Красный светодиод 3.2x1.25x1.1 мм: прямое напряжение 2.0 В, ток 30 мА, мощность 72 мВт - Техническое описание

1. Обзор продукта

1.1 Общее описание

Этот красный SMD светодиод изготовлен на основе красного чипа светоизлучающего диода и упакован в стандартный корпус для поверхностного монтажа 3,2 мм x 1,25 мм x 1,1 мм. Устройство предназначено для общей индикации, вывесок и дисплеев, требующих высокой яркости и широкого угла обзора. Благодаря компактным размерам, оно подходит для автоматизированной сборки SMT и процессов пайки оплавлением.

1.2 Особенности

• Чрезвычайно широкий угол обзора: 140 градусов (угол половинной мощности), обеспечивающий четкую видимость с нескольких направлений.
• Совместимость со всеми процессами сборки SMT и пайки, включая бессвинцовое оплавление.
• Уровень чувствительности к влажности (MSL): уровень 3 по стандарту JEDEC, требующий правильного обращения и сушки перед использованием, если устройство подвергалось воздействию окружающих условий, превышающих установленные пределы.
• Соответствие RoHS, отсутствие опасных веществ, таких как свинец, ртуть, кадмий и шестивалентный хром.
• Доступность в нескольких бинах по яркости и длине волны для гибкости проектирования.

1.3 Применение

• Оптические индикаторы и сигнальные лампы в бытовой электронике, промышленном оборудовании и автомобильных салонах.
• Подсветка переключателей и символов, например, в клавиатурах, панелях управления и вывесках.
• Общее освещение и декоративные применения, где требуются компактные размеры и низкое энергопотребление.

2. Технические параметры

2.1 Электрические и оптические характеристики (Ta = 25 °C)

В следующей таблице приведены основные электрические и оптические параметры, измеренные при прямом токе 20 мА и температуре окружающей среды 25 °C, если не указано иное.

Примечание: допуск измерения прямого напряжения: ±0,1 В. Допуск измерения доминирующей длины волны: ±2 нм. Допуск измерения силы света: ±10%.

2.2 Максимальные допустимые значения

Напряжения, превышающие указанные в таблице ниже, могут привести к необратимому повреждению устройства. Это только предельные значения, и работа устройства при этих или любых других условиях, отличных от указанных в рекомендуемых условиях эксплуатации, не подразумевается.

Максимально допустимый прямой ток должен быть снижен, если тепловое сопротивление и температура окружающей среды приводят к превышению температуры перехода 95 °C. При высоких температурах следует использовать adequate теплоотвод или уменьшать ток возбуждения.

3. Система сортировки по бинам

Светодиод предлагается в нескольких бинах по прямому напряжению (VF), доминирующей длине волны (λD) и силе света (IV). Эта сортировка позволяет разработчикам выбирать устройства с жесткими допусками параметров для обеспечения стабильной работы в системе освещения.

3.1 Бины прямого напряжения

Определены три бина VF: B0 (1,8–2,0 В), C0 (2,0–2,2 В) и D0 (2,2–2,4 В). Типичное прямое напряжение при 20 мА составляет около 2,0 В для бина B0.

3.2 Бины доминирующей длины волны

Доступны три бина доминирующей длины волны: F00 (625–630 нм, глубокий красный), G00 (630–635 нм, красный) и H00 (635–640 нм, оранжево-красный). Типичный пик излучения приходится на 630 нм.

3.3 Бины силы света

Сила света подразделяется на три диапазона: 1BS (40–90 мкд), 1DN (90–140 мкд) и 1GK (140–200 мкд). Эти бины позволяют согласовывать яркость в многодиодных приложениях.

Код бина напечатан на этикетке упаковки вместе с другими идентификаторами, такими как номер партии и дата код.

4. Кривые производительности

Типичные оптические и электрические характеристики показаны на кривых ниже. Эти кривые предназначены в качестве рекомендаций при проектировании; фактические характеристики могут отличаться в зависимости от условий эксплуатации.

4.1 Зависимость прямого напряжения от прямого тока (Рис. 1-6)

На графике показана экспоненциальная зависимость, характерная для диода. При 20 мА прямое напряжение составляет приблизительно 2,0 В. Кривая может использоваться для оценки тока при заданном напряжении, но рекомендуется всегда использовать токоограничивающий резистор.

4.2 Зависимость прямого тока от относительной интенсивности (Рис. 1-7)

Относительная сила света увеличивается почти линейно с ростом прямого тока до 30 мА. Небольшое насыщение может возникать при больших токах из-за нагрева.

4.3 Зависимость температуры вывода от относительной интенсивности (Рис. 1-8)

При повышении температуры точки пайки относительная выходная мощность уменьшается. При 85 °C интенсивность составляет около 90% от интенсивности при 25 °C. Тепловое управление необходимо для поддержания стабильного светового потока.

4.4 Зависимость температуры вывода от прямого тока (Рис. 1-9)

Максимально допустимый прямой ток должен быть снижен по мере повышения температуры вывода. При 85 °C максимальный ток уменьшается примерно до 20 мА, чтобы температура перехода оставалась ниже 95 °C.

