Техническая документация SMD LED 19-213/G6W-FN1P1B/3T - Яркий желто-зеленый - 2.0x1.25x1.1мм - Макс. 2.35В - 60мВт - Английский язык

1. Обзор продукта

19-213/G6W-FN1P1B/3T — это светодиод для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для высокоплотных электронных сборок. Его компактный форм-фактор позволяет создавать более компактные конструкции печатных плат (PCB), сокращает требования к хранению и в конечном итоге способствует миниатюризации конечного оборудования. Легкая конструкция делает его особенно подходящим для применений, где пространство и вес являются критическими ограничениями.

Этот светодиод является монохромным и излучает яркий желто-зеленый свет. Он изготовлен с использованием полупроводникового материала AlGaInP (фосфид алюминия-галлия-индия), известного своей высокой эффективностью в спектре длин волн от желтого до красного. Прибор заключен в корпус из водорассеивающей смолы, что способствует достижению широкого угла обзора.

The product is compliant with key environmental and safety standards, including being Pb-free (lead-free), RoHS compliant, EU REACH compliant, and Halogen Free, with bromine (Br) and chlorine (Cl) content strictly controlled below specified limits (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Детальный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Абсолютные максимальные параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Эти параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C и не должны превышаться ни при каких условиях эксплуатации.

• Обратное напряжение (VR): 5 V. Приложение напряжения выше этого значения в обратном направлении может вызвать пробой перехода.
• Непрерывный прямой ток (IF): 25 мА. Это максимальный постоянный ток, который может непрерывно проходить через светодиод.
• Пиковый прямой ток (IFP): 60 мА. Данный номинальный ток применим в импульсном режиме с коэффициентом заполнения 1/10 на частоте 1 кГц. Это позволяет использовать более высокие мгновенные токи в течение коротких промежутков времени, например, в схемах мультиплексирования.
• Рассеиваемая мощность (Pd): 60 мВт. Это максимальное количество мощности, которое устройство может рассеивать в виде тепла. Превышение этого предела может привести к перегреву и сокращению срока службы.
• Рабочая температура (Topr): -40°C до +85°C. Светодиод предназначен для работы в этом диапазоне температур окружающей среды.
• Температура хранения (Tstg): -40°C до +90°C. Устройство может храниться в этом диапазоне, когда не используется.
• Electrostatic Discharge (ESD) Human Body Model (HBM): 2000 В. Это указывает на чувствительность светодиода к статическому электричеству. При сборке и обращении необходимо соблюдать соответствующие процедуры защиты от электростатического разряда.
• Soldering Temperature (Tsol): Устройство выдерживает пайку оплавлением при температуре 260°C в течение максимум 10 секунд или ручную пайку при температуре 350°C в течение максимум 3 секунд на вывод.

2.2 Электрооптические характеристики

Электрооптические характеристики измеряются при Ta=25°C и IF=20 мА, что является типовым испытательным условием. Эти параметры определяют световой выход и электрическое поведение светодиода.

• Сила света (Iv): Диапазон от минимального значения 28.5 мкд до максимального 57.0 мкд. Фактическое значение определяется процессом бинирования (см. Раздел 3). Допуск составляет ±11% от силы света.
• Угол обзора (2θ1/2): Обычно 130 градусов. Это полный угол, при котором сила света составляет половину от силы света при 0 градусах (на оси). Широкий угол обзора достигается благодаря водорассеивающей смоле, что делает его подходящим для применений, требующих широкого освещения.
• Пиковая длина волны (λp): Обычно 575 нм. Это длина волны, на которой спектральное распределение мощности излучаемого света достигает максимума.
• Доминирующая длина волны (λd): Диапазон от 570,0 нм до 574,5 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая наилучшим образом соответствует цвету излучаемого света. Допуск составляет ±1 нм.
• Ширина полосы спектрального излучения (Δλ): Обычно 20 нм. Этот параметр указывает на спектральную ширину излучаемого света, измеренную на половине максимальной интенсивности (полная ширина на половине максимума - FWHM).
• Прямое напряжение (VF): Диапазон от 1,75 В до 2,35 В при IF=20мА. Конкретное значение определяется вольтажным бином (см. Раздел 3). Допуск составляет ±0,1В.
• Обратный ток (IR): Максимальный ток 10 мкА при обратном напряжении (VR) 5 В. Важно отметить, что данное устройство не предназначено для работы в обратном режиме; данное испытательное условие предназначено только для характеристики.

