Обратный монтаж SMD светодиода оранжевого цвета 611нм - корпус EIA - 30мА - 75мВт - Техническая спецификация

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики высокояркого SMD (Surface Mount Device) светодиода с обратным монтажом. Устройство использует полупроводниковый кристалл на основе фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), известный своей эффективностью и производительностью в оранжево-красном спектре длин волн. Светодиод размещен в стандартном корпусе, соответствующем стандарту EIA, с прозрачной линзой, и предназначен для применений, требующих надежного и стабильного оранжевого свечения. Его основные конструктивные преимущества включают совместимость с автоматизированными системами монтажа и пригодность для высокотемпературных процессов пайки оплавлением в инфракрасной (ИК) печи, что делает его идеальным для современного серийного производства электроники.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

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

• Рассеиваемая мощность (Pd):75 мВт. Это максимальное количество мощности, которое устройство может безопасно рассеивать в виде тепла.
• Пиковый прямой ток (I_FP):80 мА. Этот ток допустим только в импульсном режиме, а именно при скважности 1/10 и длительности импульса 0.1 мс, что позволяет создавать кратковременные высокоинтенсивные вспышки.
• Постоянный прямой ток (I_F):30 мА. Это максимальный рекомендуемый ток для непрерывной работы на постоянном токе, который определяет стандартную рабочую точку для измерений силы света.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Приложение обратного напряжения сверх этого предела может привести к пробою PN-перехода светодиода.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:от -55°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленный температурный диапазон.
• Пиковая температура при пайке оплавлением (ИК):260°C максимум в течение 10 секунд, что соответствует требованиям бессвинцовой (Pb-free) сборки.

2.2 Электрооптические характеристики

Ключевые параметры производительности измеряются при Ta=25°C и прямом токе (I_F) 20 мА, если не указано иное.

• Сила света (I_V):Диапазон от минимального значения 45.0 мкд до типичного значения 90.0 мкд. Интенсивность измеряется с использованием датчика с фильтром, соответствующим кривой спектральной чувствительности человеческого глаза (фотопической, CIE).
• Угол обзора (2θ_1/2):130 градусов. Этот широкий угол обзора, определяемый как полный угол, при котором интенсивность падает до половины от осевого значения, указывает на ламбертовскую или близкую к ней диаграмму направленности, подходящую для общего освещения или индикаторов, требующих широкой видимости.
• Пиковая длина волны (λ_P):611 нм. Это длина волны, на которой спектральное распределение мощности достигает максимума.
• Доминирующая длина волны (λ_d):605 нм. Рассчитывается на основе координат цветности CIE; эта единственная длина волны наилучшим образом представляет воспринимаемый цвет (оранжевый) светодиода.
• Спектральная ширина (Δλ):17 нм. Такая узкая полоса характерна для технологии AlInGaP и обеспечивает насыщенную чистоту цвета.
• Прямое напряжение (V_F):Обычно 2.4 В, максимум 2.4 В при I_F=20мА. Конструкторам необходимо учитывать это падение напряжения при расчете последовательных токоограничивающих резисторов.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА при V_R=5В, что указывает на высокое качество перехода.
• Емкость (C):40 пФ при смещении 0В и частоте 1 МГц. Этот параметр важен для применений с высокочастотным переключением или мультиплексированием.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения постоянства цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по группам (бина) на основе силы света, измеренной при токе 20мА.

• Код бина P:45.0 – 71.0 мкд
• Код бина Q:71.0 – 112.0 мкд
• Код бина R:112.0 – 180.0 мкд
• Код бина S:180.0 – 280.0 мкд

В пределах каждого бина по интенсивности применяется допуск +/-15%. В данной спецификации для этого номера детали не указаны отдельные бины для длины волны или прямого напряжения, что предполагает жесткий контроль этих параметров или поставку в одном бине.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя конкретные графические кривые упоминаются, но не отображаются в предоставленном тексте, типичные зависимости для таких светодиодов могут быть выведены и имеют критическое значение для проектирования:

• Вольт-амперная характеристика (I-V):Демонстрирует стандартную экспоненциальную диодную характеристику. Прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент, что означает, что V_Fнезначительно уменьшается при повышении температуры перехода.
• Зависимость силы света от прямого тока:В нормальном рабочем диапазоне интенсивность примерно пропорциональна прямому току, но будет насыщаться при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности.
• Зависимость силы света от температуры окружающей среды:Для светодиодов AlInGaP сила света обычно уменьшается с увеличением температуры окружающей среды (и перехода). Это тепловое снижение номинала необходимо учитывать в высокотемпературных средах.
• Спектральное распределение:Узкая, гауссоподобная кривая с центром около 611 нм (пик) и полушириной 17 нм, подтверждающая его монохроматический оранжевый выход.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры и полярность

Светодиод соответствует стандартному контуру корпуса EIA. Ключевые размерные примечания включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах, с общим допуском ±0.10 мм, если не указано иное.
• Обозначение "обратный монтаж" обычно указывает, что светодиод монтируется основной светоизлучающей поверхностью к печатной плате (ПП), при этом свет выходит через отверстие или отражается. Точный механический чертеж прояснит ориентацию линзы относительно контактных площадок.
• Полярность указана на корпусе устройства (например, метка катода, выемка или точка) и должна быть правильно совмещена с посадочным местом на ПП.

