Техническая документация SMD светодиода 19-21 синего цвета - Габариты 2.0x1.25x0.8мм - Напряжение 2.7-3.7В - Мощность 75мВт

1. Обзор продукта

SMD светодиод 19-21 — это компактный прибор для поверхностного монтажа, предназначенный для современных электронных приложений, требующих надежных решений для индикации или подсветки. Его основное преимущество заключается в значительно уменьшенных габаритах по сравнению с традиционными светодиодами в выводном корпусе, что позволяет достичь более высокой плотности компоновки компонентов на печатных платах (ПП). Эта миниатюризация напрямую способствует созданию более компактных конечных изделий, снижению требований к хранению компонентов и общей экономии веса, что делает его идеальным для устройств с ограниченным пространством и портативной техники.

Прибор изготовлен на основе полупроводникового чипа InGaN (нитрид индия-галлия), излучающего синий свет. Корпус выполнен из прозрачной смолы, что обеспечивает максимальную светоотдачу. Это монохромный тип, поставляемый на 8-мм ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, для совместимости с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки компонентов. Продукт полностью соответствует требованиям бессвинцовых процессов пайки, включая инфракрасную и паровую пайку оплавлением. Кроме того, он соответствует ключевым экологическим и стандартам безопасности: соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), регламенту ЕС REACH и является безгалогенным (содержание брома <900 ppm, хлора <900 ppm, а их сумма <1500 ppm).

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению прибора. Работа вблизи или на этих пределах не гарантируется.

• Обратное напряжение (V_R):5В. Превышение этого напряжения в обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Прямой ток (I_F):20мА (постоянный). Это рекомендуемый максимальный ток для надежной долговременной работы.
• Пиковый прямой ток (I_FP):40мА, допустим только в импульсном режиме (скважность 1/10 на частоте 1кГц).
• Рассеиваемая мощность (P_d):75мВт. Это максимальная мощность, которую корпус может рассеять без превышения тепловых пределов.
• Электростатический разряд (ESD):Уровень по модели человеческого тела (HBM) 150В. Во время монтажа необходимы соответствующие меры предосторожности при обращении с ЭСР.
• Рабочая температура (T_opr):от -40°C до +85°C. Прибор функционирует в этом диапазоне температуры окружающей среды.
• Температура хранения (T_stg):от -40°C до +90°C.
• Температура пайки (T_sol):Пик профиля оплавления при 260°C не более 10 секунд. Температура жала паяльника при ручной пайке не должна превышать 350°C в течение 3 секунд.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются при стандартных условиях испытаний: температура окружающей среды (T_a) 25°C и прямой ток (I_F) 20мА, если не указано иное. Они определяют основные характеристики светового потока и электрические параметры.

• Сила света (I_v):Диапазон от минимум 72.0 мкд до максимум 180.0 мкд. Типичное значение находится в этом диапазоне бинов (см. раздел 3).
• Угол обзора (2θ_1/2):Приблизительно 100 градусов. Это полный угол, при котором сила света составляет половину от пикового значения.
• Пиковая длина волны (λ_p):Обычно 468 нанометров (нм). Это длина волны, на которой спектральное излучение является наиболее сильным.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Диапазон от 465.0 нм до 475.0 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, определяющая цвет.
• Спектральная ширина (Δλ):Обычно 25 нм. Это ширина излучаемого спектра на половине его максимальной интенсивности.
• Прямое напряжение (V_F):Диапазон от 2.70В до 3.70В при 20мА. Это падение напряжения на светодиоде во время работы.
• Обратный ток (I_R):Максимум 50 мкА при приложенном обратном напряжении 5В. Прибор не предназначен для работы в обратном смещении.

Важные примечания:Допуски указаны как ±11% для силы света, ±1нм для доминирующей длины волны и ±0.1В для прямого напряжения. Условие обратного напряжения 5В предназначено для тестирования I_R only.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения постоянства цвета и яркости в производственных приложениях светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых параметров. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям приложения.

3.1 Биннинг по силе света

Биннинг при I_F= 20мА. Коды указывают на возрастающие уровни яркости.

• Q1:72.0 – 90.0 мкд
• Q2:90.0 – 112.0 мкд
• R1:112.0 – 140.0 мкд
• R2:140.0 – 180.0 мкд

3.2 Биннинг по доминирующей длине волны

Биннинг при I_F= 20мА. Определяет точный оттенок синего цвета.

