Техническая спецификация SMD светодиода LTST-C990NRKT-PO - AlInGaP красный - 20мА - 900-2240мкд

1. Обзор продукта

Этот документ содержит полные технические характеристики светодиодной лампы для поверхностного монтажа (SMD). Этот компонент предназначен для автоматизированной сборки печатных плат (PCB), обладает миниатюрными размерами, что идеально подходит для применений с ограниченным пространством. Его основная функция - служить визуальным индикатором или источником подсветки в широком спектре электронного оборудования.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Светодиод предлагает несколько ключевых преимуществ для современного электронного производства. Он использует сверхъяркий кристалл AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), обеспечивающий высокую световую эффективность для красного свечения. Устройство поставляется на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что соответствует стандартам EIA и обеспечивает полную совместимость с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки компонентов. Кроме того, он рассчитан на стандартные процессы инфракрасной (ИК) пайки оплавлением, обычно используемые в бессвинцовых производственных линиях, что гарантирует надежное крепление к печатной плате. Продукт соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ).

Области применения широки и включают телекоммуникационное оборудование, устройства офисной автоматизации, бытовую технику и системы промышленного управления. Конкретные варианты использования: подсветка клавиатур и кнопок, индикаторы состояния, интеграция в микродисплеи, а также общая подсветка сигналов или символов.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе подробно описаны абсолютные предельные значения и рабочие характеристики светодиода. Все параметры определены при температуре окружающей среды (Ta) 25°C, если не указано иное.

2.1 Абсолютные максимальные рейтинги

Эти рейтинги определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность (Pd):62.5 мВт. Это максимальное количество мощности, которое корпус светодиода может рассеивать в виде тепла.
• Пиковый прямой ток (I_F(PEAK)):60 мА. Это максимально допустимый мгновенный прямой ток, обычно указываемый для импульсных условий (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для управления тепловым режимом.
• Постоянный прямой ток (I_F):25 мА. Это максимально рекомендуемый ток для непрерывной работы.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Приложение обратного напряжения, превышающего это значение, может вызвать пробой и отказ.
• Диапазон рабочих температур:-30°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором предназначен работать светодиод.
• Диапазон температур хранения:-40°C до +85°C. Диапазон температур для хранения в нерабочем состоянии.
• Условия инфракрасной пайки:260°C в течение 10 секунд. Максимальный тепловой профиль, который корпус может выдержать во время пайки оплавлением.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные параметры производительности, измеренные в стандартных условиях испытаний.

• Сила света (I_V):900.0 - 2240.0 мкд (милликандела). Измеряется при прямом токе (I_F) 20мА. Интенсивность измеряется с использованием комбинации датчика и фильтра, приближающейся к кривой фотопического зрения (CIE). Широкий диапазон указывает на использование системы бининга (см. Раздел 4).
• Угол обзора (2θ_1/2):75 градусов. Это полный угол, при котором сила света составляет половину значения, измеренного на центральной оси (0°). Угол 75 градусов обеспечивает относительно широкий конус обзора.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P):639 нм (нанометров). Это длина волны, на которой спектральное распределение мощности излучаемого света максимально.
• Доминирующая длина волны (λ_d):624.0 - 632.0 нм. Определяется по диаграмме цветности CIE и представляет воспринимаемый цвет светодиода, который находится в красной области спектра.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):20 нм. Это указывает на спектральную ширину полосы, измеренную как полная ширина на половине максимума (FWHM) пика излучения. Значение 20 нм типично для монохроматического красного светодиода AlInGaP.
• Прямое напряжение (V_F):1.7 - 2.5 В. Падение напряжения на светодиоде при токе 20мА. Этот диапазон учитывает нормальные производственные отклонения в полупроводниковом кристалле.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.). Небольшой ток утечки, протекающий при приложении максимального обратного напряжения (5В).

3. Объяснение системы бининга

Для обеспечения единообразия в применениях светодиоды после производства сортируются (бинируются) по ключевым оптическим параметрам.