5.2 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок

Предоставлена рекомендуемая конфигурация контактных площадок для обеспечения качественной пайки, механической стабильности и теплового режима во время оплавления. Следование этому посадочному месту крайне важно для предотвращения "гробового эффекта" (поднятия компонента) или образования некачественных паяных соединений.

6. Рекомендации по монтажу и обращению

6.1 Процесс пайки

Устройство полностью совместимо с процессами пайки оплавлением в инфракрасной (ИК) печи с использованием бессвинцового припоя. Предоставлен рекомендуемый температурный профиль, соответствующий стандартам JEDEC.

• Предварительный нагрев:150–200°C максимум 120 секунд для постепенного нагрева платы и активации флюса.
• Пиковая температура:Максимум 260°C. Устройство не должно превышать эту температуру.
• Время выше температуры ликвидуса:Профиль должен ограничивать время нахождения устройства выше температуры плавления припоя необходимым для надежного соединения, обычно около 10 секунд максимум при пиковой температуре.
• Паяльник:Если необходима ручная пайка для ремонта, рекомендуется максимальная температура жала 300°C с временем контакта 3 секунды или менее, и только один раз.

6.2 Очистка

Если требуется очистка после пайки, следует использовать только указанные растворители. Рекомендуемые средства — этиловый или изопропиловый спирт при комнатной температуре, время погружения менее одной минуты. Неуказанные химикаты могут повредить эпоксидную линзу или корпус.

6.3 Хранение и чувствительность к влаге

Светодиоды чувствительны к влаге (MSL 2a).

• Запечатанный пакет:Хранить при ≤30°C и ≤90% относительной влажности. Срок годности составляет один год при условии, что оригинальный влагозащитный пакет с осушителем не вскрыт.
• Вскрытый пакет:После вскрытия условия хранения не должны превышать 30°C / 60% относительной влажности. Компоненты должны быть подвергнуты пайке оплавлением в течение 672 часов (28 дней).
• Длительное нахождение на воздухе:При хранении вне оригинального пакета более 672 часов перед пайкой необходимо выполнить прогрев при температуре около 60°C в течение не менее 20 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения "эффекта попкорна" (растрескивания корпуса во время оплавления).

6.4 Меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР)

Светодиоды подвержены повреждению от электростатического разряда. Меры предосторожности при обращении включают использование заземленных браслетов, антистатических перчаток и обеспечение правильного заземления всего оборудования и рабочих поверхностей.

7. Упаковка и заказ

• Лента и катушка:Устройства поставляются на эмбоссированной несущей ленте шириной 8 мм, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов (178 мм).
• Количество на катушке:3000 штук.
• Минимальный объем заказа (MOQ):500 штук для остаточных количеств.
• Стандарты упаковки:Соответствует спецификациям ANSI/EIA-481. Лента имеет защитную крышку, допускается не более двух последовательных пустых ячеек.

8. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

8.1 Типичные сценарии применения

Этот оранжевый светодиод подходит для широкого спектра индикаторных и осветительных применений, включая, но не ограничиваясь:

• Индикаторы состояния на потребительской электронике, промышленных панелях управления и сетевом оборудовании.
• Подсветка символов на переключателях, клавиатурах или мембранных панелях.
• Автомобильное внутреннее освещение (некритичное).
• Вывески и декоративное освещение, где требуется оранжевый цвет.

Важное примечание:Устройство предназначено для стандартного электронного оборудования. Для применений, требующих исключительной надежности, где отказ может угрожать жизни или здоровью (например, авиация, медицинские системы жизнеобеспечения, транспортные системы безопасности), требуется предварительная консультация и квалификация.

8.2 Проектирование схемы управления

Светодиод — это устройство, управляемое током. Последовательный токоограничивающий резистор обязателен при питании от источника напряжения для установки требуемого рабочего тока и предотвращения теплового разгона. Значение резистора (R_s) можно рассчитать по закону Ома: R_s= (V_{питания}- V_F) / I_F. Для стабильной работы в диапазоне температур рекомендуется использовать источники постоянного тока, особенно для конструкций, работающих вблизи максимальных параметров или в изменяющихся тепловых условиях.