• X:465.0 – 470.0 нм
• Y:470.0 – 475.0 нм

3.3 Биннинг по прямому напряжению

Биннинг при I_F= 20мА. Важно для проектирования токоограничивающих цепей и обеспечения равномерной яркости в параллельных цепочках.

• 10:2.70 – 2.90 В
• 11:2.90 – 3.10 В
• 12:3.10 – 3.30 В
• 13:3.30 – 3.50 В
• 14:3.50 – 3.70 В

4. Анализ характеристических кривых

В технической документации представлены несколько характеристических кривых, которые имеют решающее значение для понимания поведения светодиода в различных рабочих условиях.

4.1 Относительная сила света в зависимости от прямого тока

Эта кривая показывает, что световой выход увеличивается с ростом прямого тока, но не линейно. Он имеет тенденцию к насыщению при более высоких токах. Работа значительно выше рекомендуемых 20мА может дать незначительный прирост яркости, одновременно увеличивая нагрев и ускоряя деградацию.

4.2 Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды

Эффективность светодиода снижается с ростом температуры перехода. Эта кривая обычно показывает постепенное снижение светового выхода при увеличении температуры окружающей среды от -40°C до +85°C. Для поддержания постоянной яркости в приложении необходимо правильное тепловое управление.

4.3 Кривая снижения прямого тока

Этот график определяет максимально допустимый постоянный прямой ток как функцию температуры окружающей среды. При повышении температуры максимально допустимый ток должен быть уменьшен, чтобы оставаться в пределах рассеиваемой мощности прибора и предотвратить перегрев.

4.4 Прямое напряжение в зависимости от прямого тока

Эта ВАХ (вольт-амперная характеристика) по своей природе экспоненциальна. Небольшое изменение прямого напряжения приводит к большому изменению тока, что подчеркивает критическую необходимость в драйвере постоянного тока или правильно рассчитанном последовательном резисторе.

4.5 Спектральное распределение

Спектральный график показывает один пик с центром около 468 нм, подтверждая монохромный синий выход. Типичная ширина полосы 25 нм указывает на спектральную чистоту излучаемого света.

4.6 Диаграмма направленности

Эта полярная диаграмма визуально представляет угол обзора, показывая относительную силу света под разными углами от центральной оси светодиода, подтверждая угол обзора приблизительно 100 градусов.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

SMD светодиод 19-21 имеет компактный прямоугольный корпус. Ключевые размеры (в миллиметрах) составляют приблизительно 2.0 мм в длину, 1.25 мм в ширину и 0.8 мм в высоту. Допуски обычно составляют ±0.1 мм, если не указано иное. Корпус имеет маркировку катода, что важно для правильной ориентации во время сборки на ПП.

5.2 Определение полярности

Для работы обязательна правильная полярность. Корпус включает четкую маркировку катода. Всегда обращайтесь к чертежу корпуса, чтобы идентифицировать эту маркировку на физическом компоненте и совместить ее с соответствующей маркировкой на посадочном месте на ПП.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Требование к ограничению тока

Критически важно:Внешний токоограничивающий резистор или схема драйвера постоянного тока ДОЛЖНЫ быть использованы последовательно со светодиодом. Экспоненциальная ВАХ означает, что незначительное увеличение напряжения питания может вызвать большой, потенциально разрушительный всплеск прямого тока.

6.2 Профиль групповой пайки оплавлением

Прибор подходит для бессвинцовой пайки оплавлением. Рекомендуемый температурный профиль следующий:

• Предварительный нагрев:150–200°C в течение 60–120 секунд.
• Время выше температуры ликвидуса (217°C):60–150 секунд.
• Пиковая температура:Максимум 260°C.
• Время в пределах 5°C от пика:Максимум 10 секунд.
• Скорость нагрева:Максимум 3°C/сек до 217°C, затем максимум 6°C/сек до пика.
• Скорость охлаждения:Рекомендуется контролируемое охлаждение.

Примечание:Пайка оплавлением не должна выполняться более двух раз на одном и том же приборе.

6.3 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, требуется особая осторожность:

• Используйте паяльник с температурой жала не выше 350°C.
• Ограничьте время контакта максимум 3 секундами на вывод.
• Используйте паяльник мощностью 25Вт или менее.
• Выдерживайте минимум 2 секунды между пайкой каждого вывода, чтобы избежать термического напряжения.

