Технический документ на английском языке: Обратный монтаж SMD светодиода синего цвета - корпус EIA - 5мА - 45мкд

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны технические характеристики светодиода (LED) для поверхностного монтажа (SMD) с обратной установкой, в котором для получения синего света используется полупроводниковый материал нитрида индия-галлия (InGaN). Устройство оснащено абсолютно прозрачной линзой и выполнено в стандартном корпусе, соответствующем требованиям EIA. Оно предназначено для автоматизированных процессов сборки, включая оборудование для захвата и установки компонентов (pick-and-place) и инфракрасную (IR) пайку оплавлением, что делает его пригодным для крупносерийного производства. Данный светодиод классифицируется как экологичный продукт, соответствующий директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ).

1.1 Ключевые преимущества

• Конструкция с обратной установкой: Кристалл монтируется в определенной ориентации, оптимизированной для конкретных топологий печатных плат и вывода света.
• Совместимость с автоматизацией: Поставляется на 8-миллиметровой ленте на 7-дюймовых катушках, полностью совместим со стандартным автоматизированным оборудованием для установки и пайки.
• Высокая устойчивость к ЭСР: Обладает порогом электростатического разряда (ЭСР) 8000 В, протестированным по модели человеческого тела (HBM), что обеспечивает хорошую устойчивость при обращении.
• Совместимость с ИС: Электрические характеристики позволяют осуществлять прямое управление от стандартных выходов интегральных схем с логическими уровнями.
• Совместимо с бессвинцовым технологическим процессом: Выдерживает температурные профили инфракрасной пайки оплавлением, требуемые для бессвинцовой сборки.

2. Углубленный анализ технических параметров

В следующем разделе представлен детальный разбор абсолютных пределов и рабочих характеристик устройства. Все параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C, если не оговорено иное.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Эти характеристики определяют предельные значения напряжений, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или ниже них не гарантируется.

• Power Dissipation (Pd): 76 мВт. Максимальная общая мощность, которую устройство может рассеивать в виде тепла.
• Пиковый прямой ток (I_FP): 100 мА. Допустим в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс).
• Постоянный прямой ток (I_F): 20 мА. Максимальный постоянный прямой ток для надежной работы.
• Диапазон рабочих температур (T_opr): -20°C до +80°C.
• Диапазон температур хранения (T_stg): -30°C до +100°C.
• Условия инфракрасной пайки: Выдерживает пиковую температуру 260°C в течение 10 секунд, что типично для процессов бессвинцовой оплавки.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Это типичные эксплуатационные параметры в стандартных условиях испытаний (I_F = 5 мА, Ta=25°C).

• Сила света (I_V): Диапазон значений составляет от минимума 11.2 мкд до максимума 45.0 мкд. Типичное значение зависит от конкретного бина (см. Раздел 3). Измерено с датчиком, отфильтрованным по кривой спектральной чувствительности глаза CIE.
• Угол обзора (2θ_1/2): 130 градусов. Такой широкий угол обзора указывает на диффузный, несфокусированный характер излучения света, что подходит для применений в качестве индикаторов и подсветки, требующих широкой угловой видимости.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P): 468 нм. Конкретная длина волны, на которой спектральная мощность излучения является максимальной.
• Доминирующая длина волны (λ_d): 465.0 нм до 475.0 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом для определения цвета. Она выводится из диаграммы цветности CIE.
• Полуширина спектральной линии (Δλ): 25 нм. Этот параметр указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света. Значение 25 нм является типичным для стандартного синего светодиода InGaN.
• Прямое напряжение (V_F): 2.65 В до 3.15 В. Падение напряжения на светодиоде при токе 5 мА. Этот диапазон необходимо учитывать при расчете токоограничивающего резистора в схемотехнике.
• Обратный ток (I_R): 10 мкА максимум при обратном напряжении (V_R) 0.55 В. Важное примечание: Устройство не предназначено для работы в режиме обратного смещения; данное испытательное условие предназначено исключительно для характеристики тока утечки.

3. Объяснение системы бининга

Для обеспечения стабильности производства светодиоды сортируются по корзинам на основе ключевых параметров. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям приложения к однородности цвета и яркости.

