Техническая спецификация светодиода Mini Top View серии 65-21 - SMD корпус - 2.35В макс. - Яркий желто-зеленый - 60мВт

1. Обзор продукта

Серия 65-21 представляет собой семейство миниатюрных светодиодов с верхним излучением (Mini Top View LEDs), предназначенных для применения в технологиях поверхностного монтажа (SMT). Данная конкретная модификация, идентифицируемая по суффиксу артикула, указывающему на её сортировку, излучает яркий желто-зеленый свет. Основная концепция дизайна сосредоточена на конфигурации монтажа сверху, при которой свет излучается через печатную плату (PCB). Эта уникальная архитектура, в сочетании со встроенным межотражателем, спроектирована для оптимизации вывода светового потока, что делает эти компоненты исключительно подходящими для применений с использованием световодов или светопроводов.

Корпус представляет собой компактное белое устройство для поверхностного монтажа. Ключевой характеристикой является исключительно широкий угол обзора, составляющий 120 градусов (полная ширина на половине максимума, 2θ1/2). Такая широкая диаграмма направленности обеспечивает высокую видимость с различных углов, что критически важно для индикаторных применений. Продукт соответствует основным экологическим и безопасностным директивам, включая RoHS (Ограничение использования опасных веществ), регламенты ЕС REACH, и производится как бесгалогенный (содержание брома <900ppm, хлора <900ppm, их сумма <1500ppm). Поставляется на ленте в катушках для совместимости с автоматизированными процессами сборки.

1.1 Основные преимущества и целевой рынок

Основные преимущества серии 65-21 проистекают из её механического и оптического дизайна. Верхнее излучение через плату является её определяющей характеристикой, обеспечивая эффективную связь со световодами без необходимости бокового излучения или монтажа под прямым углом. Встроенный отражатель внутри корпуса улучшает светоизвлечение и направленность. Широкий угол обзора 120 градусов обеспечивает отличную всенаправленную видимость. SMD корпус позволяет реализовывать высокоплотную компоновку плат и совместим со стандартными процессами пайки оплавлением.

Области применения разнообразны, сфокусированы на тех, где критически важны компактный размер, надежная индикация и эффективное световедение. К ним относятся: оптические индикаторы состояния на потребительской электронике и промышленном оборудовании; подсветка жидкокристаллических дисплеев (LCD), клавиатур, переключателей и приборных панелей; общее освещение для рекламы и вывесок; внутреннее автомобильное освещение, например, подсветка приборной панели. Компонент предварительно кондиционирован в соответствии со стандартами JEDEC J-STD-020D Уровень 3, что указывает на его надежность для типичных коммерческих процессов пайки.

2. Анализ технических параметров

В данном разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, определенных в спецификации. Понимание этих пределов и характеристик необходимо для надежного проектирования схемы и обеспечения долгосрочной работы светодиода.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Предельные эксплуатационные параметры определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению светодиода. Это не условия для нормальной работы.

• Обратное напряжение (V_R):12В. Превышение этого напряжения в обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Постоянный прямой ток (I_F):25мА. Это максимальный постоянный ток, который может быть приложен непрерывно.
• Пиковый прямой ток (I_FP):60мА. Это допустимо только в импульсном режиме (скважность 10% на частоте 1кГц) и не должно использоваться для постоянного тока.
• Мощность рассеяния (P_d):60мВт. Максимальная мощность, которую корпус может рассеять в виде тепла, рассчитывается как Прямое напряжение (V_F) × Прямой ток (I_F).
• Температура перехода (T_j):115°C. Максимально допустимая температура самого полупроводникового кристалла.
• Рабочая и температура хранения:-40°C до +85°C (рабочая), -40°C до +90°C (хранение).
• Электростатический разряд (ESD):2000В (Модель человеческого тела). Требуются соответствующие процедуры обращения для защиты от статического электричества.
• Температура пайки:Для пайки оплавлением указан пик 260°C максимум в течение 10 секунд. Для ручной пайки допускается 350°C максимум 3 секунды на каждый вывод.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются при стандартных условиях испытаний: температура окружающей среды 25°C и прямой ток (I_F) 20мА, если не указано иное.