3. Объяснение системы Binning

Для обеспечения единообразия цвета и яркости светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых параметров. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям приложения к однородности.

3.1 Сортировка по силе света

Светодиоды сортируются на три группы (N1, N2, P1) на основе измеренной силы света при IF=20mA.

• Группа N1: 28,5 мкд (мин.) до 36,0 мкд (макс.)
• Bin N2: 36,0 мкд (мин.) до 45,0 мкд (макс.)
• Bin P1: 45.0 mcd (Min) to 57.0 mcd (Max)

Выбор более узкого бина (например, только P1) гарантирует, что все светодиоды в массиве будут иметь очень схожую яркость.

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны

Светодиоды сортируются на три бина (CC2, CC3, CC4) для контроля точного оттенка желто-зеленого света.

• Бин CC2: 570.0 нм (Мин.) до 571.5 нм (Макс.)
• Bin CC3: 571.5 нм (Мин.) до 573.0 нм (Макс.)
• Bin CC4: 573.0 nm (Min) to 574.5 nm (Max)

Эта сортировка критически важна для применений, где первостепенное значение имеет цветовая однородность, например, в многосветодиодных индикаторах или блоках подсветки.

3.3 Сортировка по Прямому Напряжению

Светодиоды группируются в три вольтажных бина (0, 1, 2) для управления проектированием источника питания и согласованием тока в последовательных/параллельных цепях.

• Бин 0: 1.75 В (мин.) до 1.95 В (макс.)
• Bin 1: 1.95 В (мин.) до 2.15 В (макс.)
• Bin 2: 2.15 V (Min) до 2.35 V (Max)

Использование светодиодов из одного вольтажного бина упрощает расчет токоограничивающего резистора и повышает равномерность управляющего тока.

4. Анализ Кривых Производительности

В техническом описании приведены несколько характеристических кривых, которые иллюстрируют поведение светодиода в различных условиях. Понимание этих кривых является ключом к надежному проектированию схем.

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

Вольт-амперная характеристика показывает экспоненциальную зависимость между током и напряжением. Для данного светодиода при типичном рабочем токе 20 мА прямое напряжение составляет от 1,75 В до 2,35 В в зависимости от бина. Кривая подчеркивает важность использования токоограничивающего устройства (резистора или драйвера постоянного тока) вместо источника постоянного напряжения, поскольку даже небольшое увеличение напряжения может вызвать значительный и потенциально опасный рост тока.

4.2 Относительная световая интенсивность в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая демонстрирует зависимость светового потока от температуры. Световая интенсивность, как правило, снижается по мере роста температуры окружающей среды. Например, при максимальной рабочей температуре +85°C световой поток может быть значительно ниже, чем при 25°C. Разработчики должны учитывать это снижение характеристик в устройствах, работающих при высоких температурах окружающей среды, чтобы обеспечить поддержание достаточной яркости.

4.3 Относительная световая интенсивность в зависимости от прямого тока

Данный график показывает, что световой поток увеличивается с ростом прямого тока, однако зависимость не является идеально линейной, особенно при более высоких токах. Работа при токах выше рекомендуемого постоянного тока (25 mA) может давать уменьшающуюся отдачу по яркости, одновременно значительно увеличивая тепловыделение и ускоряя деградацию светового потока.

4.4 Спектральное распределение

Кривая спектрального распределения подтверждает монохроматическую природу светодиода с единственным пиком около 575 нм (желто-зеленый) и типичной полушириной (FWHM) 20 нм. Узкая полоса пропускания характерна для светодиодов на основе AlGaInP.

4.5 Кривая снижения номинала прямого тока

Эта критически важная кривая определяет максимально допустимый прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды. С ростом температуры максимально допустимый ток должен быть уменьшен, чтобы оставаться в пределах рассеиваемой мощности и тепловых ограничений прибора. Для обеспечения надежной долгосрочной работы кривую снижения номинала необходимо строго соблюдать.

