Техническая спецификация SMD светодиода LTSA-G6SPVAKTU - Янтарный AlInGaP - 140мА - 2.65В - 530мВт

1. Обзор продукта

В данном документе представлены полные технические характеристики светодиода для поверхностного монтажа (SMD), предназначенного для высоконадежных применений. Компонент использует полупроводниковый материал арсенида алюминия-индия-галлия (AlInGaP) для получения янтарного свечения, инкапсулированного в корпус с прозрачной линзой. Он разработан для соответствия строгим требованиям современных процессов сборки электроники и сложных условий эксплуатации.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные конструктивные преимущества данного светодиода включают его совместимость с автоматическим оборудованием для установки компонентов и стандартными процессами пайки оплавлением в инфракрасном (ИК) диапазоне, что критически важно для крупносерийного производства. Корпус соответствует стандартным размерам EIA, обеспечивая взаимозаменяемость и простоту интеграции в существующие топологии печатных плат. Его ключевая квалификация по стандарту AEC-Q101, редакция D, подчеркивает пригодность для автомобильной электроники, в частности, для некритичных аксессуарных применений в транспортных средствах. Компонент также соответствует директиве об ограничении использования опасных веществ (RoHS).

2. Подробный анализ технических параметров

Рабочие характеристики светодиода определены при конкретных электрических, оптических и тепловых условиях, обычно измеряемых при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

2.1 Предельно допустимые параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется. Ключевые ограничения включают максимальную рассеиваемую мощность 530 мВт, пиковый прямой ток 400 мА (в импульсном режиме со скважностью 1/10 и длительностью импульса 0.1 мс) и диапазон постоянного прямого тока от 5 мА до 200 мА. Диапазон рабочих температур и температур хранения составляет от -40°C до +110°C. Устройство выдерживает электростатический разряд (ESD) до 2 кВ по модели человеческого тела (HBM, класс 2 по ANSI/ESDA/JEDEC JS-001). Корпус выдерживает пайку оплавлением при пиковой температуре 260°C до 10 секунд, что является стандартом для бессвинцовых процессов сборки.

2.2 Тепловые характеристики

Теплоотвод критически важен для производительности и долговечности светодиода. Тепловое сопротивление от полупроводникового перехода к окружающему воздуху (RθJA) обычно составляет 50°C/Вт при установке на стандартную плату FR4 толщиной 1.6 мм с медной контактной площадкой 16 мм². Тепловое сопротивление от перехода к точке пайки (RθJS) обычно составляет 30°C/Вт, обеспечивая более прямой путь для отвода тепла в плату. Максимально допустимая температура перехода (Tj) составляет 125°C. Превышение этой температуры ускорит деградацию светового потока и может привести к катастрофическому отказу.

2.3 Электрические и оптические характеристики

Это типичные рабочие параметры, измеренные в стандартных условиях испытаний (IF = 140 мА, Ta=25°C). Сила света (Iv) варьируется от минимума 7.1 кандела (кд) до максимума 11.2 кд. Пространственное распределение света характеризуется широким углом обзора (2θ½) 120 градусов, что означает, что сила света составляет половину пикового значения при ±60 градусах от центральной оси. Пик излучения приходится на длину волны (λP) приблизительно 625 нанометров (нм). Доминирующая длина волны (λd), определяющая воспринимаемый цвет, задана в диапазоне от 612 нм до 624 нм. Спектральная ширина полосы (Δλ), указывающая на чистоту цвета, обычно составляет 18 нм. Прямое напряжение (VF), необходимое для работы светодиода при 140 мА, находится в диапазоне от 1.90 В до 2.65 В. Обратный ток утечки (IR) обычно составляет 10 мкА при обратном смещении 12 В, хотя устройство не предназначено для работы в режиме обратного смещения.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения согласованности в применении светодиоды после производства сортируются по ключевым параметрам в группы (бины). Код бина, нанесенный на этикетку продукта, следует формату: Ранг Vf / Ранг Iv / Ранг Wd (например, F/EA/3).

3.1 Сортировка по прямому напряжению (Vf)

Светодиоды классифицируются на пять групп по напряжению (от C до G) на основе падения прямого напряжения при 140 мА. Бин C: от 1.90 В до 2.05 В, Бин D: от 2.05 В до 2.20 В, Бин E: от 2.20 В до 2.35 В, Бин F: от 2.35 В до 2.50 В, и Бин G: от 2.50 В до 2.65 В. Допуск для каждого бина составляет ±0.1 В. Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды с согласованными требованиями по напряжению для схем стабилизации тока.

