Техническая документация на миниатюрный SMD светодиод серии 65-11 с верхним излучением - Габариты 3.2x2.8x1.9мм - Напряжение 2.75-3.65В - Мощность 110мВт - Белый цвет

1. Обзор продукта

Серия 65-11 представляет собой семейство миниатюрных SMD (Surface-Mount Device) светодиодов с верхним излучением. Данный продукт разработан как компактный оптический индикаторный компонент, использующий полупроводниковый чип InGaN (нитрид индия-галлия) для получения чистого белого света. Светодиод заключен в прозрачный корпус из эпоксидной смолы, что способствует его оптическим характеристикам. Ключевой конструктивной особенностью является интегрированный внутренний рефлектор в корпусе. Этот рефлектор оптимизирует эффективность извлечения и передачи света, делая данный светодиод особенно подходящим для применений, связанных со световодами, где критически важна эффективная направленная передача света.

1.1 Основные преимущества и целевой рынок

Основные преимущества данной серии светодиодов проистекают из конструкции корпуса и выбора материалов. Широкий угол обзора 120 градусов (типовой) обеспечивает высокую видимость с различных ракурсов, что важно для индикаторов состояния в потребительской электронике, автомобильных панелях приборов и промышленных пультах управления. Корпус для поверхностного монтажа (SMT) позволяет осуществлять высокоскоростную автоматизированную сборку с использованием стандартных процессов пайки оплавлением в ИК-печах, что значительно снижает производственные затраты и повышает надежность по сравнению с компонентами для сквозного монтажа. Продукт является бессвинцовым и соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), удовлетворяя глобальным экологическим нормам. Целевые рынки обширны и включают подсветку ЖК-дисплеев и клавиатур (особенно в мобильных устройствах), функции общего индикатора, а также специализированное освещение, где требуется ввод света в акриловые или поликарбонатные световоды.

2. Подробный анализ технических параметров

В данном разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, указанных в спецификации. Понимание этих пределов и характеристик является основой для надежного проектирования схем.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

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

• Обратное напряжение (V_R):5В. Превышение этого напряжения в обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Постоянный прямой ток (I_F):30мА. Это максимальный постоянный ток, который может быть приложен непрерывно.
• Пиковый прямой ток (I_FP):100мА. Данный параметр для импульсного тока (при скважности 1/10 и частоте 1кГц) допускает кратковременные условия перегрузки по току, что полезно для мультиплексирования или создания более ярких вспышек.
• Рассеиваемая мощность (P_d):110мВт. Это максимальная мощность, которую корпус может рассеять в виде тепла при температуре окружающей среды (T_a) 25°C. Превышение этого предела грозит тепловым разгоном.
• Электростатический разряд (ESD):2000В (модель человеческого тела). Данный рейтинг указывает на умеренный уровень встроенной защиты от ESD, но все равно рекомендуется обращение с соблюдением стандартных мер предосторожности от статического электричества.
• Рабочая и температура хранения:-40°C до +85°C / -40°C до +90°C. Эти диапазоны определяют условия окружающей среды для эксплуатации и нерабочего хранения.
• Температура пайки:Устройство выдерживает пайку оплавлением с пиковой температурой 260°C в течение 10 секунд или ручную пайку при 350°C в течение 3 секунд.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены в стандартных условиях испытаний (T_a=25°C, I_F=20мА) и определяют производительность устройства.

• Сила света (I_V):от 715 до 1800 мкд (милликандел). Это основной показатель яркости светодиода. Широкий диапазон указывает на использование системы сортировки (см. Раздел 3). Для спецификации используется типовой прямой ток 20мА.
• Угол обзора (2θ_1/2):120 градусов (типовой). Это полный угол, при котором сила света падает до половины от своего пикового значения. Широкий угол является результатом конструкции корпуса с верхним излучением и рассеивающей линзы/рефлектора.
• Прямое напряжение (V_F):от 2.75В до 3.65В. Это падение напряжения на светодиоде при токе 20мА. Разброс обусловлен допусками полупроводникового процесса и управляется через сортировку по напряжению.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения стабильности в массовом производстве светодиоды сортируются на группы производительности или "бины". В данной спецификации определены бины для силы света и прямого напряжения.