4.6 Диаграмма направленности

Для рассеивающего корпуса диаграмма направленности (или пространственное распределение) обычно является ламбертовой или близкой к ламбертовой, что подтверждает широкий угол обзора в 130 градусов. Такая характеристика идеально подходит для применений, требующих равномерного освещения большой площади, а не сфокусированного луча.

5. Механическая информация и информация об упаковке

5.1 Габариты упаковки

Светодиод имеет компактный корпус для поверхностного монтажа (SMD). 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: 1,1 мм
• Размеры и расстояние между выводами (контактами) предоставлены для проектирования посадочного места на печатной плате.

Катод обычно обозначается маркировкой на корпусе или особой геометрией контактной площадки (например, выемкой или зеленой меткой). Конструкторы должны обращаться к подробному чертежу размеров для правильного определения полярности и проектирования расположения паяльных площадок.

5.2 Влагозащитная упаковка и информация о катушке

Светодиоды поставляются во влагозащитной упаковке для предотвращения повреждений от влажности окружающей среды, что критически важно для соответствия MSL (Moisture Sensitivity Level).

• Упаковка: Устройства упакованы на несущей ленте шириной 8 мм и намотаны на катушку диаметром 7 дюймов.
• Количество: 3000 штук на катушке.
• Moisture Barrier Bag: Рулон запаян внутри алюминиевого влагозащитного пакета вместе с осушителем и индикаторной карточкой влажности.
• Информация на этикетке: Этикетка на рулоне содержит критически важную информацию, такую как номер детали (P/N), количество (QTY), а также конкретные коды сортировки для силы света (CAT), доминирующей длины волны (HUE) и прямого напряжения (REF).

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение и пайка имеют решающее значение для надежности.

6.1 Хранение и обращение

• Не вскрывайте влагозащитный пакет до момента готовности к использованию.
• После вскрытия неиспользованные светодиоды должны храниться при температуре ≤30°C и относительной влажности ≤60%.
• Срок службы после вскрытия упаковки составляет 168 часов (7 дней). В случае превышения этого срока или если индикатор влагопоглотителя показывает насыщение, светодиоды перед использованием необходимо прогреть при температуре 60 ±5°C в течение 24 часов.
• При обращении всегда соблюдайте меры предосторожности от электростатического разряда (ESD).

6.2 Профиль пайки оплавлением (бессвинцовая)

Рекомендуемый профиль оплавления имеет решающее значение для бессвинцовых припоев (SAC).

• Предварительный нагрев: 150-200°C в течение 60-120 секунд.
• Time Above Liquidus (TAL): 60-150 секунд при температуре выше 217°C.
• Peak Temperature: Максимум 260°C, выдерживается не более 10 секунд.
• Скорости изменения температуры: Максимальная скорость нагрева 6°C/сек до пика; максимальная скорость охлаждения 3°C/сек.
• Важно: Пайка оплавлением не должна выполняться более двух раз на одном и том же устройстве.

6.3 Ручная пайка

Если требуется ручной ремонт, необходимо соблюдать крайнюю осторожность:

• Используйте паяльник с температурой жала ≤350°C.
• Нагревайте каждый контакт не более 3 секунд.
• Используйте маломощный паяльник (≤25 Вт).
• Выдерживайте минимум 2 секунды между пайкой контактов, чтобы избежать теплового удара.
• Для демонтажа рекомендуется использовать паяльник с двойным жалом, чтобы одновременно прогревать оба вывода и избежать механического напряжения на светодиоде.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Подсветка: Идеально подходит для подсветки переключателей, символов и небольших индикаторов на приборной панели в автомобильной и потребительской электронике.
• Индикаторы состояния: Идеально подходят для индикации питания, подключения или состояния в телекоммуникационном оборудовании (телефоны, факсы), сетевом оборудовании и промышленных панелях управления.
• Общее освещение: Подходят для целей индикации общего назначения низкого уровня в самых разнообразных электронных устройствах.
• LCD Flat Backlighting: Может использоваться в массивах для обеспечения боковой подсветки небольших монохромных ЖК-дисплеев.

