Техническая спецификация SMD светодиода 42-21/BHC-AUW/1T - Синий - 2.1x2.1x1.2мм - 3.3В - 20мА

1. Обзор продукта

42-21/BHC-AUW/1T — это компактный светодиод для поверхностного монтажа, предназначенный для современных электронных устройств, требующих надежных, маломощных решений для индикации или подсветки. Этот синий светодиод использует технологию чипа InGaN, залитого прозрачной смолой, что обеспечивает стабильные характеристики при минимальных габаритах. Его основные преимущества включают значительную экономию места на печатной плате, высокую плотность монтажа и пригодность для автоматизированных процессов сборки, что делает его идеальным для массового производства.

Компонент полностью соответствует стандартам RoHS, EU REACH и бесгалогенным требованиям, обеспечивая экологическую ответственность и широкое признание на рынке. Его легкая конструкция и малый размер позволяют проектировать более компактное и портативное оборудование.

2. Подробные технические характеристики

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Предельные параметры устройства определены для обеспечения долгосрочной надежности. Превышение этих значений может привести к необратимому повреждению.

• Обратное напряжение (V_R):5В. Рекомендуется защитная схема при возможных условиях обратного напряжения.
• Постоянный прямой ток (I_F):25мА. Типичный рабочий режим — 20мА.
• Пиковый прямой ток (I_FP):100мА (скважность 1/10 @1КГц). Подходит для импульсного режима, но не для постоянного тока.
• Рассеиваемая мощность (P_d):95мВт. Этот предел учитывает как электрические, так и тепловые ограничения.
• Рабочая и температура хранения:-40°C до +85°C / -40°C до +90°C. Такой широкий диапазон поддерживает промышленные применения.
• Электростатический разряд (ESD):150В (HBM). Необходимы стандартные меры предосторожности от ESD при обращении.
• Температура пайки:Оплавление: 260°C в течение 10 сек; Ручная: 350°C в течение 3 сек. Соблюдение критически важно для предотвращения теплового повреждения.

2.2 Электрооптические характеристики (T_a=25°C)

Эти параметры определяют производительность светодиода в стандартных условиях испытаний (I_F=20мА).

• Сила света (I_v):от 450 до 1800 мкд (милликандела). Широкий диапазон управляется через систему сортировки.
• Угол обзора (2θ_1/2):30 градусов (типично). Определяет угловое распределение излучаемого света.
• Пиковая длина волны (λ_p):468 нм (типично). Длина волны, на которой спектральная мощность максимальна.
• Доминирующая длина волны (λ_d):от 464.5 до 476.5 нм. Это воспринимаемый цвет света с допуском ±1нм.
• Спектральная ширина (Δλ):25 нм (типично). Ширина излучаемого спектра на половине максимальной интенсивности.
• Прямое напряжение (V_F):от 2.7В до 3.7В, типичное значение 3.3В при 20мА.
• Обратный ток (I_R):Максимум 50 мкА при V_R=5В.

Важное примечание для проектирования:Прямое напряжение имеет диапазон. Токоограничивающий резисторабсолютно обязателендля предотвращения теплового разгона и перегорания из-за незначительных колебаний напряжения питания. Номинал резистора должен быть рассчитан на основе фактического напряжения питания и максимально ожидаемого V_F, чтобы гарантировать, что I_Fне превышает 25мА.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения постоянства цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по группам (бина). Модель 42-21 использует две независимые системы сортировки.

3.1 Сортировка по силе света

Светодиоды классифицируются по измеренной светоотдаче при I_F=20мА. Код группы маркируется для идентификации.

• Группа U:450 – 715 мкд
• Группа V:715 – 1120 мкд
• Группа W:1120 – 1800 мкд

Допуск: ±11%

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны

Светодиоды также сортируются по точному оттенку синего для поддержания однородности цвета в массиве.

• Группа A, Бин A9:464.5 – 467.5 нм
• Группа A, Бин A10:467.5 – 470.5 нм
• Группа A, Бин A11:470.5 – 473.5 нм
• Группа A, Бин A12:473.5 – 476.5 нм

Допуск: ±1нм

Влияние на проектирование:Для применений, требующих согласованной яркости или цвета (например, многодиодная подсветка, индикаторные панели), критически важно указывать одну группу или запрашивать у поставщика узкую сортировку.

4. Механическая информация и упаковка

4.1 Габаритные размеры

Светодиод имеет компактный SMD корпус. Ключевые размеры (допуск ±0.1мм, если не указано иное):

• Размер корпуса: приблизительно 2.1мм x 2.1мм.
• Высота: приблизительно 1.2мм.
• Катод идентифицируется специальной маркировкой на корпусе.