• Сила света (I_V):Диапазон от минимум 36 милликандел (mcd) до максимум 90 mcd. Типичное значение не указано, так как детали сортируются. Допуск составляет ±11%.
• Угол обзора (2θ_1/2):120 градусов. Это угловая ширина, на которой сила света составляет не менее половины пиковой интенсивности, измеренной под углом 0 градусов (на оси).
• Пиковая длина волны (λ_p):Приблизительно 575 нанометров (нм). Это длина волны, на которой спектральное распределение мощности максимально.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Диапазон от 569.5 нм до 577.5 нм. Это воспринимаемая человеческим глазом однородная длина волны цвета светодиода и ключевой параметр для сортировки по цвету. Допуск ±1нм.
• Спектральная ширина (Δλ):Приблизительно 20 нм. Это указывает на спектральную чистоту; меньшая ширина означает более монохроматический цвет.
• Прямое напряжение (V_F):Диапазон от 1.75В до 2.35В при 20мА. Допуск ±0.1В. Это критически важно для проектирования токоограничивающего резистора, включенного последовательно со светодиодом.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 микроампер (мкА) при обратном смещении 12В.

2.3 Тепловые характеристики

Хотя и не указаны явно в отдельной таблице, управление тепловым режимом подразумевается через параметры Мощности рассеяния (P_d) и Температуры перехода (T_j). График снижения прямого тока наглядно показывает, как максимально допустимый постоянный прямой ток должен быть уменьшен при повышении температуры окружающей среды выше 25°C, чтобы не превысить предел температуры перехода в 115°C. Эффективная компоновка печатной платы с адекватным теплоотводом необходима для применений с высоким током или высокой температурой окружающей среды.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения постоянства цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по группам (бинаризация). Серия 65-21 использует отдельные группы для силы света и доминирующей длины волны.

3.1 Сортировка по силе света

Сила света сортируется на четыре различные группы (N2, P1, P2, Q1) при измерении при I_F= 20мА. Каждая группа охватывает определенный диапазон:

- N2:36 mcd до 45 mcd

- P1:45 mcd до 57 mcd

- P2:57 mcd до 72 mcd

- Q1:72 mcd до 90 mcd

Артикул (например, G6C-AN2Q1/3T) включает коды, указывающие, к каким группам яркости и длины волны относится устройство, что позволяет разработчикам выбирать детали с узкими допусками по характеристикам для своего применения.

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны

Доминирующая длина волны, определяющая воспринимаемый желто-зеленый цвет, сортируется в пределах Группы A. Она разделена на четыре кода (C16 до C19), каждый из которых охватывает диапазон 2нм:

- C16:569.5 нм до 571.5 нм

- C17:571.5 нм до 573.5 нм

- C18:573.5 нм до 575.5 нм

- C19:575.5 нм до 577.5 нм

Такая точная сортировка обеспечивает минимальное цветовое различие между светодиодами в одной сборке, что критически важно для применений, таких как многодиодная подсветка или массивы индикаторов.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение светодиода в различных условиях. Они необходимы для продвинутых расчетов при проектировании.

4.1 Относительная сила света в зависимости от прямого тока

Эта кривая показывает, что сила света не пропорциональна прямому току. Хотя яркость увеличивается с ростом тока, зависимость становится сублинейной при более высоких токах из-за повышения температуры перехода и снижения эффективности. Работа значительно выше рекомендуемого испытательного тока 20мА может давать убывающую отдачу по яркости и ускорять старение.

4.2 Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды

Этот график демонстрирует отрицательный температурный коэффициент светового потока. При повышении температуры окружающей среды световой выход светодиода уменьшается. Это фундаментальная характеристика полупроводниковых источников света. Кривая позволяет разработчикам оценить потерю яркости в условиях высокой температуры и при необходимости компенсировать её.

