Техническая спецификация белого светодиода T-1 3 мм - Диаметр 3.0 мм, высота 5.0 мм - Прямое напряжение 2.8-4.0В - Постоянный ток 30 мА - Рассеиваемая мощность 110 мВт

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики высокоинтенсивного белого светоизлучающего диода (СИД), заключенного в популярный круглый корпус T-1 (3 мм). Устройство спроектировано для обеспечения превосходной световой отдачи, что делает его подходящим для применений, требующих высокой яркости и четкой видимости. Основная технология использует полупроводниковый чип InGaN, излучающий синий свет. Это синее излучение затем преобразуется в широкоспектральный белый свет с помощью люминофорного слоя, нанесенного внутри отражателя светодиода. Результирующие типичные координаты цветности составляют x=0.29, y=0.28 в соответствии со стандартом цветового пространства CIE 1931, что указывает на нейтральную или холодную цветовую температуру белого света. Компонент разработан для надежности и включает такие функции, как защита от электростатического разряда (ESD) до 4 кВ (модель человеческого тела) и соответствие соответствующим экологическим нормам.

1.1 Основные преимущества и целевой рынок

Основным преимуществом данного светодиода является его высокая сила света в компактном, стандартном для отрасли форм-факторе T-1. Это сочетание малого размера и высокой яркости предоставляет инженерам-конструкторам значительную гибкость. Устройство поставляется навалом или на ленте для автоматизированных процессов сборки, повышая эффективность производства. Его ключевые применения сосредоточены в областях, требующих четкой, яркой индикации или подсветки. Целевые рынки включают потребительскую электронику, промышленные панели управления, внутреннее освещение автомобилей и общие вывески.

2. Подробный анализ технических параметров

Всестороннее понимание электрических и оптических пределов имеет решающее значение для надежной конструкции схемы и долгосрочной производительности.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют пределы напряжения, за которыми может произойти необратимое повреждение устройства. Работа на этих пределах или около них не гарантируется и должна быть исключена для надежной работы.

• Постоянный прямой ток (I_F): 30 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать на светодиод.
• Пиковый прямой ток (I_FP): 100 мА. Этот более высокий ток допустим только в импульсном режиме, при скважности 1/10 и частоте 1 кГц.
• Обратное напряжение (V_R): 5 В. Приложение обратного напряжения, превышающего это значение, может вызвать пробой p-n перехода.
• Рассеиваемая мощность (P_d): 110 мВт. Это максимальная мощность, которую корпус может рассеивать в виде тепла, рассчитываемая как прямое напряжение (V_F), умноженное на прямой ток (I_F).
• Рабочая и температура хранения: Устройство может работать при температуре окружающей среды от -40°C до +85°C и храниться при температуре от -40°C до +100°C.
• Температура пайки: Выводы могут выдерживать температуру пайки 260°C в течение максимум 5 секунд, что совместимо со стандартными процессами оплавления и ручной пайки.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C) и определяют типичные характеристики светодиода.

• Прямое напряжение (V_F): Диапазон от 2.8В (мин.) до 4.0В (макс.) при испытательном токе 20 мА. Типичное значение находится в этом диапазоне. Последовательно со светодиодом обязательно должен быть установлен токоограничивающий резистор для управления током в зависимости от напряжения питания и конкретного значения V_Fсветодиода.
• Сила света (I_V): Имеет минимальное значение 1800 милликандел (мкд) при 20 мА. Интенсивность может достигать 4500 мкд в зависимости от конкретного бина (см. раздел 3). Эта высокая интенсивность является ключевой особенностью.
• Угол обзора (2θ_1/2): Типичный полный угол обзора на половине интенсивности составляет 25 градусов. Это указывает на относительно сфокусированную диаграмму направленности, что идеально для направленной индикации.
• Обратный ток (I_R): Ограничен максимум 50 мкА при приложении обратного смещения 5 В, что указывает на хорошую целостность перехода.
• Особенность стабилитрона: В спецификации указано типичное напряжение стабилитрона в обратном направлении (V_Z) 5.2В при 5 мА и номинальный обратный ток стабилитрона (I_Z) 100 мА. Это предполагает, что некоторые устройства могут включать в себя встроенный стабилитрон для защиты от обратного напряжения, но разработчикам следует подтвердить наличие и характеристики этой функции для их конкретного применения.

