Техническая документация на боковой SMD светодиод LTST-S110TGKT - Габаритные размеры корпуса - Прямое напряжение 3.2В - Сила света до 450мкд - Зеленый 530нм - Английский технический документ

Обзор продукта

В данном документе представлены исчерпывающие технические характеристики светодиода (LED) для поверхностного монтажа (SMD) с боковым излучением. Компонент предназначен для применений, требующих широкого угла обзора и высокой яркости от компактного корпуса с боковым свечением. В нем используется полупроводниковый чип InGaN (нитрид индия-галлия) для генерации зеленого света, что обеспечивает баланс эффективности и производительности, подходящий для современных электронных сборок.

Светодиод поставляется на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что обеспечивает полную совместимость с высокоскоростным автоматизированным оборудованием для захвата и установки компонентов, используемым в серийном производстве. Его конструкция соответствует стандартной упаковке EIA (Electronic Industries Alliance), гарантируя широкую совместимость в отрасли.

Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые параметры

Предельно допустимые значения определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Эти значения указаны для температуры окружающей среды (Ta) 25°C и не должны превышаться ни при каких условиях эксплуатации.

• Рассеиваемая мощность (Pd): 76 мВт. Это максимальное количество мощности, которое светодиодный корпус может рассеивать в виде тепла, не превышая своих тепловых ограничений.
• Пиковый прямой ток (IFP): 100 мА. Это максимально допустимый мгновенный прямой ток, обычно указываемый для импульсных условий (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для предотвращения перегрева кристалла.
• DC Forward Current (IF): 20 мА. Это рекомендуемый максимальный постоянный прямой ток для надежной долговременной работы.
• Operating Temperature Range: от -20°C до +80°C. Гарантируется функционирование устройства в указанном диапазоне температур окружающей среды.
• Диапазон температур хранения: от -30°C до +100°C. Устройство может храниться без ухудшения характеристик в указанных пределах.
• Условия инфракрасной пайки оплавлением: Пиковая температура 260°C в течение не более 10 секунд. Это определяет допуск температурного профиля для процессов сборки с использованием бессвинцового (Pb-free) припоя.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Типичные рабочие характеристики измеряются при Ta=25°C и прямом токе (IF) 20 мА, если не указано иное. Эти параметры определяют ожидаемую производительность при нормальном использовании.

• Сила света (Iv): Диапазон составляет от минимального значения 71.0 мкд до максимального 450.0 мкд. Интенсивность измеряется с помощью датчика с фильтром, соответствующим кривой спектральной чувствительности глаза CIE (фотопическое зрение). Фактическое значение для конкретного изделия зависит от его bin-кода (см. Раздел 3).
• Угол обзора (2θ1/2): 130 градусов. Это полный угол, при котором сила света падает до половины своего значения на центральной оси (0°). Широкий угол обзора 130° делает этот светодиод подходящим для подсветки и индикаторных применений, где свет должен быть виден сбоку.
• Пиковая длина волны излучения (λP): 530 нм. Это длина волны, при которой спектральная мощность излучения светодиода достигает максимума.
• Доминирующая длина волны (λd): 525 нм. Это значение получено из диаграммы цветности CIE и представляет собой единственную длину волны, которая наилучшим образом описывает воспринимаемый цвет излучаемого света. Это более точное представление цвета, чем пиковая длина волны.
• Полуширина спектральной линии (Δλ): 35 нм. Этот параметр указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света, измеряемую как полная ширина на половине максимума (FWHM) спектра излучения.
• Прямое напряжение (VF): Обычно 3.20 В, в диапазоне от 2.80 В (мин.) до 3.60 В (макс.) при IF=20мА. Это падение напряжения на светодиоде при работе.
• Обратный ток (IR): 10 мкА (макс.) при приложенном обратном напряжении (VR) 5В. Важно отметить, что данный светодиод не предназначен для работы в режиме обратного смещения; данное испытательное условие служит исключительно для характеристики тока утечки.

3. Объяснение системы Binning

Для обеспечения стабильности в массовом производстве светодиоды сортируются на группы (бины) по ключевым параметрам. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям по цвету, яркости и напряжению.

