Техническая спецификация SMD светодиода LTST-C170KDKT - Красный AllnGaP - Угол обзора 130° - 2.8-28мкд @10мА - 1.6-2.4В - 50мВт

1. Обзор продукта

Настоящий документ содержит полные технические характеристики для LTST-C170KDKT, светодиодной лампы для поверхностного монтажа (SMD). Этот компонент относится к семейству светодиодов, разработанных для автоматизированной сборки печатных плат (PCB), и предлагает компактный форм-фактор, идеальный для применений с ограниченным пространством. Светодиод использует сверхъяркий полупроводниковый кристалл из фосфида алюминия-индия-галлия (AllnGaP) для получения красного света, инкапсулированный в корпус с прозрачной линзой. Его конструкция ориентирована на совместимость с современными высокопроизводительными производственными процессами.

1.1 Особенности

• Соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ).
• Высокая яркость, обеспечиваемая технологией кристалла AllnGaP.
• Поставляется на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, для автоматического оборудования pick-and-place.
• Стандартный форм-фактор корпуса EIA (Альянс электронной промышленности).
• Вход совместим со стандартными логическими уровнями интегральных схем (ИС).
• Предназначен для использования с системами автоматической установки компонентов.
• Выдерживает процессы пайки инфракрасным (ИК) оплавлением, что критически важно для бессвинцовой (Pb-free) сборки.

1.2 Целевые области применения

LTST-C170KDKT подходит для широкого спектра электронных устройств, где требуется надежная, компактная индикация состояния или подсветка. Ключевые области применения включают:

• Телекоммуникационное оборудование:Индикаторы состояния в беспроводных телефонах, сотовых телефонах и аппаратном обеспечении сетевых систем.
• Вычислительные устройства:Подсветка клавиатур и клавиш в ноутбуках и другой портативной электронике.
• Потребительская и промышленная электроника:Световые индикаторы в бытовой технике, офисном оборудовании и промышленных системах управления.
• Дисплеи и вывески:Микродисплеи и низкоуровневая подсветка для внутренних светосигнальных или символьных светильников.

2. Технические параметры: углубленная объективная интерпретация

Рабочие характеристики светодиода определяются набором абсолютных максимальных и стандартных рабочих параметров. Понимание этих параметров критически важно для надежного проектирования схем и обеспечения долгосрочной работы устройства.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти значения представляют предельные уровни нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению светодиода. Работа в таких условиях не гарантируется. Все параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Рассеиваемая мощность (Pd):50 мВт. Максимальная общая мощность, которую устройство может рассеять в виде тепла.
• Пиковый прямой ток (I_FP):40 мА. Это максимально допустимый мгновенный прямой ток, обычно указываемый для импульсных условий (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для предотвращения перегрева.
• Постоянный прямой ток (I_F):20 мА. Максимальный постоянный ток, который можно подавать непрерывно.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Приложение обратного напряжения, превышающего это значение, может вызвать пробой p-n перехода.
• Диапазон рабочих температур:от -30°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором устройство предназначено для работы.
• Диапазон температур хранения:от -40°C до +85°C.
• Условия инфракрасной пайки:Выдерживает пиковую температуру 260°C в течение не более 10 секунд во время пайки оплавлением.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры определяют типичные рабочие характеристики светодиода в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C, I_F=10мА, если не указано иное).

• Сила света (I_V):2.8 - 28.0 мкд (милликандела). Это воспринимаемая яркость светового потока, измеренная датчиком с фильтром, соответствующим фотопической чувствительности человеческого глаза (кривая CIE). Широкий диапазон указывает на использование системы сортировки (см. Раздел 3).
• Угол обзора (2θ_1/2):130 градусов. Это полный угол, при котором сила света падает до половины значения, измеренного на оси (0°). Угол 130° указывает на широкую, рассеянную диаграмму направленности, подходящую для освещения больших площадей.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P):650 нм (типичное значение). Длина волны, на которой спектральная мощность излучения максимальна.
• Доминирующая длина волны (λ_d):630 - 645 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая определяет цвет (красный) светодиода, выводимая из координат цветности CIE.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):20 нм (типичное значение). Ширина полосы излучаемого спектра, измеренная на половине максимальной интенсивности (полная ширина на половине максимума - FWHM).
• Прямое напряжение (V_F):1.6 - 2.4 В. Падение напряжения на светодиоде при токе 10мА. Этот диапазон учитывает нормальные производственные вариации p-n перехода.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.). Небольшой ток утечки, протекающий при приложении максимального обратного напряжения (5В).

