Боковой красный SMD светодиод серии 57-21 - Габариты 2.0x1.25x0.7мм - Прямое напряжение 1.75-2.35В - Сила света 45-112мкд - Техническая документация

1. Обзор продукта

Серия 57-21 представляет собой семейство боковых светодиодов для поверхностного монтажа (SMD). В данном документе подробно описан красный вариант, в котором используется полупроводниковый чип AlGaInP (фосфид алюминия-галлия-индия) для получения яркого красного света. Устройство характеризуется компактным, низкопрофильным корпусом, специально разработанным для применений, где важен каждый миллиметр пространства и требуется боковое излучение.

1.1 Ключевые преимущества и позиционирование продукта

Основные конструктивные преимущества этой серии светодиодов обусловлены архитектурой их корпуса. Он обеспечивает широкий угол обзора, обычно 120 градусов, что достигается за счет оптимизированной конструкции внутреннего отражателя. Это делает компонент исключительно подходящим для применений со световодами, где критически важны эффективная связь и равномерное боковое освещение. Кроме того, устройство работает при низких уровнях тока, что делает его идеальным для портативной электроники с батарейным питанием и других применений, где потребляемая мощность является ключевым фактором. Продукт производится без содержания свинца и соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ).

1.2 Целевые области применения

Комбинация боковой конструкции, широкого угла обзора и низкого энергопотребления определяет его целевую рыночную нишу. Ключевые области применения включают подсветку полноцветных жидкокристаллических дисплеев (ЖКД), особенно в тонкой потребительской электронике, такой как мобильные телефоны, планшеты и ноутбуки. Он также подходит для индикаторов состояния в оборудовании для офисной автоматизации (ОА) и в качестве современной, эффективной замены традиционных миниатюрных ламп накаливания в различных электронных устройствах.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, указанных для устройства в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C).

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы.

• Обратное напряжение (V_R):5В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Прямой ток (I_F):25 мА постоянного тока. Максимально допустимый непрерывный ток.
• Пиковый прямой ток (I_FP):60 мА. Это допустимо только в импульсном режиме (скважность 1/10 на частоте 1 кГц), что полезно для мультиплексирования или кратковременных сигналов высокой яркости.
• Рассеиваемая мощность (P_d):60 мВт. Максимальная мощность, которую корпус может рассеять в виде тепла.
• Рабочая температура и температура хранения:соответственно от -40°C до +85°C и от -40°C до +100°C, что указывает на пригодность для промышленных и расширенных диапазонов окружающей среды.
• Электростатический разряд (ESD):2000В (модель человеческого тела). Стандартный уровень, требующий соблюдения основных мер предосторожности при обращении со статическим электричеством во время сборки.
• Температура пайки:Указана пайка оплавлением при 260°C в течение 10 секунд или ручная пайка паяльником при 350°C в течение 3 секунд, что определяет пределы температурного профиля для сборки на печатной плате.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются при стандартном испытательном токе I_F= 10мА и определяют производительность устройства.

• Сила света (I_v):Диапазон от 45 мкд (мин.) до 112 мкд (макс.) с типичным допуском ±11%. Это воспринимаемая яркость красного светового потока.
• Угол обзора (2θ_1/2):120 градусов (типично). Это полный угол, при котором сила света падает до половины от максимального значения, что подтверждает широкую, рассеянную диаграмму направленности излучения.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Между 617,5 нм и 633,5 нм. Это определяет воспринимаемый цвет (оттенок) красного света. Для точного соответствия цвета указан допуск ±1 нм.
• Пиковая длина волны (λ_p):Обычно 632 нм, что указывает на спектральный пик излучаемого света, который может незначительно отличаться от доминирующей длины волны.
• Спектральная ширина (Δλ):Обычно 20 нм, описывает ширину излучаемого спектра вокруг пиковой длины волны.
• Прямое напряжение (V_F):От 1,75В до 2,35В при 10мА, с допуском ±0,1В. Это критически важно для проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА при обратном смещении 5В, что указывает на хорошее качество p-n перехода.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения стабильности в массовом производстве светодиоды сортируются по группам производительности. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям к цвету и яркости.