6.4 Хранение и чувствительность к влаге

Компоненты упакованы в влагозащитный барьерный пакет с осушителем.

• Не вскрывайтепакет до момента готовности к использованию.
• После вскрытия неиспользованные светодиоды должны храниться при температуре ≤30°C и относительной влажности ≤60%.
• "Время жизни на производстве" после вскрытия пакета составляет 168 часов (7 дней).
• Если компоненты превысили это время или индикатор осушителя изменил цвет, требуется прокаливание: 60°C ±5°C в течение 24 часов перед пайкой оплавлением.

6.5 Переделка и ремонт

Переделка после пайки настоятельно не рекомендуется. Если это абсолютно неизбежно, используйте паяльник с двумя жалами для одновременного нагрева обоих выводов и равномерного подъема компонента, чтобы предотвратить механическое напряжение на паяных соединениях или корпусе светодиода. Всегда проверяйте функциональность прибора после любой переделки.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Стандартная упаковка

Светодиоды поставляются в формованной транспортной ленте на катушках диаметром 7 дюймов. Каждая катушка содержит 3000 штук. Ширина ленты составляет 8 мм.

7.2 Размеры катушки и транспортной ленты

Подробные механические чертежи для ступицы катушки, фланца и карманов транспортной ленты приведены в технической документации со стандартными допусками ±0.1 мм.

7.3 Информация на этикетке

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

• CPN:Номер детали заказчика (если назначен).
• P/N:Номер продукта производителя (например, 19-21/BHC-ZQ1R2N/3T).
• QTY:Количество упаковки на катушке.
• CAT:Код бина силы света (например, R1).
• HUE:Код бина доминирующей длины волны/цветности (например, X).
• REF:Код бина прямого напряжения (например, 12).
• LOT No:Производственный номер партии для прослеживаемости.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

• Подсветка:Идеально подходит для индикаторов приборной панели, мембранных переключателей, клавиатур и подсветки символов благодаря своему малому размеру и равномерному углу обзора.
• Телекоммуникационное оборудование:Индикаторы состояния и подсветка для телефонов, факсов и сетевого оборудования.
• Плоская подсветка ЖК-дисплеев:Может использоваться в массивах для боковой подсветки небольших ЖК-дисплеев.
• Общее индикаторное применение:Индикаторы состояния питания, выбора режима и предупреждений в широком спектре потребительской и промышленной электроники.

8.2 Вопросы проектирования

• Проектирование схемы:Всегда реализуйте правильное регулирование тока. Для простых схем с ограничением резистором рассчитайте значение резистора, используя максимальное прямое напряжение (V_F) из бина, чтобы гарантировать, что ток никогда не превысит 20мА в наихудших условиях.
• Разводка ПП:Убедитесь, что рисунок контактных площадок соответствует рекомендуемому посадочному месту. Обеспечьте адекватный теплоотвод, если светодиод будет работать на предельных параметрах или близко к ним.
• Оптическое проектирование:Прозрачная линза обеспечивает широкий угол обзора. Для сфокусированного или рассеянного света могут потребоваться внешние линзы или световоды.
• Защита от ЭСР:Включите защитные диоды от ЭСР на чувствительных линиях, если светодиод находится в месте, доступном пользователю, так как уровень 150В по модели HBM относительно низок.

9. Техническое сравнение и отличия

По сравнению с более крупными светодиодами в выводных корпусах, корпус 19-21 SMD предлагает решающие преимущества для современной электроники:

• Размер и вес:Значительно меньше и легче, что позволяет миниатюризации.
• Стоимость сборки:Позволяет полностью автоматизированную, высокоскоростную сборку ПП, снижая затраты на труд.
• Надежность:Конструкция для поверхностного монтажа, как правило, обеспечивает лучшее сопротивление вибрации и механическим ударам, чем приборы с выводами.
• Тепловой путь:Корпус SMD может иметь более прямой тепловой путь к ПП, способствуя отводу тепла при правильном проектировании.
• В сегменте SMD синих светодиодов ключевыми отличительными особенностями данной детали являются ее конкретное сочетание яркости (до 180 мкд), точный бининг по длине волны и соответствие строгим стандартам безгалогенности и REACH, что может быть критически важно для определенных рынков и экологически ориентированных проектов.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Какое сопротивление резистора использовать при питании 5В?