4.2 Определение полярности

Правильная полярность обязательна. Катодный вывод четко обозначен на корпусе компонента. Рекомендуемый посадочный рисунок на печатной плате должен отражать эту конструкцию для обеспечения правильной ориентации во время пайки оплавлением.

4.3 Спецификации упаковки

Светодиоды поставляются в стандартной для отрасли упаковке для автоматизированной сборки:

• Несущая лента:ширина 8мм, на катушках диаметром 7 дюймов.
• Количество на катушке:1000 штук.
• Чувствительность к влаге:Упакованы в влагозащитный алюминиевый пакет с осушителем для предотвращения поглощения влаги, которое может вызвать "попкорн"-трещины во время оплавления.

Этикетка на катушке содержит критическую информацию: номер изделия (P/N), количество (QTY), группа силы света (CAT), группа доминирующей длины волны (HUE), ранг прямого напряжения (REF) и номер партии (LOT No).

5. Рекомендации по пайке и сборке

5.1 Профиль оплавления

Компонент совместим с инфракрасными и парофазными процессами оплавления. Требуется бессвинцовый (Pb-free) профиль пайки:

• Пиковая температура:максимум 260°C.
• Время выше температуры ликвидуса:рекомендуется 30-60 секунд.
• Предварительный нагрев:постепенный подъем для активации флюса и минимизации теплового удара.

Важно:Пайка оплавлением не должна выполняться более двух раз на одной и той же сборке со светодиодом.

5.2 Ручная пайка

Если ручной ремонт неизбежен, необходимо соблюдать крайнюю осторожность:

• Температура паяльника:менее 350°C.
• Время контакта:3 секунды или менее на вывод.
• Мощность паяльника:менее 25Вт.
• Метод:Используйте паяльник с двумя жалами для одновременного нагрева обоих выводов и избегания механических напряжений в паяных соединениях. Проверьте работоспособность светодиода после любого ремонта.

5.3 Хранение и обращение

• До вскрытия пакета:Хранить при ≤30°C и ≤90% относительной влажности.
• После вскрытия пакета (срок хранения на производстве):1 год при ≤30°C и ≤60% относительной влажности. Неиспользованные детали должны быть повторно запечатаны в влагозащитный пакет со свежим осушителем.
• Прогрев (сушка):Если пакет вскрыт дольше срока хранения на производстве или осушитель насыщен, прогрейте при 60±5°C в течение 24 часов перед оплавлением для удаления влаги.
• Не гните и не деформируйте печатную плату после пайки, так как это может создать напряжение в паяных соединениях светодиода и привести к отказу.

6. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

6.1 Типовые области применения

• Подсветка приборных панелей:Подсветка индикаторов и переключателей на приборной панели.
• Телекоммуникационные устройства:Индикаторы состояния и подсветка клавиатуры в телефонах и факсах.
• Подсветка ЖК-дисплеев:Боковая или прямая подсветка для небольших монохромных или цветных ЖК-дисплеев.
• Общая индикация:Индикация питания, режимов работы и других элементов пользовательского интерфейса.

6.2 Проектирование схемы

Самым критическим аспектом схемы управления является последовательный токоограничивающий резистор. Его номинал (R_s) можно рассчитать по закону Ома: R_s= (V_{питания}- V_F) / I_F.

Пример:Для питания 5В и использования максимального V_F= 3.7В для обеспечения безопасного тока при любых условиях при I_F=20мА:
R_s= (5В - 3.7В) / 0.020А = 65 Ом.
Будет выбран ближайший стандартный номинал (например, 68 Ом), и следует проверить мощность резистора: P = I²R = (0.02)²* 68 = 0.0272Вт. Стандартный резистор 1/10Вт (0.1Вт) более чем достаточен.

6.3 Тепловой режим

Хотя рассеиваемая мощность мала (макс. 95мВт), правильная разводка печатной платы способствует долговечности. Обеспечьте достаточную площадь меди вокруг контактных площадок светодиода для работы в качестве радиатора, особенно при работе при высоких температурах окружающей среды или близко к максимальному току.

6.4 Ограничения по применению

Этот стандартный светодиод коммерческого класса не предназначен и не сертифицирован для применений с высокими требованиями к надежности, где отказ может привести к рискам для безопасности или значительному материальному ущербу. Это включает, но не ограничивается:

• Военные, аэрокосмические системы или системы авиационной безопасности.
• Критически важные для безопасности автомобильные системы (например, стоп-сигналы, индикаторы подушек безопасности).
• Медицинское оборудование для поддержания жизни или диагностики.

Для таких применений необходимо приобретать компоненты с соответствующими автомобильными, военными или медицинскими сертификатами. Рабочие характеристики гарантируются только в пределах спецификаций, изложенных в данном документе.