7.2 Особенности проектирования и меры предосторожности

• Ограничение тока является обязательным: Внешний токоограничивающий резистор или драйвер постоянного тока ВСЕГДА должен использоваться последовательно со светодиодом. Экспоненциальная ВАХ означает, что небольшое изменение напряжения вызывает значительное изменение тока, что может мгновенно вывести светодиод из строя.
• Тепловой режим: Несмотря на компактность корпуса, рассеиваемая мощность (до 60 мВт) приводит к нагреву. Обеспечьте достаточную площадь медной разводки на печатной плате или используйте термопереходы, особенно при работе в условиях высокой температуры окружающей среды или при токах, близких к максимальным.
• Оптическая конструкция: Широкий угол обзора в 130 градусов обеспечивает обширное излучение. Для получения более направленного света могут потребоваться внешние линзы или световоды.
• Сортировка для обеспечения однородности: Для применений с несколькими светодиодами (массивы, подсветка) указывайте узкие бины для доминирующей длины волны (HUE) и силы света (CAT), чтобы добиться равномерного цвета и яркости.
• Избегайте механических напряжений: Не изгибайте и не прикладывайте усилие к печатной плате вблизи припаянного светодиода, так как это может привести к растрескиванию полупроводникового кристалла или проводных соединений внутри корпуса.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Светодиод 19-213 предлагает несколько ключевых преимуществ в своей категории:

• Преимущество в размере: Его габариты 2.0 x 1.25 мм значительно меньше, чем у традиционных выводных светодиодов (например, круглых 3 мм или 5 мм), что позволяет достичь более высокой плотности компонентов на печатных платах.
• Широкий угол обзора: Угол в 130 градусов, обеспечиваемый корпусом с водорассеивателем, превосходит многие SMD-светодиоды с прозрачной линзой, обеспечивая более равномерное освещение на большей площади без использования вторичной оптики.
• Соответствие экологическим требованиям: Полное соответствие стандартам RoHS, REACH и бесгалогенности делает его пригодным для новейших глобальных экологических норм и чувствительных применений, таких как салоны автомобилей.
• Надежная сортировка: Четко определенная матрица бининга 3x3x3 (Интенсивность, Длина волны, Напряжение) предоставляет разработчикам точный контроль над оптическими и электрическими характеристиками конечного продукта, повышая выход годных изделий и стабильность.
• Совместимость: Упакован на стандартной 8-миллиметровой ленте и совместим с автоматами для установки компонентов, что обеспечивает беспрепятственную интеграцию в высокопроизводительные автоматизированные сборочные линии.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 Почему токоограничивающий резистор абсолютно необходим?

Прямое напряжение светодиода имеет диапазон (1.75V-2.35V) и отрицательный температурный коэффициент (VF уменьшается с ростом температуры). При прямом подключении к источнику напряжения даже незначительно превышающему его VF, ток будет неконтролируемо расти, ограничиваясь лишь паразитным сопротивлением цепи, что почти наверняка превысит Absolute Maximum Rating в 25mA и приведет к немедленному выходу из строя. Резистор задает предсказуемый и безопасный рабочий ток.

9.2 Могу ли я питать этот светодиод от источника питания 3.3V или 5V?

Да, но необходимо использовать последовательный резистор. Например, при питании 3.3 В и целевом токе 20 мА, принимая типичное VF = 2.1 В: R = (Vsupply - VF) / IF = (3.3 В - 2.1 В) / 0.020 А = 60 Ом. Следует выбрать ближайшее стандартное значение (например, 62 Ома) и рассчитать фактический ток и рассеиваемую на резисторе мощность. Для консервативного проектирования всегда используйте максимальное VF из бина, чтобы гарантировать, что ток не станет слишком низким, или минимальное VF, чтобы гарантировать, что он не станет слишком высоким.

9.3 Что произойдет, если я буду непрерывно эксплуатировать светодиод на пиковом токе (60 мА)?

Непрерывная работа на номинальном импульсном пиковом токе является нарушением абсолютных максимальных допустимых параметров. Это вызовет сильный перегрев, резко ускорит деградацию светового потока (светодиод быстро потускнеет) и почти наверняка приведет к катастрофическому отказу за короткое время. Рейтинг 60 мА предназначен только для очень коротких импульсов.