3.1 Бининг по прямому напряжению

Корзины обеспечивают схожие падения напряжения у светодиодов, что может упростить конструкцию источника питания в параллельных матрицах. Допуск на корзину составляет ±0.1В.

• Бин 1: 2,65 В - 2,75 В
• Бин 2: 2,75 В - 2,85 В
• Bin 3: 2.85В - 2.95В
• Bin 4: 2.95В - 3.05В
• Bin 5: 3.05В - 3.15В

3.2 Сортировка по силе света

Эта сортировка группирует светодиоды по их световому потоку при токе 5 мА. Допуск для каждой группы составляет ±15%.

• L1: 11,2 мкд - 14,0 мкд
• L2: 14,0 мкд - 18,0 мкд
• M1: 18,0 мкд - 22,4 мкд
• M2: 22,4 мкд - 28,0 мкд
• N1: 28,0 мкд - 35,5 мкд
• N2: 35,5 мкд - 45,0 мкд

3.3 Сортировка по доминирующей длине волны

Это управляет воспринимаемым цветом (оттенком) синего света. Допуск на каждый бин составляет ±1 нм.

• Бин AC: 465.0 нм - 470.0 нм (синий с легким зеленоватым оттенком)
• Бин AD: 470.0 нм - 475.0 нм (синий с более чистым оттенком)

4. Анализ рабочих характеристик

Хотя в техническом описании приведены конкретные графические зависимости (например, Рис.1, Рис.6), их значение имеет решающее значение для проектирования.

4.1 Зависимость силы света от прямого тока

Световой поток (I_V) приблизительно пропорционален прямому току (I_F) в рабочем диапазоне. Работа светодиода при токе выше 5 мА увеличивает яркость, но также повышает рассеиваемую мощность и температуру перехода, что может повлиять на срок службы и длину волны. Максимальный постоянный ток 20 мА обеспечивает значительный запас по яркости относительно тестовой точки в 5 мА.

4.2 Прямое напряжение vs. Forward Current & Temperature

V_F диода имеет отрицательный температурный коэффициент; оно уменьшается с ростом температуры перехода. Эта характеристика важна для конструкций с постоянным током, так как фиксированный источник напряжения может привести к тепловому разгону без надлежащего ограничения тока. Указанный диапазон V_F при 25°C следует использовать в качестве ориентира, учитывая, что он будет смещаться в зависимости от рабочей температуры.

4.3 Спектральное распределение

На указанном спектральном графике (рис.1) будет показано распределение, близкое к гауссовскому, с центром на пиковой длине волны 468 нм и полной шириной на половине максимума (FWHM) 25 нм. Эта спектральная ширина важна для применений, чувствительных к определённым длинам волн, таких как датчики или системы смешанного цветного освещения.

5. Mechanical & Package Information

5.1 Package Dimensions and Polarity

Устройство соответствует стандартному корпусу EIA. Обозначение "reverse mount" имеет решающее значение для проектирования посадочного места на печатной плате. Катод и анод расположены на определенных сторонах корпуса. Механический чертеж предоставляет точные размеры (в мм) для проектирования контактных площадок, включая размер и расстояние между ними, чтобы обеспечить правильную пайку и совмещение. Допуск для большинства размеров составляет ±0,10 мм.

5.2 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок для пайки

Рекомендуемый рисунок контактных площадок (геометрия паяльных площадок) на печатной плате обеспечивает надежное формирование паяных соединений при оплавлении. Соблюдение данного рисунка помогает предотвратить эффект "надгробия" (отрыв компонента) и обеспечивает надлежащее тепловое и электрическое соединение.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 Профиль инфракрасной пайки оплавлением

Приведен рекомендуемый профиль оплавления для бессвинцовых (Pb-free) процессов. Ключевые параметры включают:

• Предварительный нагрев: Диапазон 150–200°C.
• Время предварительного нагрева: Максимум 120 секунд для стабилизации температуры и активации флюса.
• Пиковая температура: Максимум 260°C.
• Время выше ликвидуса: Устройство может выдерживать пиковую температуру не более 10 секунд. Операцию оплавления следует выполнять не более двух раз.

