Техническая спецификация LTST-C28NBEGK-2A - SMD светодиод RGB 2.8x3.5x0.25мм - Красный/Синий/Зеленый - 10-20мА

1. Обзор продукта

LTST-C28NBEGK-2A — это полноцветный сверхтонкий светодиод для поверхностного монтажа (SMD), разработанный для современных электронных приложений с ограниченным пространством. Этот компонент объединяет три различных светодиодных кристалла в одном компактном корпусе, что позволяет генерировать красный, синий и зеленый свет из одной точки монтажа. Его основная конструктивная цель — облегчить процессы автоматизированной сборки, обеспечивая при этом высокую яркость, подходящую для различных индикаторных функций и подсветки.

1.1 Ключевые преимущества

Устройство предлагает несколько ключевых преимуществ для разработчиков и производителей. Его сверхтонкий профиль в 0.25 мм делает его идеальным для применений, где критически важен вертикальный размер, например, в ультратонких мобильных устройствах или дисплеях. Корпус соответствует стандартам EIA, обеспечивая совместимость с широким спектром автоматизированного оборудования для установки компонентов и пайки оплавлением, что упрощает массовое производство. Кроме того, использование передовых полупроводниковых материалов InGaN (для синего/зеленого) и AlInGaP (для красного) обеспечивает высокую световую отдачу и отличную чистоту цвета.

1.2 Целевой рынок и области применения

Данный светодиод ориентирован на рынки потребительской электроники, телекоммуникаций и промышленного оборудования. Его типичные области применения включают, но не ограничиваются: индикаторы состояния и подсветку клавиатур и кнопок в смартфонах, планшетах и ноутбуках; подсветку сигналов и символов в сетевом оборудовании и бытовой технике; а также микро-дисплеи или декоративную подсветку, где требуется несколько цветов из одного источника. Его надежность и совместимость делают его универсальным выбором как для портативных, так и для стационарных электронных продуктов.

2. Подробный анализ технических параметров

Тщательное понимание электрических и оптических параметров имеет решающее значение для успешного проектирования схемы и прогнозирования производительности.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Работа устройства за пределами этих значений может привести к необратимому повреждению. Максимальный постоянный прямой ток (I_F) составляет 10 мА для синего и зеленого кристаллов и 20 мА для красного кристалла, при температуре окружающей среды (T_a) 25°C. Максимальная рассеиваемая мощность составляет 38 мВт для синего/зеленого и 50 мВт для красного. Устройство может выдерживать пиковый прямой ток 40 мА в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Диапазон рабочих температур составляет от -20°C до +80°C, условия хранения — от -30°C до +85°C. Компонент рассчитан на пайку оплавлением с пиковой температурой 260°C не более 10 секунд.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измерены в стандартных условиях испытаний (T_a=25°C, I_F=2мА). Сила света (I_V) варьируется в зависимости от цвета: Синий имеет диапазон 18.0-45.0 мкд, Красный — от 28.0 до 71.0 мкд, а Зеленый — от 112.0 до 280.0 мкд. Типичный угол обзора (2θ_1/2) составляет 120 градусов, обеспечивая широкое, рассеянное световое пятно. Прямое напряжение (V_F) — еще один критически важный параметр для проектирования источника питания: Синие и Зеленые светодиоды имеют диапазон V_F от 2.2В до 3.0В, в то время как Красный светодиод работает в диапазоне от 1.2В до 2.2В при токе 2мА. Обратный ток утечки (I_R) гарантированно составляет менее 10 мкА при обратном напряжении (V_R) 5В для всех цветов.

2.3 Спектральные характеристики

Цвет излучаемого света определяется его длиной волны. Типичная пиковая длина волны излучения (λ_P) составляет 465 нм для синего, 632 нм для красного и 518 нм для зеленого. Доминирующая длина волны (λ_d), которая более тесно связана с воспринимаемым цветом, имеет определенные бины: Синий — от 465 до 475 нм, Зеленый — от 525 до 535 нм. Полуширина спектральной линии (Δλ), показатель чистоты цвета, обычно составляет 25 нм для синего, 20 нм для красного и 35 нм для зеленого. Эти значения получены из цветовой диаграммы CIE 1931 года.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения постоянства цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых показателей производительности.

3.1 Биннинг по силе света

Светодиоды классифицируются по световому потоку при стандартном испытательном токе 2мА. Для каждого цвета существуют определенные коды бинов с минимальным и максимальным значениями силы света. Например, синие светодиоды сортируются в Бин M (18.0-28.0 мкд) и Бин N (28.0-45.0 мкд). Красные светодиоды используют Бин N (28.0-45.0 мкд) и Бин P (45.0-71.0 мкд). Зеленые светодиоды, которые обычно ярче, сортируются в Бин R (112.0-180.0 мкд) и Бин S (180.0-280.0 мкд). Внутри каждого бина по интенсивности применяется допуск ±15%.

