Техническая документация на миниатюрный светодиод серии 65-21 с верхним излучением (ярко-красный, 20 мА, угол обзора 120°)

1. Обзор продукта

Серия 65-21 представляет собой семейство компактных поверхностно-монтируемых светодиодов (LED) с верхним излучением. Эти компоненты предназначены для применений, требующих широкого угла обзора и эффективного ввода света. Основная модель, описанная в данном документе, излучает ярко-красный цвет, что достигается использованием полупроводникового чипа AlGaInP, залитого прозрачной эпоксидной смолой. Уникальная конструкция корпуса предусматривает монтаж сверху вниз, при котором свет излучается через печатную плату (PCB), что делает его особенно подходящим для использования со световодами и волноводами.

Ключевые преимущества этой серии включают пригодность для автоматизированных процессов сборки, таких как пайка оплавлением, поставку на ленте в катушках для массового производства, а также соответствие экологическим стандартам RoHS и бессвинцовым требованиям. Широкий угол обзора 120 градусов обеспечивает хорошую видимость с различных углов, что критически важно для индикаторных и подсветочных применений.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Предельные рабочие параметры устройства определены при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Превышение этих значений может привести к необратимому повреждению.

• Обратное напряжение (V_R):5 В. Приложение обратного напряжения сверх этого предела грозит пробоем p-n перехода.
• Постоянный прямой ток (I_F):50 мА. Это максимальный постоянный ток, который светодиод может выдерживать непрерывно.
• Пиковый прямой ток (I_FP):100 мА. Этот параметр для импульсного тока (при скважности 1/10, 1 кГц) допускает кратковременные перегрузки по току, что полезно для мультиплексирования или импульсного управления яркостью.
• Рассеиваемая мощность (P_d):110 мВт. Это максимальная мощность, которую корпус может рассеять в виде тепла, рассчитывается из прямого напряжения и тока.
• Электростатический разряд (ESD) по модели HBM:2000 В. Этот рейтинг по модели человеческого тела указывает на умеренную чувствительность к ЭСР; необходимы соответствующие меры предосторожности при обращении.
• Рабочая температура (T_opr):от -40°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленный температурный диапазон.
• Температура хранения (T_stg):от -40°C до +90°C.
• Температура пайки:Для пайки оплавлением указана пиковая температура 260°C в течение 10 секунд. Для ручной пайки предел составляет 350°C в течение 3 секунд.

2.2 Электрооптические характеристики

Характеристики измеряются при Ta=25°C и стандартном испытательном токе (I_F) 20 мА.

• Сила света (I_v):Диапазон от минимум 72 мкд до максимум 180 мкд, с типичным значением в этом диапазоне. Допуск составляет ±11%.
• Угол обзора (2θ_1/2):120 градусов (тип.). Это полный угол, при котором сила света падает до половины своего пикового значения.
• Пиковая длина волны (λ_p):632 нм (тип.). Это длина волны, на которой спектральная плотность мощности максимальна.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Диапазон от 616.5 нм до 634.5 нм, с допуском ±1 нм. Это определяет воспринимаемый цвет (ярко-красный).
• Спектральная ширина (Δλ):20 нм (тип.). Это ширина излучаемого спектра на половине его максимальной мощности.
• Прямое напряжение (V_F):Диапазон от 1.75 В до 2.35 В при 20мА, с допуском ±0.1 В.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА при приложении обратного напряжения 5В.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения постоянства цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по корзинам (бинаризация) на основе ключевых параметров.

3.1 Сортировка по доминирующей длине волны (Группа A)

Это определяет цветовую точку. Корзины обозначаются от E4 до E7, каждая охватывает диапазон 6 нм (например, E4: 616.5-622.5 нм, E5: 620.5-626.5 нм). Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды с очень специфичным оттенком красного для своего применения.

3.2 Сортировка по силе света

Это определяет выходную яркость. Корзины: Q1 (72-90 мкд), Q2 (90-112 мкд), R1 (112-140 мкд) и R2 (140-180 мкд). Более высокие коды корзин указывают на более высокую яркость.

3.3 Сортировка по прямому напряжению (Группа B)

Это группирует светодиоды по их электрическим характеристикам. Корзины: 0 (1.75-1.95 В), 1 (1.95-2.15 В) и 2 (2.15-2.35 В). Совпадение корзин по напряжению может упростить проектирование токоограничивающих резисторов в параллельных цепях.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько характеристических кривых, необходимых для проектирования.

4.1 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Кривая показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. В рекомендуемой рабочей точке 20 мА прямое напряжение попадает в диапазон сортировки 1.75В-2.35В. Разработчики должны использовать последовательный резистор или драйвер постоянного тока для ограничения тока, так как небольшое увеличение напряжения может вызвать большое, потенциально разрушительное увеличение тока.

