Техническая спецификация SMD светодиода 23-21B Ярко-оранжевый - Корпус 2.0x1.25x0.8мм - Напряжение 1.75-2.35В - Мощность 60мВт

1. Обзор продукта

23-21B — это светодиод для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для применений, требующих яркого оранжевого индикатора или источника подсветки. Он использует чип из материала AlGaInP (фосфид алюминия-галлия-индия) для получения характерного оранжевого цвета с прозрачной смоляной герметизацией. Этот компонент значительно меньше традиционных светодиодов в корпусе с выводами, что позволяет достичь более высокой плотности компоновки на печатных платах (ПП), уменьшить размер оборудования и общий вес изделия, делая его идеальным для применений с ограниченным пространством и миниатюрных устройств.

Ключевые преимущества этого светодиода включают совместимость со стандартным автоматизированным оборудованием для установки компонентов и основными процессами пайки, такими как инфракрасная и парофазная пайка оплавлением. Это бессвинцовый продукт, соответствующий директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), регламенту ЕС REACH и требованиям по отсутствию галогенов (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Устройство поставляется на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, для эффективной обработки в производстве.

2. Технические характеристики и их интерпретация

2.1 Предельно допустимые параметры

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

• Обратное напряжение (VR):5В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Постоянный прямой ток (IF):25 мА. Максимальный постоянный ток для надежной долговременной работы.
• Пиковый прямой ток (IFP):50 мА. Этот параметр для импульсного тока (скважность 1/10 на частоте 1 кГц) предназначен для кратковременной, не непрерывной работы.
• Рассеиваемая мощность (Pd):60 мВт. Максимальная мощность, которую корпус может рассеять при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Это значение снижается с ростом температуры окружающей среды.
• Электростатический разряд (ESD) по модели человеческого тела (HBM):2000В. Это указывает на средний уровень устойчивости к ЭСР. Во время сборки по-прежнему рекомендуется соблюдать стандартные меры предосторожности при обращении с ЭСР (например, заземленные рабочие места, антистатические браслеты).
• Рабочая температура (Topr):от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором гарантируется работа устройства.
• Температура хранения (Tstg):от -40°C до +90°C.
• Температура пайки (Tsol):Пайка оплавлением: пиковая температура 260°C максимум в течение 10 секунд. Ручная пайка: температура жала паяльника 350°C максимум 3 секунды на каждый вывод.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются при стандартных условиях испытаний Ta=25°C и IF=20мА, если не указано иное. Они определяют типичные характеристики устройства.

• Сила света (Iv):от 45,0 до 112,0 мкд (милликандела). Фактический выходной сигнал попадает в определенные бины (P1, P2, Q1, Q2). Допуск составляет ±11%.
• Угол обзора (2θ1/2):130 градусов (типичное значение). Это полный угол, при котором сила света составляет половину пиковой интенсивности (на оси). Это указывает на широкую диаграмму направленности, подходящую для индикаторных применений.
• Пиковая длина волны (λp):611 нм (типичное значение). Длина волны, на которой спектральное распределение мощности максимально.
• Доминирующая длина волны (λd):от 600,5 до 612,5 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом как цвет света. Она разбивается на диапазоны от D8 до D11 с допуском ±1 нм.
• Спектральная ширина полосы (Δλ):17 нм (типичное значение). Ширина излучаемого спектра на половине максимальной интенсивности (FWHM). Более узкая полоса указывает на более насыщенный, чистый цвет.
• Прямое напряжение (VF):от 1,75 до 2,35 В при IF=20мА. Оно разбивается на три диапазона (0, 1, 2) с допуском ±0,1В. Более низкое VF обычно приводит к более высокой эффективности и меньшему тепловыделению.
• Обратный ток (IR):10 мкА (макс.) при VR=5В. Это параметр измерения тока утечки; устройство не предназначено для работы при обратном смещении.

3. Объяснение системы бининга

Для обеспечения постоянства цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых параметров. 23-21B использует трехмерную систему бининга.

3.1 Биннинг силы света (CAT)

Определяет минимальную и максимальную силу света для каждого кода бина при IF=20мА.

• P1:45,0 - 57,0 мкд
• P2:57,0 - 72,0 мкд
• Q1:72,0 - 90,0 мкд
• Q2:90,0 - 112,0 мкд

3.2 Биннинг доминирующей длины волны (HUE)

Определяет цветовой (длиноволновой) диапазон для каждого кода бина.

