Техническая документация на SMD синий светодиод 19-217 - Корпус 2.0x1.25x0.8мм - Напряжение 2.6-2.9В - Мощность 40мВт

1. Обзор продукта

19-217 — это компактный синий светодиод для поверхностного монтажа, предназначенный для современных электронных приложений, требующих надежных решений для индикации и подсветки. Этот компонент использует полупроводниковый чип InGaN (нитрид индия-галлия) для генерации света в синем спектре с типичной пиковой длиной волны 468 нанометров. Его основное преимущество заключается в миниатюрных размерах, что позволяет значительно экономить место на печатных платах (ПП) и обеспечивает более высокую плотность компоновки по сравнению с традиционными выводными компонентами. Устройство полностью соответствует современным экологическим и производственным стандартам, включая RoHS (Ограничение использования опасных веществ), регламент ЕС REACH и классифицируется как бесгалогенное.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Конструкция SMD светодиода 19-217 предлагает несколько ключевых преимуществ для инженеров и конструкторов. Его малый размер и небольшой вес делают его идеальным для применений, где пространство и вес являются критическими ограничениями. Компоненты поставляются на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушку диаметром 7 дюймов, что обеспечивает полную совместимость с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки компонентов, упрощая производственный процесс. Светодиод также совместим со стандартными процессами пайки оплавлением (инфракрасной и паровой фаз). Его основные целевые рынки включают автомобильную электронику (для подсветки приборных панелей и переключателей), телекоммуникационное оборудование (для индикаторов в телефонах и факсах), потребительскую электронику для подсветки ЖК-дисплеев и общие индикаторные применения.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлен детальный объективный анализ ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, указанных в техническом описании, что крайне важно для правильного проектирования схемы и оценки надежности.

2.1 Абсолютные максимальные режимы эксплуатации

Абсолютные максимальные режимы эксплуатации определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Это не условия для нормальной работы.

• Обратное напряжение (VR):5В. Превышение этого напряжения в обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Постоянный прямой ток (IF):10мА. Максимальный постоянный ток, который можно прикладывать непрерывно.
• Пиковый прямой ток (IFP):40мА. Это максимально допустимый импульсный ток, указанный для скважности 1/10 и частоты 1кГц. Он подходит для кратковременных импульсов высокой интенсивности, но не для длительной работы.
• Рассеиваемая мощность (Pd):40мВт. Максимальная мощность, которую корпус может рассеять в виде тепла, рассчитывается как Прямое напряжение (VF) * Прямой ток (IF). Работа вблизи этого предела требует тщательного управления тепловым режимом.
• Электростатический разряд (ESD), модель человеческого тела (HBM):150В. Это относительно низкая устойчивость к ЭСР, что указывает на чувствительность устройства к статическому электричеству. Во время сборки и обращения обязательны процедуры защиты от ЭСР.
• Рабочая температура (Topr):от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором гарантируется соответствие устройства заявленным спецификациям.
• Температура хранения (Tstg):от -40°C до +90°C.
• Температура пайки:Устройство выдерживает пайку оплавлением с пиковой температурой 260°C до 10 секунд или ручную пайку при 350°C до 3 секунд на вывод.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются при стандартных условиях испытаний Ta=25°C и IF=2мА, если не указано иное. Они определяют оптические характеристики светодиода.

• Сила света (Iv):Диапазон от минимум 7.2 мкд до максимум 18.0 мкд. Типичное значение не указано, что означает управление производительностью через систему бинирования (см. раздел 3).
• Угол обзора (2θ1/2):120 градусов. Это полный угол, при котором сила света падает до половины своего пикового значения. Угол 120° обеспечивает широкую, рассеянную диаграмму направленности, подходящую для общего освещения и подсветки.
• Пиковая длина волны (λp):468 нм (типично). Это длина волны, на которой спектральная плотность мощности максимальна.
• Доминирующая длина волны (λd):от 465.0 нм до 470.0 нм. Это воспринимаемая человеческим глазом длина волны цвета светодиода, и этот параметр используется для цветового бинирования.
• Спектральная ширина (Δλ):25 нм (типично). Это ширина излучаемого спектра, измеренная на половине максимальной интенсивности (полная ширина на половине максимума - FWHM).
• Прямое напряжение (VF):от 2.60В до 2.90В при IF=2мА. Этот диапазон критически важен для проектирования токоограничивающей цепи.
• Обратный ток (IR):Максимум 50 мкА при VR=5В. В техническом описании явно указано, что устройство не предназначено для работы в обратном направлении; этот параметр указан только для целей тестирования.