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

Вольт-амперная характеристика имеет экспоненциальный характер, типичный для диода. Небольшое увеличение прямого напряжения приводит к значительному увеличению прямого тока. Это подчеркивает критическую важность использования токоограничивающего устройства (почти всегда резистора), включенного последовательно со светодиодом при питании от источника напряжения. Питание светодиода постоянным напряжением приведет к тепловому разгону и разрушению.

4.4 Спектральное распределение

График спектрального распределения показывает относительную оптическую мощность, излучаемую на разных длинах волн. Для этого яркого желто-зеленого светодиода пик находится около 575нм с типичной полной шириной на половине максимума (FWHM) 20нм. Этот график полезен для применений, чувствительных к определенному спектральному составу.

4.5 Диаграмма направленности

Полярная диаграмма направленности визуально подтверждает широкий угол обзора 120 градусов. Диаграмма, вероятно, ламбертовская или близкая к ней, что означает, что интенсивность примерно пропорциональна косинусу угла обзора. Такая диаграмма идеальна для широкоугольного освещения и связи со световодами.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габаритные размеры корпуса и посадочное место

Спецификация включает детальный чертеж с размерами корпуса светодиода. Ключевые размеры включают общую длину, ширину и высоту, а также расстояние и размер выводов. Также предоставлена рекомендуемая конфигурация контактных площадок (посадочное место) для печатной платы. Соблюдение этой рекомендуемой конфигурации критически важно для получения надежного паяного соединения, обеспечения правильного позиционирования во время пайки оплавлением и управления термическими напряжениями. На чертеже указано, что допуски составляют ±0.1мм, если не оговорено иное.

5.2 Идентификация полярности

Для правильной работы необходимо соблюдать полярность. Чертеж в спецификации указывает анодный и катодный выводы. Как правило, катод может быть идентифицирован по маркировке на корпусе, такой как точка, выемка или зеленая метка, или по другой форме вывода (например, более короткий вывод). Неправильное подключение полярности при пайке приведет к тому, что светодиод не будет светиться при прямом смещении.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение и пайка критически важны для предотвращения повреждения этих SMD компонентов.

6.1 Профиль пайки оплавлением

Предоставлен конкретный профиль температуры для бессвинцовой пайки оплавлением. Обычно он включает: этап предварительного нагрева (например, 150-200°C в течение 60-120с), контролируемый подъем до пиковой температуры, время выше температуры ликвидуса (например, выше 217°C в течение 60-150с), пиковую температуру не выше 260°C максимум в течение 10 секунд и контролируемую фазу охлаждения. Профиль подчеркивает важность минимизации термического удара и воздействия экстремальных температур.

6.2 Критические меры предосторожности

• Ограничение тока:Внешний последовательный резистор обязателен. Без него даже небольшое увеличение напряжения питания может вызвать большое, разрушительное увеличение тока.
• Циклы пайки оплавлением:Светодиод не должен подвергаться пайке оплавлением более двух раз, чтобы избежать чрезмерных термических напряжений на корпусе и проводных соединениях.
• Механические напряжения:Избегайте приложения физических напряжений к светодиоду во время нагрева (пайки) или из-за деформации печатной платы после сборки.
• Ручная пайка:При необходимости используйте паяльник с температурой жала <350°C, прикладывайте тепло к каждому выводу ≤3 секунд и выдерживайте интервал охлаждения ≥2 секунд между выводами. Используйте маломощный паяльник (≤25Вт).
• Ремонт:Ремонт после пайки не рекомендуется. Если это неизбежно, следует использовать специализированный паяльник с двойным жалом для одновременного нагрева обоих выводов, предотвращая механическое напряжение, которое может оторвать одну контактную площадку.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Чувствительность к влаге и хранение

Компоненты упакованы в влагозащитный барьерный пакет с осушителем и индикаторной картой влажности. Пакет следует открывать непосредственно перед использованием в контролируемой среде (<30°C и <60% относительной влажности). Если индикаторная карта показывает чрезмерное воздействие влаги, компоненты должны быть просушены при 60°C ±5°C в течение 24 часов перед использованием для удаления поглощенной влаги и предотвращения эффекта \"попкорна\" во время пайки оплавлением.

