Техническая спецификация SMD светодиода 25-21/BHC-AR1S2E/2A синий - Корпус 2.5x2.1мм - Напряжение 2.75-3.65В - Мощность 75мВт

1. Обзор продукта

25-21/BHC-AR1S2E/2A — это светоизлучающий диод (СИД) для поверхностного монтажа (SMD), использующий полупроводниковый чип из нитрида индия-галлия (InGaN) для получения синего света. Этот компонент относится к классу светодиодов, разработанных для высокоплотного монтажа на плату, предлагая значительные преимущества в миниатюризации и автоматизированных производственных процессах.

Ключевое преимущество этого светодиода — его компактные размеры. При габаритах примерно 2.5мм x 2.1мм он позволяет создавать более компактные конструкции печатных плат (ПП), повышать плотность размещения компонентов и, в конечном итоге, способствует разработке более миниатюрного конечного оборудования. Его легкая конструкция также делает его идеальным для применений, где критически важны ограничения по пространству и весу.

Это светодиод монохромного (синего) типа. Устройство изготовлено из бессвинцовых материалов и соответствует основным экологическим директивам, включая RoHS (Ограничение использования опасных веществ) ЕС и REACH (Регистрация, оценка, разрешение и ограничение химических веществ). Он также классифицируется как бесгалогенный, с содержанием брома (Br) и хлора (Cl) ниже установленных пределов (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). Продукт поставляется в формате, совместимом с современным производством: на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушку диаметром 7 дюймов, что подходит для использования с автоматическим оборудованием для установки компонентов.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлен детальный объективный анализ ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, указанных в спецификации. Понимание этих пределов и типичных значений критически важно для надежного проектирования схем.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

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

• Обратное напряжение (VR): 5ВПриложение обратного смещающего напряжения, превышающего 5В, может вызвать пробой p-n перехода.
• Постоянный прямой ток (IF): 20мАЭто максимальный постоянный ток, рекомендуемый для непрерывной работы, чтобы обеспечить долгосрочную надежность и сохранение заявленных оптических характеристик.
• Пиковый прямой ток (IFP): 100мАЭтот параметр допускает импульсный режим работы (скважность 1/10 на частоте 1кГц). Он полезен для применений, требующих кратковременных вспышек повышенной яркости, но не должен превышаться даже на мгновение.
• Рассеиваемая мощность (Pd): 75мВтЭто максимальное количество мощности, которое корпус может рассеять в виде тепла (рассчитывается как Прямое напряжение x Прямой ток) при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Превышение этого предела грозит перегревом.
• Рабочая и температура хранения:Устройство может функционировать при температурах окружающей среды от -40°C до +85°C и храниться при температурах от -40°C до +90°C.
• Электростатический разряд (ESD):Рейтинг по модели человеческого тела (HBM) составляет 150В. Это указывает на умеренную чувствительность к ESD, что требует соблюдения стандартных мер предосторожности при обращении.
• Температура пайки:Корпус выдерживает групповую пайку оплавлением с пиковой температурой 260°C до 10 секунд или ручную пайку при 350°C до 3 секунд на каждый вывод.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены при стандартных условиях испытаний (Ta=25°C, IF=20мА) и определяют производительность устройства.

• Сила света (Iv):Диапазон от минимум 112 милликандел (мкд) до максимум 285 мкд. Широкий диапазон управляется через систему сортировки (подробнее далее). Типичное значение не указано, оно находится где-то в пределах этого диапазона сортировки.
• Угол обзора (2θ1/2):Полный угол, при котором сила света падает до половины от пикового значения, обычно составляет 60 градусов. Это определяет ширину светового пучка светодиода.
• Пиковая длина волны (λp):Длина волны, на которой оптическая мощность излучения максимальна, обычно составляет 468 нанометров (нм), что помещает его в синюю область видимого спектра.
• Доминирующая длина волны (λd):Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, в диапазоне от 464.5 нм до 476.5 нм. Она также подвергается сортировке.
• Спектральная ширина (Δλ):Обычно 25 нм, это указывает на разброс длин волн, излучаемых вокруг пиковой длины волны.
• Прямое напряжение (VF):Диапазон от 2.75В до 3.65В при токе 20мА. Эта вариация управляется системой сортировки по напряжению. Токоограничивающий резистор должен использоваться последовательно со светодиодом для управления током на основе фактического VF конкретного экземпляра и напряжения питания.
• Обратный ток (IR):Максимум 50 микроампер (мкА) при приложении обратного смещения 5В.

3. Объяснение системы сортировки (бининг)

Для обеспечения стабильности в массовом производстве светодиоды сортируются (биннируются) по ключевым параметрам производительности. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям по яркости, цвету и напряжению.

