Техническая документация на полноцветный SMD светодиод LTST-C19FD1WT - Размеры 3.2x1.6x0.55мм - Напряжение 2.0-3.8В - Мощность 0.08Вт

1. Обзор продукта

LTST-C19FD1WT — это полноцветный светодиод для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для современных электронных приложений с ограниченным пространством. Он объединяет три различных светодиодных кристалла в одном ультратонком корпусе, что позволяет получать несколько цветов, занимая место одного компонента. Такая конструкция особенно выгодна для приложений, требующих индикации состояния, подсветки или компактных элементов отображения без ущерба для цветовых возможностей.

Его миниатюрный размер и совместимость с автоматизированными процессами сборки делают его универсальным выбором для крупносерийного производства. Устройство изготовлено в соответствии с требованиями RoHS (Ограничение использования опасных веществ), что гарантирует его соответствие мировым экологическим стандартам для электронных компонентов.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основное преимущество этого светодиода — интеграция синего (InGaN), зеленого (InGaN) и оранжевого (AlInGaP) источников света в один корпус стандарта EIA высотой всего 0,55 мм. Эта многокристальная конфигурация устраняет необходимость в нескольких дискретных светодиодах для достижения аналогичной цветовой функциональности, экономя ценное место на печатной плате (PCB).

Устройство ориентировано на следующие области применения:

• Телекоммуникационное оборудование:Индикаторы состояния на маршрутизаторах, модемах и трубках.
• Офисная автоматизация:Подсветка клавиатур и клавиш в ноутбуках и периферийных устройствах.
• Потребительская электроника и бытовая техника:Индикаторы питания, режима работы или функций.
• Промышленное оборудование:Панельные индикаторы и элементы интерфейса оператора.
• Микродисплеи и вывески:Небольшие информационные или символические светильники.

Его совместимость с процессами инфракрасной (ИК) пайки оплавлением соответствует стандартным линиям сборки поверхностного монтажа (SMT), обеспечивая эффективную и надежную установку на плату.

2. Технические параметры: Подробный объективный анализ

В этом разделе представлен детальный анализ электрических, оптических и тепловых характеристик, указанных в спецификации. Понимание этих параметров критически важно для правильного проектирования схемы и обеспечения долгосрочной надежности.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за ними не гарантируется, и в проектировании ее следует избегать.

• Рассеиваемая мощность (Pd):80 мВт для синего/зеленого, 75 мВт для оранжевого. Это максимально допустимая мощность, которую светодиод может рассеивать в виде тепла при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Превышение этого предела грозит тепловым разгоном и деградацией.
• Постоянный прямой ток (IF):20 мА для синего/зеленого, 30 мА для оранжевого. Это максимальный рекомендуемый постоянный прямой ток для нормальной работы. Более высокий номинал для оранжевого кристалла типичен для технологии AlInGaP по сравнению с InGaN.
• Пиковый прямой ток:100 мА для синего/зеленого, 80 мА для оранжевого (при скважности 1/10, длительность импульса 0,1 мс). Этот параметр предназначен только для кратковременного импульсного режима и не должен использоваться для расчетов в схемах с постоянным током.
• Температурные диапазоны:Рабочий: от -20°C до +80°C; Хранения: от -30°C до +100°C. Функциональность устройства гарантируется в рабочем диапазоне. Длительное хранение за пределами указанного диапазона может повлиять на свойства материалов.
• Условия инфракрасной пайки:Пиковая температура 260°C максимум в течение 10 секунд. Это определяет допустимый тепловой профиль для процессов бессвинцовой пайки оплавлением.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C, IF=20мА) и определяют производительность устройства.