3.1 Сортировка по доминирующей длине волны

Группы по длине волны обозначены кодом 'A' и разделены на четыре подгруппы (E4, E5, E6, E7), каждая из которых охватывает диапазон 4 нм от 617,5 нм до 633,5 нм. Это позволяет выбирать светодиоды с очень специфическими оттенками красного, что крайне важно для применений, требующих единообразного внешнего вида цвета на нескольких устройствах.

3.2 Сортировка по силе света

Яркость разделена на четыре группы: P1 (45-57 мкд), P2 (57-72 мкд), Q1 (72-90 мкд) и Q2 (90-112 мкд). Это позволяет осуществлять выбор на основе требуемых уровней яркости, потенциально оптимизируя энергопотребление или соответствуя конкретным фотометрическим требованиям.

3.3 Сортировка по прямому напряжению

Прямое напряжение сгруппировано под кодом 'B' на три группы: 0 (1,75-1,95В), 1 (1,95-2,15В) и 2 (2,15-2,35В). Знание группы V_Fможет быть важно для проектирования эффективных схем управления, особенно в устройствах с батарейным питанием, для минимизации падения напряжения и потерь мощности.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены несколько характеристических кривых, которые дают более глубокое понимание поведения устройства в различных условиях.

4.1 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Эта кривая показывает экспоненциальную зависимость между током и напряжением для полупроводникового диода. Для данного светодиода при 25°C напряжение возрастает примерно с 1,6В при очень низких токах до около 2,8В при 40мА. Кривая необходима для определения рабочей точки и проектирования соответствующего токоограничивающего резистора или источника постоянного тока.

4.2 Относительная сила света в зависимости от прямого тока

Этот график демонстрирует, что световой выход увеличивается с ростом тока, но не линейно. Он имеет тенденцию к насыщению при более высоких токах. Кроме того, он показывает эффект импульсной работы (скважность 1/10), когда более высокие пиковые токи могут использоваться для достижения мгновенной большей яркости без превышения пределов средней рассеиваемой мощности.

4.3 Кривая снижения номинального прямого тока

Это критически важный график для управления тепловым режимом. Он показывает максимально допустимый непрерывный прямой ток как функцию температуры окружающей среды (T_a). С ростом температуры максимальный ток должен быть уменьшен для предотвращения перегрева. Например, при 85°C максимальный непрерывный ток значительно ниже номинального значения 25мА при 25°C.

4.4 Спектральное распределение

Спектральный график подтверждает монохроматическую природу светодиода, показывая единственный пик около 632 нм с типичной шириной 20 нм. Излучение в других частях видимого спектра минимально, что характерно для высокочистого красного светодиода на основе AlGaInP.

4.5 Диаграмма направленности (полярная диаграмма)

Эта диаграмма визуально представляет угол обзора 120 градусов. Интенсивность отображена на полярном графике, показывая широкую, близкую к ламбертовской, диаграмму направленности, где интенсивность максимальна при 0 градусов (перпендикулярно чипу) и плавно снижается до 50% при ±60 градусах от центра.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габариты корпуса и посадочное место

Устройство имеет компактный боковой SMD корпус. Ключевые размеры включают длину корпуса приблизительно 2,0 мм, ширину 1,25 мм и высоту 0,7 мм. Детальные механические чертежи определяют все критические размеры, включая расположение контактных площадок и допуски (обычно ±0,1мм), что крайне важно для разводки печатной платы и обеспечения правильной пайки и выравнивания.

5.2 Идентификация полярности

Катод обычно обозначен маркированным углом или выемкой на корпусе. Правильная полярность должна соблюдаться при установке для обеспечения корректной работы.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Параметры пайки оплавлением

Компонент рассчитан на процессы бессвинцовой пайки оплавлением с пиковой температурой 260°C до 10 секунд. Это соответствует стандартным профилям IPC/JEDEC J-STD-020. Ручная пайка паяльником также допустима при 350°C максимум 3 секунды на вывод, что требует аккуратной техники во избежание теплового повреждения.

