Техническая документация на SMD светодиод 0201 синий - Габариты 0.6x0.3x0.25мм - Напряжение 2.4-3.3В - Мощность 99мВт

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики миниатюрного поверхностно-монтируемого светоизлучающего диода (SMD LED) в корпусе формата 0201. Устройство предназначено для автоматизированного монтажа на печатную плату (PCB) и идеально подходит для применений с ограниченным пространством. В нём используется полупроводниковый материал InGaN (нитрид индия-галлия) для получения синего света с прозрачной линзой, обеспечивающей широкий угол обзора, что подходит для различных целей индикации и подсветки.

1.1 Особенности

• Соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ).
• Поставляется на 12-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, для автоматизированной сборки методом "pick-and-place".
• Стандартизированный посадочный размер в соответствии с EIA (Альянс электронной промышленности).
• Вход совместим со стандартными логическими уровнями интегральных схем (IC).
• Разработан для совместимости с автоматическим оборудованием для поверхностного монтажа.
• Подходит для использования в процессах пайки оплавлением в инфракрасном (ИК) диапазоне.
• Предварительно кондиционирован для соответствия уровню чувствительности к влажности JEDEC (Объединённый инженерный совет по электронным устройствам) MSL 3.

1.2 Области применения

Данный светодиод предназначен для широкого спектра электронного оборудования, где требуется надёжная и компактная индикация состояния. Типичные области применения включают:

• Телекоммуникационные устройства (например, беспроводные телефоны, сотовые телефоны).
• Офисная автоматизация (например, ноутбуки, сетевые системы).
• Бытовая техника и потребительская электроника.
• Промышленные системы управления и контроля.
• Индикаторы состояния и питания.
• Сигнальная и символическая подсветка.
• Подсветка передних панелей и клавиатур.

2. Глубокий анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Следующие параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в этих условиях не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность (Pd):99 мВт. Это максимальное количество мощности, которое корпус светодиода может рассеять в виде тепла, не превышая максимальную температуру перехода.
• Пиковый прямой ток (I_FP):100 мА. Это максимально допустимый мгновенный прямой ток, обычно указываемый для импульсных условий (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для предотвращения перегрева.
• Постоянный прямой ток (I_F):30 мА. Это максимальный рекомендуемый постоянный прямой ток для надёжной долгосрочной работы.
• Диапазон рабочих температур (T_opr):от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором устройство предназначено для корректной работы.
• Диапазон температур хранения (T_stg):от -40°C до +100°C. Диапазон температур для хранения устройства без подачи питания.

2.2 Электрические / Оптические характеристики

Эти параметры измерены при стандартной температуре окружающей среды (T_a) 25°C и определяют типичные характеристики устройства.

• Сила света (I_V):400 - 1040 мкд (милликандела) при I_F= 20мА. Этот параметр измеряет воспринимаемую человеческим глазом яркость светодиода, отфильтрованную в соответствии с кривой фотопической чувствительности CIE. Широкий диапазон указывает на использование системы сортировки.
• Угол обзора (2θ_1/2):110 градусов (типичное значение). Это полный угол, при котором сила света составляет половину от пикового осевого значения. Угол 110° обеспечивает очень широкую диаграмму направленности излучения.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P):466 нм (типичное значение). Длина волны, на которой оптическая выходная мощность максимальна.
• Доминирующая длина волны (λ_d):466 - 476 нм при I_F= 20мА. Это единственная длина волны, которая наилучшим образом представляет воспринимаемый цвет света, полученный из цветовой диаграммы CIE.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):35 нм (типичное значение). Спектральная ширина полосы, измеренная на половине максимальной интенсивности (полная ширина на половине максимума - FWHM). Значение 35 нм характерно для синих светодиодов InGaN.
• Прямое напряжение (V_F):2.4 - 3.3 В при I_F= 20мА. Падение напряжения на светодиоде при работе на указанном токе. Диапазон указывает на различные группы по напряжению.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.) при V_R= 5В. Небольшой ток утечки при обратном смещении. Устройство не предназначено для работы в обратном направлении; этот параметр в основном используется для проверки качества (IR-тест).