3. Объяснение системы сортировки (бининга)

Из-за производственных отклонений светодиоды сортируются по группам производительности. Понимание этих групп критически важно для достижения стабильного цвета и яркости в применении.

3.1 Сортировка по силе света

Светодиоды классифицируются на четыре группы интенсивности (M, N, P, Q) на основе измеренной световой отдачи при 20 мА. Допуск по силе света составляет ±10% в пределах каждой группы.

• Группа M: от 1800 мкд до 2250 мкд
• Группа N: от 2250 мкд до 2850 мкд
• Группа P: от 2850 мкд до 3600 мкд
• Группа Q: от 3600 мкд до 4500 мкд

3.2 Сортировка по прямому напряжению

Светодиоды также сортируются по падению прямого напряжения при 20 мА, с погрешностью измерения ±0.1В. Это помогает в проектировании стабильных схем управления током, особенно когда несколько светодиодов соединены параллельно.

• Группа 0: от 2.8В до 3.0В
• Группа 1: от 3.0В до 3.5В
• Группа 2: от 3.5В до 4.0В

3.3 Сортировка по координатам цвета (цветность)

Цвет белого света определяется его координатами на диаграмме цветности CIE 1931. Светодиоды группируются в восемь цветовых рангов (A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2), каждый с определенными минимальными и максимальными границами для координат x и y. Типичные координаты: x=0.29, y=0.28, что попадает в группы C1 или C2. Погрешность измерения для координат цвета составляет ±0.01. Эта сортировка обеспечивает цветовую стабильность для применений, где важен однородный белый цвет.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные дают представление о поведении светодиода в различных условиях.

4.1 Относительная интенсивность в зависимости от длины волны

Кривая спектрального распределения мощности показывает относительную интенсивность излучаемого света на разных длинах волн. Для белого светодиода, использующего систему синего чипа + люминофор, эта кривая обычно показывает доминирующий пик в синей области (около 450-460 нм от чипа InGaN) и более широкий пик или плато в желто-зелено-красной области (от люминофора). Совокупный выход воспринимается как белый свет.

4.2 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Эта кривая нелинейна, что характерно для диода. Напряжение сначала постепенно увеличивается с током, а затем более круто. Работа светодиода при рекомендуемых 20 мА гарантирует, что он находится на эффективной, стабильной части этой кривой.

4.3 Относительная интенсивность в зависимости от прямого тока

Световой выход прямо пропорционален прямому току, но зависимость не является идеально линейной, особенно при более высоких токах из-за падения эффективности и тепловых эффектов. Увеличение тока сверх рекомендуемого максимума не даст пропорционального увеличения света и приведет к чрезмерному нагреву.

4.4 Координаты цветности в зависимости от прямого тока

Этот график иллюстрирует, как точка цвета (координаты x, y) может незначительно смещаться при изменении тока накачки. Как правило, более высокие токи могут вызывать небольшой синий сдвиг из-за повышения температуры чипа и изменения эффективности преобразования люминофора.

4.5 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Максимально допустимый прямой ток светодиода уменьшается с увеличением температуры окружающей среды. Это снижение номинальных параметров необходимо для предотвращения превышения предельной температуры перехода, что ускорит деградацию светового потока и сократит срок службы. Конструкторы должны учитывать температуру рабочей среды при установке тока накачки.

5. Механическая информация и упаковка

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод соответствует стандартным размерам круглого корпуса T-1 3 мм. Ключевые размеры включают типичный диаметр корпуса 3.0 мм и высоту примерно 5.0 мм от нижней части фланца до верха линзы. Выводы имеют диаметр 0.45 мм и расстояние между ними 2.54 мм (стандартный шаг 0.1 дюйма). Линза прозрачная. Все размерные допуски составляют ±0.25 мм, если не указано иное. Расстояние между выводами измеряется в месте их выхода из корпуса. Допускается максимальный выступ смолы под фланцем 1.5 мм.

5.2 Определение полярности

Светодиод является поляризованным компонентом. Более длинный вывод, как правило, является анодом (плюсом), а более короткий — катодом (минусом). Кроме того, на стороне катода часто имеется плоское место на пластиковом фланце или выемка на ободе. Правильную полярность необходимо соблюдать при сборке схемы.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение необходимо для предотвращения повреждений и обеспечения надежности.