3.1 Сортировка по силе света

Светодиоды классифицируются на четыре бина (V1, V2, W1, W2) на основе измеренной силы света при 20мА. Например, светодиод бина V1 будет иметь силу света от 715 до 900 мкд, в то время как светодиод бина W2 — от 1420 до 1800 мкд. Конструкторы должны указывать требуемый бин при заказе, чтобы гарантировать минимальный уровень яркости для своего применения.

3.2 Сортировка по прямому напряжению

Прямое напряжение сортируется на три группы (E5, E6, E7) в классификации "E". Например, бин E5 охватывает V_Fот 2.75В до 3.05В. Выбор светодиодов из одного вольтажного бина критически важен для конструкций, где несколько светодиодов соединены параллельно, так как это обеспечивает более равномерное распределение тока и яркости.

3.3 Сортировка по координатам цветности

Цвет белого света определяется его координатами (x, y) на диаграмме цветности CIE 1931. В спецификации показаны четыре основных бина (B3, B4, B5, B6), определяющие конкретные области на этой диаграмме. Каждый бин имеет определенную четырехугольную область. Например, бин B3 охватывает область с координатами x примерно от 0.283 до 0.304 и координатами y примерно от 0.295 до 0.330. Эта сортировка гарантирует, что цветовая точка белого света (коррелированная цветовая температура — CCT) находится в приемлемом диапазоне, предотвращая заметные цветовые различия между светодиодами в массиве. Допуск для этих координат составляет ±0.01.

4. Анализ характеристических кривых

Типичные характеристические кривые дают представление о поведении светодиода в нестандартных условиях.

4.1 Относительная сила света в зависимости от прямого тока

Эта кривая показывает, что световой выход не пропорционален току линейно. Хотя выходная мощность увеличивается с ростом тока, эффективность (люмен на ватт) обычно снижается при более высоких токах из-за увеличения тепловыделения в чипе. Работа светодиода выше рекомендуемых 20мА в течение длительного времени сократит срок службы и может привести к смещению цвета.

4.2 Кривая снижения номинала прямого тока

Это критически важный график для управления температурным режимом. Он показывает максимально допустимый постоянный прямой ток как функцию температуры окружающей среды (T_a). По мере увеличения T_aспособность светодиода рассеивать тепло снижается. Следовательно, максимальный безопасный рабочий ток должен быть уменьшен. Например, при температуре окружающей среды 85°C максимальный постоянный ток значительно ниже, чем предельный параметр 30мА, указанный для 25°C. Игнорирование этого снижения номинала может привести к быстрой деградации.

4.3 Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая иллюстрирует температурную зависимость светового выхода. Как правило, сила света белых светодиодов на основе InGaN уменьшается с ростом температуры p-n перехода. Это важное соображение для применений, работающих в условиях высоких температур или где светодиод работает на пределе, так как фактическая яркость будет ниже, чем спецификация при комнатной температуре.

4.4 Прямое напряжение в зависимости от прямого тока и спектральное распределение

Кривая V_Fот I_Fпоказывает экспоненциальную ВАХ диода. График спектрального распределения показывает относительную мощность, излучаемую на разных длинах волн. Для белого светодиода, использующего синий чип с люминофорным покрытием, спектр будет иметь пик в синей области (от чипа) и более широкий пик в желтой/зеленой/красной области (от люминофора). Совокупный выход воспринимается как белый свет.

4.5 Диаграмма направленности

Эта полярная диаграмма визуально представляет угол обзора и пространственное распределение света. Здесь подтверждается угол обзора 120 градусов, показывая, как интенсивность уменьшается под углами, отклоняющимися от центральной оси (0 градусов).

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габариты корпуса

Светодиод имеет компактный корпус для поверхностного монтажа. Ключевые размеры включают размер корпуса примерно 3.2мм (длина) x 2.8мм (ширина) x 1.9мм (высота). В спецификации представлен детальный чертеж с допусками, обычно ±0.1мм, если не указано иное. Это включает расположение контактных площадок анода и катода, что критически важно для правильной разводки печатной платы (PCB) и ориентации во время автоматизированной сборки.