3.2 Биннинг по оттенку (доминирующей длине волны)

Для применений, требующих точного соответствия цветов, таких как полноцветные дисплеи, светодиоды также сортируются по их доминирующей длине волны. Синие светодиоды доступны в Бине B (465.0-470.0 нм) и Бине C (470.0-475.0 нм). Зеленые светодиоды доступны в Бине C (525.0-530.0 нм) и Бине D (530.0-535.0 нм). Допуск для каждого бина доминирующей длины волны составляет жесткие ±1 нм. Конкретный код бина как для интенсивности, так и для длины волны указан на упаковке продукта, что позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие их точным требованиям к цвету и яркости.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные обеспечивают более глубокое понимание поведения устройства в различных условиях, что необходимо для надежного проектирования.

4.1 Зависимость тока от напряжения (I-V) и силы света

Прямое напряжение (V_F) светодиода не является постоянным; оно увеличивается с ростом прямого тока (I_F). Типичные кривые показывают эту зависимость для каждого цветного кристалла. Красный светодиод обычно имеет более низкое прямое напряжение при заданном токе по сравнению с синим и зеленым светодиодами, что согласуется с его другим полупроводниковым материалом (AlInGaP против InGaN). Аналогично, сила света увеличивается сверхлинейно с током, прежде чем потенциально насытиться при более высоких токах. Разработчики должны использовать эти кривые для выбора соответствующих токоограничивающих резисторов или драйверов постоянного тока для достижения желаемой яркости, оставаясь в пределах тепловых и электрических ограничений устройства.

4.2 Температурная зависимость

Производительность светодиода значительно зависит от температуры перехода. При повышении температуры прямое напряжение обычно немного уменьшается при заданном токе, в то время как световой выход падает. В спецификации приведены типичные кривые снижения номинальных характеристик, показывающие относительную силу света в зависимости от температуры окружающей среды. Понимание этой зависимости критически важно для применений, работающих в широком диапазоне температур или в условиях плохого теплового управления, поскольку это влияет на долгосрочную стабильность яркости и цветовой точки.

4.3 Спектральное распределение

Кривые спектрального распределения мощности иллюстрируют относительную интенсивность света, излучаемого на разных длинах волн для каждого цвета. Синие и зеленые кристаллы InGaN обычно показывают более узкое, более гауссово распределение, сосредоточенное вокруг их пиковой длины волны. Красный кристалл AlInGaP может иметь слегка иную спектральную форму. Эти кривые важны для применений, связанных с цветовыми датчиками, фильтрами или там, где требуется определенный спектральный состав, поскольку они показывают не только доминирующий цвет, но и количество света, излучаемого на соседних длинах волн.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габариты корпуса и назначение выводов

LTST-C28NBEGK-2A соответствует стандартному посадочному месту для SMD. Габариты корпуса приведены на подробном чертеже со всеми критическими размерами в миллиметрах. Допуск для большинства размеров составляет ±0.1 мм. Устройство имеет четыре вывода. Вывод 1 является общим анодом для всех трех светодиодных кристаллов. Вывод 2 — катод для Красного кристалла, Вывод 3 — катод для Синего кристалла, а Вывод 4 — катод для Зеленого кристалла. Линза прозрачная, что позволяет видеть собственный цвет кристалла.

5.2 Рекомендуемая конструкция контактных площадок на печатной плате

Для надежной пайки и оптимальных тепловых характеристик рекомендуется использовать определенный рисунок контактных площадок на печатной плате. Этот рисунок включает размеры и расстояние между паяльными площадками, которые спроектированы для обеспечения хорошего формирования паяльного мениска во время оплавления без возникновения мостиков или эффекта "гробового камня". Следование этой рекомендуемой компоновке помогает обеспечить прочное механическое крепление и эффективный отвод тепла от перехода светодиода.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль инфракрасной пайки оплавлением

Устройство совместимо с бессвинцовыми (Pb-free) процессами инфракрасной пайки оплавлением. Предлагается рекомендуемый температурный профиль, который обычно включает этап предварительного нагрева (например, 150-200°C), контролируемый подъем температуры, время выше температуры ликвидуса (TAL), пиковую температуру, не превышающую 260°C, и контролируемую фазу охлаждения. Критическим параметром является то, что корпус компонента не должен подвергаться воздействию температур выше 260°C более 10 секунд. Подчеркивается, что оптимальный профиль может варьироваться в зависимости от конкретной сборки печатной платы, припоя и используемой печи, и рекомендуется проведение характеристизации на уровне платы.