6.2 Чувствительность к влаге и хранение

Светодиоды упакованы в влагозащитные барьерные пакеты с осушителем для предотвращения поглощения влаги, которое может вызвать \"эффект попкорна\" (растрескивание корпуса) во время пайки оплавлением. После вскрытия герметичного пакета компоненты должны быть использованы в течение указанного срока (явно не указан, но подразумевается упаковкой) или просушены в соответствии со стандартными процедурами MSL (Уровень чувствительности к влаге) перед пайкой.

7. Информация об упаковке и заказе

7.1 Спецификации на ленте и в катушке

Для автоматизированной сборки компоненты поставляются на эмбоссированной несущей ленте, намотанной на катушки. Ширина ленты, расстояние между карманами и размеры катушки указаны для совместимости со стандартным оборудованием для установки SMD компонентов. Каждая катушка содержит 500 штук.

7.2 Расшифровка этикетки и нумерация деталей

Этикетка на катушке содержит критически важную информацию для прослеживаемости и правильного применения: Номер детали (PN), Номер детали заказчика (CPN), количество (QTY), номер партии (LOT NO) и конкретные группы производительности для Силы света (CAT), Доминирующей длины волны (HUE) и Прямого напряжения (REF). Номер детали 57-21/R6C-AP1Q2B/BF, вероятно, кодирует серию, цвет и конкретные коды групп.

8. Испытания на надежность и квалификацию

Продукт проходит комплекс испытаний на надежность, проводимых с уровнем достоверности 90% и допустимым процентом дефектных изделий в партии (LTPD) 10%. Ключевые испытания включают:

• Пайка оплавлением:Проверка выживаемости при прохождении температурного профиля сборки.
• Термоциклирование и Термоудар:Проверка устойчивости к напряжениям от теплового расширения в диапазоне от -40°C до +100°C.
• Хранение при высокой/низкой температуре:Оценка долгосрочной стабильности в экстремальных нерабочих условиях.
• Срок службы при постоянном токе:1000-часовое испытание на срок службы при 20мА для оценки деградации характеристик со временем.
• Высокая температура/Влажность (85°C/85% RH):Проверка устойчивости к влажному теплу, которое может вызвать коррозию или другие отказы.

9. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

9.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенный метод управления - простой последовательный резистор. Значение резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Использование максимального V_F(2,35В) для расчета гарантирует, что ток не превысит желаемый уровень даже при разбросе параметров от образца к образцу. Например, при питании 5В и целевом I_F10мА: R = (5В - 2,35В) / 0,01А = 265 Ом. Подошел бы стандартный резистор 270 Ом. Для применений, требующих стабильной яркости или работы от источника с переменным напряжением (например, батареи), рекомендуется источник постоянного тока.

9.2 Проектирование для сопряжения со световодом

Широкий угол обзора и конструкция корпуса оптимизированы для работы со световодами. Для достижения наилучших результатов светодиод должен быть расположен как можно ближе к входу световода. Материал и обработка световода (например, акрил, поликарбонат), а также любые изгибы или особенности будут влиять на итоговую равномерность и эффективность светового потока. Для сложных конструкций часто необходимо оптическое моделирование или создание прототипа.

9.3 Соображения по тепловому менеджменту

Хотя рассеиваемая мощность мала, непрерывная работа при высоких температурах окружающей среды или высоких токах требует внимания. Необходимо следовать кривой снижения номинала. Обеспечение достаточной площади меди вокруг контактных площадок на печатной плате помогает рассеивать тепло и поддерживать производительность и долговечность светодиода.

