Техническая документация на SMD светодиод серии 19-237B - Корпус 2.0x1.6x0.9мм - Напряжение 1.7-3.3В - Многоцветный

1. Обзор продукта

Серия 19-237B представляет собой компактный многоцветный поверхностно-монтируемый (SMD) светодиод, разработанный для современных электронных приложений, требующих миниатюризации и высокой надежности. Этот компонент представляет собой значительный прогресс по сравнению с традиционными светодиодами в корпусах с выводами, позволяя существенно сократить занимаемую площадь на печатной плате (ПП), увеличить плотность монтажа компонентов и, в конечном итоге, способствовать созданию более компактного и легкого конечного оборудования. Его легкая конструкция делает его особенно подходящим для применений, где пространство и вес являются критическими ограничениями.

1.1 Ключевые преимущества и позиционирование продукта

Основные преимущества SMD светодиода 19-237B проистекают из его миниатюрных размеров и технологии поверхностного монтажа. Компоненты поставляются на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что обеспечивает полную совместимость с автоматическим оборудованием для установки компонентов, стандартным для массового производства. Эта совместимость упрощает производственный процесс, сокращает время сборки и сводит к минимуму возможность человеческой ошибки. Кроме того, устройство сертифицировано для использования как в процессах пайки оплавлением в инфракрасной (ИК) печи, так и в паровой фазе, что обеспечивает гибкость в настройке производственной линии. Ключевой особенностью является возможность многоцветного свечения в рамках одного корпуса, обеспечиваемая различными материалами полупроводниковых кристаллов. Продукт также производится без содержания свинца и разработан в соответствии с директивой RoHS (об ограничении использования опасных веществ), что отвечает глобальным экологическим и нормативным требованиям.

1.2 Целевой рынок и области применения

Светодиод 19-237B ориентирован на широкий спектр потребительской, промышленной и коммуникационной электроники. Его основные области применения включают подсветку приборных панелей и мембранных переключателей, обеспечивая равномерное освещение. В телекоммуникационном оборудовании он служит в качестве индикаторов состояния и подсветки клавиатуры в таких устройствах, как телефоны и факсимильные аппараты. Он также хорошо подходит в качестве плоского источника подсветки для жидкокристаллических дисплеев (ЖКД), панелей переключателей и символических значков. Наконец, его универсальная конструкция делает его многофункциональным выбором для различных задач индикации и слабого освещения в различных отраслях промышленности.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлен подробный объективный анализ электрических, оптических и тепловых параметров, указанных в техническом описании, которые имеют решающее значение для надежного проектирования схем и интеграции систем.

2.1 Предельные параметры

Предельные параметры определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Это не рабочие условия. Для серии 19-237B все параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Максимальное обратное напряжение (V_R) для всех цветов составляет 5В. Максимальный постоянный прямой ток (I_F) равен 25 мА. Пиковый прямой ток (I_FP), применимый при скважности 1/10 и частоте 1 кГц, варьируется: 60 мА для кристалла R6 (красный) и 100 мА для кристаллов GH (зеленый) и BH (синий). Максимальная рассеиваемая мощность (P_d) составляет 60 мВт для R6 и 95 мВт для GH/BH. Допустимое напряжение электростатического разряда (ESD) по модели человеческого тела (HBM) составляет 2000В для R6 и 1500В для GH/BH, что указывает на несколько более надежную защиту от ESD у красного кристалла. Диапазон рабочих температур (T_opr) составляет от -40°C до +85°C, а диапазон температур хранения (T_stg) — от -40°C до +90°C. Профиль температуры пайки критически важен: для пайки оплавлением устройство может выдерживать 260°C в течение 10 секунд; для ручной пайки предел составляет 350°C в течение 3 секунд.

2.2 Электрооптические характеристики

Электрооптические характеристики измеряются при Ta=25°C и стандартном испытательном токе (I_F) 5мА, предоставляя ключевые показатели производительности для проектирования.

