Техническая спецификация SMD светодиода 48-213 синего цвета - Размер 2.25x1.45x0.72мм - Напряжение 2.7-3.2В - Мощность 95мВт

1. Обзор продукта

48-213 — это компактный светодиод для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для современных электронных приложений, требующих миниатюризации и высокой надёжности. Этот монохромный синий светодиод использует технологию чипа InGaN для генерации света с типичной пиковой длиной волны 468 нм. Его основные преимущества включают значительно уменьшенную площадь по сравнению с выводными компонентами, что позволяет достичь более высокой плотности компоновки на печатных платах, снизить требования к хранению и в конечном итоге способствует созданию более компактных конечных изделий. Лёгкая конструкция также делает его идеальным для портативных и миниатюрных применений.

1.1 Ключевые особенности и соответствие стандартам

• Упаковка:Поставляется на 8-мм ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, совместима со стандартным автоматическим оборудованием для установки компонентов.
• Процесс пайки:Совместим с процессами пайки оплавлением как инфракрасным (ИК), так и парофазным.
• Экологическое соответствие:Продукт не содержит свинца (Pb-free), соответствует директиве ЕС RoHS и правилам ЕС REACH.
• Безгалогенный:Соответствует требованиям по отсутствию галогенов (Бром <900 ppm, Хлор <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные режимы

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

• Обратное напряжение (V_R):5В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Постоянный прямой ток (I_F):25 мА.
• Пиковый прямой ток (I_FP):100 мА, допустим только в импульсном режиме (скважность 1/10 @ 1кГц).
• Рассеиваемая мощность (P_d):95 мВт. Это максимально допустимая мощность, которую корпус может рассеять в виде тепла при температуре окружающей среды (T_a) 25°C.
• Электростатический разряд (ESD):Выдерживает 150В по модели человеческого тела (HBM). Соблюдение мер предосторожности при обращении с ЭСР обязательно.
• Температурный диапазон:Рабочий: от -40°C до +85°C; Хранения: от -40°C до +90°C.
• Температура пайки:Пик профиля оплавления: макс. 260°C в течение 10 секунд. Ручная пайка: макс. 350°C в течение 3 секунд на вывод.

2.2 Электрооптические характеристики (T_a=25°C)

Эти параметры измерены в стандартных условиях (I_F= 5мА) и определяют производительность устройства.

• Сила света (I_v):Диапазон от 22.5 мкд (Мин.) до 57.0 мкд (Макс.), с типичным допуском ±11%. Фактическое значение определяется кодом бина (M2, N1, N2, P1).
• Угол обзора (2θ_1/2):120 градусов (тип.). Этот широкий угол обеспечивает широкую диаграмму направленности, подходящую для подсветки и индикации.
• Пиковая длина волны (λ_p):468 нм (тип.).
• Доминирующая длина волны (λ_d):Диапазон от 465 нм до 475 нм, разделён на бины Z (465-470нм) и Y (470-475нм).
• Спектральная ширина (Δλ):35 нм (тип.), определяет спектральную чистоту излучаемого синего света.
• Прямое напряжение (V_F):Диапазон от 2.7В до 3.2В при 5мА, с типичным допуском ±0.05В. Сортируется по группам от Q29 до Q33.
• Обратный ток (I_R):Максимум 50 мкА при V_R= 5В. Примечание: Устройство тестируется на обратное напряжение, но не предназначено для работы в режиме обратного смещения.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения цветовой и яркостной однородности в производстве светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых параметров.

3.1 Биннинг по доминирующей длине волны

Определяет воспринимаемый цвет светодиода. Две группы обеспечивают цветовую однородность в рамках одного применения.

Группа Z: 465 нм – 470 нм

Группа Y: 470 нм – 475 нм

3.2 Биннинг по силе света

Сортирует светодиоды по световому потоку при 5мА.

M2: 22.5 – 28.5 мкд

N1: 28.5 – 36.0 мкд

N2: 36.0 – 45.0 мкд

P1: 45.0 – 57.0 мкд

3.3 Биннинг по прямому напряжению

Группирует светодиоды по падению прямого напряжения, что критически важно для расчёта токоограничивающего резистора и проектирования источника питания.