6.2 Меры предосторожности при хранении и обращении

Правильное обращение необходимо для предотвращения повреждения от электростатического разряда (ESD). Рекомендуется использовать антистатические браслеты или перчатки и заземлять все оборудование. Для хранения невскрытые компоненты, чувствительные к влаге (MSL 3), должны храниться при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤90% и использоваться в течение одного года. После вскрытия оригинальной герметичной упаковки светодиоды должны храниться при температуре ≤30°C и относительной влажности ≤60%. Компоненты, извлеченные из сухого пакета более чем на одну неделю, должны быть прогреты при температуре примерно 60°C в течение не менее 20 часов перед пайкой для удаления поглощенной влаги и предотвращения эффекта "попкорна" во время оплавления.

6.3 Очистка

Если очистка после пайки необходима, следует использовать только указанные растворители. Допустимо погружение светодиода в этиловый или изопропиловый спирт при комнатной температуре на время менее одной минуты. Использование неуказанных или агрессивных химических очистителей может повредить пластиковый корпус или линзу, что приведет к снижению светового потока или проблемам с надежностью.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации на ленте и катушке

Светодиоды поставляются упакованными в эмбоссированную несущую ленту шириной 8 мм на катушках диаметром 7 дюймов (178 мм) в соответствии со спецификациями ANSI/EIA-481. Каждая катушка содержит 3000 штук. Лента имеет шаг и размеры карманов, разработанные для совместимости со стандартными автоматическими питателями. Верхняя покрывающая лента герметизирует карманы с компонентами. В спецификациях упаковки также указано, что максимально допустимым является отсутствие не менее двух последовательных компонентов (пустых карманов), а минимальный объем заказа для остаточных партий составляет 500 штук.

8. Примечания по применению и соображения при проектировании

8.1 Проектирование схемы

Каждый цветовой канал (Красный, Зеленый, Синий) должен управляться независимо через свою собственную токоограничивающую цепь, подключенную к общему аноду (Вывод 1) и соответствующему катодному выводу. Из-за различных характеристик прямого напряжения для каждого цвета требуются отдельные расчеты установки тока для достижения равномерной воспринимаемой яркости или конкретных цветовых смесей. Драйвер постоянного тока часто предпочтительнее простого последовательного резистора для лучшей стабильности при изменении температуры и напряжения питания, особенно в устройствах с батарейным питанием.

8.2 Тепловое управление

Хотя рассеиваемая мощность относительно невелика (38-50 мВт на кристалл), эффективное тепловое управление по-прежнему важно для поддержания производительности и долговечности, особенно при работе светодиодов на токе, близком к максимальному номинальному. Печатная плата выступает в качестве основного радиатора. Обеспечение хорошего теплового соединения через рекомендуемую конструкцию контактных площадок и, при необходимости, использование тепловых переходных отверстий или медной заливки под корпусом помогает отводить тепло от перехода светодиода.

8.3 Оптическая интеграция

Широкий угол обзора в 120 градусов делает этот светодиод подходящим для применений, требующих широкого, равномерного освещения, а не сфокусированного луча. Для подсветки панелей или световодов оптические материалы сопряжения и рассеивания должны быть выбраны так, чтобы эффективно работать с диаграммой направленности и цветовыми точками светодиода. Разработчикам также следует учитывать возможность смешения цветов, когда несколько светодиодов расположены близко друг к другу, что может использоваться для создания вторичных цветов, таких как голубой, пурпурный, желтый или белый.

9. Техническое сравнение и дифференциация

LTST-C28NBEGK-2A выделяется на рынке благодаря сочетанию своих характеристик. Его основное преимущество — интеграция трех высокоэффективных кристаллов разных цветов в стандартный сверхтонкий (0.25 мм) корпус. Это контрастирует с альтернативами, такими как использование трех отдельных одноцветных светодиодов (занимающих больше места на плате) или одного белого светодиода с цветными фильтрами (что менее эффективно и дает менее насыщенные цвета). Использование AlInGaP для красного цвета обеспечивает более высокую эффективность и лучшую термическую стабильность по сравнению со старыми технологиями, такими как GaAsP, что приводит к более яркому и стабильному красному излучению. Его соответствие стандартам автоматизированной сборки и пайки оплавлением делает его экономически эффективным выбором для массового производства по сравнению со светодиодами, требующими ручной пайки.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Могу ли я одновременно питать все три цвета на максимальном токе?