3.1 Сортировка по силе света

Светодиоды классифицируются на четыре группы (R1, R2, S1, S2) на основе измеренной силы света при 20мА.

• Группа R1:112 мкд до 140 мкд
• Группа R2:140 мкд до 180 мкд
• Группа S1:180 мкд до 225 мкд
• Группа S2:225 мкд до 285 мкд

Допуск ±11% применяется к силе света в пределах каждой группы.

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны

Светодиоды сортируются на четыре группы (A9, A10, A11, A12) для контроля оттенка синего цвета.

• Группа A9:464.5 нм до 467.5 нм
• Группа A10:467.5 нм до 470.5 нм
• Группа A11:470.5 нм до 473.5 нм
• Группа A12:473.5 нм до 476.5 нм

Допуск ±1нм применяется к доминирующей длине волны в пределах каждой группы.

3.3 Сортировка по прямому напряжению

Светодиоды группируются в три группы по напряжению (5, 6, 7) для помощи в проектировании схемы регулирования тока.

• Группа 5:2.75В до 3.05В
• Группа 6:3.05В до 3.35В
• Группа 7:3.35В до 3.65В

Допуск ±0.1В применяется к прямому напряжению в пределах каждой группы.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя в спецификации упоминаются типичные электрооптические характеристические кривые, предоставленный текст не включает конкретные графики. Основываясь на стандартном поведении светодиодов, эти кривые обычно иллюстрируют следующие зависимости, которые критически важны для проектирования:

• Вольт-амперная характеристика (ВАХ):Показывает экспоненциальную зависимость между прямым напряжением и током. Напряжение колена кривой коррелирует со спецификацией VF. Этот график необходим для выбора правильного значения токоограничивающего резистора.
• Зависимость силы света от прямого тока:Демонстрирует, как световой выход увеличивается с ростом тока накачки, обычно почти линейно до определенного момента, после чего эффективность падает.
• Зависимость силы света от температуры окружающей среды:Показывает уменьшение светового выхода при повышении температуры перехода. Это критически важно для применений, работающих в условиях высоких температур.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик при ~468нм и ширину полосы 25нм, подтверждающий чистоту синего цвета.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Светодиод размещен в пластиковом корпусе для поверхностного монтажа. Спецификация включает подробный чертеж с размерами. Ключевые механические особенности включают:

• Габариты корпуса:Основные размеры корпуса составляют примерно 2.5мм в длину и 2.1мм в ширину. Чертеж определяет все критические размеры, включая размер выводов, расстояние между ними и высоту корпуса со стандартным допуском ±0.1мм, если не указано иное.
• Идентификация полярности:Катодный вывод обычно маркируется, часто выемкой, точкой или зеленой меткой на самом корпусе, как указано на чертеже. Правильная полярность необходима для работы.
• Конструкция контактных площадок (посадочное место):Рекомендуемый рисунок контактных площадок на печатной плате (размер и форма) основан на размерах корпуса для обеспечения надежной пайки и механической стабильности.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Соблюдение этих рекомендаций критически важно для предотвращения повреждений в процессе сборки.

6.1 Хранение и обращение

• Светодиоды упакованы в влагозащитный пакет с осушителем.
• Не вскрывайтевлагозащитный пакет до тех пор, пока компоненты не будут готовы к использованию.
• После вскрытия неиспользованные светодиоды должны храниться при температуре ≤30°C и относительной влажности ≤60%.
• Срокхранения после вскрытия пакетасоставляет 168 часов (7 дней). Если они не использованы в течение этого времени, их необходимо повторно прогреть и упаковать.
• Условия прогрева:При необходимости прогревать при 60 ±5°C в течение 24 часов.
• Всегда соблюдайте меры предосторожности от электростатического разряда (ESD) при обращении.

6.2 Процесс групповой пайки оплавлением

Предоставлен подробный температурный профиль для бессвинцовой пайки оплавлением:

• Предварительный нагрев:Подъем с 150°C до 200°C за 60-120 секунд.
• Выдержка/Оплавление:Время выше 217°C (температура ликвидуса) должно составлять 60-150 секунд. Пиковая температура не должна превышать 260°C, а время при температуре 255°C или выше должно быть ограничено максимум 30 секундами.
• Скорость охлаждения:Максимальная скорость охлаждения составляет 6°C в секунду.
• Важно:Групповую пайку оплавлением не следует выполнять болеедвух раз. Избегайте механических нагрузок на светодиод во время нагрева и не допускайте коробления печатной платы после пайки.