2.3 Тепловые аспекты

Хотя параметр теплового сопротивления явно не детализирован, рассеиваемая мощность (50мВт) и диапазон рабочих температур (-30°C до +85°C) являются основными тепловыми ограничениями. Превышение максимальной температуры перехода, которая косвенно ограничена этими параметрами, приведет к снижению светового потока и срока службы. Для применений, работающих близко к максимальному току, рекомендуется адекватная разводка печатной платы для отвода тепла.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения единообразия яркости в конечных продуктах светодиоды сортируются (биннируются) на основе измеренной силы света. LTST-C170KDKT использует следующую систему кодов биннинга для красного свечения.

3.1 Сортировка по силе света (I_V)

Сила света измеряется при прямом токе 10мА. Бинны определяются следующим образом, с допуском ±15% внутри каждого бина.

• Бин H:2.8 мкд (Мин.) до 4.5 мкд (Макс.)
• Бин J:4.5 мкд до 7.1 мкд
• Бин K:7.1 мкд до 11.2 мкд
• Бин L:11.2 мкд до 18.0 мкд
• Бин M:18.0 мкд до 28.0 мкд

Эта система позволяет разработчикам выбирать подходящий класс яркости для своего применения, балансируя стоимость и производительность. Например, для яркого индикатора может потребоваться бин M, в то время как для менее критичного индикатора состояния можно использовать бин H или J.

4. Анализ рабочих характеристик

Хотя в спецификации приведены ссылки на конкретные графические кривые (например, Рисунок 1 для спектрального распределения, Рисунок 5 для диаграммы направленности), их общие последствия описаны ниже на основе стандартного поведения светодиодов и предоставленных параметров.

4.1 Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

Диапазон прямого напряжения (V_F) от 1.6В до 2.4В при 10мА типичен для красного светодиода AllnGaP. ВАХ является экспоненциальной, как у стандартного диода. Ниже порогового напряжения (около 1.4-1.5В для этого материала) протекает очень малый ток. Выше этого порога ток быстро возрастает при небольшом увеличении напряжения. Именно поэтому светодиоды должны управляться с помощью токоограничивающего механизма (резистора или источника постоянного тока), а не напрямую от источника напряжения.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Световой поток (сила света) приблизительно пропорционален прямому току в значительном диапазоне. Работа светодиода на максимальном постоянном токе (20мА) обычно дает примерно вдвое большую силу света по сравнению с измеренной при стандартном испытательном условии 10мА, хотя эффективность может незначительно снижаться при более высоких токах из-за нагрева.

4.3 Температурная зависимость

Рабочие характеристики светодиода чувствительны к температуре. При увеличении температуры перехода:

1. Прямое напряжение (V_F):Уменьшается. Имеет отрицательный температурный коэффициент.
2. Сила света (I_V):Уменьшается. Более высокие температуры снижают внутреннюю квантовую эффективность полупроводника, что приводит к меньшему световому потоку при том же токе.
3. Доминирующая длина волны (λ_d):Может незначительно смещаться, обычно в сторону более длинных волн (красное смещение) с увеличением температуры.

Эти эффекты подчеркивают важность теплового управления в высоконадежных или высокоярких применениях.

