную схему драйвера светодиода.

9.2 В чем разница между пиковой длиной волны и доминирующей длиной волны?

Пиковая длина волны (λ_P)) — это длина волны, на которой спектральное распределение мощности максимально.Доминирующая длина волны (λ_d)) — это длина волны монохроматического света, которая соответствовала бы воспринимаемому цвету светодиода, рассчитанная по координатам цветности CIE. λ_dболее актуальна для спецификации цвета в приложениях, ориентированных на человека.

9.3 Почему необходимо снижение номинального тока?

При повышении температуры окружающей среды температура перехода светодиода растет при заданном рабочем токе. Более высокие температуры перехода ускоряют механизмы деградации, сокращая срок службы светодиода и потенциально вызывая катастрофический отказ. Снижение номинального тока уменьшает рассеиваемую мощность и, следовательно, температуру перехода, обеспечивая долгосрочную надежность.

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование двухцветного индикатора состояния для устройства, питающегося от шины 5В. Индикатор должен показывать зеленый цвет для "Нормальной работы" и оранжевый для "Зарядки/Предупреждения".

Шаги проектирования:

1. Топология схемы:Используйте два вывода GPIO микроконтроллера. Каждый вывод управляет одним цветом светодиода через отдельный токоограничивающий резистор. Правильно настройте внутреннее соединение (общий анод/катод) на основе чертежа корпуса.
2. Расчет резистора (для тока 20мА):
   • Предположим V_F(макс.) = 2.4В, V_{питания}= 5В, I_F= 20мА.
   • R = (5В - 2.4В) / 0.020А = 130 Ом.
   • Выберите ближайшее стандартное значение (например, 130 Ом или 120 Ом). Резистор 120 Ом даст немного больший ток (~21.7 мА), что допустимо, так как он ниже максимального значения 30 мА.
3. Разводка печатной платы:Расположите светодиод и его последовательные резисторы близко друг к другу. Обеспечьте умеренную площадь медной заливки вокруг контактных площадок светодиода для отвода тепла. Следуйте рекомендуемой компоновке контактных площадок из спецификации.
4. Программное обеспечение:Реализуйте логику включения вывода для зеленого цвета в нормальном состоянии и вывода для оранжевого цвета в состоянии предупреждения. Убедитесь, что они не включены одновременно, если не требуется смешанный цвет, учитывая ограничения по току для корпуса.

11. Введение в принцип работы

Светодиоды (LED) — это полупроводниковые устройства, излучающие свет посредством электролюминесценции. При приложении прямого напряжения к p-n переходу электроны и дырки инжектируются в активную область, где они рекомбинируют. Энергия, выделяемая при этой рекомбинации, излучается в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого в активной области. В данном устройстве оранжевый свет генерируется кристаллом AlInGaP, а зеленый свет — другим кристаллом (вероятно, на основе технологии InGaN, хотя здесь для зеленого явно не указано). Оба кристалла размещены вместе в одном эпоксидном корпусе с рассеивающей линзой, формирующей световой поток с широким углом обзора.

12. Технологические тренды

Область светодиодных технологий продолжает развиваться с несколькими четкими тенденциями, актуальными для таких компонентов:

• Повышение эффективности:Постоянные улучшения в материаловедении и конструкции кристаллов приводят к повышению световой отдачи (больше светового потока на ватт электрической мощности), что позволяет создавать более яркие индикаторы или снижать энергопотребление.
• Миниатюризация:Стремление к уменьшению размеров электронных устройств стимулирует создание светодиодов во все более компактных корпусах при сохранении или улучшении оптических характеристик.
• Повышенная надежность и срок службы:Улучшения в материалах корпусов, методах крепления кристаллов и технологии люминофоров (для белых светодиодов) продолжают увеличивать срок службы и стабильность работы в жестких условиях.
• Интеграция:Помимо многоцветности, наблюдается тенденция к интеграции управляющей электроники (такой как источники постоянного тока или ШИМ-контроллеры) непосредственно с кристаллом светодиода или внутри корпуса, создавая "интеллектуальные" светодиодные модули, упрощающие проектирование систем.
• Соответствие экологическим нормам:Переход на бессвинцовую (Pb-free) пайку и галоген-фри материалы теперь является стандартом, что отражено в отдельных профилях пайки, приведенных в данной спецификации.