9.4 Как интерпретировать коды бинов на этикетке катушки?

На этикетке указаны коды, такие как CAT:N2, HUE:CC3, REF:1. Это означает, что все светодиоды на этой катушке имеют силу света от 36,0 до 45,0 мкд (N2), доминирующую длину волны от 571,5 до 573,0 нм (CC3) и прямое напряжение от 1,95 до 2,15 В (1). Вы можете указать эти точные бины при заказе, чтобы гарантировать стабильность характеристик для вашего применения.

9.5 Почему процедуры хранения и прогрева так важны?

Корпуса SMD могут поглощать влагу из воздуха. В процессе высокотемпературной пайки оплавлением эта захваченная влага быстро превращается в пар, создавая огромное внутреннее давление. Это может привести к «вспучиванию» (popcorning) – расслоению эпоксидной смолы от выводной рамки или даже растрескиванию кристалла. Влагозащитный пакет и строгие правила срока хранения на производстве/прогрева предотвращают этот вид отказа.

10. Практический дизайн и пример использования

10.1 Проектирование панели индикации состояния с несколькими светодиодами

Сценарий: Проектирование панели управления с 10 идентичными желто-зелеными индикаторами состояния.

Этапы проектирования:

1. Определить бины: Чтобы обеспечить идентичный внешний вид всех 10 светодиодов, укажите единый, узкий бин как для Световой силы (например, P1: 45-57мкд), так и для Доминирующей длины волны (например, CC3: 571.5-573.0нм). Это может стоить немного дороже, но гарантирует визуальную однородность.
2. Схема устройства: Планируется управлять каждым светодиодом независимо через собственный токоограничивающий резистор от общей шины 5 В. Это позволяет избежать проблем с неравномерным распределением тока, которые могут возникать при параллельном подключении. Рассчитайте номинал резистора, используя максимальное прямое напряжение VF из указанного диапазона (например, Bin 1 Max VF=2.15 В). R = (5 В - 2.15 В) / 0.020 А = 142.5 Ом. Используйте стандартный резистор 150 Ом. Фактический прямой ток IF составит ~19 мА, что безопасно и обеспечивает небольшой запас.
3. Разводка печатной платы: Размещайте светодиоды в одинаковой ориентации. Обеспечьте небольшую медную площадку под тепловым контактом светодиода (если применимо) или вокруг его выводов для улучшения теплоотвода, особенно если панель работает в условиях повышенной температуры.
4. Сборка: Точно следуйте температурному профилю оплавления. После сборки визуально проверьте под малым увеличением на наличие правильных менисков припоя и совмещения компонентов.

11. Введение в принцип работы

Этот светодиод работает по принципу электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Активная область состоит из AlGaInP (фосфида алюминия-галлия-индия). При приложении прямого напряжения, превышающего контактную разность потенциалов перехода, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. Там они рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlGaInP определяет энергию запрещённой зоны, которая напрямую соответствует длине волны (цвету) излучаемого света — в данном случае, примерно 575 нм (жёлто-зелёный). Герметизирующая смола с водной диффузией рассеивает свет, расширяя диаграмму направленности для достижения широкого угла обзора в 130 градусов.

12. Технологические тренды и контекст

SMD светодиоды, такие как 19-213, олицетворяют текущий тренд в оптоэлектронике в сторону миниатюризации, повышения надежности и совместимости с автоматизированными процессами массового производства. Переход от выводного монтажа к поверхностному был обусловлен потребностью в более компактных, легких и надежных электронных сборках. Использование материала AlGaInP обеспечивает высокую эффективность и превосходную насыщенность цвета в спектре от янтарного до красного. Будущие тенденции для данного класса устройств могут включать дальнейшее уменьшение размеров, увеличение световой отдачи (больше светового потока на ватт) и улучшение тепловых характеристик корпусов, что позволит использовать более высокие токи и достигать большей яркости при еще меньших габаритах. Акцент на соответствие экологическим нормам (RoHS, Halogen-Free) также является постоянной и растущей тенденцией во всей электронной промышленности.