4.4 Спектральное распределение

Спектральное излучение характеризуется пиковой длиной волны 650нм и доминирующей длиной волны между 630-645нм. Полуширина спектра 20нм указывает на относительно чистый, насыщенный красный цвет по сравнению с широкоспектральными источниками света, такими как лампы накаливания. Узкая полоса пропускания характерна для прямозонных полупроводниковых излучателей, таких как AllnGaP.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод соответствует стандартному форм-фактору корпуса SMD EIA. Все критические размеры для проектирования посадочного места на печатной плате и установки компонентов приведены на чертежах в спецификации, со стандартным допуском ±0.1мм, если не указано иное. Корпус оснащен прозрачной линзой, которая не рассеивает свет, что обеспечивает присущую кристаллу широкую диаграмму направленности с углом обзора 130°.

5.2 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок на печатной плате

Предоставлена рекомендуемая конфигурация контактных площадок (геометрия паяльных площадок) для печатной платы, обеспечивающая правильное формирование паяного соединения во время оплавления. Следование этой рекомендации способствует хорошему смачиванию припоем, механической прочности и правильному выравниванию компонента. Конструкция площадки учитывает необходимый паяльный файлет и предотвращает эффект "надгробия" (подъем компонента одним концом во время оплавления).

5.3 Идентификация полярности

В спецификации приведены маркировки или схемы, указывающие анодный и катодный выводы. Правильная полярность необходима для работы. Приложение обратного смещения сверх номинала 5В может вызвать мгновенный отказ.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Параметры пайки ИК-оплавлением

Светодиод сертифицирован для бессвинцовых (Pb-free) процессов пайки. Ключевые параметры:

• Температура предварительного нагрева:от 150°C до 200°C.
• Время предварительного нагрева:Максимум 120 секунд для постепенного нагрева сборки и активации флюса паяльной пасты.
• Пиковая температура оплавления:Максимум 260°C. Компонент может выдерживать эту температуру ограниченное время.
• Время выше температуры ликвидуса (при пиковой температуре):Максимум 10 секунд. Устройство не должно подвергаться пиковой температуре дольше этого времени. Допускается максимум два цикла оплавления.

Эти параметры соответствуют общим отраслевым профилям JEDEC. Фактический температурный профиль должен быть определен для конкретной сборки печатной платы с учетом толщины платы, количества слоев и других компонентов.

6.2 Ручная пайка (при необходимости)

Если требуется ручной ремонт:

• Температура паяльника:Максимум 300°C.
• Время контакта:Максимум 3 секунды на соединение.
• Ограничение:Допускается только один цикл ручной пайки на соединение, чтобы минимизировать термическую нагрузку на корпус.

6.3 Очистка

Если требуется очистка после пайки, следует использовать только указанные растворители, чтобы избежать повреждения пластикового корпуса. Рекомендуемые средства включают этиловый или изопропиловый спирт при комнатной температуре. Светодиод следует погружать менее чем на одну минуту. Необходимо избегать неуказанных химических очистителей.

6.4 Хранение и обращение

• Меры предосторожности от ЭСР (электростатического разряда):Светодиод чувствителен к статическому электричеству. Обращение должно осуществляться с использованием антистатических мер, таких как антистатические браслеты, заземленные рабочие места и проводящая пена.
• Уровень чувствительности к влаге (MSL):Устройство имеет рейтинг MSL 2a. Это означает, что после вскрытия оригинального влагозащитного барьерного пакета компоненты должны быть припаяны в течение 672 часов (28 дней) в условиях цеха (<30°C / 60% относительной влажности).
• Длительное хранение (вне пакета):Для хранения более 672 часов компоненты должны храниться в герметичном контейнере с осушителем или в атмосфере азота. Если воздействие превысило лимит, перед пайкой требуется прогрев при температуре около 60°C в течение не менее 20 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения эффекта "попкорна" (растрескивания корпуса во время оплавления).
• Хранение в оригинальной упаковке:Невскрытые катушки должны храниться при температуре 30°C или ниже и относительной влажности 90% или ниже, рекомендуемый срок хранения составляет один год с даты производства.

7. Информация об упаковке и заказе

7.1 Спецификации ленты и катушки

Светодиоды поставляются в стандартной для отрасли тисненой транспортной ленте для автоматизированной сборки.