Q29: 2.7В – 2.8В

Q30: 2.8В – 2.9В

Q31: 2.9В – 3.0В

Q32: 3.0В – 3.1В

Q33: 3.1В – 3.2В

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько характеристических кривых, жизненно важных для инженеров-конструкторов.

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

Эта нелинейная зависимость показывает, что небольшое увеличение напряжения выше порогового приводит к значительному росту тока. Это подчёркивает абсолютную необходимость использования последовательного токоограничивающего резистора или драйвера постоянного тока для предотвращения теплового разгона и выхода устройства из строя.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Световой поток увеличивается с ростом прямого тока, но не линейно. Кривая помогает разработчикам выбрать рабочую точку, которая балансирует яркость, эффективность и срок службы устройства.

4.3 Зависимость силы света от температуры окружающей среды

Световой поток светодиода уменьшается при повышении температуры перехода. Эта кривая показывает снижение относительной силы света при увеличении температуры окружающей среды от -40°C до +100°C. Эффективный тепловой менеджмент в применении критически важен для поддержания стабильной яркости.

4.4 Кривая снижения номинала прямого тока

Это один из наиболее важных графиков для надёжности. Он показывает, как максимально допустимый постоянный прямой ток уменьшается при повышении температуры окружающей среды выше 25°C. При 85°C максимально допустимый ток значительно снижается, чтобы не превысить максимальную температуру перехода и обеспечить долгосрочную надёжность.

4.5 Спектральное распределение

Отображает относительную излучаемую мощность в зависимости от длины волны, с центром около 468нм и типичной шириной 35нм. Это подтверждает монохромный синий характер излучения.

4.6 Диаграмма направленности

Полярная диаграмма, иллюстрирующая пространственное распределение силы света, подтверждающая угол обзора 120°. Диаграмма обычно является ламбертовой или близкой к ней.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

48-213 имеет компактный SMD корпус со следующими ключевыми размерами (в мм):

- Длина: 2.25 ±0.20

- Ширина: 1.45 ±0.10

- Высота: 0.72 ±0.10

- Расстояние между выводами: 1.80 (между контактными площадками анода и катода)

На корпусе чётко обозначена маркировка катода для правильной ориентации полярности при монтаже.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка

Приведён рекомендуемый посадочный рисунок с размерами контактных площадок. В спецификации явно указано, что это только для справки и должно быть изменено в соответствии с индивидуальными требованиями к проектированию ПП, объёмом паяльной пасты и процессом сборки.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль пайки оплавлением (бессвинцовая)

Указан подробный температурный профиль:

- Предварительный нагрев: 150–200°C в течение 60–120 секунд.

- Время выше температуры ликвидуса (217°C): 60–150 секунд.

- Пиковая температура: максимум 260°C, выдержка максимум 10 секунд.

- Скорость нагрева: макс. 3°C/сек до 255°C, общая макс. 6°C/сек.

- Скорость охлаждения: Определяется процессом.

Крайне важно соблюдать этот профиль. Пайка оплавлением не должна выполняться более двух раз на одном и том же устройстве.

6.2 Ручная пайка

Если ручная пайка неизбежна:

- Температура жала паяльника должна быть менее 350°C.

- Время контакта на один вывод не должно превышать 3 секунд.

- Мощность паяльника должна быть менее 25Вт.

- Между пайкой каждого вывода должен быть интервал более 2 секунд для предотвращения теплового удара.

В спецификации предупреждается, что повреждения часто происходят во время ручной пайки.

6.3 Хранение и чувствительность к влаге

Светодиоды упакованы в влагозащитный барьерный пакет с осушителем.

- До вскрытия: Хранить при ≤30°C и ≤90% относительной влажности.

- После вскрытия: "Срок жизни на производстве" составляет 1 год при ≤30°C и ≤60% относительной влажности. Неиспользованные устройства должны быть повторно запечатаны в влагозащитную упаковку.

- Если индикатор осушителя меняет цвет или превышено время хранения, требуется термообработка (прокалка): 60 ±5°C в течение 24 часов перед использованием в процессе оплавления.