• Сила света (Iv):Измеряется в милликанделах (мкд). В спецификации указаны минимальные и максимальные значения для каждого цвета, которые дополнительно подразделяются на бины (см. раздел 3). Типичные значения: Синий: 28-180 мкд, Зеленый: 71-450 мкд, Оранжевый: 45-180 мкд. Зеленый кристалл, как правило, обладает более высокой эффективностью.
• Угол обзора (2θ1/2):Обычно 130 градусов. Такой широкий угол обзора указывает на рассеивающую линзу, распределяющую свет по широкой области, а не в сфокусированный луч, что идеально подходит для индикаторов состояния, которые должны быть видны под разными углами.
• Прямое напряжение (VF):Падение напряжения на светодиоде при протекании тока 20мА. Типичное/Макс.: Синий/Зеленый: 3,5В/3,8В; Оранжевый: 2,0В/2,4В. Это критически важный параметр для проектирования драйвера. Более низкое VF оранжевого кристалла требует иных соображений по ограничению тока, если цвета управляются независимо.
• Пиковая длина волны излучения (λp) и Доминирующая длина волны (λd):λp — это длина волны в наивысшей точке спектра излучения. λd — это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом. Типичные значения: Синий: λp=468нм, λd=470нм; Зеленый: λp=520нм, λd=525нм; Оранжевый: λp=611нм, λd=605нм. Разница между λp и λd обусловлена формой спектра излучения и спектральной чувствительностью глаза.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Ширина спектра излучения на половине его максимальной интенсивности. Типично: Синий: 26нм, Зеленый: 35нм, Оранжевый: 17нм. Более узкая Δλ, как у оранжевого, указывает на более спектрально чистый цвет.
• Обратный ток (IR):Максимум 10 мкА при VR=5В. Светодиоды не предназначены для работы в обратном смещении. Этот тестовый параметр указывает на очень незначительную утечку. Приложение значительного обратного напряжения повредит устройство.

3. Объяснение системы бинов

Для управления естественными вариациями в производстве полупроводников светодиоды сортируются по бинам производительности. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям к яркости.

3.1 Биннинг по силе света

LTST-C19FD1WT использует буквенную систему бинов для силы света с допуском +/-15% внутри каждого бина. Доступные бины различаются для каждого цвета из-за присущей материалу эффективности.

• Синий (InGaN):Бины N (28-45 мкд), P (45-71 мкд), Q (71-112 мкд), R (112-180 мкд).
• Зеленый (InGaN):Бины Q (71-112 мкд), R (112-180 мкд), S (180-280 мкд), T (280-450 мкд). Обратите внимание на более высокий верхний предел по сравнению с синим.
• Оранжевый (AlInGaP):Бины P (45-71 мкд), Q (71-112 мкд), R (112-180 мкд).

При заказе указание кода бина обеспечивает единообразие яркости в рамках производственной партии. Например, указание "Зеленый, Бин T" гарантирует получение самых ярких зеленых кристаллов, доступных для этого продукта.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя в спецификации приводятся типовые кривые, их общая интерпретация основана на стандартной физике светодиодов.

• Вольт-амперная характеристика (Ток vs. Напряжение):Прямое напряжение (VF) увеличивается логарифмически с ростом тока. Кривая для оранжевого кристалла (AlInGaP) обычно имеет более низкое напряжение отсечки (~1,8-2,0В), чем у синего/зеленого кристаллов (InGaN, ~3,0-3,2В). После точки отсечки напряжение растет более линейно.
• Зависимость силы света от прямого тока:Сила света приблизительно пропорциональна прямому току вплоть до максимального номинального тока. Однако эффективность (люмен на ватт) часто снижается при очень высоких токах из-за увеличения тепловыделения.
• Температурные характеристики:Сила света обычно уменьшается с ростом температуры перехода. Прямое напряжение также уменьшается с повышением температуры (отрицательный температурный коэффициент для VF).
• Спектральное распределение:Каждый кристалл излучает свет в узкой полосе длин волн с пиком на λp. Спектр оранжевого AlInGaP, как правило, уже, чем спектры InGaN для синего и зеленого.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габариты корпуса и назначение выводов

Устройство соответствует отраслевому стандарту для SMD компонентов. Ключевые размеры включают размер корпуса приблизительно 3,2мм x 1,6мм при высоте всего 0,55мм. Назначение выводов критически важно для правильной ориентации: Вывод 1: анод синего (InGaN), Вывод 2: анод оранжевого (AlInGaP), Вывод 3: анод зеленого (InGaN). Катоды всех трех кристаллов соединены внутри с оставшимся выводом (выводами). Точная конфигурация контактных площадок должна соответствовать диаграмме "Рекомендуемая контактная площадка для печатной платы" в спецификации, чтобы обеспечить правильную пайку и теплоотвод.