3.1 Сортировка по прямому напряжению

Устройства классифицируются по их прямому напряжению (VF) при токе 20 мА. Допуск в пределах каждой группы составляет +/-0.1 В.

• Группа D7: VF = 2,80 В - 3,00 В
• Группа D8: VF = 3.00В - 3.20В
• Bin D9: VF = 3.20В - 3.40В
• Bin D10: VF = 3.40V - 3.60V

3.2 Сортировка по световой интенсивности

Устройства сортируются по силе света (Iv) при 20 мА. Допуск внутри каждого бина составляет +/-15%.

• Bin Q: Iv = 71.0 мкд - 112.0 мкд
• Bin R: Iv = 112.0 mcd - 180.0 mcd
• Bin S: Iv = 180.0 мкд - 280.0 мкд
• Bin T: Iv = 280.0 мкд - 450.0 мкд

3.3 Сортировка по доминирующей длине волны

Устройства классифицируются по их доминирующей длине волны (λd) при токе 20 мА. Допуск в пределах каждой группы составляет +/-1 нм, что обеспечивает высокую стабильность цвета.

• Группа AP: λd = 520.0 нм - 525.0 нм
• Bin AQ: λd = 525.0 нм - 530.0 нм
• Bin AR: λd = 530.0 нм - 535.0 нм

Выбор из конкретных бинов позволяет обеспечить точное соответствие цветов и равномерность яркости в приложениях с несколькими светодиодами, таких как дисплеи или массивы подсветки.

4. Анализ рабочих характеристик

Хотя в техническом описании приведены конкретные графические кривые (например, Рисунок 1 для спектрального распределения, Рисунок 5 для угла обзора), здесь анализируются их типичные значения. Эти кривые необходимы для понимания поведения устройства в различных условиях.

Forward Current vs. Luminous Intensity (I-Iv Curve): Сила света светодиода прямо пропорциональна прямому току и обычно следует почти линейной зависимости в рекомендуемом рабочем диапазоне. Превышение максимального постоянного тока не только приведет к нелинейному увеличению яркости, но и вызовет чрезмерное тепловыделение, что может сократить срок службы и сместить доминирующую длину волны.

Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика): Вольт-амперная характеристика светодиода имеет экспоненциальный характер. Небольшое увеличение напряжения сверх типичного прямого напряжения (например, 3.2В) может вызвать значительный и потенциально опасный рост тока, если он не ограничен должным образом драйвером или последовательным резистором.

Зависимость от температуры: Работа светодиодов чувствительна к температуре. При увеличении температуры перехода:

• Световой поток уменьшается. Более высокие температуры приводят к снижению внутренней квантовой эффективности, что ведет к уменьшению светового потока при том же токе питания.
• Прямое напряжение уменьшается. Ширина запрещенной зоны полупроводника слегка сужается с температурой, что снижает напряжение, необходимое для достижения заданного тока.
• Доминирующая длина волны смещается. Как правило, для зеленых светодиодов на основе InGaN длина волны может незначительно смещаться в сторону более длинных волн (красное смещение) при повышении температуры, что влияет на восприятие цвета.

Эти факторы подчеркивают важность правильного управления тепловым режимом при проектировании печатных плат.

5. Mechanical & Packaging Information

5.1 Габаритные размеры упаковки

Светодиод выполнен в боковом SMD-корпусе. Все критические размеры, включая длину, ширину, высоту корпуса и расположение выводов, указаны на чертежах в техническом описании с общим допуском ±0,10 мм (0,004"). Такая точность обеспечивает надежную установку и пайку автоматизированным оборудованием.

5.2 Soldering Pad Layout & Polarity

В техническом описании приведен рекомендуемый посадочный рисунок контактных площадок для разводки печатной платы. Соблюдение этих рекомендаций крайне важно для обеспечения надежного паяного соединения и правильного позиционирования. Компонент имеет маркировку полярности (обычно индикатор катода на корпусе). При сборке необходимо соблюдать правильную ориентацию, поскольку подача обратного напряжения может мгновенно вывести светодиод из строя.