• D8:600,5 - 603,5 нм
• D9:603,5 - 606,5 нм
• D10:606,5 - 609,5 нм
• D11:609,5 - 612,5 нм

3.3 Биннинг прямого напряжения (REF)

Группирует светодиоды по падению прямого напряжения при IF=20мА, что важно для расчета токоограничивающего резистора и проектирования источника питания.

• 0:1,75 - 1,95 В
• 1:1,95 - 2,15 В
• 2:2,15 - 2,35 В

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях.

4.1 Относительная сила света в зависимости от прямого тока

Эта кривая показывает, что сила света увеличивается с ростом прямого тока, но зависимость не является идеально линейной, особенно при более высоких токах. Она подчеркивает важность работы светодиода при указанном испытательном токе (20мА) для достижения номинальной силы света.

4.2 Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды

Этот график демонстрирует эффект теплового тушения, характерный для светодиодов: при повышении температуры перехода (из-за увеличения температуры окружающей среды или саморазогрева) световой выход уменьшается. Выход нормирован на 100% при 25°C. Конструкторы должны учитывать это снижение в применениях с высокой температурой окружающей среды.

3.3 Кривая снижения прямого тока

Это важный инструмент проектирования. Она показывает максимально допустимый постоянный прямой ток как функцию температуры окружающей среды. При увеличении температуры окружающей среды максимальный безопасный ток должен быть уменьшен, чтобы предотвратить превышение максимальной температуры перехода устройства и номинальной рассеиваемой мощности. Например, при 85°C максимальный постоянный ток значительно ниже номинального значения 25мА при 25°C.

4.4 Прямое напряжение в зависимости от прямого тока

Эта ВАХ (вольт-амперная характеристика) показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. Прямое напряжение увеличивается с током. Наклон кривой в рабочей области помогает определить динамическое сопротивление светодиода.

4.5 Диаграмма направленности

Полярная диаграмма, иллюстрирующая пространственное распределение интенсивности света. 23-21B показывает типичную ламбертовую или близкую к ламбертовой диаграмму, с уменьшением интенсивности по мере удаления угла обзора от центральной оси (0°).

4.6 Спектральное распределение

График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, центрированный вокруг пиковой длины волны ~611 нм. Он подтверждает монохроматическую природу чипа AlGaInP с определенной спектральной шириной полосы.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод имеет компактный SMD корпус. Ключевые размеры (в мм, допуск ±0,1 мм, если не указано иное) включают:

- Общая длина: 2,0 мм

- Общая ширина: 1,25 мм

- Общая высота: 0,8 мм

- Идентификатор катода: Скошенный угол или маркировка на корпусе обозначает катодный (отрицательный) вывод. Правильная ориентация полярности при установке имеет важное значение.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка на печатной плате

Предоставлена рекомендуемая разводка контактных площадок для обеспечения надежной пайки и правильного механического выравнивания. Конструкция площадки учитывает выводы компонента и позволяет формировать соответствующий паяльный мениск. Следование этой рекомендации помогает предотвратить эффект "гробового камня" и обеспечивает хорошее термическое и электрическое соединение.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль пайки оплавлением (бессвинцовая)

Рекомендуется следующий температурный профиль для бессвинцовой пайки:

- 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 не более 10 секунд.

- Скорость нагрева: максимум 6°C/сек до 255°C, затем максимум 3°C/сек до пика.

- Скорость охлаждения: Контролируемая для минимизации термических напряжений.

Важно:Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз на одном и том же устройстве.

6.2 Ручная пайка

Если необходим ручной ремонт, необходимо соблюдать крайнюю осторожность:

- Температура жала паяльника: < 350°C.

- Время контакта на каждый вывод: < 3 секунды.

- Мощность паяльника: < 25 Вт.

- Между пайкой каждого вывода следует выдерживать интервал не менее 2 секунд.

- Для демонтажа рекомендуется использовать двусторонний паяльник, чтобы равномерно нагревать оба вывода одновременно и избегать механических напряжений.

6.3 Хранение и чувствительность к влаге

Светодиоды упакованы в влагозащитный барьерный пакет с осушителем для предотвращения поглощения атмосферной влаги, что может вызвать \"вспучивание\" (растрескивание корпуса) во время пайки оплавлением.

- Не вскрывайте пакет до готовности к использованию.

- После вскрытия неиспользованные детали следует хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤60%.