• Сила света (I_v):Это воспринимаемая световая мощность на единицу телесного угла. Типичные диапазоны: R6: 18.0-57.0 мкд; GH: 28.5-112 мкд; BH: 11.5-28.5 мкд. Зеленая версия обычно обеспечивает наибольшую светоотдачу.
• Угол обзора (2θ_1/2):Полный угол, при котором сила света составляет половину максимальной. Обычно он равен 120 градусам, что указывает на широкий, рассеянный характер излучения, подходящий для освещения областей и индикаторов.
• Пиковая длина волны (λ_p):Длина волны, на которой спектральное излучение максимально. Типичные значения: R6: 632 нм; GH: 518 нм; BH: 468 нм.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая соответствует цвету светодиода. Диапазоны: R6: 613-627 нм; GH: 520-535 нм; BH: 465-475 нм. Допуск составляет ±1нм.
• Ширина спектра излучения (Δλ):Спектральная ширина на половине максимальной интенсивности. Типично: R6: 20 нм; GH: 35 нм; BH: 25 нм. Более широкая полоса пропускания, как у зеленого, может влиять на чистоту цвета.
• Прямое напряжение (V_F):Падение напряжения на светодиоде при испытательном токе. Диапазоны: R6: 1.7-2.2 В; GH: 2.6-3.3 В; BH: 2.6-3.3 В. Допуск ±0.10В. Этот параметр имеет решающее значение для расчета токоограничивающего резистора.
• Обратный ток (I_R):Ток утечки при подаче обратного смещения 5В. Макс.: R6: 10 мкА; GH/BH: 50 мкА.

3. Объяснение системы бининга

В техническом описании определена система бининга для классификации светодиодов на основе ключевых оптических параметров, обеспечивая стабильность при массовом производстве. Конструкторы должны указывать бины, чтобы гарантировать однородность цвета и яркости в своем применении.

3.1 Бининг по силе света

Светодиоды сортируются по бинам на основе измеренной силы света при I_F=5мА.

• R6 (Красный):Бины M (18.0-28.5 мкд), N (28.5-45.0 мкд), P (45.0-57.0 мкд).
• GH (Зеленый):Бины N (28.5-45.0 мкд), P (45.0-72.0 мкд), Q (72.0-112 мкд).
• BH (Синий):Бины L (11.5-18.0 мкд), M (18.0-28.5 мкд).

Допуск по силе света внутри бина составляет ±11%.

3.2 Бининг по доминирующей длине волны (для GH Зеленый)

Для зеленого светодиода GH предоставляется дополнительный бининг по доминирующей длине волны: Бин 1 (520-525 нм), Бин 2 (525-530 нм), Бин 3 (530-535 нм). Допуск ±1нм. Это позволяет точно выбирать цвет, что критически важно в таких приложениях, как индикаторы состояния, где значение цвета стандартизировано.

4. Анализ характеристических кривых

Техническое описание включает типичные характеристические кривые для каждого цвета светодиода (R6, GH, BH), которые неоценимы для понимания поведения устройства в нестандартных условиях.

4.1 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Кривые показывают экспоненциальную зависимость между прямым током и прямым напряжением. Для всех цветов напряжение увеличивается с ростом тока. Красный светодиод (R6) имеет значительно более низкое прямое напряжение при заданном токе по сравнению с зеленым и синим светодиодами, что характерно для различных полупроводниковых материалов (AlGaInP против InGaN). Эта разница должна учитываться при проектировании схемы драйвера, особенно в многоцветных массивах.

4.2 Сила света в зависимости от прямого тока

Эти графики демонстрируют, что сила света примерно линейно возрастает с увеличением прямого тока в типичном рабочем диапазоне (до ~20мА). Однако эффективность (люмен на ватт) может достигать пика при определенном токе, а затем снижаться из-за нагрева и других эффектов. Конструкторам не следует предполагать, что яркость масштабируется линейно бесконечно.

4.3 Сила света в зависимости от температуры окружающей среды

Это критически важная кривая для управления тепловым режимом. Сила света для всех цветов уменьшается с повышением температуры окружающей среды. Снижение номинальных характеристик значительное, особенно для зеленых и синих светодиодов на основе InGaN, которые, как правило, более чувствительны к температуре, чем красные светодиоды на основе AlGaInP. Это требует использования теплоотвода или снижения номинального тока в условиях высоких температур для поддержания яркости и долговечности.

4.4 Кривая снижения номинального прямого тока

Эта кривая определяет максимально допустимый постоянный прямой ток как функцию температуры окружающей среды. С повышением температуры максимально допустимый ток должен быть уменьшен, чтобы предотвратить превышение предела рассеиваемой мощности устройства и возникновение теплового разгона. Соблюдение этой кривой крайне важно для надежности.