5.2 Идентификация полярности

Корпус включает маркер полярности. Как правило, выемка, точка или скошенный угол на корпусе указывают на сторону катода. Конструкция контактных площадок на печатной плате должна отражать эту асимметрию, чтобы предотвратить неправильную установку.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Параметры пайки оплавлением

Устройство совместимо со стандартными процессами пайки оплавлением в ИК-печах. Максимально рекомендуемый профиль имеет пиковую температуру 260°C, которая не должна превышаться более 10 секунд. Крайне важно следовать контролируемому профилю нагрева и охлаждения, чтобы предотвратить тепловой удар, который может привести к растрескиванию корпуса из смолы или повреждению внутренних проводных соединений.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, ее следует выполнять быстро. Рекомендуется использовать жало паяльника при 350°C в течение максимум 3 секунд на вывод. Слишком длительное воздействие тепла может передать избыточное тепло на чип светодиода.

6.3 Условия хранения

Светодиоды должны храниться в оригинальных влагозащитных пакетах с осушителем в контролируемой среде, обычно ниже 30°C и 60% относительной влажности. Если пакеты вскрыты, компоненты могут поглощать влагу, что может вызвать "вспучивание" (растрескивание корпуса) во время пайки оплавлением из-за быстрого расширения пара. Для длительного хранения после вскрытия может потребоваться процедура прокалки в соответствии со стандартом IPC/JEDEC.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Размеры катушки

Светодиоды поставляются на ленте в катушках для автоматизированной сборки. В спецификации указаны размеры несущей ленты, ступицы катушки и катушки в целом. Эта информация необходима для программирования механизмов подачи на установочных машинах SMT.

7.2 Расшифровка маркировки и нумерация моделей

Маркировка продукта на катушке или коробке содержит коды, определяющие бины производительности устройства. Ключевые коды:
CAT: Ранг силы света (например, W1, V2).
HUE: Координаты цветности (например, B4, B6).
REF: Ранг прямого напряжения (например, E5, E7).
Полный номер детали (например, 65-11/T2C-FV1W2E/2T) кодирует серию, тип корпуса и, вероятно, бины производительности, позволяя точно идентифицировать и заказывать продукт.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые сценарии применения

• Оптические индикаторы:Индикация состояния питания, выбора режима и предупреждений в потребительской электронике, бытовой технике и автомобильных салонах.
• Ввод в световоды:Широкий угол обзора и оптимизированный рефлектор делают этот светодиод идеальным для торцевого подсвечивания акриловых или поликарбонатных световодов, обычно используемых для подсветки символов, кнопок или создания равномерных подсвеченных панелей.
• Подсветка:Подходит для небольших ЖК-дисплеев, подсветки клавиатур в мобильных телефонах и подсветки мембранных переключателей или декоративных панелей.
• Общее освещение:Может использоваться в массивах для фонового или акцентного освещения низкого уровня.

8.2 Соображения при проектировании

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор или драйвер постоянного тока. Прямое напряжение варьируется, поэтому питание от источника постоянного напряжения не рекомендуется, так как это может привести к тепловому разгону.
• Тепловой менеджмент:Для конструкций, требующих высокой яркости или работающих в теплых условиях, обеспечьте достаточную площадь медной разводки на плате (тепловые площадки) для отвода тепла от паяных соединений светодиода.
• Оптическое проектирование:При использовании со световодами расстояние и выравнивание между светодиодом и входом световода критически важны для эффективности. Рекомендуется оптическое моделирование или создание прототипа.
• Защита от ESD:Хотя устройство имеет некоторую защиту от ESD, включение подавления переходных напряжений на чувствительных линиях или использование процедур безопасного обращения со статическим электричеством во время сборки является хорошей практикой.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Серия 65-11 отличается своей специфической комбинацией широкого угла обзора и корпуса, оптимизированного для ввода в световоды. По сравнению со стандартными светодиодами с боковым излучением, диаграмма направленности с верхним излучением более подходит для применений, где светодиод установлен перпендикулярно наблюдаемой поверхности. По сравнению с другими светодиодами с верхним излучением, интегрированный внутренний рефлектор является конструктивной особенностью, направленной на повышение оптической эффективности в приложениях с направленным светом, потенциально обеспечивая лучшую производительность в системах со световодами, чем обычный светодиод с верхним излучением без такой особенности.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я питать этот светодиод током 30мА непрерывно?
О: Предельный эксплуатационный параметр составляет 30мА при температуре окружающей среды 25°C. Для надежной долгосрочной работы рекомендуется работать ниже этого максимума. Типовое рабочее условие, указанное в спецификации, — 20мА. Кроме того, ток должен быть снижен, если температура окружающей среды превышает 25°C, как показано на кривой снижения номинала.