- \"Срок хранения после вскрытия\" составляет 168 часов (7 дней).

- Если срок хранения после вскрытия превышен или индикатор осушителя показывает насыщение, перед пайкой оплавлением требуется прогрев при 60 ±5°C в течение 24 часов.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации катушки и ленты

Устройство поставляется в тисненой транспортной ленте:

- Ширина ленты: 8 мм.

- Диаметр катушки: 7 дюймов (178 мм).

- Количество на катушке: 2000 штук.

- Размеры катушки (ступица, фланец) предоставлены для совместимости с автоматическими питателями.

7.2 Расшифровка этикетки

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

- CPN: Номер продукта заказчика (опционально).

- P/N: Номер детали производителя (23-21B/S2C-AP1Q2B/2A).

- QTY: Количество в упаковке.

- CAT: Код бина силы света (например, Q2).

- HUE: Код бина доминирующей длины волны (например, D10).

- REF: Код бина прямого напряжения (например, 1).

- LOT No.: Номер производственной партии для прослеживаемости.

8. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

8.1 Типичные области применения

• Подсветка:Индикаторы на приборной панели, подсветка переключателей, клавиатур.
• Телекоммуникации:Индикаторы состояния и подсветка в телефонах, факсимильных аппаратах и сетевом оборудовании.
• Потребительская электроника:Символьная и статусная индикация в различных портативных и стационарных устройствах.
• Общее назначение индикации:Любое применение, требующее яркого, надежного оранжевого индикатора.

8.2 Критически важные соображения при проектировании

1. Ограничение тока:Внешний токоограничивающий резисторабсолютно обязателен. Экспоненциальная ВАХ светодиода означает, что небольшое увеличение напряжения может вызвать большое, разрушительное увеличение тока. Значение резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (Vпитания - VF) / IF, где VF должно быть максимальным значением из бина (например, 2,35В), чтобы обеспечить безопасную работу при любых условиях.
2. Тепловой менеджмент:Учитывайте кривые снижения параметров. В условиях высокой температуры окружающей среды или при работе, близкой к максимальному току, обеспечьте достаточную площадь медной фольги на печатной плате или другие средства для рассеивания тепла и поддержания температуры перехода в безопасных пределах.
3. Защита от ЭСР:Хотя номинальное значение по модели HBM составляет 2000В, в средах, подверженных ЭСР (например, индикаторы, доступные пользователю), хорошей практикой является включение диодов подавления переходных напряжений (TVS) или резисторов на чувствительных линиях.
4. Оптическое проектирование:Широкий угол обзора 130° обеспечивает хорошую видимость вне оси. Для применений, требующих более сфокусированного луча, потребуется вторичная оптика (линзы).

9. Техническое сравнение и дифференциация

23-21B, основанный на технологии AlGaInP, предлагает явные преимущества для оранжево-красных применений по сравнению с другими технологиями, такими как светодиоды белого света с люминофорным преобразованием или более старые устройства на основе GaAsP.

• По сравнению со светодиодами с люминофорным преобразованием:AlGaInP обеспечивает более высокую световую отдачу и более насыщенную чистоту цвета в оранжево-красном спектре без потерь эффективности, связанных с преобразованием люминофора.
• По сравнению со старыми светодиодами GaAsP:Технология AlGaInP предлагает значительно более высокую яркость и лучшую температурную стабильность.
• По сравнению с более крупными светодиодами с выводами:Корпус SMD позволяет автоматизировать сборку, уменьшает занимаемую площадь на плате и повышает надежность за счет исключения изогнутых выводов и ошибок ручной установки.
• Ключевое отличие:Сочетание специфического ярко-оранжевого цвета от прямого излучающего полупроводника, компактного корпуса SMD и соответствия современным экологическим нормам (RoHS, без галогенов) делает его подходящим для современных электронных конструкций.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Какое значение резистора следует использовать с источником питания 5В?

О1: Используя наихудший случай максимального VF 2,35В и желаемый IF 20мА: R = (5В - 2,35В) / 0,020А = 132,5 Ом. Ближайшее стандартное большее значение (например, 150 Ом) будет безопасным выбором, что даст IF ≈ 17,7мА.

В2: Могу ли я питать этот светодиод током 30мА для большей яркости?

О2: Предельно допустимый параметр для постоянного прямого тока составляет 25мА. Работа при 30мА превышает этот параметр, что может снизить надежность и срок службы, вызвать чрезмерный нагрев и потенциально привести к немедленному отказу. Всегда работайте в пределах указанных ограничений.