3.2 Сортировка по силе света (Iv)

Световой поток сортируется на две группы по интенсивности. Бин EA имеет диапазон силы света от 7.1 кд до 9.0 кд (эквивалентно 20.0 до 25.2 люмен), в то время как Бин EB — от 9.0 кд до 11.2 кд (25.2 до 31.3 люмен). Допуск для каждой группы интенсивности составляет ±11%. Такая сортировка обеспечивает равномерную яркость в приложениях, требующих нескольких светодиодов.

3.3 Сортировка по доминирующей длине волны (Wd)

Цвет (доминирующая длина волны) сортируется на три группы для поддержания цветовой согласованности. Бин 2: от 612 нм до 616 нм, Бин 3: от 616 нм до 620 нм, и Бин 4: от 620 нм до 624 нм. Допуск для каждой группы по длине волны составляет ±1 нм. Это критически важно для приложений, требующих точного соответствия цветов, например, в комбинациях приборов или подсветке.

4. Анализ рабочих характеристик

Графические данные обеспечивают более глубокое понимание поведения устройства в различных условиях.

4.1 Относительная сила света в зависимости от прямого тока

Характеристическая кривая показывает зависимость между прямым током (IF) и относительной силой света. Световой выход увеличивается с током, но нелинейно. Работа значительно выше рекомендуемого тока (например, 200 мА) может дать незначительный прирост светового потока при резком увеличении тепловыделения и ускорении деградации. Кривая подчеркивает важность правильного управления током, обычно через источник постоянного тока или токоограничивающий резистор.

4.2 Прямое напряжение в зависимости от прямого тока

Эта ВАХ-характеристика иллюстрирует экспоненциальную зависимость между напряжением и током для диода. \"Коленное\" напряжение, при котором ток начинает быстро возрастать, характерно для материала AlInGaP. Кривая необходима для проектирования схемы управления, обеспечивая достаточный запас по напряжению от источника питания для достижения желаемого рабочего тока в указанном диапазоне VF и при изменении температуры.

4.3 Пространственное распределение (диаграмма направленности)

Полярная диаграмма изображает пространственную диаграмму направленности, подтверждая угол обзора 120 градусов. Диаграмма обычно является ламбертовской или близкой к ней, что означает, что интенсивность пропорциональна косинусу угла обзора. Такое широкое и равномерное распределение идеально подходит для приложений, требующих освещения большой площади или широкоугольной видимости, таких как индикаторы состояния.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габаритные размеры корпуса и полярность

Светодиод соответствует стандартному посадочному месту для SMD. Подробные механические чертежи определяют длину, ширину, высоту, расстояние между выводами и общие допуски (обычно ±0.2 мм). Критически важно отметить, что анодная рамка также служит основным радиатором устройства. Конструкция контактной площадки на печатной плате должна быть подключена к этой анодной площадке для обеспечения эффективного отвода тепла. Катод обычно идентифицируется визуальным маркером, например, выемкой или зеленой меткой на корпусе.

5.2 Рекомендуемая разводка контактных площадок на печатной плате

На диаграмме показана оптимальная конструкция медных контактных площадок на печатной плате для пайки оплавлением. Такая разводка обеспечивает надежное формирование паяного соединения, правильный теплоперенос от радиатора светодиода (анода) к плате и минимизирует риск эффекта \"надгробия\" (отрыва одного конца во время оплавления). Размер и форма площадок спроектированы в соответствии с выводами для максимальной паяемости и механической прочности.

6. Руководство по пайке, сборке и обращению

6.1 Профиль ИК-пайки оплавлением

Подробный график температура-время определяет рекомендуемый профиль оплавления для бессвинцовых паяльных паст в соответствии с J-STD-020. Ключевые параметры включают скорость нагрева в зоне предварительного нагрева, время и температуру выдержки, время выше температуры ликвидуса (TAL), пиковую температуру (не превышающую 260°C) и скорость охлаждения. Соблюдение этого профиля необходимо для предотвращения теплового удара, расслоения или дефектов паяных соединений, обеспечивая при этом правильную обработку устройства, чувствительного к влаге (MSL Уровень 2).