6.1 Формовка выводов

• Изгиб должен производиться в точке не менее чем в 3 мм от основания эпоксидной колбы, чтобы избежать напряжения на внутренних проводных соединениях и кристалле.
• Формовку всегда следует выполнятьдо soldering.
• Необходимо избегать чрезмерного напряжения на корпус во время изгиба.
• Обрезку выводов следует производить при комнатной температуре.
• Отверстия на печатной плате должны точно совпадать с выводами светодиода, чтобы избежать монтажного напряжения.

6.2 Условия хранения

Светодиоды чувствительны к влаге. После получения их следует хранить при температуре 30°C или ниже и относительной влажности (RH) 70% или ниже. Рекомендуемый срок хранения в этих условиях составляет 3 месяца. Для более длительного хранения (до одного года) устройства следует хранить в герметичном влагозащитном пакете с осушителем и, по возможности, в атмосфере азота. Следует избегать резких перепадов температуры во влажной среде, чтобы предотвратить конденсацию.

6.3 Рекомендации по пайке

Минимальное расстояние 3 мм должно соблюдаться между паяным соединением и эпоксидной колбой, чтобы предотвратить тепловое повреждение.

• Ручная пайка: Используйте паяльник с температурой жала не выше 300°C (для паяльника мощностью не более 30 Вт). Время контакта должно составлять 3 секунды или менее на вывод.
• Волновая или погружная пайка: Температура предварительного нагрева не должна превышать 100°C в течение максимум 60 секунд. Температура ванны припоя не должна превышать 260°C, время контакта — 5 секунд или менее.

7. Информация об упаковке и заказе

7.1 Спецификация упаковки

Светодиоды упакованы в антистатические пакеты для защиты от электростатического разряда. Иерархия упаковки следующая:

1. Внутренняя упаковка: От 200 до 500 штук помещаются в один антистатический пакет.
2. Внутренняя коробка: Пять антистатических пакетов упаковываются в одну внутреннюю коробку.
3. Внешняя (мастер) коробка: Десять внутренних коробок упаковываются в одну внешнюю транспортную коробку.

7.2 Информация на этикетке

Этикетки на упаковке включают несколько кодов: Производственный номер заказчика (CPN), Производственный номер (P/N), Количество в упаковке (QTY), комбинированные ранги для силы света и прямого напряжения (CAT), Цветовой ранг (HUE), Ссылка (REF) и Номер партии (LOT No.).

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

• Информационные панели и вывески: Идеально подходит для подсветки или в качестве отдельных индикаторов состояния в информационных дисплеях благодаря высокой яркости.
• Оптические индикаторы: Идеально подходит для индикаторов питания, состояния или предупреждения в потребительской электронике, промышленном оборудовании и автомобильных приборных панелях.
• Подсветка: Может использоваться для мелкомасштабной подсветки переключателей, клавиатур или ЖК-панелей.
• Маркировочные огни: Подходит для декоративного или позиционного освещения.

8.2 Соображения при проектировании

• Ограничение тока: Всегда используйте последовательный резистор или источник постоянного тока для установки прямого тока. Рассчитайте значение резистора по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F.
• Тепловой менеджмент: Хотя мощность мала, обеспечьте адекватную вентиляцию, если несколько светодиодов используются в ограниченном пространстве или при работе при высоких температурах окружающей среды.
• Защита от обратного напряжения: Если встроенная функция стабилитрона не подтверждена или недостаточна, рассмотрите возможность добавления внешнего защитного диода параллельно (катод к аноду) со светодиодом, если схема подвержена обратным переходным процессам напряжения.
• Сортировка для стабильности: Для применений, требующих равномерной яркости или цвета, укажите требуемые группы интенсивности и цвета при заказе.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными индикаторными светодиодами, основным отличием данного устройства является его очень высокая сила света (до 4500 мкд) в распространенном корпусе T-1. Многие стандартные белые светодиоды T-1 предлагают интенсивность в диапазоне 200-1000 мкд. Это делает его прямой заменой для применений, требующих значительного повышения яркости без изменения габаритов или оптики линзы. Включение защиты от ESD (4 кВ HBM) также повышает его надежность по сравнению с базовыми светодиодами без такой защиты, делая его более подходящим для сред, где есть проблемы с обращением или статическим разрядом.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Какой резистор мне нужен для питания 5В?

Используя наихудший случай максимального прямого напряжения (V_F= 4.0В) и целевой ток 20 мА, расчет следующий: R = (5В - 4.0В) / 0.020А = 50 Ом. Ближайшее стандартное значение — 51 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе, составляет P = I²R = (0.02)²* 51 = 0.0204 Вт, поэтому стандартного резистора 1/4 Вт достаточно. Всегда проверяйте фактическое значение V_Fвашей конкретной группы светодиодов для оптимального тока.