3. Объяснение системы бинирования

Для обеспечения стабильных характеристик при массовом производстве светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых параметров. Для 19-217 используется трехмерная система бинирования.

3.1 Бинирование по силе света

Светодиоды классифицируются на четыре бина (K1, K2, L1, L2) на основе измеренной силы света при 2мА.

• Бин K1:7.2 - 9.0 мкд
• Бин K2:9.0 - 11.5 мкд
• Бин L1:11.5 - 14.5 мкд
• Бин L2:14.5 - 18.0 мкд

К пределам бинов применяется допуск ±11%.

3.2 Бинирование по доминирующей длине волны

Для данного продукта цвет контролируется в пределах одного бина.

• Бин X:465.0 - 470.0 нм. Указан жесткий допуск ±1нм.

3.3 Бинирование по прямому напряжению

Прямое напряжение сортируется на три бина для помощи в проектировании стабильных драйверов тока.

• Бин 28:2.60 - 2.70В
• Бин 29:2.70 - 2.80В
• Бин 30:2.80 - 2.90В

Применяется допуск ±0.05В.

4. Анализ характеристических кривых

Техническое описание содержит несколько характеристических графиков, необходимых для понимания поведения светодиода в различных рабочих условиях.

4.1 Относительная сила света в зависимости от прямого тока

Эта кривая показывает, что световой выход нелинейно зависит от тока. Он увеличивается с ростом тока, но в конечном итоге насыщается. Работа выше рекомендуемого постоянного тока (10мА) может привести к снижению эффективности и ускоренному старению.

4.2 Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды

Этот график демонстрирует отрицательный температурный коэффициент светового выхода светодиода. По мере роста температуры перехода сила света уменьшается. Для 19-217 выход может значительно снизиться, когда температура окружающей среды приближается к максимальному рабочему пределу в 85°C. Это необходимо учитывать в проектах, требующих стабильной яркости в широком диапазоне температур.

4.3 Кривая снижения прямого тока

Это один из наиболее важных графиков для надежности. Он показывает максимально допустимый постоянный прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды. С ростом температуры максимально безопасный ток уменьшается. При 85°C допустимый ток существенно ниже номинального значения 10мА при 25°C. Несоблюдение снижения тока может привести к тепловому разгону и отказу устройства.

4.4 Прямое напряжение в зависимости от прямого тока

Эта ВАХ (вольт-амперная характеристика) показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. Напряжение увеличивается логарифмически с ростом тока. Кривая необходима для выбора подходящего токоограничивающего резистора или проектирования драйвера постоянного тока.

4.5 Спектральное распределение и диаграмма направленности

Спектральный график подтверждает синее излучение с центром около 468нм и шириной на полувысоте (FWHM) примерно 25нм. Диаграмма направленности иллюстрирует пространственное распределение света, подтверждая ламбертовскую диаграмму с указанным углом обзора 120°.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

19-217 имеет стандартный SMD корпус. Ключевые размеры (в миллиметрах) включают длину корпуса около 2.0мм, ширину 1.25мм и высоту 0.8мм. Техническое описание содержит подробный чертеж с допусками ±0.1мм, если не указано иное. Анод и катод четко обозначены, что критически важно для правильной ориентации при монтаже.

5.2 Идентификация полярности

Правильная полярность жизненно важна для работы светодиода. На корпусе имеются визуальные метки (обычно выемка или зеленая маркировка) для идентификации катода. Конструкторы должны убедиться, что посадочное место на ПП соответствует этой ориентации.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Правильное обращение и пайка критически важны для выхода годных изделий и долгосрочной надежности.

6.1 Хранение и чувствительность к влажности

Светодиоды упакованы в влагозащитный пакет с осушителем. Пакет не следует вскрывать до готовности к использованию компонентов. После вскрытия неиспользованные детали следует хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤60% и использовать в течение 168 часов (7 дней). Если этот срок превышен, перед пайкой требуется процедура прогрева ("сушка") при 60±5°C в течение 24 часов для предотвращения "вспучивания" (растрескивания корпуса из-за давления пара во время оплавления).

