Техническая спецификация SMD светодиода 15-21/GHC-YR2U1/3T - 2.0x1.25x0.8мм - 3.3В - 95мВт - Ярко-зеленый

1. Обзор продукта

15-21/GHC-YR2U1/3T — это светоизлучающий диод (LED) для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для современных компактных электронных устройств. Этот компонент представляет собой значительный прогресс по сравнению с традиционными светодиодами в корпусах с выводами, предлагая существенные преимущества с точки зрения использования площади платы и миниатюризации системы в целом.

Ключевое преимущество данного светодиода — его миниатюрные размеры. Значительно меньший размер по сравнению с компонентами для сквозного монтажа позволяет разработчикам достигать более высокой плотности компоновки на печатных платах (PCB). Это напрямую ведет к уменьшению размеров платы, снижению требований к хранению компонентов и, в конечном счете, к созданию более компактного и легкого оборудования для конечного пользователя. Присущая корпусу SMD легкость делает его идеальным выбором для применений, где вес и пространство являются критическими ограничениями.

Этот светодиод является монохромным, излучает ярко-зеленый свет и изготовлен из экологически чистых материалов, не содержит свинца (Pb-free) и соответствует стандартам RoHS, EU REACH, а также является бесгалогенным (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Поставляется в стандартной для отрасли 8-миллиметровой ленте на катушках диаметром 7 дюймов, что обеспечивает совместимость с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки компонентов. Устройство также рассчитано на стандартные процессы пайки оплавлением (инфракрасной и паровой фазой).

2. Подробный разбор технических параметров

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Понимание предельно допустимых режимов эксплуатации крайне важно для обеспечения долгосрочной надежности и предотвращения катастрофических отказов. Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства.

• Прямой ток (IF):25 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно подавать на светодиод в нормальных рабочих условиях.
• Пиковый прямой ток (IFP):50 мА. Данный параметр применим в импульсном режиме с коэффициентом заполнения 1/10 на частоте 1 кГц. Превышение номинального постоянного тока допустимо только в этих специфических импульсных условиях.
• Рассеиваемая мощность (Pd):95 мВт. Это максимальное количество мощности, которое устройство может рассеять в виде тепла при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Данный параметр снижается при более высоких температурах окружающей среды.
• Электростатический разряд (ESD):150 В (модель человеческого тела). Во время сборки и обращения с компонентом необходимо соблюдать соответствующие процедуры защиты от ESD для предотвращения повреждения статическим электричеством.
• Рабочая температура (Topr):от -40°C до +85°C. Гарантируется работа устройства в этом диапазоне температур окружающей среды.
• Температура хранения (Tstg):от -40°C до +90°C. Устройство может храниться в этом температурном диапазоне при отключенном питании.
• Температура пайки (Tsol):Устройство выдерживает пайку оплавлением с пиковой температурой 260°C в течение до 10 секунд. При ручной пайке температура жала паяльника не должна превышать 350°C, а время контакта должно быть ограничено 3 секундами на вывод.

2.2 Электрооптические характеристики

Электрооптические характеристики определяют световой выход и электрическое поведение светодиода в заданных условиях испытаний (Ta=25°C, IF=20мА, если не указано иное). Это ключевые параметры для проектирования и проверки производительности.

• Сила света (Iv):Диапазон от минимум 140.0 мкд до максимум 565.0 мкд, типичное значение зависит от конкретного бина. Допуск по силе света составляет ±11%.
• Угол обзора (2θ1/2):130 градусов (типичное значение). Такой широкий угол обзора указывает на ламбертову или близкую к ламбертовой диаграмму направленности, что подходит для применений, требующих освещения большой площади.
• Пиковая длина волны (λp):518 нм (типичное значение). Это длина волны, на которой спектральное распределение мощности достигает максимума.
• Доминирующая длина волны (λd):Диапазон от 520 нм до 535 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая соответствует цвету излучаемого света. Допуск составляет ±1 нм.
• Спектральная ширина (Δλ):35 нм (типичное значение). Это ширина излучаемого спектра, измеренная на половине максимальной интенсивности (полная ширина на половине максимума - FWHM).
• Прямое напряжение (VF):Диапазон от 2.7В (мин.) до 3.7В (макс.), типичное значение составляет 3.3В при 20мА. Этот параметр имеет решающее значение для проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток (IR):Максимум 50 мкА при приложенном обратном напряжении (VR) 5В. Критически важно отметить, что данное устройство не предназначено для работы в режиме обратного смещения; это условие испытания предназначено только для характеристики.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения постоянства цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых параметров. Для 15-21/GHC-YR2U1/3T используется двухмерная система бинов.

3.1 Биннинг по силе света

Сила света сортируется по шести различным бинам (R2, S1, S2, T1, T2, U1), каждый из которых определяет конкретный диапазон минимальной и максимальной интенсивности, измеряемой в милликанделах (мкд) при IF=20мА. Например, бин U1 представляет собой диапазон наивысшей интенсивности от 450.0 до 565.0 мкд, а бин R2 — самый низкий диапазон от 140.0 до 180.0 мкд. Код продукта "YR2U1" указывает конкретные бины для доминирующей длины волны (Y) и силы света (U1).