4.5 Зависимость прямого тока от доминирующей длины волны (Рис. 1-10)

Доминирующая длина волны незначительно сдвигается с увеличением тока, обычно менее 2 нм в рабочем диапазоне. Это связано с эффектами заполнения зон в полупроводнике.

4.6 Зависимость относительной интенсивности от длины волны (Рис. 1-11)

Спектральное распределение мощности имеет пик приблизительно на 630 нм с полушириной спектра 15 нм (типичное значение). Это обеспечивает насыщенный красный цвет.

4.7 Диаграмма излучения (Рис. 1-12)

Светодиод имеет широкую ламбертовскую диаграмму излучения с углом половинной мощности 140°. Это делает его идеальным для приложений, требующих широкого освещения или индикации под большим углом.

5. Механическая информация и упаковка

5.1 Размеры корпуса

Корпус имеет размеры 3,2 мм (длина) x 1,25 мм (ширина) x 1,1 мм (высота). На нижней поверхности предусмотрены две контактные площадки. Анодная площадка отмечена знаком «+» или идентификатором на чертеже. Подробные механические чертежи можно найти в техническом описании (Рис. 1-1 — 1-5).

5.2 Рекомендуемый рисунок для пайки

Рекомендуемые размеры медных контактных площадок для пайки оплавлением приведены в техническом описании. Правильный размер площадки обеспечивает хороший тепловой и электрический контакт. Обычно рекомендуется толщина трафарета для паяльной пасты 0,12 мм.

5.3 Идентификация полярности

Сторона катода обычно обозначается вырезом или плоской гранью на корпусе. На виде снизу контактная площадка 1 является анодом, а площадка 2 — катодом (согласно Рис. 1-4). При сборке необходимо соблюдать правильную полярность.

6. Пайка оплавлением для SMT

6.1 Профиль оплавления

Рекомендуемый профиль пайки оплавлением основан на стандартах JEDEC. Ключевые параметры:

• Средняя скорость нарастания температуры (Tsmax…TP): не более 3 °C/с
• Диапазон температуры предварительного нагрева (Tsmin…Tsmax): 150…200 °C
• Время предварительного нагрева (ts): 60…120 с
• Время выше 217 °C (tL): 60…150 с
• Пиковая температура (TP): 260 °C (максимум)
• Время в пределах 5 °C от пиковой температуры (tp): не более 30 с
• Время при пиковой температуре (>255 °C): не более 10 с
• Средняя скорость охлаждения: не более 6 °C/с
• Время от 25 °C до пиковой температуры: не более 8 мин

Пайка оплавлением не должна выполняться более двух раз. Если между двумя циклами пайки прошло более 24 часов, светодиоды могут поглотить влагу и должны быть высушены перед вторым оплавлением.

6.2 Ручная пайка

Если требуется ручная пайка, температура жала паяльника должна быть ниже 300 °C, а время пайки не должно превышать 3 с. На один светодиод допускается только одна операция ручной пайки.

6.3 Переделка и ремонт

Переделка после оплавления не рекомендуется. Если это неизбежно, следует использовать двусторонний паяльник для минимизации термического напряжения. Перед использованием необходимо провести предварительные квалификационные испытания, чтобы убедиться в отсутствии повреждений светодиода.

7. Меры предосторожности при обращении

7.1 Хранение

Светодиоды поставляются во влагозащитных пакетах (MBB) с осушителем и индикатором влажности. Перед вскрытием пакета хранить при ≤30 °C и ≤75% относительной влажности. После вскрытия светодиоды должны быть использованы в течение 168 часов (7 дней) при хранении при ≤30 °C и ≤60% относительной влажности. Если срок хранения превышен или индикатор влажности показывает розовый цвет (указывая на поглощение влаги), требуется сушка: 60±5 °C в течение >24 часов.

7.2 Защита от электростатического разряда (ESD)

Светодиоды чувствительны к электростатическому разряду. Необходимо соблюдать надлежащие меры защиты от ESD, включая заземленные рабочие места, проводящую упаковку и антистатические браслеты. Устройство рассчитано на 2000 В по модели HBM.

7.3 Химические и экологические аспекты

Инкапсулянт светодиода — силикон, который проницаем для некоторых газов и химических веществ. Содержание сернистых соединений в окружающей среде или в контактирующих материалах должно быть ниже 100 ppm. Содержание брома и хлора во внешних материалах должно быть менее 900 ppm каждого, а их суммарное содержание — менее 1500 ppm. Летучие органические соединения (ЛОС) могут выделяться и осаждаться на светодиоде, вызывая обесцвечивание и потерю света. Клеи, используемые рядом со светодиодом, не должны выделять органические пары.

7.4 Механическое обращение

Не оказывайте давление непосредственно на силиконовую линзу. Используйте пинцет для захвата компонента за боковые поверхности. Избегайте изгиба печатной платы после пайки, так как это может привести к трещинам в корпусе светодиода.