7.2 Спецификации ленты и катушки

Светодиоды поставляются на несущей ленте, намотанной на катушки для автоматизированной сборки. Ключевые спецификации включают: размеры катушки (диаметр, ширина, размер ступицы), размеры гнезд несущей ленты и шаг (расстояние между гнездами). Стандартное количество на катушке — 3000 штук. Детальные чертежи катушки, несущей ленты и процесса упаковки в влагозащитный пакет предоставлены в спецификации.

7.3 Объяснение маркировки

Этикетка на катушке содержит несколько кодов:

- P/N:Полный номер продукта.

- CAT:Код группы силы света (например, Q1).

- HUE:Код группы доминирующей длины волны (например, C18).

- REF:Ранг прямого напряжения.

- LOT No:Идентификационный номер партии для прослеживаемости.

8. Соображения по проектированию применений

8.1 Типовые схемы включения

Самая базовая и необходимая схема — это источник напряжения (V_CC), токоограничивающий резистор (R_S) и светодиод, включенные последовательно. Значение резистора рассчитывается по закону Ома: R_S= (V_CC- V_F) / I_F, где V_Fи I_F— желаемые рабочие точки. Всегда используйте максимальное V_Fиз спецификации (2.35В) для расчета на наихудший случай, чтобы гарантировать, что ток не превысит пределы. Например, при питании 5В и целевом I_F20мА: R_S= (5В - 2.35В) / 0.020А = 132.5Ом. Подошел бы стандартный резистор 130Ом или 150Ом, с мощностью рассеяния P = I_F²× R_S.

8.2 Связь со световодами и светопроводами

Для применений со световодами верхнее излучение через плату является идеальным. Светодиод должен быть расположен непосредственно под входной поверхностью световода. Широкий угол обзора помогает захватить большую часть излучаемого света в световод. Зазор между линзой светодиода и световодом должен быть минимизирован, и могут использоваться оптические связующие материалы (например, силикон, прозрачный клей) для уменьшения потерь на френелевское отражение в воздушном зазоре.

8.3 Тепловой менеджмент в компоновке печатной платы

Хотя это маломощное устройство, тепловой менеджмент улучшает долговечность. Используйте рекомендуемые размеры контактных площадок. Подключение тепловой площадки (если есть) или анодных/катодных площадок к большим медным областям на плате помогает рассеивать тепло. Термопереходные отверстия под корпусом могут передавать тепло на внутренние или нижние слои. Избегайте размещения светодиода рядом с другими теплообразующими компонентами.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Серия 65-21 выделяется в первую очередь благодаря своейоптической схеме с верхним излучением через плату. По сравнению со стандартными светодиодами с боковым излучением или под прямым углом, этот дизайн упрощает механическую интеграцию со световодами, устраняя необходимость в сложных изгибах или поворотах на 90 градусов в световоде. Встроенный межотражатель — это особенность, направленная на повышение оптической эффективности именно для этого метода связи. Угол обзора 120 градусов исключительно широк для корпуса с верхним излучением, обеспечивая лучшую видимость вне оси, чем у многих конкурентов. Его соответствие последним стандартам бесгалогенной и высокотемпературной (бессвинцовой) пайки делает его подходящим для современного, экологически ответственного производства электроники.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: Могу ли я питать этот светодиод напрямую от вывода микроконтроллера на 3.3В или 5В?

О: Нет. Вы всегда должны использовать последовательный токоограничивающий резистор. Вольт-амперная характеристика показывает, что небольшое изменение напряжения вызывает большое изменение тока. Выходное напряжение вывода микроконтроллера может варьироваться, и прямое подключение светодиода, скорее всего, разрушит его.

В2: Почему мой светодиод тусклее, чем ожидалось, когда я использую его в условиях высокой температуры?

О: Это нормальное поведение. Обратитесь к кривой \"Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды\". Световой выход светодиода уменьшается с ростом температуры. Возможно, вам потребуется выбрать группу с более высокой яркостью (например, Q1) или немного увеличить ток накачки (в пределах абсолютных пределов) для компенсации, при этом следя, чтобы не превысить тепловые ограничения.