4.2 Зависимость относительной силы света от прямого тока

Эта кривая показывает, что световой выход приблизительно линейно увеличивается с током вплоть до максимального номинального постоянного тока. Работа выше 20мА даст более высокую яркость, но также увеличит рассеиваемую мощность и температуру перехода, что влияет на долговечность.

4.3 Зависимость относительной силы света от температуры окружающей среды

Сила света уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Кривая показывает снижение параметров, что критически важно для применений, работающих в условиях повышенных температур. Выход светодиода указан при 25°C; при 85°C выход будет значительно ниже.

4.4 Кривая снижения прямого тока

Этот график определяет максимально допустимый постоянный прямой ток как функцию температуры окружающей среды. С ростом температуры максимальный безопасный ток уменьшается для предотвращения перегрева. При 85°C максимальный ток ниже, чем абсолютный максимальный рейтинг 50мА при 25°C.

4.5 Спектральное распределение

Спектр представляет собой узкую гауссоподобную кривую с центром около 632 нм (пик) и шириной 20 нм, что подтверждает монохроматическое ярко-красное излучение.

4.6 Диаграмма направленности

Полярная диаграмма иллюстрирует угол обзора 120 градусов. Распределение интенсивности относительно ламбертово (косинусоидальное), обеспечивая равномерный вид в широком конусе обзора, что идеально для индикаторов.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габаритные размеры корпуса

Корпус SMD имеет определенные размеры длины, ширины и высоты (в миллиметрах) с типичными допусками ±0.1 мм, если не указано иное. Чертеж детализирует форму сверху, вид сбоку и рекомендуемую посадочную площадку на PCB (отпечаток) для пайки.

5.2 Определение полярности

Катод обычно маркируется, часто выемкой, зеленой меткой или контактной площадкой другого размера на дне корпуса. Правильную полярность необходимо соблюдать во время сборки.

5.3 Спецификации на ленте и в катушке

Компонент поставляется на несущей ленте для автоматических установочных машин. Ключевые размеры включают размер кармана (для удержания светодиода), ширину ленты, шаг (расстояние между карманами) и диаметр катушки. Стандартная катушка содержит 2000 штук.

5.4 Влагозащитная упаковка

Катушки запечатаны в алюминиевые влагозащитные пакеты с осушителем для предотвращения поглощения влаги, что критически важно для предотвращения "вспучивания" (растрескивания корпуса) во время пайки оплавлением.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль групповой пайки оплавлением

Рекомендуемый профиль включает стадию предварительного нагрева, зону выдержки, зону оплавления с пиковой температурой не выше 260°C в течение 10 секунд и контролируемую стадию охлаждения. Профиль должен соответствовать максимальному рейтингу Tsol.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, температура жала паяльника не должна превышать 350°C, а время контакта должно быть ограничено 3 секундами на контактную площадку. По возможности используйте теплоотвод.

6.3 Меры предосторожности при хранении и обращении

• Защита от ЭСР:Используйте заземленные рабочие места и антистатические браслеты.
• Чувствительность к влаге:Не вскрывайте влагозащитный пакет до готовности к использованию. Если пакет вскрыт, используйте компоненты в течение указанного срока хранения на производстве или пересушите их в соответствии с соответствующими процедурами.
• Условия хранения:Храните невскрытые пакеты при температуре 30°C или ниже и относительной влажности 90% или ниже.

7. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

7.1 Типичные сценарии применения

• Оптические индикаторы:Сигнальные лампы на потребительской электронике, промышленном оборудовании и автомобильных панелях приборов.
• Сопряжение со световодом:Верхнее излучение через PCB идеально подходит для ввода света в акриловые или поликарбонатные световоды для подсветки кнопок или панелей.
• Подсветка:Для ЖК-дисплеев, клавиатур, переключателей и мембранных панелей.
• Общее декоративное освещение:В вывесках, акцентном освещении и световой рекламе.
• Внутреннее автомобильное освещение:Подсветка приборной панели, подсветка переключателей и т.д.

7.2 Критические аспекты проектирования

• Ограничение тока обязательно:ДОЛЖЕН использоваться внешний последовательный токоограничивающий резистор или драйвер постоянного тока. Прямое напряжение имеет допуск и отрицательный температурный коэффициент, что означает его уменьшение при нагреве перехода. Без ограничения тока может произойти тепловой разгон, ведущий к быстрому отказу.
• Тепловой менеджмент:Хотя корпус мал, рассеиваемая мощность (до 110мВт) генерирует тепло. Обеспечьте достаточную площадь медной фольги на PCB (тепловые площадки) для отвода тепла, особенно при работе на высоких токах или в горячих средах.
• Оптическое проектирование:Для применений со световодами расстояние между светодиодом и точкой входа световода, а также геометрия световода должны быть оптимизированы для максимизации эффективности ввода света.
• Сортировка для постоянства:Для применений, требующих однородного цвета и яркости для нескольких светодиодов, указывайте узкие корзины (например, одну корзину по доминирующей длине волны и одну по силе света).