10. Техническое сравнение и дифференциация

Ключевыми отличительными особенностями этой серии боковых светодиодов являются специфическая комбинация атрибутов: боковая конструкция, очень широкий угол обзора 120°, обеспечиваемый интегрированным отражателем, и использование технологии AlGaInP для получения высокоэффективного красного света. По сравнению со светодиодами с верхним излучением, он обеспечивает освещение параллельно плоскости печатной платы, что необходимо для краевой подсветки дисплеев. По сравнению с другими боковыми светодиодами, его оптимизированный внутренний отражатель направлен на достижение более высокой эффективности связи со световодами. Низкое прямое напряжение чипа AlGaInP также способствует более высокой общей электрической эффективности по сравнению с некоторыми старыми технологиями.

11. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я питать этот светодиод током 20мА непрерывно?

О: Да, предельное значение для непрерывного прямого тока составляет 25мА, поэтому 20мА находится в пределах безопасной рабочей области, при условии, что температура окружающей среды находится в допустимых пределах (см. кривую снижения номинала).

В: Почему такой широкий диапазон Силы света (45-112 мкд)?

О: Это полный разброс параметров в производстве. Благодаря системе сортировки (P1, P2, Q1, Q2) производители и заказчики могут выбирать компоненты в гораздо более узком диапазоне яркости, чтобы обеспечить единообразие в конечном продукте.

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

О: Пиковая длина волны (λ_p) - это единственная точка максимальной спектральной мощности. Доминирующая длина волны (λ_d) - это расчетное значение, которое наилучшим образом представляет воспринимаемый человеческим глазом цвет, учитывая весь спектр излучения и чувствительность глаза. λ_dболее актуальна для спецификации цвета.

В: Всегда ли необходим токоограничивающий резистор?

О: Да. Светодиод - это прибор, управляемый током. Его прямое напряжение относительно постоянно, но ток может быстро возрастать при небольших увеличениях напряжения. Резистор или активная схема постоянного тока необходимы для предотвращения теплового разгона и разрушения светодиода.

12. Пример практического применения

Сценарий: Проектирование индикатора состояния для портативного медицинского устройства.

Устройству требуется красный индикатор \"ожидание/зарядка\", видимый сбоку. Выбран светодиод серии 57-21 из группы яркости Q1 (72-90 мкд) для достаточной видимости. Устройство питается от стабилизированного источника 3,3В. Выбирая консервативный I_F8мА для увеличения срока службы батареи и используя максимальное V_F2,35В для расчета в наихудшем случае: R = (3,3В - 2,35В) / 0,008А = 118,75 Ом. Выбран резистор 120 Ом. Светодиод размещен на краю печатной платы, выровнен по отношению к формованному акриловому световоду, который направляет свет на небольшое окошко в корпусе устройства. Широкий угол обзора гарантирует, что индикатор виден даже при взгляде на устройство под косым углом.

13. Введение в принцип работы

Излучение света в этом светодиоде основано на электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе из AlGaInP. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область, где они рекомбинируют. Энергия, выделяемая при этой рекомбинации, излучается в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlGaInP определяет ширину запрещенной зоны, которая, в свою очередь, определяет длину волны (цвет) излучаемого света, в данном случае в красном спектре (~632 нм). Внутренний отражатель и прозрачная эпоксидная линза формируют световой поток в желаемую широкоугольную диаграмму направленности.

14. Технологические тренды и контекст

Боковые SMD светодиоды, такие как серия 57-21, представляют собой зрелое и оптимизированное решение для подсветки и индикации в условиях ограниченного пространства. Тренд в этом сегменте продолжается в направлении еще меньших размеров корпусов (например, высотой 1,0 мм или менее), более высокой эффективности (больше люмен на ватт) и улучшенной цветовой однородности за счет более жесткой сортировки. Кроме того, наблюдается интеграция с другими компонентами, например, светодиодов со встроенными токоограничивающими резисторами или микросхемами драйверов. Хотя для применений прямого отображения появляются новые технологии, такие как Micro-LED и продвинутые OLED, простота, надежность и экономическая эффективность дискретных боковых светодиодов обеспечивают их актуальность в ролях вторичного освещения и индикации состояния в обозримом будущем.