В3: Бин силы света — Q2 (90-112 мкд). Какой выходной сигнал я могу ожидать в своей конструкции?

О3: Вы можете консервативно проектировать на минимальное значение 90 мкд. Фактическое полученное устройство будет находиться в диапазоне от 90 до 112 мкд. Допуск ±11% применяется к границам бина, поэтому конкретное устройство с маркировкой Q2 теоретически может иметь значение от ~80 мкд до ~124 мкд, хотя оно будет находиться в диапазоне Q2.

В4: Как интерпретировать график профиля пайки?

О4: График показывает температуру (ось Y) в зависимости от времени (ось X). Ваша печь для пайки оплавлением должна быть запрограммирована так, чтобы температура, измеренная на выводах светодиода, следовала этой траектории: постепенный предварительный нагрев, контролируемый подъем, определенное время выше температуры плавления припоя (217°C), контролируемая пиковая температура (≤260°C) и контролируемое охлаждение. Значительные отклонения, особенно превышение пределов времени при температуре, могут повредить светодиод.

11. Практический пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование панели индикаторов состояния с несколькими оранжевыми светодиодами.

1. Выбор бининга:Для однородного внешнего вида укажите узкие бины как для доминирующей длины волны (HUE, например, только D10), так и для силы света (CAT, например, только Q1). Это гарантирует, что все индикаторы будут иметь почти одинаковый цвет и яркость.
2. Проектирование схемы:Использование источника питания микроконтроллера 3,3В. Предполагая бин VF \"1\" (макс. 2,15В) и целевой ток 15мА для более низкого энергопотребления: R = (3,3В - 2,15В) / 0,015А = 76,7 Ом. Используйте резистор 75 Ом. Мощность на резисторе: (1,15В^2)/75Ω ≈ 18мВт. Используйте резистор мощностью 1/10 Вт или больше.
3. Разводка печатной платы:Разместите светодиод в соответствии с рекомендуемой контактной площадкой. Включите небольшую медную площадку, соединенную с катодной контактной площадкой, чтобы способствовать рассеиванию тепла, особенно если несколько светодиодов расположены близко друг к другу.
4. Сборка:Храните катушки в запечатанных пакетах до загрузки в автомат установки компонентов. Точно следуйте профилю пайки оплавлением. После сборки избегайте изгиба печатной платы вблизи светодиодов.

12. Введение в принцип работы

Светодиод 23-21B работает по принципу электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Активная область состоит из слоев AlGaInP (фосфида алюминия-галлия-индия), выращенных эпитаксиально на подложке. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. Здесь они рекомбинируют с излучением, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlGaInP определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую диктует длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае ярко-оранжевый (~611 нм). Прозрачная эпоксидная смола герметизирует чип, обеспечивает механическую защиту и действует как первичная линза, формирующая диаграмму направленности светового потока.

13. Технологические тренды и контекст

SMD светодиоды, такие как 23-21B, представляют собой основную технологию корпусов для индикаторных применений и применений маломощного освещения, в значительной степени заменив светодиоды в сквозных отверстиях. Тренд в этом секторе продолжается в направлении:

- Миниатюризация:Еще меньшие размеры корпусов (например, 0402, 0201 метрические) для плат сверхвысокой плотности.

- Повышение эффективности:Постоянные улучшения в эпитаксиальном росте и конструкции чипов дают более высокую световую отдачу (больше светового потока на ватт электроэнергии).

- Повышенная надежность:Улучшенные материалы и процессы корпусирования приводят к увеличению срока службы и лучшей производительности в суровых условиях окружающей среды (температура, влажность).

- Интеграция:Развитие многокристальных корпусов (RGB, многоцветные) и светодиодов со встроенными контроллерами (ИС) для применений интеллектуального освещения.

- Расширение спектра:Разработка полупроводниковых материалов для эффективного получения цветов во всем видимом спектре и в ультрафиолетовом (УФ) и инфракрасном (ИК) диапазонах. В то время как AlGaInP доминирует в красно-оранжево-янтарно-желтом диапазоне, другие материалы, такие как InGaN, используются для синих, зеленых и белых светодиодов.

23-21B вписывается в этот ландшафт как надежный, стандартизированный компонент, предлагающий баланс производительности, размера и стоимости для своего целевого цвета и диапазона применений.