3.1 Бининг по силе света

Основным параметром бининга для этого светодиода является его сила света. Продукт классифицируется на несколько бинов, каждый из которых имеет определенное минимальное и максимальное значение интенсивности при токе 20мА. Код бина, напечатанный на катушке или упаковке, позволяет разработчикам выбирать светодиоды с одинаковой яркостью для своего применения. Допуск внутри каждого бина составляет +/- 15%. Список бинов следующий:

• Код бина V2:900.0 - 1120.0 мкд
• Код бина W1:1120.0 - 1400.0 мкд
• Код бина W2:1400.0 - 1800.0 мкд
• Код бина X1:1800.0 - 2240.0 мкд

Выбор бина с более высоким кодом (например, X1) гарантирует более высокую минимальную яркость, что крайне важно для применений, требующих равномерной высокой видимости или где ток управления может быть ограничен.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные дают более глубокое понимание поведения светодиода в различных условиях. Типичные кривые, включенные в спецификацию, иллюстрируют взаимосвязь между ключевыми параметрами.

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

Эта кривая показывает нелинейную зависимость между током, протекающим через светодиод, и напряжением на нем. "Колено" кривой, обычно около 1.7В до 2.0В для данного устройства, - это точка, где светодиод начинает значительно излучать свет. Выше этого колена небольшое увеличение напряжения вызывает большое увеличение тока. Поэтому светодиоды всегда управляются с помощью механизма ограничения тока, а не источника фиксированного напряжения.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Этот график демонстрирует, как световой выход увеличивается с увеличением тока управления. Для большинства светодиодов зависимость приблизительно линейна в рекомендуемом рабочем диапазоне (до 25мА для данного устройства). Работа светодиода за пределами его максимального номинального постоянного тока не приведет к пропорциональному увеличению света и вызовет чрезмерный нагрев, сокращая срок службы и надежность.

4.3 Спектральное распределение

Спектральный график показывает относительную излучаемую мощность на разных длинах волн. На нем будет присутствовать один доминирующий пик с центром около 639 нм (пиковая длина волны) с характерной формой, определяемой полушириной 20 нм. Это подтверждает монохроматический красный цвет излучения.

5. Механическая информация и упаковка

5.1 Габариты устройства и полярность

Корпус светодиода имеет определенные физические размеры, критически важные для проектирования посадочного места на печатной плате. В спецификации приведен подробный чертеж с размерами. Ключевые особенности включают общую длину, ширину и высоту. Корпус также имеет индикатор полярности, обычно выемку, зеленую точку или маркировку катода на одном конце, который должен быть правильно совмещен с посадочным местом на печатной плате для обеспечения правильного электрического подключения (анод против катода).

5.2 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок на печатной плате

Предоставлен рекомендуемый рисунок контактных площадок (расположение медных площадок) для печатной платы. Этот рисунок разработан для обеспечения надежного паяного соединения во время оплавления, обеспечения адекватного теплоотвода и предотвращения образования перемычек припоя. Следование этой рекомендации крайне важно для успешной сборки и долгосрочной механической стабильности.

5.3 Спецификации упаковки в ленте и на катушке

Для автоматизированной сборки компоненты поставляются в несущей ленте на катушках. В спецификации указаны размеры ячеек ленты, в которых находится каждый светодиод, ширина ленты и размеры катушки (диаметр 7 дюймов). Стандартное количество на катушке - 3000 штук. Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA-481. Примечания включают детали о защитной ленте, максимальном количестве последовательно отсутствующих компонентов (2) и минимальном количестве заказа для остатков (500 штук).

6. Рекомендации по пайке, сборке и обращению

6.1 Рекомендуемый профиль ИК оплавления

Для бессвинцовых процессов пайки рекомендуется определенный тепловой профиль для предотвращения повреждений. Ключевые параметры включают:

• Температура предварительного нагрева:150-200°C
• Время предварительного нагрева:Максимум 120 секунд
• Пиковая температура корпуса:Максимум 260°C
• Время выше 260°C:Максимум 10 секунд (допускается максимум два цикла оплавления)

Профиль должен быть разработан в соответствии со стандартами JEDEC и проверен для конкретной конструкции печатной платы, паяльной пасты и печи, используемой в производстве.