5.3 Спецификации на ленту и катушку

Устройство поставляется на тисненой несущей ленте с защитной покровной лентой, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов (178 мм). Стандартное количество на катушке — 3000 штук. Ключевые характеристики ленты включают шаг карманов, ширину ленты и размеры катушки, которые разработаны в соответствии со стандартами ANSI/EIA-481-1-A для автоматического оборудования.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 Профиль оплавления припоя

Предлагаемый температурный профиль инфракрасной (ИК) пайки оплавлением для бессвинцовых (Pb-free) процессов представлен ниже. Ключевые параметры включают:

• Зона предварительного нагрева: 150°C до 200°C, с максимальным временем предварительного нагрева 120 секунд для постепенного нагрева платы и компонентов, активации флюса и минимизации термического удара.
• Пиковая температура: Максимум 260°C. Компонент не должен подвергаться воздействию температур выше этого предела.
• Время выше температуры ликвидуса (TAL): Время, в течение которого припой находится в расплавленном состоянии, критически важно для формирования соединения. Согласно температурному профилю, максимальное время при пиковой температуре составляет 10 секунд, а повторный оплавление не должен выполняться более двух раз.

Этот профиль основан на стандартах JEDEC и служит общим ориентиром; окончательные профили должны быть проверены для конкретных конструкций печатных плат, паяльных паст и характеристик печи.

6.2 Ручная пайка

Если ручная пайка необходима, необходимо соблюдать крайнюю осторожность:

• Температура паяльника: Максимум 300°C.
• Время пайки: Максимум 3 секунды на одно паяное соединение.
• Частота: Следует выполнять только один раз, чтобы избежать термического напряжения на пластиковом корпусе и внутренних проводящих соединениях.

6.3 Очистка

Если требуется очистка после пайки, следует использовать только указанные растворители, чтобы избежать повреждения пластиковой линзы и корпуса светодиода. Рекомендуемые очищающие средства — на спиртовой основе, такие как этиловый спирт или изопропиловый спирт (IPA). Светодиод следует погружать при нормальной комнатной температуре менее чем на одну минуту. Необходимо избегать использования агрессивных или неуказанных химических очистителей.

6.4 Меры предосторожности от электростатического разряда (ESD)

Светодиоды чувствительны к электростатическому разряду (ESD) и скачкам напряжения. Соблюдение мер предосторожности при обращении обязательно:

• При работе с устройствами используйте заземленный браслет или антистатические перчатки.
• Убедитесь, что все рабочие места, оборудование и инструменты правильно заземлены.
• Храните и транспортируйте компоненты в упаковке, обеспечивающей защиту от электростатического разряда (ESD).

7. Storage & Handling Conditions

Правильное хранение жизненно важно для сохранения паяемости и надежности компонентов, особенно для чувствительных к влаге SMD корпусов.

• Герметичная упаковка: Светодиоды в оригинальной, невскрытой влагозащитной упаковке (с осушителем) должны храниться при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤90%. Рекомендуемый срок хранения в этих условиях составляет один год.
• Вскрытая упаковка: После вскрытия влагозащитного пакета условия хранения не должны превышать 30°C и 60% относительной влажности. Настоятельно рекомендуется завершить процесс пайки оплавлением в течение одной недели после вскрытия.
• Длительное хранение (после вскрытия): Для хранения сроком более одной недели компоненты следует поместить в герметичный контейнер со свежим осушителем или в эксикатор, продутый азотом.
• Прокаливание: Если компоненты находились в условиях окружающей среды более одной недели, перед пайкой рекомендуется провести процесс выпечки (приблизительно 60°C в течение не менее 20 часов) для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вздутия" (растрескивания корпуса) во время оплавления.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Боковой профиль излучения и широкий угол обзора делают данный светодиод идеальным для ряда применений:

• Индикаторы состояния на вертикальных панелях: Идеально подходит для оборудования, где печатная плата установлена перпендикулярно линии взгляда пользователя, например, в сетевом оборудовании, микшерных пультах или промышленных панелях управления.
• Боковая подсветка: Может использоваться для боковой подсветки световодов в небольших дисплеях, клавиатурах или декоративных панелях, создавая равномерное свечение.
• Потребительская электроника: Индикаторные лампы в смартфонах, планшетах, ноутбуках, игровых консолях и бытовой технике.
• Освещение салона автомобиля: Для некритичных внутренних сигнальных ламп, при условии соответствия требованиям к рабочей температуре и надежности.