3.2 Биннинг по доминирующей длине волны

Доминирующая длина волны, определяющая воспринимаемый цвет, сортируется по трем бинам (X, Y, Z). Бин X охватывает 520.0-525.0 нм, бин Y — 525.0-530.0 нм, а бин Z — 530.0-535.0 нм. Это гарантирует, что светодиоды из одного и того же бина длины волны будут визуально одинаковыми по цвету.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях. Они необходимы для продвинутого теплового и оптического проектирования.

• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика):Эта кривая показывает экспоненциальную зависимость между током и напряжением. Она используется для определения рабочей точки и проектирования соответствующих токоограничивающих резисторов или драйверов.
• Относительная сила света в зависимости от прямого тока:Этот график демонстрирует, как световой выход увеличивается с увеличением тока накачки. Обычно он показывает сублинейную зависимость, где эффективность может снижаться при очень высоких токах.
• Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Эта критически важная кривая показывает снижение светового выхода по мере увеличения температуры перехода. Сила света обычно уменьшается с ростом температуры, что необходимо учитывать в конструкциях, работающих при высоких температурах окружающей среды.
• Кривая снижения прямого тока:Этот график определяет максимально допустимый постоянный прямой ток как функцию температуры окружающей среды. По мере роста температуры максимальный ток должен быть уменьшен, чтобы оставаться в пределах ограничений по рассеиваемой мощности устройства.
• Спектральное распределение:Этот график показывает относительную оптическую мощность в зависимости от длины волны, с центром вокруг пиковой длины волны 518 нм и типичной шириной 35 нм.
• Диаграмма направленности:Эта полярная диаграмма иллюстрирует пространственное распределение интенсивности света, подтверждая угол обзора 130 градусов.

5. Механическая информация и упаковка

5.1 Габариты корпуса

Светодиод имеет компактный корпус для поверхностного монтажа. Ключевые размеры включают длину корпуса примерно 2.0 мм, ширину 1.25 мм и высоту 0.8 мм. В спецификации приведен подробный чертеж с размерами, включая расположение контактных площадок, общие габариты и место маркировки катода. Допуски обычно составляют ±0.1 мм, если не указано иное. Катод четко обозначен для правильной ориентации на печатной плате.

5.2 Спецификации упаковки

Устройство поставляется в влагозащитной упаковке для предотвращения повреждения от влажности окружающей среды во время хранения. Компоненты загружены в несущую ленту с карманами, размер которых соответствует корпусу 15-21. Эта лента намотана на стандартную катушку диаметром 7 дюймов. Каждая катушка содержит 3000 штук. Упаковка включает осушитель и запечатана в алюминиевый влагозащитный пакет. На этикетке пакета указана критически важная информация, такая как номер продукта (P/N), количество (QTY), ранг силы света (CAT), ранг цветности/длины волны (HUE), ранг прямого напряжения (REF) и номер партии (LOT No).

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение и пайка жизненно важны для надежности. Ключевые меры предосторожности включают:

• Ограничение тока:Внешний токоограничивающий резистор обязателен. Экспоненциальная ВАХ светодиода означает, что небольшое изменение напряжения может вызвать большой скачок тока, приводящий к немедленному отказу.
• Чувствительность к влаге:Устройство упаковано в влагозащитный пакет. После вскрытия светодиоды должны быть использованы в течение 168 часов (7 дней), если они хранятся в условиях ≤30°C и ≤60% относительной влажности. Неиспользованные детали следует упаковать обратно с осушителем. Если время воздействия превышено или индикатор осушителя изменил цвет, перед пайкой оплавлением требуется прогрев при 60±5°C в течение 24 часов.
• Профиль пайки оплавлением:Указан профиль оплавления для бессвинцовой пайки (Pb-free). Ключевые параметры включают этап предварительного нагрева между 150-200°C в течение 60-120 секунд, время выше температуры ликвидуса (217°C) 60-150 секунд и пиковую температуру не выше 260°C максимум в течение 10 секунд. Максимальная скорость нагрева составляет 6°C/сек, а максимальная скорость охлаждения — 3°C/сек. Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз.
• Ручная пайка:Если необходим ручной ремонт, используйте паяльник с температурой жала ниже 350°C. Время контакта на вывод должно быть менее 3 секунд, а для демонтажа рекомендуется использовать паяльник с двумя жалами, чтобы избежать механических напряжений. Мощность паяльника должна быть 25 Вт или меньше.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Ярко-зеленый цвет и компактный размер делают этот светодиод подходящим для различных применений:

• Подсветка:Идеально подходит для подсветки символов, переключателей и индикаторов в автомобильных панелях приборов, потребительской электронике и промышленных панелях управления.
• Телекоммуникационное оборудование:Используется в качестве индикаторов состояния и подсветки клавиатуры в телефонах, факсимильных аппаратах и сетевом оборудовании.
• Плоская подсветка ЖК-дисплеев:Может использоваться в массивах для обеспечения краевой или прямой подсветки небольших монохромных или цветных ЖК-дисплеев.
• Общая индикация:Любое применение, требующее яркого, надежного и компактного индикатора состояния.