6.2 Условия хранения

Правильное хранение жизненно важно из-за чувствительности пластикового корпуса к влаге (MSL 3).

• Запечатанная упаковка:Хранить при ≤30°C и ≤90% относительной влажности. Использовать в течение одного года с даты упаковки.
• Вскрытая упаковка:Для компонентов, извлеченных из влагозащитного пакета, окружающая среда не должна превышать 30°C и 60% относительной влажности. Рекомендуется завершить ИК оплавление в течение одной недели. Для хранения более одной недели перед пайкой необходимо прогреть светодиоды при 60°C в течение не менее 20 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" во время оплавления.

6.3 Очистка

Если необходима очистка после пайки, используйте только одобренные растворители. Указано погружение светодиода в этиловый или изопропиловый спирт при комнатной температуре на время менее одной минуты. Агрессивные или неуказанные химикаты могут повредить пластиковую линзу и корпус.

6.4 Предостережение об электростатическом разряде (ESD)

Полупроводниковый кристалл внутри светодиода чувствителен к электростатическому разряду и скачкам напряжения. Требуются меры предосторожности при обращении: используйте заземленный браслет или антистатические перчатки и убедитесь, что все оборудование и рабочие поверхности правильно заземлены.

7. Соображения по проектированию приложений

7.1 Проектирование схемы управления

Светодиоды - это устройства с токовым управлением. Наиболее критичным аспектом схемы управления является регулирование тока. Для обеспечения равномерной яркости, особенно когда несколько светодиодов подключены параллельно, токоограничивающий резистор должен быть включен последовательно скаждым отдельным светодиодом. Простая схема управления состоит из источника напряжения (V_CC), светодиода и последовательного резистора (R_S). Значение резистора рассчитывается по закону Ома: R_S= (V_CC- V_F) / I_F, где V_F - прямое напряжение светодиода при желаемом токе I_F(например, 20мА). Использование резистора для каждого светодиода компенсирует незначительные вариации V_F от устройства к устройству.

7.2 Тепловой менеджмент

Хотя рассеиваемая мощность мала (макс. 62.5 мВт), эффективный тепловой менеджмент продлевает срок службы светодиода и поддерживает стабильный световой поток. Сама печатная плата действует как радиатор. Обеспечение хорошей тепловой связи от паяных площадок светодиода к медным полигонам на печатной плате помогает рассеивать тепло. Избегайте длительной работы светодиода на его абсолютных максимальных значениях тока и температуры.

7.3 Область применения и ограничения

Этот светодиод предназначен для электронного оборудования общего назначения. Для применений, требующих исключительной надежности, где отказ может поставить под угрозу безопасность (например, авиация, медицинские системы жизнеобеспечения, транспортные системы безопасности), необходимы дополнительные квалификационные испытания и консультации с производителем компонентов до начала проектирования.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми технологиями, такими как красные светодиоды GaAsP (фосфид арсенида галлия), используемый здесь кристалл AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к большей яркости при том же токе управления. Конструкция купольной линзы помогает достичь указанного угла обзора 75 градусов, обеспечивая хороший баланс между осевой яркостью и видимостью вне оси. Совместимость с автоматической установкой и ИК оплавлением делает его экономически эффективным выбором для крупносерийного производства, отличая его от светодиодов, требующих ручной пайки.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Почему мой светодиод тусклый или имеет неодинаковую яркость по сравнению с другими на плате?

О: Наиболее частая причина - неиспользование отдельных токоограничивающих резисторов для каждого светодиода при их параллельном подключении. Небольшие различия в прямом напряжении (V_F) приводят к неравномерному распределению тока. Всегда используйте последовательный резистор для каждого светодиода. Также убедитесь, что вы используете светодиоды из одного бина по силе света.