Примечание: Профиль должен быть охарактеризован для конкретной сборки печатной платы, поскольку толщина платы, плотность компонентов и паяльная паста влияют на теплопередачу.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка:

• Температура паяльника: Максимальная температура 300°C.
• Время пайки: Максимум 3 секунды на вывод.
• Частота: Следует выполнять только один раз, чтобы избежать термического напряжения.

6.3 Очистка

Если требуется очистка после пайки:

• Используйте только указанные растворители: этиловый спирт или изопропиловый спирт при нормальной комнатной температуре.
• Время погружения должно составлять менее одной минуты.
• Неуказанные химические вещества могут повредить материал корпуса светодиода (эпоксидную линзу).

7. Storage & Handling

7.1 Меры предосторожности от ESD

Несмотря на рейтинг 8000V HBM, рекомендуется соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда: использовать заземляющие браслеты, антистатические коврики и правильно заземленное оборудование при работе.

7.2 Чувствительность к влаге

Устройство имеет уровень чувствительности к влаге (MSL) 2a.

• Герметичный пакет: Хранить при температуре ≤30°C и влажности ≤90%. Срок годности составляет один год при хранении в оригинальном влагозащитном пакете с осушителем.
• После вскрытия: Хранить при температуре ≤30°C и влажности ≤60%. Устройства должны пройти IR-оплавление в течение 672 часов (28 дней) после воздействия условий окружающей среды на производстве.
• Длительное хранение (вскрытая упаковка): Хранить в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе.
• Повторная сушка: При воздействии окружающей среды более 672 часов перед пайкой необходимо прогреть при температуре около 60°C в течение не менее 20 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения эффекта "попкорна" во время оплавления.

8. Packaging & Ordering

8.1 Спецификации ленты и катушки

• Ширина несущей ленты: 8 мм.
• Диаметр катушки: 7 дюймов.
• Количество на катушке: 3000 штук.
• Минимальный объем заказа (MOQ): 500 штук для остаточных количеств.
• Покрытие карманов: Пустые карманы заклеиваются покровной лентой.
• Отсутствующие компоненты: Согласно спецификации (ANSI/EIA 481), допускается не более двух последовательно отсутствующих светодиодов.

9. Application Notes & Вопросы проектирования

9.1 Типичные сценарии применения

• Индикаторы состояния: На потребительской электронике, бытовой технике и панелях промышленного управления, что выгодно благодаря широкому углу обзора.
• Подсветка: Для небольших ЖК-дисплеев, клавиатур или мембранных переключателей.
• Декоративное освещение: В маломощной акцентной подсветке или вывесках.
• Активация датчика: В качестве источника света для оптических датчиков (приближения, обнаружения объектов).

Важное предупреждение: Этот светодиод предназначен для обычного электронного оборудования. Он не сертифицирован и не рекомендуется для критически важных для безопасности применений (например, авиация, медицинское жизнеобеспечение, управление транспортом), где отказ может представлять риск для жизни или здоровья.

9.2 Особенности проектирования схемы

1. Ограничение тока: Всегда используйте последовательный резистор или драйвер постоянного тока. Рассчитайте значение резистора, используя максимальное V_F от значения в бине (например, 3.15 В) и минимального напряжения питания, чтобы гарантировать, что ток никогда не превысит абсолютный максимальный рейтинг, даже в наихудших условиях.
2. Тепловой менеджмент: Несмотря на низкое рассеивание мощности, обеспечьте достаточную медную разводку на печатной плате или тепловые переходы, если работа ведется вблизи максимального тока или при высоких температурах окружающей среды, чтобы поддерживать температуру перехода в допустимых пределах.
3. Защита от обратного напряжения: Поскольку устройство не предназначено для работы в обратном смещении, рассмотрите возможность добавления защитного диода параллельно (катодом к аноду), если светодиод может подвергаться воздействию переходных процессов обратного напряжения в цепи.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQs)

10.1 Что означает "reverse mount"?

Обратный монтаж относится к физической ориентации полупроводникового чипа светодиода внутри корпуса. В стандартном светодиоде свет излучается в основном сверху. В конструкции с обратным монтажом чип ориентирован так, чтобы оптимизировать излучение света с боковых сторон или через печатную плату, что часто используется, когда светодиод устанавливается в углубление или требует определенного оптического пути. Посадочное место на печатной плате будет отличаться от стандартного светодиода с верхним излучением.