8.3 Тепловой режим

Несмотря на малый размер корпуса, управление максимальной рассеиваемой мощностью 75 мВт важно для долговечности и поддержания светового потока. Достаточная площадь меди на ПП, соединенная с тепловыми площадками (если есть) или паяными соединениями светодиода, помогает отводить тепло от перехода. Работа при токах ниже максимальных 30 мА значительно снижает рассеиваемую мощность и температуру перехода, продлевая срок службы.

9. Техническое сравнение и отличия

Ключевые преимущества данной конкретной платформы светодиодов включают:

• Возможность обратного монтажа:Обеспечивает гибкость проектирования для создания специфических оптических эффектов или достижения низкопрофильной установки, когда источник света скрыт.
• Технология AlInGaP:Обеспечивает более высокую эффективность и лучшую температурную стабильность для оранжевых/красных цветов по сравнению со старыми технологиями, такими как GaAsP.
• Широкий угол обзора (130°):Обеспечивает широкое, равномерное освещение, идеальное для панельных индикаторов.
• Надежная совместимость со сборкой:Сертифицирован для автоматизированной установки и стандартных бессвинцовых профилей ИК оплавления, что снижает сложность и стоимость производства.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: В чем разница между пиковой длиной волны (611нм) и доминирующей длиной волны (605нм)?

О1: Пиковая длина волны — это физический пик излучаемого спектра света. Доминирующая длина волны — это расчетное значение, основанное на восприятии цвета человеком (диаграмма CIE), которое наилучшим образом соответствует воспринимаемому оттенку. Для монохроматических светодиодов, подобных этому, они близки, но не идентичны.

В2: Могу ли я питать этот светодиод током 30 мА непрерывно?

О2: Да, 30 мА — это максимальный номинальный постоянный прямой ток. Однако для оптимального срока службы и надежности часто рекомендуется работать при более низком токе (например, 20 мА), так как это снижает температуру перехода и нагрузку.

В3: Почему существует система сортировки по силе света?

О3: Технологические вариации вызывают небольшие различия в световом выходе. Сортировка распределяет светодиоды по группам со схожими характеристиками, позволяя конструкторам выбрать бину, соответствующую их требованиям к яркости, и обеспечить постоянство между несколькими устройствами в изделии.

В4: Насколько критичен срок в 672 часа после вскрытия пакета?

О4: Это очень важно для надежной пайки. Превышение этого времени нахождения на воздухе без цикла прогрева может привести к испарению поглощенной влаги во время оплавления, что потенциально вызовет внутреннее расслоение или трещины в корпусе светодиода.

11. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование панели индикаторов состояния для промышленного маршрутизатора.

Конструктору необходимо несколько оранжевых светодиодов "Активность" на передней панели. Он выбирает этот светодиод из-за его яркости, широкого угла обзора и совместимости с автоматизированной сборкой. В конструкции используется шина питания 3.3В. Целевой стандартный рабочий ток — 20 мА. Рассчитывается последовательный резистор: R = (3.3В - 2.4В) / 0.020А = 45 Ом. Выбран стандартный резистор 47 Ом. Разводка ПП использует рекомендуемую конфигурацию контактных площадок и включает небольшое тепловое соединение с земляной полигонной площадкой для рассеивания тепла. Светодиоды заказаны из бины Q (71-112 мкд), чтобы обеспечить достаточную и равномерную яркость. Собранные платы проходят через стандартную печь бессвинцового оплавления с использованием профиля, соответствующего JEDEC, что дает надежные паяные соединения без теплового повреждения компонентов.

12. Введение в принцип работы технологии

Данный светодиод основан на полупроводниковом материале фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), выращенном на подложке. При приложении прямого напряжения к PN-переходу электроны и дырки рекомбинируют в активной области, высвобождая энергию в виде фотонов — процесс, называемый электролюминесценцией. Конкретное соотношение алюминия, индия и галлия в кристаллической решетке определяет ширину запрещенной зоны, которая напрямую задает длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае оранжевый (~605-611 нм). Прозрачная эпоксидная линза инкапсулирует кристалл, обеспечивая механическую защиту, формируя световой пучок (угол обзора 130°) и повышая эффективность вывода света.

13. Тенденции и развитие отрасли

Тенденция в области SMD индикаторных светодиодов продолжается в направлении повышения эффективности (больше светового потока на единицу электрической мощности), улучшения постоянства цвета за счет более жесткой сортировки и повышения надежности при более высоких температурах пайки и эксплуатации. Также наблюдается стремление к миниатюризации при сохранении или увеличении оптических характеристик. Более того, интеграция со встроенной электроникой (например, встроенными токоограничивающими резисторами или драйверными ИС) в более совершенных корпусах становится все более распространенной для упрощения проектирования. Использование AlInGaP для оранжевых/красных/янтарных цветов остается доминирующей высокопроизводительной технологией, хотя продолжающиеся исследования новых материалов, таких как перовскиты, могут предложить альтернативы в будущем.