8.2 Вопросы проектирования

• Ограничение тока: Всегда запитывайте светодиод от источника постоянного тока или через последовательный токоограничивающий резистор. Значение резистора можно рассчитать по формуле: R = (Vsupply - VF) / IF, где VF — типичное или максимальное прямое напряжение из технического описания, чтобы обеспечить безопасную работу при любых условиях.
• Тепловой режим: Несмотря на низкое рассеивание мощности (76 мВт), обеспечение достаточной площади меди вокруг контактных площадок на печатной плате способствует отводу тепла, поддерживая производительность и долговечность светодиода, особенно при высоких температурах окружающей среды или в закрытых пространствах.
• Оптическая конструкция: Учитывайте угол обзора 130° при проектировании световодов, линз или рассеивателей для эффективного захвата и направления излучаемого света.
• Защита от электростатического разряда (ESD): В приложениях, подверженных воздействию электростатических разрядов, рекомендуется установить TVS-диоды (диоды подавления переходных напряжений) или другие защитные схемы на линиях драйвера светодиодов.

9. Technical Comparison & Differentiation

По сравнению со стандартными SMD светодиодами с верхним излучением, этот вариант с боковым свечением предлагает явное преимущество в приложениях, где пространство на верхней поверхности платы ограничено или где свет необходимо направлять горизонтально. Его ключевые отличительные особенности включают:

• Направление излучения: Основной световой поток исходит с боковой стороны корпуса, а не с верхней.
• Широкий угол обзора: Угол обзора 130° обычно шире, чем у многих светодиодов с верхним излучением, обеспечивая более широкое поле видимости.
• Совместимость: Сохраняет полную совместимость со стандартными процессами сборки SMD (пайка оплавлением, установка автоматом), в отличие от некоторых специализированных боковых излучателей, которые могут требовать ручной сборки.
• Технология InGaN: Использование InGaN для зеленого света обеспечивает более высокую эффективность и лучшую стабильность характеристик по сравнению со старыми технологиями, такими как AlInGaP, для определенных зеленых длин волн.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

10.1 В чем разница между Пиковой длиной волны и Доминирующей длиной волны?

Пиковая Длина Волны (λP) это единственная длина волны, на которой светодиод излучает наибольшую оптическую мощность. Доминирующая длина волны (λd) Рассчитывается на основе координат цвета CIE и представляет воспринимаемый цвет. Для монохроматических светодиодов, таких как этот зеленый, они часто близки, но λd является более релевантным параметром для спецификации цвета в ориентированных на человека приложениях.

10.2 Можно ли управлять этим светодиодом без токоограничивающего резистора?

№ Прямое напряжение светодиода имеет отрицательный температурный коэффициент и варьируется от экземпляра к экземпляру (как показано в бининге). Прямое подключение к источнику напряжения, даже соответствующему его типичному VF, приведет к неконтролируемому току, который, вероятно, превысит абсолютный максимальный рейтинг и мгновенно выведет устройство из строя. Последовательный резистор или драйвер постоянного тока обязательны.

10.3 Зачем нужна система бининга, и какой бин следует выбрать?

Система бинов учитывает естественные вариации в производстве полупроводников. Она позволяет выбирать компоненты, соответствующие вашим конкретным требованиям:

• Выберите конкретный Бин доминирующей длины волны (AP, AQ, AR) для строгого соответствия цвета нескольких светодиодов в дисплее.
• Выберите более высокий Бин световой интенсивности (S, T) если максимальная яркость является приоритетом.
• Выберите конкретный Бин прямого напряжения (D7-D10) если проектирование выполняется для очень точных пределов напряжения питания.

Для большинства общих применений указание диапазона (например, Bin AQ для цвета, Bin R или S для интенсивности) является достаточным и экономически эффективным.

10.4 Как интерпретировать условие пайки "260°C в течение 10 секунд"?

Это означает, что в процессе пайки оплавлением температура, измеренная на выводах или корпусе светодиода, не должна превышать 260°C. Кроме того, продолжительность, в течение которой температура находится на этом пике или близко к нему (обычно в пределах 5-10°C от пика), не должна превышать 10 секунд. Превышение этих пределов может повредить пластиковый корпус, внутреннее крепление кристалла или проводные соединения.