6.3 Ручная пайка и ремонт

• Если необходима ручная пайка, используйте паяльник с температурой жала ≤350°C в течение ≤3 секунд на каждый вывод.
• Мощность паяльника должна быть ≤25Вт. Позволяйте интервал охлаждения не менее 2 секунд между пайкой каждого вывода.
• Ремонт/переделка настоятельно не рекомендуетсяпосле того, как светодиод припаян. Если это неизбежно, необходимо использовать специализированный двусторонний паяльник для одновременного нагрева обоих выводов и снятия компонента без нагрузки на паяные соединения. Влияние на характеристики светодиода должно быть проверено заранее.

7. Упаковка и информация для заказа

Продукт поставляется для автоматизированной сборки.

• Несущая лента:Компоненты загружены в профилированную несущую ленту шириной 8мм.
• Катушка:Лента намотана на стандартную катушку диаметром 7 дюймов (178мм).
• Количество:Каждая катушка содержит 2000 штук светодиодов.
• Влагозащитный пакет:Катушка запечатана внутри алюминиевого влагозащитного пакета с осушителем и индикаторной картой влажности.
• Информация на этикетке:Этикетка на катушке содержит коды номера продукта (P/N), количества (QTY) и конкретные коды групп для силы света (CAT), доминирующей длины волны (HUE) и прямого напряжения (REF), а также номер партии (LOT No).

8. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

8.1 Типовые области применения

Основываясь на его спецификациях, этот синий SMD светодиод подходит для различных функций индикации малой мощности и подсветки, включая:

• Телекоммуникационное оборудование:Индикаторы состояния, подсветка клавиш или дисплеев в телефонах и факсимильных аппаратах.
• Потребительская электроника:Подсветка переключателей и символов, плоская подсветка для небольших жидкокристаллических дисплеев (ЖКД).
• Общая индикация:Любое применение, требующее компактного, надежного синего индикаторного света.

8.2 Критически важные аспекты проектирования

• Ограничение тока обязательно:Светодиод — это устройство, управляемое током.Вы должны использовать последовательный резистор(или драйвер постоянного тока), чтобы ограничить прямой ток до 20мА или менее. Значение резистора рассчитывается как R = (V_питания - VF_светодиода) / I_желаемый. Использование максимального VF (3.65В) для этого расчета гарантирует, что ток никогда не превысит предел даже для экземпляра с низким напряжением питания.
• Тепловой менеджмент:Хотя мощность мала (макс. 75мВт), обеспечение достаточной площади медной фольги на плате или тепловых переходных отверстий вокруг контактных площадок светодиода может помочь рассеять тепло, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды, поддерживая световой выход и долговечность.
• Оптическое проектирование:Угол обзора 60 градусов обеспечивает довольно широкий пучок. Для более сфокусированного света могут потребоваться внешние линзы или отражатели.

8.3 Ограничения по применению

В спецификации прямо указано, что этот продукт не предназначен и не сертифицирован для применений с высокими требованиями к надежности, где отказ может привести к серьезным последствиям. Это включает:

• Военные и аэрокосмические системы
• Автомобильные системы безопасности (например, подушки безопасности, торможение)
• Медицинское оборудование жизнеобеспечения или критической диагностики

Для таких применений требуются компоненты с другими спецификациями, квалификациями и гарантиями надежности.

9. Техническое сравнение и позиционирование

Корпус 25-21 занимает промежуточное положение между более мелкими чипами, такими как 0402/0603, и более крупными мощными светодиодами. Его ключевые отличия:

• По сравнению с меньшими корпусами (например, 0402):Предлагает более высокий световой выход и, как правило, проще в ручной обработке и пайке при необходимости, оставаясь при этом очень компактным.
• По сравнению с выводными светодиодами:Позволяет полностью автоматизировать сборку, сокращает занимаемую площадь на плате и устраняет необходимость в загибе выводов и сверлении отверстий.
• По сравнению с мощными светодиодами:Предназначен для токов (20мА) и мощности (75мВт) уровня индикации, а не для освещения. Он требует простой схемы управления (резистор) по сравнению со сложными драйверами постоянного тока, необходимыми для мощных светодиодов.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

10.1 Как выбрать правильный токоограничивающий резистор?

Используйте формулу: R = (V_питания - VF) / I_желаемый. Для питания 5В и желаемого тока 20мА, предполагая наихудший случай (наибольший) VF 3.65В: R = (5В - 3.65В) / 0.020А = 67.5 Ом. Используйте ближайшее большее стандартное значение (например, 68 Ом или 75 Ом). Это гарантирует, что ток останется ниже 20мА для всех экземпляров. Всегда рассчитывайте рассеиваемую мощность на резисторе: P_резистора = I^2 * R.

10.2 Можно ли питать этот светодиод без резистора от источника постоянного напряжения?