В3: Пакет был вскрыт вчера. Могу ли я использовать оставшиеся светодиоды сегодня без просушки?

О: Это зависит от условий в производственном помещении и уровня чувствительности компонента к влаге (MSL), который подразумевается инструкциями по просушке. Если среда была контролируемой (<30°C/60% относительной влажности) и время воздействия было коротким (вероятно, меньше указанного срока хранения на производстве для данного MSL, например, 168 часов для MSL 3), то, вероятно, безопасно. Если есть сомнения или индикаторная карта влажности показывает предупреждающие уровни, просушите компоненты, как указано.

В4: В чем разница между Пиковой длиной волны и Доминирующей длиной волны?

О: Пиковая длина волны (λ_p) — это физическая длина волны, на которой светодиод излучает наибольшую оптическую мощность. Доминирующая длина волны (λ_d) — это расчетная однородная длина волны, которая будет восприниматься человеческим глазом как имеющая тот же цвет, что и широкий спектр светодиода. λ_dболее актуальна для подбора цвета в визуальных применениях.

11. Пример применения при проектировании

Сценарий: Проектирование панели индикаторов состояния со световодами для промышленного контроллера.

1. Требование:Несколько желто-зеленых светодиодов состояния должны быть видны с лицевой панели через индивидуальные световоды.

2. Выбор компонента:Серия 65-21 выбрана из-за её верхнего излучения, что упрощает механический дизайн. Световод может быть прямым вертикальным элементом, расположенным непосредственно над светодиодом на плате.

3. Сортировка:Для обеспечения равномерной яркости по всей панели указываются светодиоды из одной группы силы света (например, все P2 или Q1). Для обеспечения равномерного цвета указываются светодиоды из одной группы доминирующей длины волны (например, все C18).

4. Проектирование схемы:Используется общая шина питания 5В. Используя максимальное V_F2.35В и целевой I_F20мА, для каждого светодиода выбран последовательный резистор 150Ом, рассеивающий 60мВт (0.06Вт) на резисторе. Резистора мощностью 1/8Вт или 1/10Вт достаточно.

5. Компоновка печатной платы:Светодиоды размещены в соответствии с позициями световодов. Используется рекомендуемое посадочное место. На контактных площадках используются небольшие тепловые перемычки для облегчения пайки, сохраняя при этом некоторую теплопроводность к земляной/силовой плоскости.

6. Результат:Чистая, надежная система индикации с постоянной яркостью и цветом, обеспеченная специфическими преимуществами оптической связи светодиода 65-21.

12. Принцип работы

Светодиод основан на полупроводниковом кристалле из AlGaInP (фосфида алюминия-галлия-индия). Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее напряжение отпирания диода (приблизительно 1.8-2.0В), электроны и дырки инжектируются в активную область полупроводника. Эти носители заряда рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlGaInP определяет ширину запрещенной зоны, которая, в свою очередь, определяет длину волны излучаемого света, в данном случае в желто-зеленом спектре (около 575нм). Кристалл инкапсулирован в белый отражающий пластиковый корпус с прозрачной эпоксидной линзой. Белый пластик отражает боковое излучение вверх, а линза действует как оптический элемент, формируя диаграмму направленности и обеспечивая защиту от окружающей среды.

13. Технологические тренды

Общая тенденция в индикаторных и подсветочных светодиодах направлена в сторону повышения эффективности (больше люмен на ватт), уменьшения размеров корпусов для увеличения плотности и улучшения надежности в жестких условиях (более высокая температура, влажность). Также наблюдается сильная тенденция к более широкому внедрению экологически чистых материалов (бесгалогенных, бессвинцовых) и процессов. Конкретный дизайн с верхним излучением через плату, представленный серией 65-21, отвечает постоянной потребности в дизайне человеко-машинного интерфейса (HMI) в эффективном световедении, тенденция, которая продолжается по мере того, как устройства становятся более компактными и интегрированными. Будущие разработки могут включать еще более тонкие корпуса, интегрированные схемы драйверов или опции настройки цвета в пределах одного корпуса.