6.2 Хранение и чувствительность к влаге

Светодиод классифицируется как Уровень чувствительности к влаге (MSL) 2 по JEDEC J-STD-020. В запечатанном влагозащитном пакете с осушителем срок хранения составляет один год при температуре ≤30°C и влажности ≤70% RH. После вскрытия пакета компоненты должны быть использованы в течение указанного срока (обычно 168 часов для MSL2 при ≤30°C/60% RH) или повторно просушены (например, 60°C в течение 48 часов) перед оплавлением, чтобы предотвратить повреждение типа \"попкорн\" из-за испарения поглощенной влаги во время пайки.

6.3 Очистка

Если необходима очистка после пайки, следует использовать только указанные растворители. Допустимо погружение светодиода в этиловый или изопропиловый спирт при комнатной температуре на время менее одной минуты. Агрессивные или неуказанные химикаты могут повредить эпоксидную линзу или маркировку на корпусе.

7. Упаковка и спецификации заказа

7.1 Упаковка в ленте и на катушке

Для автоматической сборки светодиоды поставляются в тисненой несущей ленте, запечатанной покровной лентой. Размеры ленты, размеры карманов и направление подачи указаны в соответствии со стандартами EIA-481. Компоненты намотаны на стандартные катушки диаметром 7 дюймов (178 мм). Полная катушка содержит 1000 штук. Минимальное количество заказа для неполных катушек (остатков) составляет 500 штук. Спецификация упаковки также определяет максимально допустимое количество последовательных пустых карманов (два).

7.2 Размеры катушки

Механические чертежи детализируют диаметр ступицы катушки, диаметр фланца, общую ширину и ключевые особенности для обеспечения совместимости со стандартным оборудованием для подачи SMD-компонентов.

8. Рекомендации по применению и проектные соображения

8.1 Целевые сценарии применения

Основная область применения — автомобильная электроника, в частности, для вспомогательных функций. Это включает внутреннее освещение, подсветку приборной панели для некритичных индикаторов, подсветку центральной консоли и другие некритичные для безопасности сигнальные приложения в автомобиле. Его квалификация AEC-Q101 обеспечивает уверенность в работе при температурах, влажности и рабочих нагрузках, типичных для автомобильных условий.

8.2 Проектные соображения

• Управление током:Всегда используйте драйвер постоянного тока или последовательный токоограничивающий резистор. Рассчитайте номинал резистора на основе напряжения питания (Vcc), максимального прямого напряжения светодиода (VF max из бина) и желаемого рабочего тока (IF). Используйте формулу: R = (Vcc - VF) / IF. Убедитесь, что мощность резистора достаточна (P = (Vcc - VF) * IF).
• Теплоотвод:Анод является тепловой площадкой. Спроектируйте печатную плату с достаточной медной заливкой, подключенной к этой площадке, чтобы она служила радиатором. Для работы с высоким током или при высокой температуре окружающей среды тепловые переходные отверстия на внутренние или нижние слои могут значительно улучшить отвод тепла и поддерживать более низкую температуру перехода.
• Защита от ESD:Хотя устройство рассчитано на 2 кВ HBM, для повышения надежности рекомендуется устанавливать защитные диоды ESD на чувствительных входных линиях или использовать проводящие методы обращения в зоне сборки.
• Оптический дизайн:Угол обзора 120 градусов обеспечивает широкое покрытие. Для фокусированного света могут потребоваться внешние вторичные оптические элементы (линзы). Прозрачная линза подходит для применений, где желателен истинный янтарный цвет кристалла.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными выводными светодиодами, этот SMD-компонент предлагает значительные преимущества: гораздо меньшие габариты, меньшая высота для тонких конструкций, превосходная пригодность для автоматической сборки и лучшие тепловые характеристики благодаря печатной плате. В сегменте SMD янтарных светодиодов его ключевыми отличиями являются явная квалификация AEC-Q101 для автомобильного применения, широкий угол обзора 120 градусов и детальная система сортировки для согласованности цвета и интенсивности. Использование технологии AlInGaP обычно обеспечивает более высокую эффективность и лучшую температурную стабильность по сравнению со старыми технологиями, такими как GaAsP, для янтарных цветов.

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 спектральное распределение мощности максимально. Доминирующая длина волны (λd) выводится из диаграммы цветности CIE и представляет собой единственную длину волны чистого монохроматического света, который соответствовал бы воспринимаемому цвету светодиода. λd более актуальна для спецификации цвета в приложениях.