4.5 Спектральное распределение

Спектральные графики показывают относительную интенсивность излучаемого света в зависимости от длины волны. Красный светодиод (R6) имеет более узкий, более определенный пик около 632 нм. Зеленый (GH) имеет более широкий пик около 518 нм, а синий (BH) — пик около 468 нм. Форма и ширина этих спектров влияют на цветопередачу и чистоту света.

4.6 Диаграмма направленности излучения

Полярные диаграммы направленности иллюстрируют пространственное распределение света. Представленные диаграммы для каждого цвета показывают типичную ламбертовскую или близкую к ней диаграмму, соответствующую углу обзора 120 градусов. Интенсивность максимальна при 0 градусов (перпендикулярно лицевой стороне светодиода) и уменьшается к краям.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод 19-237B имеет компактный прямоугольный корпус. Ключевые размеры (в мм): Длина: 2.0 ±0.2, Ширина: 1.6 ±0.2, Высота: 0.9 ±0.1. Катод идентифицируется маркировкой на корпусе. Предоставлен подробный чертеж с размерами, включая расстояние между выводами и геометрию контактных площадок.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка и идентификация полярности

Для справки включен рекомендуемый посадочный рисунок (footprint) для проектирования ПП с размерами контактных площадок 1.4мм x 0.8мм. В техническом описании явно указано, что это рекомендация, и конструкторы должны изменять ее в зависимости от конкретного процесса сборки и требований к надежности. На верхней части корпуса показана четкая идентификация полярности (метка анода) для предотвращения неправильной установки.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение и пайка имеют решающее значение для SMD-компонентов. Светодиод 19-237B рассчитан на стандартные профили пайки оплавлением с пиковой температурой 260°C в течение максимум 10 секунд. Для ручного ремонта допускается ручная пайка жалом паяльника при 350°C до 3 секунд. Критически важно следовать этим рекомендациям, чтобы предотвратить повреждение кристалла светодиода или пластикового корпуса от чрезмерного нагрева. Устройство должно храниться в оригинальной влагозащитной упаковке до использования. Если оно подвергалось воздействию влажности окружающей среды сверх спецификаций, перед оплавлением может потребоваться процесс прокалки (baking) для предотвращения \"эффекта попкорна\" (растрескивания корпуса из-за давления пара во время пайки).

7. Упаковка и информация для заказа

Светодиоды поставляются во влагозащитной упаковке на тисненой несущей ленте. Указаны размеры ленты. Катушка имеет стандартный диаметр 7 дюймов. Этикетка на катушке содержит ключевую информацию для прослеживаемости и проверки: Номер детали заказчика (CPN), Номер детали производителя (P/N), Количество в упаковке (QTY), Ранг силы света (CAT), Ранг цветности/доминирующей длины волны (HUE), Ранг прямого напряжения (REF) и Номер партии (LOT No). Эта система маркировки обеспечивает правильное обращение с материалами и контроль запасов.

8. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

При проектировании со светодиодом 19-237B необходимо учитывать несколько факторов. Во-первых, всегда используйте токоограничивающий резистор, включенный последовательно со светодиодом. Рассчитайте номинал резистора на основе напряжения питания (V_supply), прямого напряжения светодиода (V_F — используйте максимальное значение для надежности) и желаемого прямого тока (I_F). Формула: R = (V_supply - V_F) / I_F. Учитывайте мощность резистора. Во-вторых, учитывайте тепловые эффекты. Если приложение работает при высоких температурах окружающей среды, снижайте номинальный прямой ток в соответствии с предоставленной кривой для поддержания долговечности и стабильной светоотдачи. В-третьих, для многоцветных применений или массивов указывайте узкие коды бинов (CAT, HUE), чтобы обеспечить визуальную однородность всех светодиодов. В-четвертых, убедитесь, что конструкция контактных площадок на ПП обеспечивает достаточный монтажный припой и механическую прочность. Наконец, учитывайте угол обзора (120°) при проектировании световодов или линз для приложения.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с более крупными светодиодами в корпусах для монтажа в отверстия, основным преимуществом 19-237B является его миниатюрный SMD-корпус, обеспечивающий автоматизированную сборку и миниатюризацию продукции. В рамках ландшафта SMD светодиодов его ключевыми отличительными особенностями являются конкретный размер корпуса 2.0x1.6мм, широкий угол обзора 120 градусов и доступность трех различных основных цветов (красный, зеленый, синий) в рамках одного контура корпуса. Различные номиналы мощности (60мВт для красного, 95мВт для зеленого/синего) и различные рейтинги ESD также отличают его от стандартных предложений. Его совместимость со стандартным оплавлением ИК/паровой фазой и четкая структура бининга делают его подходящим как для прототипирования, так и для массового производства, ориентированного на качество.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: В чем разница между пиковой длиной волны и доминирующей длиной волны?