В: Почему такой большой диапазон силы света (715-1800 мкд)?
О: Этот диапазон представляет общий разброс по всем производственным бинам. Отдельные светодиоды сортируются в более узкие бины (V1, V2, W1, W2). Указывая требуемый код бина при заказе, вы можете гарантировать получение светодиодов с постоянной и известной минимальной яркостью.

В: Как выбрать правильный токоограничивающий резистор?
О: Используйте закон Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Используйте максимальное V_Fиз спецификации (или ваш указанный вольтажный бин), чтобы обеспечить достаточное падение напряжения на резисторе для правильного ограничения тока во всех условиях. Для питания 5В и максимального V_F3.65В при 20мА: R = (5 - 3.65) / 0.02 = 67.5Ом. Стандартный резистор 68Ом будет уместен. Всегда рассчитывайте также мощность резистора: P = I²* R.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Подсвечиваемая панель тактильных переключателей
Конструктор создает панель управления с несколькими тактильными переключателями, которые нуждаются в подсветке. Каждый переключатель имеет полупрозрачный колпачок и световод под ним. Выбран светодиод 65-11, потому что его верхнее излучение и широкий угол эффективно вводят свет в основание световода. Конструктор выбирает бин W1 для постоянной, средней-высокой яркости. Светодиоды размещаются на печатной плате непосредственно под каждым световодом. Используется постоянный ток 18мА (чуть ниже спецификации 20мА для увеличения срока службы и снижения нагрева). Указан вольтажный бин E6 для обеспечения равномерной яркости, когда все светодиоды питаются параллельно от одной шины напряжения с индивидуальными последовательными резисторами. Разводка печатной платы включает небольшие тепловые площадки, соединенные с земляной полигонной площадкой, чтобы помочь рассеивать тепло.

12. Введение в принцип работы

Данный белый светодиод работает по принципу фотолюминесценции. Основой является полупроводниковый чип из InGaN, который излучает синий свет при рекомбинации электронов и дырок через его запрещенную зону при подаче прямого смещения (тока). Этот синий свет излучается не напрямую. Вместо этого он попадает на слой люминофорного покрытия (обычно YAG:Ce — алюмоиттриевый гранат, легированный церием), нанесенного на чип или вокруг него. Люминофор поглощает часть синих фотонов и переизлучает свет в более широком спектре в желтой и красной областях. Человеческий глаз воспринимает смесь оставшегося синего света и преобразованного желтого/красного света как белый свет. Точный оттенок или коррелированная цветовая температура (CCT) белого света определяется составом и толщиной люминофорного слоя.

13. Технологические тренды

Общая тенденция для SMD светодиодов, таких как серия 65-11, направлена на повышение эффективности (больше люмен на ватт), что снижает энергопотребление и тепловыделение при том же световом потоке. Также наблюдается стремление к улучшению индекса цветопередачи (CRI), особенно для осветительных применений, что связано с использованием более сложных многокомпонентных люминофорных систем. Миниатюризация продолжается, становятся доступны еще меньшие размеры корпусов. Кроме того, растущим трендом является интеграция управляющей электроники, такой как драйверы постоянного тока или контроллеры ШИМ (широтно-импульсной модуляции), непосредственно в корпус светодиода ("умные светодиоды"), что упрощает схемотехнику для конечного пользователя. Базовая технология InGaN для синих чипов является зрелой, текущие исследования сосредоточены на снижении падения эффективности при высоких токах и улучшении долговечности при более высоких рабочих температурах.