6.2 Профиль оплавления при пайке

Указан профиль оплавления для бессвинцовой пайки:

• Предварительный нагрев:150-200°C в течение 60-120 секунд.
• Время выше температуры ликвидуса (TAL):Выше 217°C в течение 60-150 секунд.
• Пиковая температура:Максимум 260°C, выдержка не более 10 секунд.
• Скорости нагрева/охлаждения:Максимум 6°C/сек нагрев, 3°C/сек охлаждение.

Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз. Необходимо избегать механических напряжений на корпус светодиода во время нагрева и коробления ПП после пайки.

6.3 Ручная пайка и ремонт

Если необходима ручная пайка, температура жала паяльника должна быть ниже 350°C, время пайки на вывод — не более 3 секунд, используя паяльник мощностью ниже 25Вт. Между пайкой выводов должен быть интервал охлаждения не менее 2 секунд. Ремонт крайне не рекомендуется. Если он неизбежен, необходимо использовать специализированный двусторонний паяльник для одновременного нагрева обоих выводов, чтобы предотвратить механическое напряжение на паяных соединениях.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации катушки и ленты

Компоненты поставляются в формованной несущей ленте, размеры указаны в техническом описании. Ширина ленты 8мм, она намотана на стандартную катушку диаметром 7 дюймов (178мм). В каждой катушке 3000 штук.

7.2 Расшифровка маркировки

Маркировка на катушке содержит критически важную информацию для прослеживаемости и правильного применения:

• P/N:Номер изделия (например, 19-217/BHC-XK1L2B11X/3T).
• QTY:Количество в упаковке (3000 шт.).
• CAT:Ранг силы света (например, K1, L2).
• HUE:Ранг цветности/доминирующей длины волны (X).
• REF:Ранг прямого напряжения (например, 28, 29, 30).
• LOT No:Номер производственной партии для прослеживаемости.

8. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

8.1 Типичные сценарии применения

• Автомобильное внутреннее освещение:Подсветка приборных панелей, кнопок и переключателей. Широкий угол обзора и синий цвет подходят для создания современных эстетических эффектов.
• Потребительская электроника:Индикаторы состояния и подсветка клавиш на пультах дистанционного управления, бытовой технике и аудиооборудовании.
• Телекоммуникационное и сетевое оборудование:Индикаторы активности связи, питания и состояния на маршрутизаторах, коммутаторах и модемах.
• Общие панельные индикаторы:Любые применения, требующие небольшого, надежного и яркого синего индикаторного света.

8.2 Критически важные соображения при проектировании

1. Токоограничение обязательно:В цепь со светодиодом В ОБЯЗАТЕЛЬНОМ ПОРЯДКЕ должен быть включен внешний токоограничивающий резистор или драйвер постоянного тока. Прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент, то есть уменьшается с ростом температуры. Без ограничения тока небольшое увеличение напряжения или температуры может вызвать резкое, потенциально разрушительное увеличение тока.
2. Тепловой менеджмент:Учитывайте рабочую среду. Используйте кривую снижения тока для выбора подходящего рабочего тока, особенно если температура окружающей среды высока или у ПП плохой теплоотвод.
3. Защита от ЭСР:Реализуйте защиту от ЭСР на входных линиях, если светодиод доступен пользователю, и соблюдайте процедуры безопасного обращения с ЭСР во время сборки.
4. Оптическое проектирование:Угол обзора 120° обеспечивает широкое покрытие. Для получения сфокусированного луча может потребоваться внешняя линза или световод.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Хотя существует множество SMD синих светодиодов, комбинация параметров 19-217 позиционирует его для конкретных случаев использования. По сравнению с корпусами меньшего размера (например, 0402) он предлагает более высокий световой выход и потенциально лучший теплоотвод благодаря своим размерам. По сравнению со светодиодами высокой мощности он работает при значительно более низком токе и требует более простой схемы управления, что делает его экономически эффективным для индикаторных применений. Его явное соответствие стандартам бесгалогенности и REACH является ключевым отличием для рынков со строгими экологическими нормами, таких как Европейский Союз.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Почему токоограничивающий резистор абсолютно необходим?