6.4 Критически важные меры предосторожности

• Ограничение тока:Внешний токоограничивающий резистор ОБЯЗАТЕЛЕН. Экспоненциальная ВАХ светодиода означает, что небольшое изменение напряжения вызывает большое изменение тока, что приводит к мгновенному перегоранию без защиты.
• Механические нагрузки:Избегайте приложения нагрузок к корпусу светодиода во время пайки или в конечном применении. Не деформируйте печатную плату после пайки.
• Ремонт:Ремонт после пайки крайне не рекомендуется. Если это абсолютно необходимо, используйте двухголовый паяльник для одновременного нагрева обоих выводов, чтобы минимизировать термические напряжения.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации катушки и ленты

Устройство поставляется в формованной транспортной ленте:

- Диаметр катушки: 7 дюймов.

- Ширина ленты: 8мм.

- Количество на катушке: 3000 штук.

Приведены подробные размеры карманов транспортной ленты и катушки для обеспечения совместимости с автоматическими питателями.

7.2 Расшифровка этикетки

Этикетка на катушке содержит несколько ключевых идентификаторов:

- P/N: Номер изделия (например, 48-213/BHC-ZM2P1QY/3C).

- QTY: Количество в упаковке.

- CAT: Ранг силы света (например, M2, P1).

- HUE: Ранг цветности/доминирующей длины волны (например, Z, Y).

- REF: Ранг прямого напряжения (например, Q29, Q33).

- LOT No.: Отслеживаемый номер партии.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

• Подсветка:Идеален для индикаторов приборной панели, подсветки переключателей и плоской подсветки ЖК-дисплеев и символов благодаря широкому углу обзора и компактным размерам.
• Телекоммуникационное оборудование:Индикаторы состояния и подсветка клавиатуры в телефонах, факсимильных аппаратах и других устройствах связи.
• Общее индикаторное применение:Любое применение, требующее надёжного, компактного синего индикатора состояния.

8.2 Соображения при проектировании

• Тепловой менеджмент:Хотя мощность мала, разводка печатной платы всё равно должна учитывать отвод тепла, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды или при работе, близкой к максимальному току. Используйте кривую снижения номинала.
• Схема управления током:Всегда используйте источник постоянного тока или источник напряжения с последовательным резистором. Рассчитайте номинал резистора, используя максимальное V_Fиз бина и желаемый I_F, чтобы гарантировать, что ток никогда не превысит абсолютный максимальный режим.
• Оптическое проектирование:Угол обзора 120° обеспечивает широкое покрытие. Для более сфокусированного света могут потребоваться внешние линзы или световоды.
• Защита от ЭСР:Реализуйте защиту от ЭСР на входных линиях и обеспечьте, чтобы зоны сборки были безопасны с точки зрения ЭСР, так как устройство рассчитано на 150В HBM.

9. Техническое сравнение и отличия

SMD светодиод 48-213 предлагает несколько ключевых преимуществ в своём классе:

Преимущество размера:Его площадь 2.25 x 1.45 мм значительно меньше, чем у традиционных выводных светодиодов 3мм или 5мм, что позволяет создавать сверхкомпактные конструкции.

Совместимость с процессами:Полная совместимость со стандартными процессами SMT пайки оплавлением (ИК и парофазной) позволяет осуществлять крупносерийную, недорогую автоматическую сборку, в отличие от выводных светодиодов, требующих ручной или волновой пайки.

Стабильность характеристик:Детальная система бинов по длине волны, силе света и напряжению позволяет разработчикам выбирать компоненты, обеспечивающие визуальную однородность всех единиц в изделии, что критически важно для подсветки и многодиодных массивов.

Надёжность:Корпус SMD при правильной пайке обеспечивает отличную механическую стабильность и устойчивость к вибрации по сравнению с выводными компонентами.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Почему токоограничивающий резистор абсолютно необходим?

О1: Прямое напряжение (V_F) имеет допуск и отрицательный температурный коэффициент. Небольшое увеличение напряжения питания или уменьшение V_Fиз-за нагрева может вызвать большое, неконтролируемое увеличение тока (тепловой разгон), приводящее к мгновенному отказу. Резистор стабилизирует ток.

В2: Могу ли я питать этот светодиод током 25мА непрерывно?

О2: Можете, но только если температура окружающей среды (T_a) равна или ниже 25°C. См. Кривую снижения номинала прямого тока (Раздел 4.4). При более высоких температурах окружающей среды максимально допустимый постоянный ток должен быть снижен, чтобы поддерживать температуру перехода в безопасных пределах.