3. Объяснение системы сортировки

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

3.1 Группы прямого напряжения (V_F)

Сортировка при испытательном токе 20мА. Допуск для каждой группы составляет ±0.1В.

• Группа F4:от 2.4В (Мин.) до 2.7В (Макс.)
• Группа F5:от 2.7В (Мин.) до 3.0В (Макс.)
• Группа F6:от 3.0В (Мин.) до 3.3В (Макс.)

3.2 Группы силы света (I_V)

Сортировка при испытательном токе 20мА. Допуск для каждой группы по яркости составляет ±11%.

• Группа T2:от 400.0 мкд (Мин.) до 540.0 мкд (Макс.)
• Группа U1:от 540.0 мкд (Мин.) до 750.0 мкд (Макс.)
• Группа U2:от 750.0 мкд (Мин.) до 1040.0 мкд (Макс.)

3.3 Группы оттенка (Доминирующая длина волны)

Сортировка при испытательном токе 20мА. Допуск для каждой группы составляет ±1нм.

• Группа AC:от 466.0 нм (Мин.) до 471.0 нм (Макс.)
• Группа AD:от 471.0 нм (Мин.) до 476.0 нм (Макс.)

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены типичные характеристические кривые, которые необходимы для понимания поведения устройства в различных условиях. Хотя конкретные графики не воспроизводятся в тексте, их значение анализируется ниже.

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

Вольт-амперная характеристика нелинейна, что типично для диода. Прямое напряжение (V_F) имеет положительный температурный коэффициент, то есть оно немного уменьшается с ростом температуры перехода при заданном токе. Разработчики должны учитывать это при проектировании схем ограничения тока, чтобы обеспечить стабильную работу во всём диапазоне температур.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Сила света, как правило, пропорциональна прямому току в пределах безопасной рабочей области. Однако эффективность может снижаться при очень высоких токах из-за увеличения тепловыделения (эффект "droop"). Работа на рекомендованном токе 20мА или ниже обеспечивает оптимальную эффективность и долговечность.

4.3 Спектральное распределение

Кривая спектрального излучения сосредоточена вокруг пиковой длины волны 466 нм с полушириной (FWHM) примерно 35 нм. Это определяет чистоту синего цвета. Доминирующая длина волны, используемая для сортировки, рассчитывается из этого спектра с учётом чувствительности человеческого глаза.

4.4 Температурные характеристики

Характеристики светодиода зависят от температуры. Сила света обычно уменьшается с ростом температуры перехода. Диапазоны рабочих температур и температур хранения (от -40°C до +85°C и до +100°C соответственно) обеспечивают сохранность полупроводникового материала и целостности корпуса.

5. Механическая информация и упаковка

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство соответствует стандарту корпуса 0201. Ключевые размеры (в миллиметрах) включают длину корпуса примерно 0.6мм, ширину 0.3мм и высоту 0.25мм. Все размерные допуски составляют ±0.2мм, если не указано иное. Анодный и катодный выводы чётко обозначены для правильной ориентации на печатной плате.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка на печатной плате

Предоставлен посадочный рисунок (footprint) для пайки оплавлением в инфракрасном диапазоне или паровом фазе. Соблюдение этой рекомендуемой конфигурации площадок имеет решающее значение для получения надёжных паяных соединений, правильного самоцентрирования во время оплавления и эффективного отвода тепла от кристалла светодиода.

5.3 Упаковка в ленту и на катушку

Светодиоды поставляются в эмбоссированной несущей ленте шириной 12мм. Лента намотана на катушки диаметром 7 дюймов (178мм). Стандартное количество на катушке составляет 4000 штук, минимальная упаковочная партия для остатков — 500 штук. Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA-481 для обеспечения совместимости с автоматизированным сборочным оборудованием.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль пайки ИК-оплавлением

Предоставлен рекомендуемый профиль оплавления, соответствующий J-STD-020B для бессвинцовых процессов. Ключевые параметры включают:

• Предварительный нагрев:максимум 150-200°C.
• Время предварительного нагрева:максимум 120 секунд.
• Пиковая температура:максимум 260°C.
• Время выше температуры ликвидуса:максимум 10 секунд (рекомендуется не более двух циклов оплавления).