О: Пиковая длина волны (λ_p) — это физическая длина волны, на которой светодиод излучает наибольшую оптическую мощность. Доминирующая длина волны (λ_d) — это воспринимаемая единственная длина волны, соответствующая цвету, который видит человеческий глаз. Они часто близки, но не идентичны, особенно для светодиодов с широким спектром.

В: Почему прямое напряжение красного светодиода отличается от зеленого и синего?

О: Прямое напряжение определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. Красные светодиоды обычно используют AlGaInP, который имеет меньшую ширину запрещенной зоны (~1.8-2.0 эВ), чем InGaN, используемый для зеленых и синих светодиодов (~2.4-3.4 эВ). Для более широкой запрещенной зоны требуется более высокое напряжение, чтобы \"протолкнуть\" электроны через нее.

В: Как интерпретировать коды бинов (CAT, HUE, REF) на этикетке катушки?

О: Эти коды соответствуют бинам производительности, определенным в техническом описании. \"CAT\" — это бин силы света (например, N, P, Q для зеленого). \"HUE\" — это бин доминирующей длины волны/цветности (например, 1, 2, 3 для зеленого). \"REF\" — это бин прямого напряжения. Указание этих параметров гарантирует получение светодиодов с тесно сгруппированными характеристиками.

В: Могу ли я питать этот светодиод током 20мА непрерывно?

О: Предельный параметр для постоянного прямого тока (I_F) составляет 25 мА. Следовательно, 20мА находится в пределах спецификации. Однако вы должны убедиться, что результирующая рассеиваемая мощность (P_d = V_F * I_F) не превышает номинальные 60 мВт (R6) или 95 мВт (GH/BH), особенно при высоких температурах окружающей среды, обратившись к кривой снижения номинальных характеристик.

11. Практический пример проектирования

Сценарий: Проектирование многоцветного индикатора состояния для потребительского устройства.Устройству требуется один трехцветный индикатор (Красный/Зеленый/Синий) для отображения состояния питания, ожидания и неисправности. Используя серию 19-237B, конструктор разместит три светодиода (R6, GH, BH) в непосредственной близости на ПП. Чтобы обеспечить постоянство цвета, они укажут узкие бины: например, CAT=P для всех, чтобы получить одинаковую высокую яркость, и HUE=2 для зеленого светодиода, чтобы получить определенный оттенок. Они спроектируют три отдельные схемы драйверов, каждая с токоограничивающим резистором, рассчитанным для конкретного V_F каждого цвета (например, 1.8В для красного, 3.0В для зеленого/синего от источника питания 5В при 10мА). Они также обеспечат, чтобы разводка ПП обеспечивала адекватный теплоотвод и соответствовала рекомендуемым размерам контактных площадок для обеспечения надежной пайки во время автоматизированной сборки.

12. Введение в принцип работы

Светоизлучающие диоды (LED) — это полупроводниковые устройства, излучающие свет посредством электролюминесценции. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны из n-типа материала рекомбинируют с дырками из p-типа материала в активной области. Эта рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (частиц света). Цвет (длина волны) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого в активной области. В 19-237B используется AlGaInP для красного свечения и InGaN для зеленого и синего свечения. Пластиковый корпус служит для защиты хрупкого полупроводникового кристалла, формирования светового потока (линза) и обеспечения электрических контактов для поверхностного монтажа.

13. Технологические тренды

Рынок SMD светодиодов продолжает развиваться в сторону повышения эффективности (больше люмен на ватт), увеличения плотности мощности и еще более малых размеров корпусов. Существует сильная тенденция к улучшению цветопередачи и постоянства характеристик (более узкий бининг). Кроме того, интеграция управляющей электроники, такой как драйверы постоянного тока или контроллеры широтно-импульсной модуляции (ШИМ), непосредственно в корпус светодиода (\"умные светодиоды\") становится все более распространенной. Экологические нормы продолжают стимулировать отказ от опасных веществ и улучшение перерабатываемости. Принципы, воплощенные в 19-237B — миниатюризация, совместимость с автоматизацией и многоцветность — остаются центральными в этих продолжающихся разработках в области твердотельного освещения и индикаторных технологий.