5.2 Определение полярности

Полярность обычно указывается маркировкой на корпусе светодиода, например, точкой, выемкой или скошенным краем возле вывода 1. Маркировка на шелкографии печатной платы должна четко повторять эту метку, чтобы предотвратить ошибки сборки. Неправильная полярность не позволит светодиоду светиться и может привести к перегрузке устройства, если схема драйвера подаст высокое обратное напряжение.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Параметры групповой пайки оплавлением

Устройство рассчитано на бессвинцовую ИК пайку оплавлением. Рекомендуемый профиль включает зону предварительного нагрева (150-200°C), контролируемый подъем до пиковой температуры максимум 260°C и время выше температуры ликвидуса (TAL), в течение которого пиковая температура поддерживается не более 10 секунд. Общее время предварительного нагрева не должно превышать 120 секунд. Эти параметры основаны на стандартах JEDEC для предотвращения теплового удара и повреждения эпоксидного корпуса и внутренних проводных соединений. Профиль должен быть охарактеризован для конкретной сборки печатной платы.

6.2 Хранение и обращение

• Меры предосторожности от электростатического разряда (ESD):Светодиод чувствителен к ESD. Обращение должно осуществляться на защищенном от статики рабочем месте с использованием заземленных браслетов и проводящей пены.
• Уровень чувствительности к влаге (MSL):Устройство имеет рейтинг MSL 3. При вскрытии оригинального влагозащитного пакета компоненты должны быть припаяны в течение 168 часов (1 недели) после воздействия условий цеха (<30°C/60% относительной влажности). В случае превышения этого срока требуется прогрев при 60°C в течение не менее 20 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" (popcorning) во время оплавления.
• Длительное хранение:Невскрытые пакеты должны храниться при ≤30°C и ≤90% относительной влажности. Вскрытые устройства должны храниться в сухом шкафу или герметичном контейнере с осушителем.

6.3 Очистка

Очистка после пайки, если это необходимо, должна проводиться с использованием мягких спиртосодержащих растворителей, таких как изопропиловый спирт (IPA) или этиловый спирт. Погружение должно быть кратковременным (менее одной минуты) при комнатной температуре. Агрессивные или неуказанные химикаты могут повредить материал линзы или маркировку корпуса.

7. Упаковка и информация для заказа

LTST-C19FD1WT поставляется в стандартной для отрасли тисненой транспортной ленте на катушках диаметром 7 дюймов (178 мм). Каждая катушка содержит 3000 штук. Размеры ленты и катушки соответствуют спецификациям ANSI/EIA-481, что обеспечивает совместимость с автоматическим оборудованием для установки компонентов. Для количеств меньше полной катушки типичной минимальной упаковкой для остатков является 1000 штук.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые схемы включения

Каждый цветной кристалл должен управляться независимо с помощью собственного токоограничивающего резистора или источника постоянного тока. Значение резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (Vпитания - VF_светодиода) / IF. Например, для питания синего светодиода от источника 5В с целевым IF=20мА и типичным VF=3,5В: R = (5В - 3,5В) / 0,02А = 75 Ом. Подойдет стандартный резистор 75Ом или 82Ом. Мощность резистора должна быть не менее I²R = (0,02)² * 75 = 0,03Вт, поэтому резистора на 1/10Вт (0,1Вт) достаточно. Микроконтроллеры или специализированные микросхемы драйверов светодиодов могут использоваться для ШИМ-диммирования (широтно-импульсной модуляции) или динамического смешения цветов.

8.2 Особенности проектирования

• Тепловой менеджмент:Хотя рассеиваемая мощность мала, обеспечение достаточной площади медного покрытия на печатной плате вокруг контактных площадок светодиода помогает отводить тепло от перехода, поддерживая яркость и долговечность.
• Согласование токов:Для равномерной видимой яркости при одновременном включении нескольких цветов необходимо учитывать различную силу света и чувствительность человеческого глаза (спектральную чувствительность). Токи управления, возможно, потребуется настраивать независимо (например, уменьшать ток для более яркого зеленого кристалла), чтобы достичь сбалансированного белого света или других цветовых сочетаний.
• Защита от обратного напряжения:В схемах, где светодиод может подвергаться обратному смещению (например, в мультиплексированных матрицах), рекомендуется устанавливать шунтирующий диод параллельно каждой цепочке светодиодов для защиты устройств.