7.2 Соображения при проектировании

• Тепловой менеджмент:Хотя рассеиваемая мощность мала, поддержание низкой температуры перехода является ключом к максимальному световому выходу и долговечности. Обеспечьте достаточную площадь меди на печатной плате или тепловые переходные отверстия, если работа ведется при высоких температурах окружающей среды или высоких токах накачки.
• Схема управления током:Всегда используйте источник постоянного тока или источник напряжения с последовательным токоограничивающим резистором. Рассчитайте номинал резистора на основе напряжения питания (Vs), прямого напряжения светодиода (VF, для безопасности используйте максимальное значение) и желаемого прямого тока (IF): R = (Vs - VF) / IF.
• Оптическое проектирование:Широкий угол обзора 130 градусов обеспечивает широкое освещение. Для фокусировки света могут потребоваться внешние линзы или световоды.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Основное отличие SMD светодиода 15-21 заключается в сочетании очень малого форм-фактора (2.0x1.25мм) с относительно высокой силой света (до 565 мкд для бина U1). По сравнению с более крупными SMD светодиодами (например, 3528, 5050) он позволяет значительно экономить место на плате. По сравнению с еще более мелкими корпусами типа chip-scale, он предлагает более простое обращение и пайку благодаря определенному корпусу с припаиваемыми выводами. Использование технологии InGaN для ярко-зеленого цвета обеспечивает более высокую эффективность и лучшую насыщенность цвета по сравнению со старыми технологиями. Соответствие строгим экологическим стандартам (RoHS, REACH, Halogen-Free) делает его пригодным для глобальных рынков с жесткими нормативными требованиями.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какой резистор использовать с питанием 5В?

О: Используя максимальное VF 3.7В и целевой IF 20мА: R = (5В - 3.7В) / 0.020А = 65 Ом. Используйте ближайшее стандартное значение выше, например 68 Ом, чтобы гарантировать, что ток не превысит 20мА.

В: Можно ли питать этот светодиод током 30мА для большей яркости?

О: Нет. Предельно допустимый режим для постоянного прямого тока (IF) составляет 25 мА. Превышение этого значения грозит немедленным или долгосрочным повреждением устройства. Для большей яркости выберите светодиод из бина с более высокой силой света (например, T2 или U1).

В: Пакет был открыт 10 дней. Можно ли еще использовать светодиоды?

О: Не напрямую для пайки оплавлением. Сначала необходимо выполнить прогрев при 60±5°C в течение 24 часов, чтобы удалить поглощенную влагу и предотвратить повреждение типа "попкорн" во время оплавления.

В: Как определить катод?

О: На корпусе имеется четкая маркировка катода, как показано на чертеже с размерами. На посадочном месте печатной платы контактная площадка катода обычно указывается на шелкографии.

10. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование многоиндикаторной панели состояния

Разработчик создает компактную панель управления с 12 индикаторами состояния. Пространство крайне ограничено. Выбрав светодиод 15-21, он может разместить индикаторы на сетке с шагом 0.1 дюйма (2.54мм). Он выбирает бин яркости U1 для высокой видимости. Он проектирует печатную плату с общей шиной питания 5В. Для каждого светодиода он устанавливает последовательно резистор 68 Ом типоразмера 0603. Он создает терморельефное соединение на площадке катода для облегчения пайки, но обеспечивает надежное соединение с заземляющим полигоном для отвода тепла. Во время сборки он соблюдает процедуры обращения с влагой и использует указанный профиль оплавления. В результате получается яркая, надежная и плотно упакованная индикаторная панель, отвечающая всем требованиям по размеру и производительности.

11. Введение в технический принцип

Данный светодиод основан на полупроводниковой технологии InGaN (нитрид индия-галлия). 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 в активном слое определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую задает длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае ярко-зеленый при ~518 нм. Прозрачная смола-заливка защищает полупроводниковый кристалл и действует как первичная линза, помогая формировать диаграмму направленности с углом 130 градусов. Корпус SMD обеспечивает механическую защиту, электрические соединения и тепловой путь от кристалла к печатной плате.

12. Технологические тренды и разработки

Тренд для SMD светодиодов, подобных 15-21, продолжается в направлении повышения эффективности (больше люмен на ватт), улучшения постоянства цвета за счет более узкого бининга и увеличения надежности. Также наблюдается стремление к еще более мелким корпусам (например, chip-scale), при сохранении или улучшении оптических характеристик. Широкое внедрение технологии InGaN позволило создать высокояркие зеленые и синие светодиоды, которые исторически было сложнее производить, чем красные. Будущие разработки могут включать интегрированные драйверы или схемы управления внутри корпуса, а также достижения в области материалов для дальнейшего повышения эффективности при высоких температурах и увеличения срока службы. Акцент на экологическом соответствии и устойчивых производственных процессах также является постоянной и растущей тенденцией во всей отрасли.