10.2 Могу ли я непрерывно питать этот светодиод током 20 мА?

Да, 20 мА — это абсолютный максимальный постоянный прямой ток. Для оптимального срока службы и стабильной работы обычно рекомендуется питать светодиоды током ниже абсолютного максимума, часто в диапазоне 10-15 мА. Всегда обращайтесь к кривым снижения номинальных характеристик (если они доступны) для работы при высоких температурах окружающей среды.

10.3 Как интерпретировать значение силы света?

Сила света (мкд) — это мера воспринимаемой яркости в определенном направлении (вдоль оси). Угол обзора 130 градусов означает, что такая яркость сохраняется в пределах очень широкого конуса. Для применений, требующих сфокусированного луча, потребуется вторичная оптика (линзы). Система бинов (от L1 до N2) позволяет выбрать минимальную яркость для вашей конструкции.

10.4 Почему условия хранения так важны?

SMD-компоненты поглощают влагу из воздуха. В процессе высокотемпературной пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро испаряться, вызывая внутреннее расслоение, растрескивание или «попкорн-эффект», что разрушает компонент. Класс MSL и инструкции по прокаливанию критически важны для выхода годных изделий и надежности сборки.

11. Практический пример проектирования

Сценарий: Проектирование простого индикатора включения питания для цепи 5V.

1. Выберите бину: Выберите бину интенсивности (например, M1 для 18-22.4 мкд) и бину напряжения (например, Бина 3 для ~2.9В) для расчета.
2. Рассчитайте последовательный резистор: Цель I_F = 10 мА для баланса яркости и долговечности.
   R = (V_supply - V_F) / I_F = (5V - 2.9V) / 0.01A = 210 Ω.
   Используйте стандартный резистор 220 Ω. Проверьте номинальную мощность: P_R = I²R = (0.01)² * 220 = 0.022 Вт, поэтому достаточно резистора мощностью 1/10 Вт или 1/8 Вт.
3. Разводка печатной платы: Используйте рекомендуемые в техническом описании размеры контактных площадок для пайки. Убедитесь, что полярность соблюдена в соответствии со схемой маркировки корпуса.
4. Сборка: Соблюдайте рекомендованный температурный профиль ИК-оплавления. Если платы собираются во влажной среде и не используются немедленно, рассмотрите возможность предварительного прогрева светодиодов перед сборкой, если они находились вне герметичной упаковки более 28 дней.

12. Введение в технологию

Этот светодиод основан на технологии полупроводников InGaN (нитрид индия-галлия), выращенных на подложке, обычно сапфировой или карбидокремниевой. При приложении прямого напряжения электроны и дырки рекомбинируют в активной области квантовой ямы, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретное соотношение индия и галлия в сплаве определяет энергию запрещенной зоны и, следовательно, пиковую длину волны излучаемого света, которая в данном случае находится в синем спектре (~468 нм). Прозрачная эпоксидная линза инкапсулирует чип, обеспечивая механическую защиту, формируя световой пучок (угол обзора 130 градусов) и повышая эффективность светоизвлечения.

13. Тенденции в отрасли

Разработка синих светодиодов, за которую в 2014 году была присуждена Нобелевская премия по физике, стала фундаментальным прорывом, позволившим создать белые светодиоды (посредством фосфорного преобразования) и полноцветные дисплеи. Современные тенденции в области SMD светодиодов, подобных этому, сосредоточены на:

• Повышение эффективности: Увеличение световой отдачи (больше светового потока на затраченный ватт электроэнергии).
• Миниатюризация: Меньшие размеры корпусов (например, 0201, 01005) для более плотной компоновки электроники.
• Улучшенная цветовая однородность: Более жесткие допуски при сортировке по доминирующей длине волны и интенсивности, что критически важно для таких применений, как подсветка дисплеев.
• Повышенная надежность: Более высокие максимальные рабочие температуры и улучшенная устойчивость к влаге для автомобильных и промышленных применений.
• Advanced Packaging: Интеграция нескольких светодиодных чипов (RGB, белых) в единый корпус или корпуса со встроенными токоограничивающими резисторами или управляющими микросхемами («умные светодиоды»).