Нет, без превышения общих пределов рассеиваемой мощности корпуса. Если все три кристалла питать на максимальном постоянном токе (Красный: 20мА, Синий: 10мА, Зеленый: 10мА) и типичных прямых напряжениях, общая мощность может приблизиться или превысить совокупную тепловую емкость небольшого корпуса, что приведет к перегреву и сокращению срока службы. Конструкция должна учитывать скважность и тепловую среду. Для получения чистого белого света (все три включены) обычно каждый канал питается на более низком токе для управления общим нагревом.

10.2 Почему прямое напряжение разное для каждого цвета?

Прямое напряжение является фундаментальным свойством ширины запрещенной зоны полупроводникового материала. Синие и зеленые светодиоды используют нитрид индия-галлия (InGaN), который имеет большую ширину запрещенной зоны, что требует более высокого напряжения (обычно ~2.8В), чтобы "протолкнуть" электроны через нее и вызвать излучение света. Красные светодиоды используют фосфид алюминия-индия-галлия (AlInGaP), который имеет меньшую ширину запрещенной зоны, что приводит к более низкому прямому напряжению (обычно ~1.8В).

10.3 Как интерпретировать коды бинов при заказе?

При размещении заказа вы можете указать желаемые коды бинов для силы света и доминирующей длины волны для каждого цвета. Например, заказ "Синий: Бин N, Бин B" запрашивает синие светодиоды с силой света от 28.0 до 45.0 мкд и доминирующей длиной волны от 465.0 до 470.0 нм. Указание бинов позволяет более жестко контролировать постоянство цвета и соответствие яркости между несколькими устройствами в вашем продукте, что критически важно для дисплейных и индикаторных применений.

11. Практический пример проектирования и использования

Рассмотрим портативное игровое устройство, которое использует LTST-C28NBEGK-2A для многоцветной индикации состояния вокруг его управляющих кнопок. Задача проектирования заключается в обеспечении ярких, выбираемых пользователем цветов (Красный, Зеленый, Синий, Голубой, Пурпурный, Желтый, Белый) при минимизации энергопотребления от батареи устройства. Инженер выбирает ИС драйвера светодиодов с тройным выходом и низким собственным потреблением. Используя кривые V_F и I_V из спецификации, они программируют драйвер на подачу 5мА на красный канал и 3мА на синий и зеленый каналы для создания сбалансированного белого света при минимальном общем токе. Они выбирают светодиоды из Бина P для красного и Бина S для зеленого, чтобы обеспечить высокую яркость, и указывают узкие бины по длине волны (B для синего, C для зеленого), чтобы гарантировать постоянство цвета на всех устройствах. Разводка печатной платы следует рекомендуемой конструкции контактных площадок и включает небольшое тепловое соединение с полигоном земли для отвода тепла. Финальная сборка использует указанный профиль ИК-оплавления, что приводит к надежным, ярким и стабильным индикаторным огням, улучшающим пользовательский опыт.

12. Введение в принцип работы

Светодиоды (LED) — это полупроводниковые устройства, излучающие свет в процессе, называемом электролюминесценцией. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу полупроводникового материала, электроны из n-области получают достаточно энергии, чтобы пересечь переход и рекомбинировать с дырками в p-области. Это событие рекомбинации высвобождает энергию. В светодиоде полупроводниковый материал выбран таким образом, что эта энергия высвобождается в основном в форме фотонов (частиц света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала: большая ширина запрещенной зоны производит свет с более короткой длиной волны (более синий), а меньшая ширина запрещенной зоны — с более длинной длиной волны (более красный). Материальная система InGaN используется для синих и зеленых светодиодов, в то время как AlInGaP используется для высокоэффективных красных и янтарных светодиодов. Корпус SMD инкапсулирует крошечный полупроводниковый кристалл, обеспечивает электрические соединения через металлические выводы и включает в себя формованную пластиковую линзу, формирующую световой поток.

13. Технологические тренды и разработки

Область SMD светодиодов продолжает развиваться под влиянием требований к более высокой эффективности, меньшему размеру, лучшей цветопередаче и более низкой стоимости. Тренды, наблюдаемые в компонентах, подобных LTST-C28NBEGK-2A, включают продолжающуюся миниатюризацию корпусов при сохранении или увеличении светового потока (более высокая эффективность в люменах на ватт). Происходит постоянное совершенствование материаловедения, лежащего в основе кристаллов InGaN и AlInGaP, что приводит к снижению падения эффективности при высоких токах и лучшей производительности при повышенных температурах. Другой значительный тренд — интеграция большего количества функций, например, объединение RGB светодиодов со специализированной ИС драйвера или управляющей логикой в один корпус ("умный светодиод"). Кроме того, достижения в технологии люминофоров для белых светодиодов и разработка микро-светодиодов для дисплеев следующего поколения представляют собой параллельные пути развития, влияющие на более широкую оптоэлектронную экосистему, в которой работают многоцветные SMD светодиоды.