7.5 Очистка

Для очистки рекомендуется изопропиловый спирт. Другие растворители необходимо проверить на совместимость с силиконовым инкапсулянтом. Ультразвуковая очистка не рекомендуется, так как она может повредить светодиод.

8. Упаковка и информация для заказа

8.1 Спецификация упаковки

Светодиоды упакованы в формат ленты и катушки: 3000 штук на катушку. Транспортная лента изготовлена из проводящего пластика и имеет ширину 8 мм с шагом карманов 4 мм. Диаметр катушки составляет 178 мм, диаметр ступицы — 60 мм, ширина ленты — 8 мм.

8.2 Информация на этикетке

Каждая катушка имеет этикетку со следующей информацией: номер детали, номер спецификации, номер партии, код бина (включая бины VF, длины волны и интенсивности), количество и дата код. Код бина важен для обеспечения стабильной работы при производстве.

8.3 Влагозащитная упаковка

Катушки герметично упаковываются во влагозащитный пакет с осушителем и индикатором влажности. Затем пакет помещается в картонную коробку для отгрузки.

9. Надежность и испытания

9.1 Условия испытаний на надежность

Продукт квалифицирован в соответствии со стандартами JEDEC. Были проведены следующие испытания с 22 образцами каждое, критерии приемки: допускается 0 отказов (Ac=0, Re=1).

9.2 Критерии отказа

Следующие критерии определяют отказ после испытаний на надежность:

• Прямое напряжение (VF) превышает верхний предельный уровень (U.S.L.) в 1,1 раза
• Обратный ток (IR) превышает верхний предельный уровень (U.S.L.) в 2,0 раза
• Световой поток (Φ) падает ниже нижнего предельного уровня (L.S.L.) в 0,7 раза

10. Примечания по применению

При проектировании цепей со светодиодами всегда включайте токоограничивающий резистор для предотвращения перегрузки по току. Значение резистора можно рассчитать по формуле R = (V_питания - VF_тип) / IF_желаемый. Например, при напряжении питания 5 В и целевом токе 20 мА R = (5 - 2,0) / 0,02 = 150 Ом. Используйте минимальные/максимальные значения VF для обеспечения безопасной работы во всех условиях.

Для последовательного или параллельного подключения учитывайте распределение тока и тепловые эффекты. Светодиоды одного бина следует использовать параллельно для минимизации разброса яркости. Обеспечьте достаточную медную площадь на печатной плате для отвода тепла, особенно при работе с большими токами или при повышенной температуре окружающей среды.

Широкий угол обзора делает этот светодиод подходящим для торцевой подсветки и подсветки, где требуется равномерное освещение.

11. Часто задаваемые вопросы

В: Почему яркость светодиода уменьшается с повышением температуры?

О: Внутренняя квантовая эффективность полупроводника снижается с температурой, что приводит к уменьшению светоотдачи при том же токе возбуждения. Ключевым фактором является тепловое управление.

В: Можно ли питать светодиод непосредственно от источника напряжения?

О: Нет, для предотвращения повреждения светодиода обязателен токоограничивающий резистор или источник постоянного тока.

В: Что произойдет при подаче обратного напряжения?

О: Обратные напряжения выше напряжения пробоя могут вызвать ток утечки и в конечном итоге разрушить светодиод. Максимальное обратное напряжение составляет 5 В при испытании; длительное обратное смещение следует избегать.

В: Как хранить неиспользованные светодиоды?

О: Хранить в оригинальном влагозащитном пакете при ≤30 °C и ≤75% относительной влажности. Если пакет вскрыт, использовать в течение 168 часов или высушить перед использованием.

В: Совместим ли светодиод с бессвинцовой пайкой?

О: Да, пиковая температура 260 °C совместима с RoHS-совместимыми процессами бессвинцовой пайки.

12. Принцип работы

Светодиод — это полупроводниковый диод, который излучает свет при рекомбинации электронов и дырок в p-n-переходе. В этом красном светодиоде активная область обычно изготавливается из материалов на основе алюминий-галлий-индий-фосфида (AlGaInP) или арсенида-фосфида галлия (GaAsP). При прямом смещении электроны из n-области и дырки из p-области рекомбинируют в активной области, высвобождая энергию в виде фотонов. Длина волны излучаемого света соответствует ширине запрещенной зоны полупроводникового материала — в данном случае около 1,96 эВ для красного света (630 нм). Светодиод инкапсулирован в прозрачную или тонированную силиконовую линзу, которая также обеспечивает защиту и формирует диаграмму излучения.

13. Тенденции развития

Красные светодиоды продолжают развиваться с повышением эффективности (больше лм/Вт) и лучшей термической стабильностью. Тенденция направлена на уменьшение корпусов (например, 3,2×1,25 мм уже компактный) и более высокие бины яркости. Улучшения в технологии чипов, такие как улучшенное извлечение света и конструкции флип-чипов, обещают дальнейший рост производительности. Кроме того, ожидается, что интеграция с интеллектуальными схемами управления и подключение к IoT расширит применение в умном освещении и дисплеях.