7. Техническое сравнение и позиционирование

Корпус 42-21 представляет собой баланс между размером, производительностью и технологичностью производства. По сравнению с более крупными светодиодами с выводными рамками (например, 3мм или 5мм выводные), он обеспечивает радикальное сокращение занимаемого места на плате и веса, позволяя реализовывать современные миниатюрные конструкции. По сравнению с более мелкими корпусами типа CSP (Chip Scale Package), он предлагает более простую обработку стандартным SMT оборудованием и имеет формованную линзу для контролируемого распределения света (угол обзора 30 градусов). Его ток управления 20мА и типичное V_F=3.3В делают его напрямую совместимым с распространенными источниками питания логики 3.3В и 5В с помощью простого резистора.

8. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

8.1 Почему токоограничивающий резистор обязателен?

Светодиоды — это устройства, управляемые током. Их ВАХ (вольт-амперная характеристика) имеет экспоненциальный характер. Небольшое увеличение напряжения сверх номинального V_Fвызывает большое, потенциально разрушительное увеличение тока. Последовательный резистор обеспечивает линейную, предсказуемую зависимость между напряжением питания и током светодиода, гарантируя стабильную и безопасную работу.

8.2 Можно ли управлять этим светодиодом напрямую с вывода GPIO микроконтроллера?

Возможно, но с осторожностью. Многие выводы GPIO могут выдавать или принимать только 10-25мА. Вы должны проверить документацию на ваш микроконтроллер. Даже если в пределах допустимого, вам все равно нужен последовательный резистор. Часто безопаснее использовать GPIO для управления транзистором (BJT или MOSFET), который, в свою очередь, управляет светодиодом, изолируя МК от токовой нагрузки светодиода.

8.3 Что означает "прозрачная" (water clear) смола?

Это означает, что формованная пластиковая линза прозрачная, не рассеивающая и не тонированная. Это позволяет видеть истинный цвет синего чипа InGaN, обеспечивая максимально возможную светоотдачу и четко определенный, узкий угол обзора.

8.4 Как интерпретировать коды сортировки на этикетке катушки?

Код "CAT" (U, V, W) указывает диапазон яркости. Код "HUE" (например, A10) указывает диапазон доминирующей длины волны. Для единообразного внешнего вида в изделии заказывайте светодиоды из одной группы CAT и HUE. Код "REF" указывает ранг прямого напряжения, что может быть полезно для проектов с точным регулированием тока.

9. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование компактного устройства с питанием от USB с четырьмя синими индикаторными светодиодами.

1. Источник питания:USB обеспечивает 5В.
2. Выбор светодиода:42-21/BHC-AUW/1T, группа V для средней яркости, группа A11 для однородного синего оттенка.
3. Расчет тока:Целевой I_F= 18мА (чуть ниже максимума для запаса). Используем макс. V_F= 3.7В для наихудшего случая.
   R_s= (5В - 3.7В) / 0.018А ≈ 72.2Ω. Используем стандартный резистор 75Ω.
4. Мощность на светодиод: P_LED= 3.3В(тип.) * 0.018А ≈ 59.4мВт. Хорошо в пределах лимита 95мВт.
5. Общий ток:4 светодиода * 18мА = 72мА. Хорошо в пределах возможностей стандартного USB-порта 500мА.
6. Разводка печатной платы:Разместите светодиоды с правильной полярностью. Используйте небольшую полигонную заливку землей под и вокруг контактных площадок светодиода для отвода тепла. Убедитесь, что профиль оплавления соответствует рекомендуемому пику 260°C.
7. Результат:Надежная, равномерно яркая система индикации с минимальным занимаемым местом на плате и энергопотреблением.

10. Принцип работы и технология

Этот светодиод основан на полупроводниковой гетероструктуре из нитрида индия-галлия (InGaN). Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны и дырки инжектируются в активную область. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава InGaN определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае синий (~468 нм). Прозрачная эпоксидная смола защищает полупроводниковый чип, действует как линза для формирования выходного светового пучка (угол обзора 30 градусов) и обеспечивает механическую стабильность.

11. Тенденции отрасли

Рынок SMD светодиодов, таких как 42-21, продолжает развиваться под влиянием миниатюризации всех электронных устройств. Наблюдается постоянная тенденция к повышению эффективности (больше люмен на ватт), что позволяет либо увеличить яркость при том же токе, либо получить ту же яркость при меньшей мощности, продлевая срок службы батарей в портативных устройствах. Кроме того, растет спрос на более узкую сортировку по цвету и яркости, поскольку такие применения, как полноцветные дисплеи и окружающее освещение, требуют исключительной однородности. Базовая технология InGaN для синих светодиодов является зрелой, но продолжает получать постепенные улучшения в эффективности и надежности. Технология корпусирования также развивается, наблюдаются тенденции к еще более тонким профилям и улучшенным материалам для теплового управления, чтобы справляться с более высокими плотностями мощности в компактных пространствах.