Важно отметить, что оптимальный профиль зависит от конкретной конструкции печатной платы, припоя и печи. Предоставленный профиль служит общим ориентиром на основе стандартов JEDEC.

6.2 Ручная пайка

При необходимости ручной пайки необходимо соблюдать особую осторожность из-за миниатюрных размеров. Рекомендации включают:

• Температура паяльника:максимум 300°C.
• Время пайки:максимум 3 секунды на соединение.
• Нагревайте контактную площадку на печатной плате, а не непосредственно корпус светодиода.

6.3 Очистка

Если требуется очистка после пайки, следует использовать только указанные растворители. Допустимо погружение светодиода в этиловый или изопропиловый спирт при нормальной температуре на время менее одной минуты. Неуказанные химические вещества могут повредить эпоксидную линзу или корпус.

6.4 Хранение и чувствительность к влаге

Светодиоды чувствительны к влаге (MSL 3).

• Запечатанная упаковка:Хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤70%. Использовать в течение одного года с даты упаковки.
• Вскрытая упаковка:Хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤60%. Рекомендуется завершить пайку оплавлением в течение 168 часов (7 дней) после вскрытия.
• Длительное хранение (вскрытая упаковка):Хранить в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе.
• Воздействие >168 часов:Светодиоды должны быть прогреты при температуре примерно 60°C в течение не менее 48 часов перед пайкой для удаления поглощённой влаги и предотвращения \"вспучивания\" (popcorning) во время оплавления.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

Для работы этого светодиода от источника напряжения, превышающего его прямое напряжение, требуется механизм ограничения тока. Самый простой метод — последовательный резистор. Его номинал (R_s) можно рассчитать по закону Ома: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. Например, при напряжении питания 5В, типичном V_F= 3.0В и желаемом токе I_F= 20мА, R_s= (5В - 3.0В) / 0.020А = 100 Ом. Мощность резистора должна быть не менее I_F²* R_s.

7.2 Особенности проектирования

• Управление током:Всегда запитывайте светодиод от источника стабильного тока или источника напряжения с последовательным резистором. Прямое подключение к источнику напряжения, превышающему V_F, вызовет чрезмерный ток и быстрое повреждение.
• Теплоотвод:Хотя рассеиваемая мощность мала, обеспечение достаточной площади медного покрытия вокруг контактных площадок помогает рассеивать тепло, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды или при работе на повышенных токах.
• Защита от ЭСР:Хотя явно не указано, что устройство чувствительно к статическому электричеству, хорошей практикой является обращение со всеми полупроводниковыми приборами с соблюдением соответствующих мер предосторожности от электростатического разряда (ЭСР).
• Оптическая конструкция:Широкий угол обзора 110° делает его подходящим для применений, требующих широкой видимости. Для получения сфокусированного света могут потребоваться внешние линзы или световоды.

8. Техническое сравнение и отличия

Основными отличительными факторами данного светодиода являются его чрезвычайно компактный корпус 0201 и специфическая синяя точка цвета (доминирующая длина волны 466-476 нм). По сравнению с более крупными корпусами (например, 0603, 0805), 0201 обеспечивает значительную экономию места на печатной плате, позволяя реализовывать более плотные компоновки. Технология InGaN обеспечивает эффективное синее излучение. Сочетание широкого угла обзора и прозрачной линзы даёт яркий, рассеянный источник света, идеальный для индикаторов состояния, где угол обзора не ограничен. Детальная система сортировки позволяет точно подбирать компоненты для применений, требующих точного совпадения цвета или яркости нескольких светодиодов.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 В чём разница между пиковой и доминирующей длиной волны?

Пиковая длина волны (λ_P) — это физическая длина волны, на которой светодиод излучает максимальную оптическую мощность. Доминирующая длина волны (λ_d) — это расчётное значение, представляющее единственную длину волны монохроматического света, который выглядел бы для человеческого глаза таким же по цвету, как и излучение светодиода. Следовательно, λ_dболее актуальна для спецификации цвета и сортировки.