В3: Что означают коды бинов (например, ZM2P1QY)?

О3: Это составной код. 'Z' или 'Y' обозначают бин доминирующей длины волны. 'M2', 'P1' и т.д. обозначают бин силы света. 'Q29' – 'Q33' обозначают бин прямого напряжения. Выбор конкретной комбинации бинов обеспечивает предсказуемый цвет, яркость и электрические характеристики.

В4: Как интерпретировать "Пиковую" и "Доминирующую" длину волны?

О4: Пиковая длина волны (λ_p) — это длина волны, на которой излучаемая оптическая мощность максимальна (тип. 468нм). Доминирующая длина волны (λ_d) — это единственная длина волны монохроматического света, соответствующая воспринимаемому цвету светодиода (465-475нм). λ_dболее актуальна для спецификации цвета.

11. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование многодиодной панели индикации для портативного медицинского устройства.

Требования:Равномерная синяя подсветка для 10 мембранных переключателей, сверхнизкий профиль, надёжная работа от -10°C до +60°C, питание от стабилизированной шины 5В.

Этапы проектирования:

1. Выбор светодиода:48-213 выбран из-за малого размера, широкого угла обзора (для равномерной подсветки) и совместимости с SMD монтажом.

2. Выбор бина:Для обеспечения однородности цвета и яркости для всего заказа указывается единый бин (например, Y-P1-Q31).

3. Установка тока:Стремясь к балансу яркости и долговечности, I_Fустанавливается на 10мА. Согласно кривой снижения номинала, 10мА безопасны до ~85°C, что значительно выше требуемых 60°C.

4. Расчёт резистора:Используя наихудший случай (Макс.) V_Fиз бина Q31 (3.0В) и напряжение питания (5В): R = (5В - 3.0В) / 0.01А = 200 Ом. Выбран стандартный резистор 200 Ом, 1/10Вт.

5. Разводка ПП:Рекомендуемый посадочный рисунок используется как отправная точка. К контактной площадке катода добавлен небольшой тепловой рельеф для облегчения пайки при сохранении электрического соединения. Светодиоды расположены с промежутками для равномерного рассеивания света через световод.

6. Сборка:Катушки загружаются в автоматы установки компонентов. Указанный бессвинцовый профиль оплавления программируется в печи. После оплавления к плате не прикладываются постпаечные нагрузки.

12. Введение в технический принцип

Светодиод 48-213 основан на структуре полупроводникового диода, изготовленного из материалов нитрида индия-галлия (InGaN). Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее пороговое напряжение диода (приблизительно 2.7-3.2В), электроны и дырки инжектируются в активную область полупроводника. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава InGaN определяет ширину запрещённой зоны, которая напрямую соответствует длине волны излучаемого света — в данном случае синего света около 468нм. Прозрачная смола-заливочная компаунда защищает полупроводниковый чип и действует как первичная линза, формируя начальную диаграмму направленности. Корпус SMD обеспечивает механическую защиту, электрические соединения через металлизированные площадки и путь для отвода тепла от чипа к печатной плате.

13. Тенденции и контекст отрасли

48-213 представляет собой зрелый продукт в эволюции SMD светодиодов. Общая тенденция в отрасли продолжается в направлении:

Повышения эффективности:Новые конструкции чипов и материалы (такие как усовершенствованные структуры InGaN) предлагают более высокую световую отдачу (больше светового потока на ватт), позволяя создавать либо более яркие дисплеи, либо снижать энергопотребление.

Миниатюризации:Ещё меньшие размеры корпусов (например, 1.0x0.5мм) становятся обычными для применений с ограниченным пространством, таких как носимые технологии и сверхтонкие дисплеи.

Улучшения цветовой однородности:Более жёсткие допуски бинов и использование белых светодиодов с люминофорным преобразованием и более высоким индексом цветопередачи (CRI) стали стандартом для подсветки дисплеев, хотя данное изделие остаётся монохромным синим устройством.

Интегрированных решений:Растущей тенденцией является интеграция ИС драйвера светодиода, токоограничивающих резисторов, а иногда даже управляющей логики в единый модуль или корпус, упрощая проектирование для конечных пользователей. 48-213 остаётся базовым дискретным компонентом, предлагающим максимальную гибкость проектирования.