В: Могу ли я питать этот светодиод от 3.3В без резистора?

О: Нет. Подключение светодиода непосредственно к источнику напряжения, например 3.3В, вызовет чрезмерный ток, который, вероятно, превысит максимальный постоянный прямой ток (25мА) и разрушит устройство. Последовательный резистор обязателен для ограничения тока до безопасного значения (например, 20мА).

В: В спецификации указан диапазон прямого напряжения от 1.7В до 2.5В. Какое значение использовать для расчета резистора?

О: Для консервативного проектирования, которое гарантирует, что ток не превысит вашу цель (например, 20мА) даже для светодиода с низким V_F, используйте минимальное значение V_F(1.7В) в вашем расчете. Это приводит к немного большему значению резистора и немного меньшему току для светодиодов с более высоким V_F, но гарантирует безопасность для всех устройств.

В: Что означает "MSL 3" для хранения?

О: Уровень чувствительности к влаге 3 указывает, что корпус может находиться в условиях производственного цеха (≤30°C/60% относительной влажности) до 168 часов (одна неделя) до того, как потребуется прогрев перед пайкой оплавлением. Превышение этого времени грозит повреждением внутренней структуры корпуса во время высокотемпературного процесса оплавления.

10. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование панели индикации состояния с 10 равномерно яркими красными светодиодами.

1. Проектирование схемы:Используйте шину питания 5В. Целевой ток I_F= 20мА. Предполагая типичное V_F2.1В, рассчитайте R_S= (5В - 2.1В) / 0.020А = 145 Ом. Ближайшее стандартное значение - 150 Ом. Установите один резистор 150 Ом последовательно с анодом каждого из 10 светодиодов. Соедините все катоды с землей.

2. Разводка печатной платы:Используйте рекомендуемый рисунок контактных площадок из спецификации. Убедитесь, что маркировка полярности на шелкографии печатной платы соответствует индикатору полярности светодиода. Обеспечьте сплошной слой земли для теплоотвода и обратного электрического пути.

3. Закупка:Укажите дистрибьютору требуемый код бина по силе света (например, W2 для 1400-1800 мкд), чтобы все 10 светодиодов имели одинаковую яркость.

4. Сборка:Следуйте рекомендуемому профилю ИК оплавления. После сборки, если требуется очистка, используйте изопропиловый спирт.

Такой подход обеспечивает надежную работу, единообразный внешний вид и долгосрочную стабильность панели индикации.

11. Введение в принцип работы

Светодиод - это полупроводниковый диод. Его сердцевина - это p-n переход, изготовленный из материалов с прямой запрещенной зоной, таких как AlInGaP. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. Когда электрон рекомбинирует с дыркой, высвобождается энергия. В светодиоде эта энергия высвобождается в виде фотона (частицы света). Длина волны (цвет) излучаемого фотона определяется энергией запрещенной зоны полупроводникового материала. AlInGaP имеет запрещенную зону, соответствующую красному свету. Куполообразная эпоксидная линза служит для защиты полупроводникового кристалла и формирования выходного светового пучка, извлекая больше света из кристалла и определяя угол обзора.

12. Технологические тренды

Общая тенденция в SMD индикаторных светодиодах продолжается в направлении повышения эффективности, уменьшения размеров корпусов и увеличения надежности. В то время как AlInGaP остается доминирующей технологией для высокоэффективных красных и янтарных светодиодов, другие материалы, такие как InGaN (нитрид индия-галлия), покрывают синий, зеленый и белый спектр. Продолжается разработка корпусов типа "чип-масштаб" (CSP), где светодиодный кристалл монтируется напрямую без традиционного пластикового корпуса, что позволяет создавать еще более компактные форм-факторы. Кроме того, растущей тенденцией является интеграция управляющей электроники, такой как драйверы постоянного тока, в сам корпус светодиода для упрощения проектирования схем и повышения стабильности характеристик.