9. Техническое сравнение и отличия

Ключевым отличием LTST-C19FD1WT является его "полноцветная" возможность в ультратонком корпусе высотой 0,55 мм. По сравнению с использованием трех отдельных одноцветных светодиодов типоразмера 0603 или 0402, это интегрированное решение обеспечивает значительную экономию места, упрощение установки (один компонент вместо трех) и потенциально лучшее смешение цветов благодаря более близкому расположению источников света. Использование InGaN для синего/зеленого и AlInGaP для оранжевого обеспечивает высокую эффективность и хорошую насыщенность цветов во всем спектре. Альтернативные решения могут использовать белый светодиод с цветными фильтрами или специальный RGB-корпус, которые могут быть толще или иметь другие требования к напряжению питания.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Можно ли включать все три цвета одновременно для получения белого света?

Да, подавая ток на красный (оранжевый), зеленый и синий кристаллы в соответствующих соотношениях, можно смешивать свет для получения различных цветов, включая белый. Однако конкретная оранжевая длина волны (доминирующая 605-611нм) не является глубоким красным, поэтому результирующий "белый" свет может иметь слегка теплый оттенок или ограниченную цветовую гамму по сравнению со светодиодом, использующим настоящий красный кристалл. Для достижения конкретной цветовой температуры белого света (например, D65) требуется точное управление током и, возможно, калибровка.

10.2 Почему максимальный прямой ток отличается для оранжевого кристалла?

Оранжевый кристалл использует технологию полупроводника AlInGaP, в то время как синий и зеленый используют InGaN. Эти различные материальные системы имеют врожденные различия в допустимой плотности тока, внутренней эффективности и тепловых характеристиках, что приводит к тому, что производитель указывает более высокий безопасный постоянный ток (30мА против 20мА) для оранжевого кристалла при тех же тепловых ограничениях корпуса.

10.3 Что произойдет, если превысить спецификацию пайки (260°C в течение 10 секунд)?

Превышение рекомендуемого теплового профиля может вызвать множественные отказы: расслоение эпоксидного корпуса, растрескивание кремниевого кристалла или подложки, деградацию люминофора (если он есть) или разрушение внутренних золотых проводных соединений. Это, скорее всего, приведет к немедленному отказу (отсутствие светового потока) или значительному снижению долгосрочной надежности.

11. Пример практического применения

Сценарий: Многофункциональный индикатор состояния для сетевого маршрутизатора.Один LTST-C19FD1WT может заменить три отдельных светодиода для индикации питания (постоянный оранжевый), сетевой активности (мигающий зеленый) и состояния ошибки (мигающий синий). Выводы GPIO микроконтроллера, каждый с последовательным токоограничивающим резистором, рассчитанным, как в разделе 8.1, независимо управляют каждым цветом. Широкий угол обзора 130 градусов гарантирует, что индикатор виден из любой точки комнаты. Ультратонкий профиль позволяет разместить его за тонкой панелью. Используя ШИМ на микроконтроллере, можно регулировать яркость каждого цвета для оптимальной видимости в различных условиях окружающего освещения.

12. Введение в принцип работы

Светодиоды (LED) — это полупроводниковые устройства, излучающие свет посредством электролюминесценции. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области, высвобождая энергию в виде фотонов. Длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. LTST-C19FD1WT использует две материальные системы: нитрид индия-галлия (InGaN) для синего и зеленого кристаллов, имеющий более широкую запрещенную зону, и фосфид алюминия-индия-галлия (AlInGaP) для оранжевого кристалла, имеющий более узкую запрещенную зону, соответствующую более длинным волнам (красный/оранжевый). Рассеивающая белая линза инкапсулирует кристаллы, обеспечивая механическую защиту, формируя световой пучок и смешивая цвета при одновременной работе нескольких кристаллов.

13. Технологические тренды

Развитие SMD светодиодов, таких как LTST-C19FD1WT, следует общим трендам в оптоэлектронике: увеличение интеграции, миниатюризация и повышение эффективности. Будущие версии могут иметь еще более тонкие корпуса, более высокую световую отдачу (больше света на ватт) и улучшенный индекс цветопередачи (CRI) для приложений со смешанным белым светом. Также наблюдается тенденция к ужесточению допусков бинов для обеспечения более стабильного цвета и яркости в высококлассных дисплейных приложениях. Стремление к работе при более низких напряжениях для совместимости с современной маломощной цифровой логикой (например, системы на 1,8В или 3,3В) — еще одна область постоянного развития.