Используя закон Ома (R = (V_{питания}- V_F) / I_F) и предполагая наихудший (наименьший) случай V_F2.7В, чтобы гарантировать, что ток никогда не превысит 20мА: R = (5В - 2.7В) / 0.020А = 115 Ом. Следует использовать ближайшее стандартное большее значение (например, 120 Ом). Всегда проверяйте ток с фактическим V_Fвашего конкретного бина.

10.2 Можно ли питать этот светодиод током 30мА для большей яркости?

Это не рекомендуется. Предельный эксплуатационный параметр для постоянного прямого тока составляет 20мА. Превышение этого параметра снижает долгосрочную надежность, увеличивает температуру перехода и ускоряет снижение светового потока, что может привести к преждевременному отказу.

10.3 Почему так важен процесс хранения и прокаливания?

Пластиковые корпуса SMD могут поглощать влагу из атмосферы. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро расширяться, вызывая внутреннее расслоение или эффект "попкорна", который раскалывает корпус или повреждает кристалл. Маркировка чувствительности к влаге и процедуры прокаливания предотвращают этот вид отказа.

10.4 Как интерпретировать коды бинов (например, Q1, X, 12) на моей катушке?

Эти коды определяют группу производительности ваших светодиодов. Например, "Q1" означает силу света между 72-90 мкд, "X" означает доминирующую длину волны между 465-470 нм, а "12" означает прямое напряжение между 3.10-3.30В. Использование деталей из одного и того же бина обеспечивает постоянство яркости и цвета в вашем продукте.

11. Практический пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование многосветодиодной панели индикации.Разработчик создает панель управления с десятью синими индикаторными светодиодами. Чтобы обеспечить равномерную яркость, он указывает светодиоды из одного бина силы света (например, R1). Он питает светодиоды от шины 3.3В. Использование максимального V_Fиз бина 14 (3.7В) в расчете резистора приведет к отрицательному сопротивлению, поэтому он должен использовать более низкий бин или более высокое напряжение питания. Он выбирает бин 12 (макс. V_F3.3В). Расчет с типичным V_F3.2В дает R = (3.3В - 3.2В) / 0.020А = 5 Ом. Требуется небольшой резистор, и фактический ток будет очень чувствителен к вариациям V_F. В этом случае микросхема драйвера постоянного тока для нескольких светодиодов будет более надежным решением, чем отдельные резисторы, обеспечивая стабильную яркость независимо от небольших различий V_Fмежду отдельными экземплярами.

12. Принцип работы

Светодиод 19-21 работает на принципе электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Активная область состоит из InGaN. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее порог включения диода, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. Когда эти носители заряда рекомбинируют, они высвобождают энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава InGaN определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую соответствует длине волны излучаемого света — в данном случае синего света около 468 нм. Прозрачная эпоксидная смола-герметик защищает полупроводниковый кристалл, обеспечивает механическую стабильность и действует как линза для формирования диаграммы направленности светового потока.

13. Технологические тренды

Развитие SMD светодиодов, таких как корпус 19-21, движется продолжающимся трендом на миниатюризацию, повышение эффективности и увеличение надежности в производстве электроники. Ключевые тренды в этом секторе включают:

• Повышение эффективности:Постоянные исследования в области материаловедения направлены на улучшение внутренней квантовой эффективности чипов InGaN, обеспечивая более высокую силу света (мкд) при том же входном токе (мА) или тот же выход при более низком энергопотреблении.
• Улучшенное тепловое управление:Достижения в материалах корпусов и технологиях крепления кристалла позволяют лучше отводить тепло от чипа, что позволяет использовать более высокие токи возбуждения или улучшить долговечность при стандартных токах.
• Повышенная цветовая согласованность:Более жесткие допуски бинов и более совершенные процессы производства на уровне пластин приводят к уменьшению вариаций доминирующей длины волны и силы света, что критически важно для приложений, требующих однородного внешнего вида.
• Более широкое соответствие экологическим нормам:Переход к безгалогенным и более строгим требованиям RoHS/REACH, как видно на примере этого компонента, становится стандартом, отражая фокус отрасли на экологической устойчивости и безопасности материалов.
• Интеграция:Более широкий тренд включает интеграцию управляющей электроники (такой как драйверы постоянного тока или ШИМ-контроллеры) непосредственно с кристаллом светодиода в более совершенные типы корпусов, упрощая проектирование схем для конечного пользователя.