8. Техническое сравнение и отличия

Серия 65-21 выделяется своей специфической комбинацией атрибутов:

• По сравнению со стандартными светодиодами с боковым излучением:Верхнее излучение через PCB является явным преимуществом для применений со световодами, так как позволяет монтировать светодиод плашмя на плате непосредственно под световодом, упрощая механическое проектирование.
• По сравнению со светодиодами с узким углом:Угол обзора 120 градусов обеспечивает гораздо более широкую видимость, что делает его превосходным для индикаторов на передней панели, где положение наблюдателя не фиксировано.
• По сравнению с корпусами, непригодными для автоматизации:Корпус SMD и поставка на ленте делают его высоко подходящим для современных высокоскоростных автоматизированных линий сборки, снижая стоимость производства по сравнению со светодиодами в выводном исполнении.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я питать этот светодиод напрямую от источника логического напряжения 3.3В или 5В?

О: Нет. Вы всегда должны использовать последовательный токоограничивающий резистор. Значение резистора рассчитывается как R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Используйте максимальное V_Fиз спецификации (2.35В) для консервативного проектирования, чтобы гарантировать, что ток не превысит 20мА.

В: Что произойдет, если я буду работать со светодиодом на 30мА вместо 20мА?

О: Сила света будет выше, но рассеиваемая мощность и температура перехода увеличатся. Вы должны проверить кривую снижения, чтобы убедиться, что 30мА безопасны при вашей максимальной температуре окружающей среды. Долгосрочная надежность может быть снижена.

В: Как интерпретировать номер детали/код для заказа?

О: Код (например, из объяснения маркировки: CAT/HUE/REF) указывает выбор корзин. Вы заказываете на основе требуемых корзин по Силе света (CAT), Доминирующей длине волны (HUE) и Прямому напряжению (REF).

В: Требуется ли радиатор?

О: Как правило, нет, для одного светодиода при 20мА. Однако, если несколько светодиодов расположены близко друг к другу или работают на высоких токах/при высоких температурах окружающей среды, совокупное тепло может потребовать теплового менеджмента на PCB.

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование индикатора состояния для устройства, питаемого от шины 5В. Светодиод должен работать на стандартном токе 20мА.

1. Расчет последовательного резистора:Используя типичное V_F2.0В для оценки: R = (5В - 2.0В) / 0.020А = 150 Ом. Для надежности против разброса V_Fиспользуйте минимальное V_F(1.75В) для расчета максимального тока: I_max= (5В - 1.75В) / 150Ом ≈ 21.7мА, что безопасно. Подходит стандартный резистор 150 Ом, 1/10 Вт.
2. Разводка PCB:Разместите светодиод в соответствии с рекомендуемой посадочной площадкой. Оставьте некоторую площадь меди вокруг площадок для рассеивания тепла. Убедитесь, что маркировка полярности на шелкографии соответствует индикатору катода светодиода.
3. Оптический интерфейс:При использовании световода смоделируйте расстояние и выравнивание. Небольшой воздушный зазор или использование прозрачного силиконового геля могут улучшить эффективность ввода света.

11. Принцип работы

Этот светодиод основан на полупроводниковом чипе AlGaInP (фосфид алюминия-галлия-индия). Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее потенциал p-n перехода диода, электроны и дырки инжектируются в активную область, где они рекомбинируют. В материалах AlGaInP эта рекомбинация высвобождает энергию в основном в виде фотонов в красной и янтарной части видимого спектра (примерно 590-650 нм). Конкретный состав слоев AlGaInP определяет доминирующую длину волны, которая для этого ярко-красного варианта составляет 632 нм. Прозрачная эпоксидная смола защищает чип, обеспечивает механическую стабильность и формирует световой пучок для достижения широкого угла обзора 120 градусов.

12. Технологические тренды

Миниатюрные SMD светодиоды с верхним излучением, такие как серия 65-21, являются частью общей тенденции в оптоэлектронике к миниатюризации, повышению эффективности и большей интеграции с автоматизированным производством. Ключевые продолжающиеся разработки в отрасли, влияющие на такие компоненты, включают:

• Повышение эффективности:Постоянные улучшения в материаловедении направлены на получение большего количества люменов на ватт (более высокой световой отдачи) с того же размера чипа, что позволяет увеличить яркость или снизить энергопотребление.
• Улучшение постоянства цвета:Достижения в эпитаксиальном росте и процессах сортировки продолжают ужесточать допуски на доминирующую длину волны и силу света, предоставляя разработчикам более однородные источники света.
• Повышенная надежность:Исследования в области лучших материалов заливки и технологий корпусирования приводят к увеличению срока службы и улучшенной стойкости к термоциклированию, влажности и другим воздействиям окружающей среды.
• Интеграция с драйверами:Рыночный тренд - интеграция схем управления (драйверов постоянного тока, ШИМ-контроллеров) непосредственно в корпус светодиода, упрощающая схемотехническое проектирование для конечного пользователя.