11. Практический пример проектирования

Сценарий: Разработка индикатора состояния для портативного медицинского устройства. Печатная плата установлена вертикально внутри тонкого корпуса. Индикатор должен быть четко виден под широким углом и обеспечивать равномерный зеленый цвет.

Реализация:

1. Выбор компонентов: Выбран данный боковой светодиод. Для обеспечения цветовой однородности в спецификации указан бин AQ (доминирующая длина волны 525-530 нм). Для достаточной яркости выбран бин S (180-280 мкд).
2. Проектирование схемы: Устройство питается от системной шины 5 В. Для безопасности последовательный резистор рассчитан с использованием максимального VF из технического описания: R = (5В - 3.6В) / 0.020А = 70 Ом. Выбрано ближайшее стандартное значение 68 Ом, что дает ток примерно (5В - 3.2В)/68Ом ≈ 26.5мА. Это немного выше типичных 20мА, но все еще в пределах абсолютного максимального постоянного тока. Для управления от микроконтроллера может быть добавлен МОП-транзистор для слаботочных сигналов.
3. Разводка печатной платы: Используется рекомендуемая в техническом описании конфигурация контактных площадок для пайки. К катодной и анодной площадкам добавлены дополнительные терморельефные полигоны меди для улучшения отвода тепла, не затрудняя ручной ремонт.
4. Оптическая интеграция: Простая литая пластиковая световодная трубка предназначена для направления бокового излучения светодиода к небольшому отверстию на передней панели устройства. Угол обзора светодиода 130° обеспечивает эффективную связь со световодом.
5. Сборка: Светодиоды хранятся в герметичных пакетах до момента непосредственного использования. Собранная печатная плата подвергается групповой пайке оплавлением по валидированному профилю, который не превышает лимит в 260°C в течение 10 секунд.

Такой подход обеспечивает создание надежного, стабильного и яркого индикатора состояния, подходящего для данного применения.

12. Введение в принцип технологии

Этот светодиод основан на технологии полупроводников InGaN (нитрид индия-галлия). Основной принцип работы — электролюминесценция. При приложении прямого напряжения к p-n-переходу полупроводника электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область (квантовую яму). Там электроны рекомбинируют с дырками, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещённой зоны полупроводникового материала, которая, в свою очередь, контролируется точным составом сплава InGaN (соотношением индия и галлия). Более высокое содержание индия, как правило, смещает излучение в сторону более длинных волн (например, зелёный, а не синий свет). Боковое исполнение корпуса достигается за счёт бокового размещения полупроводникового кристалла в полости выводной рамки, так что его основная светоизлучающая поверхность направлена наружу через боковую сторону линзы из формованной пластмассы, а не вверх.

13. Industry Trends & Developments

Рынок SMD светодиодов продолжает развиваться с несколькими чёткими тенденциями:

• Повышенная эффективность (лм/Вт): Постоянные улучшения в материаловедении и конструкции чипов обеспечивают больше светового потока на единицу электроэнергии, снижая энергопотребление и тепловую нагрузку.
• Миниатюризация: Корпуса продолжают уменьшаться (например, от метрических размеров 0603 к 0402 и 0201), сохраняя или улучшая оптические характеристики, что позволяет создавать более плотные и компактные электронные конструкции.
• Improved Color Consistency & Binning: Достижения в области эпитаксиального роста и контроля производства приводят к более узкому распределению параметров, снижая потребность в обширном бининге и повышая выход годных изделий.
• Higher Reliability & Lifetime: Усовершенствования в материалах корпуса (например, высокотемпературные пластмассы, прочный крепеж кристалла) и технологии чипов увеличивают срок службы, делая светодиоды пригодными для более требовательных применений в автомобильной, промышленной и медицинской отраслях.
• Интегрированные решения: Рост популярности светодиодов со встроенными драйверами (ИС постоянного тока), защитными функциями (ESD, от перенапряжений) или даже микроконтроллерами для адресуемых RGB-приложений (например, светодиоды типа WS2812).

Хотя данная конкретная спецификация представляет собой зрелый и надежный продукт, новые поколения, вероятно, будут отражать эти тенденции с улучшенными эксплуатационными характеристиками и, возможно, меньшими габаритами.