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

Нет. Прямое напряжение может достигать 2.65 В. Прямое подключение к источнику 3.3 В вызовет ток, ограниченный только динамическим сопротивлением диода и внутренним сопротивлением источника, что, вероятно, превысит абсолютно максимальный номинальный ток и мгновенно разрушит светодиод. Всегда требуется токоограничивающий резистор или стабилизатор.

10.3 Подходит ли этот светодиод для критически важных для безопасности применений, таких как стоп-сигналы или указатели поворота?

В спецификации явно указано, что он предназначен для \"аксессуарных применений\" и рекомендуется проконсультироваться с производителем для применений, где отказ может поставить под угрозу безопасность. Для критически важных для безопасности функций, таких как внешняя сигнализация, следует выбирать компоненты с более строгой квалификацией (например, AEC-Q102 для дискретных светодиодов) и, возможно, другими классами надежности.

10.4 Как интерпретировать код бина F/EA/3 на этикетке?

Это указывает на конкретное подмножество характеристик: F = Прямое напряжение между 2.35 В и 2.50 В. EA = Сила света между 7.1 кд и 9.0 кд. 3 = Доминирующая длина волны между 616 нм и 620 нм. Это позволяет точно сопоставлять светодиоды в пределах одной производственной партии или проекта.

11. Практический пример проектирования и использования

Сценарий:Проектирование индикатора состояния для ручки управления автомобильной мультимедийной системой. Индикатор должен быть виден под широким углом, работать от 12-вольтовой системы автомобиля (локально стабилизированной до 5 В) и поддерживать постоянный цвет и яркость.

Реализация:

1. Выбор:Выберите светодиод из бина F/EB/3 для более высокой яркости (EB) и постоянного оранжево-янтарного цвета (Бин 3). Бин напряжения (F) учитывается при проектировании драйвера.
2. Схема:Используйте шину 5 В. Рассчитайте последовательный резистор: R = (5В - 2.5В_макс) / 0.14А ≈ 17.9 Ом. Выберите стандартный резистор 18 Ом с мощностью не менее (5В-2.5В)*0.14А = 0.35 Вт; рекомендуется резистор на 0.5 Вт.
3. Разводка печатной платы:Спроектируйте посадочное место в соответствии с рекомендуемой разводкой площадок. Подключите анодную площадку к большой медной заливке на верхнем слое, соединив ее несколькими тепловыми переходными отверстиями с внутренним слоем земли для теплоотвода. Разместите токоограничивающий резистор рядом со светодиодом.
4. Сборка:Следуйте указанному профилю ИК-оплавления. Убедитесь, что катушка используется в пределах своего срока годности после вскрытия влагозащитного пакета.
5. Результат:Надежный, стабильно яркий, широкоугольный янтарный индикатор, подходящий для условий автомобильного салона.

12. Введение в технологический принцип

Данный светодиод основан на полупроводниковом материале арсенида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), выращенном на подложке. При приложении прямого напряжения электроны и дырки инжектируются в активную область, где они рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретное соотношение алюминия, индия и галлия в кристаллической решетке определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую соответствует длине волны (цвету) излучаемого света — в данном случае, янтарному (~615 нм). Прозрачная эпоксидная инкапсуляция защищает полупроводниковый кристалл, действует как линза для формирования светового потока и может содержать люминофоры или красители (хотя для чистого янтарного светодиода AlInGaP она обычно прозрачна). Анодный и катодный выводы обеспечивают электрическое соединение и механическое крепление, при этом анодная рамка спроектирована для эффективного отвода тепла от активного перехода.

13. Отраслевые тренды и развитие

Общая тенденция в SMD светодиодах для автомобильных и промышленных применений — повышение эффективности (больше люмен на ватт), увеличение плотности мощности, улучшение надежности в более суровых температурных и влажностных условиях и повышение цветовой согласованности за счет более жесткой сортировки. Также наблюдается стремление к миниатюризации при сохранении или улучшении тепловых характеристик. Внедрение передовых материалов и технологий корпусирования, таких как конструкции с перевернутым кристаллом и керамические подложки, продолжает расширять эти границы. Более того, интеграция с драйверами и управляющими схемами в \"умные светодиодные\" модули является новой тенденцией для сложных осветительных систем. Описанный здесь компонент представляет собой зрелое, надежное решение в более широкой экосистеме оптоэлектроники для поверхностного монтажа, балансирующее производительность, стоимость и технологичность для своих целевых применений.