10.2 Могу ли я питать его током 30 мА непрерывно?

Да, 30 мА — это абсолютный максимальный номинальный постоянный прямой ток. Однако для максимального срока службы и учета возможного повышения температуры в применении рекомендуется работать на типичных 20 мА или немного ниже. При 30 мА убедитесь, что температура окружающей среды не находится на верхнем пределе 85°C.

10.3 Как интерпретировать цветовые группы (A1, B2 и т.д.)?

Буква (A, B, C, D) обычно указывает на область на диаграмме CIE, часто коррелирующую с коррелированной цветовой температурой (CCT). Группы 'A' обычно соответствуют более теплому белому цвету (больше желтого/красного), прогрессируя до групп 'D', которые являются более холодным белым (больше синего). Цифра (1, 2) дополнительно подразделяет область. Для большинства общих применений достаточно указать диапазон, например, B-C. Для критически важных применений, связанных с подбором цвета, следует указывать и контролировать точную группу.

11. Практический пример проектирования

Сценарий: Проектирование панели индикаторов состояния с высокой видимостью для уличного телекоммуникационного шкафа.Панель имеет 10 индикаторов, которые должны быть четко видны при прямом солнечном свете. Пространство ограничено, требуется небольшой компонент. Выбран корпус T-1 из-за его размера. Выбран этот высокоинтенсивный светодиод (используется группа Q для максимальной яркости). В шкафу доступно питание 12В. Шаги проектирования: 1) Рассчитать последовательный резистор. Используя V_F(типичное для группы 1 ~3.2В) и I_F=20 мА: R = (12В - 3.2В) / 0.02А = 440 Ом (используйте стандартный 470 Ом, что дает I_F≈ 18.7 мА). 2) Рассчитать мощность резистора: P = (0.0187)²* 470 ≈ 0.164 Вт (резистор 1/4 Вт достаточен, но 1/2 Вт обеспечивает запас). 3) Компоновка: Обеспечьте расстояние 3 мм от отверстия на печатной плате до корпуса светодиода для пайки. 4) Рассмотрите возможность добавления диода подавления переходных напряжений на линии 12В, если среда электрически зашумлена.

12. Введение в принцип работы

Это белый светодиод с люминофорным преобразованием. Сердцем устройства является полупроводниковый кристалл из нитрида индия-галлия (InGaN). При приложении прямого напряжения электроны и дырки рекомбинируют в активной области структуры InGaN, излучая фотоны. Ширина запрещенной зоны материала InGaN настроена на излучение синего света с длиной волны около 450-460 нанометров. Этот синий свет затем попадает на слой люминофора, который представляет собой керамический материал, легированный редкоземельными элементами (часто алюмоиттриевый гранат, легированный церием, или YAG:Ce). Люминофор поглощает часть синих фотонов и переизлучает свет на более длинных, широких длинах волн в желтом и красном спектре. Человеческий глаз воспринимает смесь оставшегося прямого синего света и преобразованного люминофором желто-красного света как белый свет. Конкретные соотношения синего к желтому/красному определяют цветовую температуру и координаты цветности.

13. Технологические тренды и контекст

Разработка эффективных синих светодиодов InGaN, за которую в 2014 году была присуждена Нобелевская премия по физике, позволила создать практичные белые светодиоды посредством люминофорного преобразования. Тренд в отрасли был направлен на все более высокую эффективность (больше люмен на ватт), более высокую надежность и лучшую цветопередачу. Хотя в данной спецификации описывается светодиод средней мощности в выводном корпусе, на более широком рынке произошел массовый переход к корпусам для поверхностного монтажа (SMD) (таким как 2835, 3030, 5050) для большинства применений общего освещения и подсветки из-за лучших тепловых характеристик и пригодности для автоматизированной сборки. Однако выводные светодиоды, такие как этот корпус T-1, остаются жизненно важными для прототипирования, образовательных целей, ремонтного рынка и применений, где предпочтительна ручная сборка или надежность выводного соединения. Интеграция функций, таких как защита от ESD и более точная сортировка, как видно в этой спецификации, представляет собой эволюцию этих зрелых типов корпусов для удовлетворения современных требований к надежности и производительности.