9.2 Можно ли непрерывно питать этот светодиод током 30мА?

Хотя предельное значение постоянного прямого тока составляет 30мА, типичным испытательным условием и рекомендуемой рабочей точкой для опубликованных оптических характеристик является 20мА. Работа на 30мА может дать более высокую светоотдачу, но приведёт к большему тепловыделению, потенциально сокращая срок службы и смещая цвет. Для надёжной долгосрочной работы рекомендуется проектировать схему на ток 20мА или менее.

9.3 Зачем указывается параметр обратного тока, если устройство не предназначено для работы в обратном направлении?

Параметр обратного тока (I_R) является параметром контроля качества, измеряемым во время производственных испытаний (IR-тест). Он обеспечивает целостность полупроводникового перехода. В применении обратное напряжение никогда не должно намеренно подаваться, так как устройство не предназначено для блокирования значительного обратного напряжения и может быть повреждено.

9.4 Как интерпретировать коды групп при заказе?

Чтобы гарантировать получение светодиодов со стабильными характеристиками, вы должны указывать коды групп для прямого напряжения (F4/F5/F6), силы света (T2/U1/U2) и доминирующей длины волны (AC/AD) в соответствии с требованиями вашего проекта. Например, заказ может указывать компоненты из групп F5, U1, AC для среднего напряжения, средней-высокой яркости и более синего оттенка.

10. Практический пример использования

Сценарий: Проектирование компактного индикатора состояния для носимого устройства.Устройство имеет небольшую печатную плату с ограниченным пространством. Требуется синий индикатор включения. Выбран светодиод 0201 из-за его минимального занимаемого места. В конструкции используется вывод GPIO микроконтроллера на 3.3В для управления светодиодом. Последовательный резистор рассчитывается с использованием максимального V_Fиз выбранной группы по напряжению (например, максимум для группы F6 — 3.3В), чтобы обеспечить достаточный ток даже при наихудшем случае V_F: R_s= (3.3В - 3.3В) / 0.020А = 0 Ом. Это нереализуемо. Следовательно, необходимо выбрать группу с более низким V_F(F4 или F5) или увеличить напряжение питания. Выбор группы F5 (макс. V_F=3.0В) и добавление небольшого повышающего преобразователя для получения 3.6В позволяет использовать R_s= (3.6В - 3.0В) / 0.020А = 30 Ом. В разводке печатной платы предусмотрены умеренные полигоны меди на площадках светодиода для теплоотвода. Светодиод устанавливается на плату с помощью автоматического оборудования "pick-and-place" с 12-миллиметровой ленты на катушке.

11. Введение в принцип работы

Данный светодиод является полупроводниковым фотонным прибором. Он основан на гетеропереходной структуре из нитрида индия-галлия (InGaN). При подаче прямого смещающего напряжения электроны и дырки инжектируются в активную область из n-типа и p-типа полупроводниковых слоёв соответственно. Эти носители заряда рекомбинируют с излучением, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретный состав сплава InGaN определяет ширину запрещённой зоны, которая, в свою очередь, определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае синий. Прозрачная эпоксидная линза герметизирует полупроводниковый кристалл, обеспечивает механическую защиту и формирует диаграмму направленности излучения для достижения указанного угла обзора 110 градусов.

12. Тенденции развития

Тенденция в области SMD светодиодов для индикаторных применений продолжает двигаться в сторону миниатюризации, повышения эффективности и увеличения надёжности. Размеры корпусов эволюционировали от 0603 к 0402, а теперь к 0201 и даже к более мелким метрическим эквивалентам, таким как 01005. Улучшение эффективности (больше люмен на ватт) позволяет достигать достаточной яркости при более низких токах, снижая энергопотребление и тепловую нагрузку. Достижения в области материалов корпусов и технологий крепления кристалла повышают долгосрочную надёжность и устойчивость к термоциклированию. Кроме того, всё большее внимание уделяется ужесточению допусков при сортировке и более совершенным возможностям смешения цветов для применений, требующих точной цветопередачи или настраиваемого белого света, хотя данное конкретное устройство является монохромным синим излучателем.