No.Прямое напряжение светодиода имеет отрицательный температурный коэффициент и варьируется от экземпляра к экземпляру. Подключение его напрямую к источнику напряжения, даже немного превышающему его VF, вызовет неконтролируемый рост тока, потенциально превышающий абсолютный максимальный рейтинг и почти мгновенно разрушающий светодиод.

10.3 Почему существует ограничение в 7 дней после вскрытия влагозащитного пакета?

Пластиковые корпуса SMD могут поглощать влагу из воздуха. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро расширяться, вызывая внутреннее расслоение или эффект "попкорна", который раскалывает корпус или повреждает кристалл. Срок хранения 7 дней и процедуры прогрева предназначены для удаления этой поглощенной влаги перед пайкой.

10.4 Что означают коды сортировки (например, S2/A11/6) для моего проекта?

Они определяют группу производительности ваших конкретных светодиодов. Если ваш проект требует минимальной яркости, вы должны указать группу, такую как S1 или S2. Если критически важна цветовая согласованность между несколькими светодиодами, вы должны указать узкую группу по длине волны (например, только A10). Указание группы по напряжению (например, 5) может помочь сделать ток (и, следовательно, яркость) более стабильным между экземплярами при использовании простого резистивного драйвера.

11. Практический пример проектирования

Сценарий:Спроектировать простой синий индикатор питания для устройства, работающего от шины 3.3В. Мы хотим примерно 15мА тока для достаточной яркости, сохраняя при этом запас.

1. Определить наихудший случай VF:Из спецификации, максимальный VF (Группа 7) составляет 3.65В.
2. Рассчитать минимальное значение резистора:R_мин = (V_питания - VF_макс) / I_желаемый = (3.3В - 3.65В) / 0.015А = -23.3 Ом. Это отрицательное значение, означающее, что при питании 3.3В и экземпляре с VF=3.65В ток не будет течь. Это допустимо; светодиод просто не включится для этого конкретного экземпляра с высоким VF при таком низком напряжении питания.
3. Рассчитать для типичного/низкого VF:Давайте используем типичный VF 3.2В. R = (3.3В - 3.2В) / 0.015А ≈ 6.7 Ом. Используя стандартный резистор 10 Ом: I_факт = (3.3В - 3.2В) / 10 = 10мА (безопасно). Для экземпляра с низким VF 2.8В: I = (3.3В - 2.8В) / 10 = 50мА. Это превышает номинальный постоянный ток 20мА!
4. Вывод:Напряжение питания 3.3В слишком близко к диапазону прямого напряжения светодиода для надежной и безопасной работы только с последовательным резистором. Ток будет сильно варьироваться (от 0мА до более 50мА) в зависимости от VF конкретного светодиода. Лучшим решением является использование более высокого напряжения питания (например, 5В) или специализированной микросхемы драйвера постоянного тока с низким падением напряжения, предназначенной для работы при низком напряжении.

12. Принцип работы

Этот светодиод работает по принципу электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Активная область использует полупроводниковое соединение нитрида индия-галлия (InGaN). Когда прикладывается прямое смещающее напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. Там они рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава InGaN определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую соответствует длине волны (цвету) излучаемого света — в данном случае синего (~468 нм). Эпоксидная смола-герметик защищает полупроводниковый кристалл, действует как линза для формирования светового потока и формулируется как водопрозрачная для максимального светопропускания.

13. Технологические тренды

SMD светодиоды в корпусах типа 25-21 представляют собой зрелую и широко распространенную технологию. Текущие тренды в этом сегменте сосредоточены на нескольких ключевых областях:

• Повышение эффективности:Постоянные улучшения в материаловедении и эпитаксиальном росте направлены на получение большего количества света (более высокой световой отдачи) на единицу входной электрической мощности (мА), что позволяет снизить энергопотребление или повысить яркость при том же токе.
• Улучшение цветовой согласованности:Достижения в управлении производством и алгоритмах сортировки приводят к более узкому распределению по доминирующей длине волны и силе света, уменьшая необходимость в обширной сортировке и обеспечивая более однородный внешний вид в многосветодиодных применениях.
• Повышение надежности:Исследования в области более прочных материалов корпусов, лучших методов крепления кристалла и улучшенных люминофоров (для белых светодиодов) продолжают увеличивать срок службы и стабильность при различных воздействиях окружающей среды.
• Продолжение миниатюризации:Хотя 25-21 мал, стремление к еще меньшим форм-факторам (например, корпусам чипового масштаба) сохраняется для сверхкомпактных устройств, хотя часто с компромиссами в простоте обращения и тепловых характеристиках.
• Интеграция:Более широкая тенденция включает интеграцию управляющей электроники (например, драйверов постоянного тока или схем широтно-импульсной модуляции) непосредственно с кристаллом светодиода в единый корпус, упрощая схемотехническое проектирование для конечного пользователя.