Светодиоды — это устройства с токовым управлением, а не с управлением по напряжению. Вольт-амперная характеристика экспоненциальна. При типичном прямом напряжении ~2.8В очень небольшое изменение напряжения питания или падение Vf светодиода из-за нагрева может вызвать резкое увеличение тока, превышение максимального номинала и разрушение устройства. Резистор задает фиксированный ток на основе закона Ома (I = (Vпитания - Vf) / R).

10.2 Можно ли управлять этим светодиодом напрямую с логического выхода 3.3В или 5В?

Нет, напрямую нельзя.Вывод GPIO микроконтроллера обычно не может безопасно и стабильно обеспечивать достаточный ток (часто ограничен 20-25мА) для светодиода, и в нем отсутствует регулировка тока. Необходимо использовать последовательный резистор. Для питания 3.3В и целевого тока 5мА при Vf=2.8В значение резистора будет R = (3.3В - 2.8В) / 0.005А = 100 Ом. Всегда проверяйте способность вывода микроконтроллера выдавать ток.

10.3 Что означает угол обзора 120° для моего проекта?

Это означает, что свет излучается в широком конусе. Если вам нужно, чтобы светодиод был виден под многими углами (например, панельный индикатор), это идеально. Если вам нужен сфокусированный луч света (например, для освещения конкретной точки), сам по себе этот светодиод не подходит и потребует дополнительной оптики.

10.4 Насколько критичен срок в 7 дней после вскрытия влагозащитного пакета?

Очень критичен для пайки оплавлением. Влага, поглощенная пластиковым корпусом, может превратиться в пар во время высокотемпературного цикла оплавления, вызывая внутреннее расслоение или растрескивание ("вспучивание"), что приводит к немедленному или скрытому отказу. Если пакет был открыт дольше 168 часов, необходимо выполнить процедуру прогрева.

11. Практический пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование индикатора состояния для потребительского маршрутизатора.Светодиод должен показывать "питание включено" и "активность WAN" (мигание). В системе используется шина 3.3В. Для обеспечения долгого срока службы и избежания перегрузки микроконтроллера используется внешний транзистор (например, маломощный NPN или N-канальный MOSFET) для коммутации светодиода. Последовательный резистор устанавливается между шиной 3.3В и анодом светодиода, а транзистор коммутирует катод на землю. Выбор консервативного тока 5мА для постоянной индикации "питания" и использование максимального Vf=2.9В для расчета обеспечивает яркость при всех условиях: R = (3.3В - 2.9В) / 0.005А = 80 Ом (используйте стандартный резистор 82 Ом). Рассеиваемая мощность на светодиоде Pd = Vf * If = 2.9В * 0.005А = 14.5мВт, что значительно ниже максимума в 40мВт, обеспечивая отличную надежность даже в потенциально теплом корпусе устройства.

12. Введение в принцип работы

Светодиод 19-217 работает на принципе электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Активная область состоит из InGaN. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава InGaN определяет ширину запрещенной зоны, которая напрямую соответствует длине волны (цвету) излучаемого света — в данном случае синего (~468 нм). Эпоксидный корпус служит для защиты полупроводникового кристалла, обеспечения механической стабильности и действует как первичная линза для формирования светового потока.

13. Технологические тренды и контекст

Это устройство представляет собой зрелый, оптимизированный по стоимости сегмент светодиодной технологии. Использование InGaN для синего излучения хорошо зарекомендовало себя. Современные тренды в индикаторных SMD светодиодах сосредоточены в нескольких областях: 1)Миниатюризация:Доступны корпуса еще меньше, чем 19-217 (например, 0402, 0201) для плат сверхвысокой плотности. 2)Повышенная эффективность:Новые конструкции кристаллов и материалы продолжают улучшать люмены на ватт, позволяя снизить рабочие токи и энергопотребление. 3)Улучшенная надежность и стабильность:Передовые производственные технологии и методы бинирования обеспечивают более узкое распределение параметров. 4)Широкое соответствие экологическим нормам:Как видно на примере этой детали, соответствие стандартам RoHS, REACH и бесгалогенности теперь является базовым требованием для выхода на глобальный рынок. 19-217 подходит для применений, где предпочтительны проверенные, надежные и стандартизированные компоненты, а не передовые характеристики.