• Ширина ленты:8 мм.
• Диаметр катушки:7 дюймов.
• Количество на катушке:3000 штук.
• Минимальный объем заказа (MOQ) для остатков:500 штук.
• Покровная лента:Пустые ячейки для компонентов запечатаны верхней покровной лентой.
• Отсутствующие компоненты:Максимальное количество последовательно отсутствующих светодиодов в ленте составляет два, в соответствии со стандартом ANSI/EIA-481.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые схемы включения

Светодиод является токоуправляемым устройством. Самый простой и надежный метод управления - использование последовательного токоограничивающего резистора, как показано на схеме "A" в спецификации. Для напряжения питания V_CC значение резистора R рассчитывается как: R = (V_CC - V_F) / I_F. Использование максимального значения V_F (2.4В) для расчета гарантирует, что ток не превысит желаемый I_F даже для экземпляра с низким V_F. Для нескольких светодиодов настоятельно рекомендуется использовать отдельный резистор для каждого светодиода, подключенного параллельно, чтобы обеспечить равномерную яркость, поскольку прямое напряжение может различаться у разных устройств.

8.2 Соображения по проектированию

• Установка тока:Работайте на уровне или ниже максимального постоянного тока 20мА. Для более длительного срока службы и меньшего энергопотребления часто достаточно 10мА или даже 5мА, особенно для целей индикации.
• Отвод тепла:Для непрерывной работы на высоком токе убедитесь, что разводка печатной платы позволяет отводить тепло от теплоотводящей площадки светодиода (если применимо) или паяных соединений.
• Оптическая конструкция:Угол обзора 130° обеспечивает широкое покрытие. Для более сфокусированного света могут потребоваться внешние линзы или световоды.
• Регулировка яркости:Яркость можно регулировать с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой светодиод включается и выключается с частотой, превышающей воспринимаемую глазом (обычно >100Гц). Средний ток, а значит, и воспринимаемая яркость, управляются скважностью. Этот метод более эффективен и обеспечивает лучшую стабильность цвета по сравнению с аналоговой (постоянным током) регулировкой яркости.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Основными отличительными особенностями LTST-C170KDKT являются сочетание технологии и корпуса:

1. Кристалл AllnGaP по сравнению с другими технологиями:По сравнению со старыми красными светодиодами на основе GaAsP (фосфида арсенида галлия), AllnGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу (больше света на единицу электрической мощности) и лучшую температурную стабильность. Это приводит к более яркой и стабильной работе.
2. Широкий угол обзора:Угол 130° заметно шире, чем у многих SMD светодиодов, предназначенных для более направленного света. Это делает его отличным выбором для применений, требующих широкого, равномерного освещения, а не сфокусированного луча.
3. Совместимость с производством:Полная совместимость с ИК-оплавлением и автоматической установкой делает его экономически эффективным выбором для современных высокопроизводительных линий поверхностного монтажа, в отличие от выводных светодиодов, требующих ручной или волновой пайки.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3.3В или 5В?

О1: Нет. Вы всегда должны использовать последовательный токоограничивающий резистор. Прямое подключение попытается потреблять чрезмерный ток, что может повредить как светодиод, так и выходной вывод микроконтроллера. Рассчитайте значение резистора, как описано в разделе 8.1.

В2: Что означает код сортировки по силе света (H, J, K, L, M) для моего проекта?

О2: Он определяет диапазон яркости. Если ваш проект требует минимальной яркости для соответствия спецификации (например, для читаемости при солнечном свете), вы должны выбрать бин, гарантирующий этот минимум (например, бин M для максимальной яркости). Для некритичных индикаторов более низкий бин может быть более экономически эффективным.

В3: В спецификации указана максимальная температура пайки 260°C, но на моей плате есть другие компоненты, требующие 250°C. Это допустимо?

О3: Да. Рейтинг 260°C - это максимальная выдерживаемая температура. Профиль с более низкой пиковой температурой (например, 250°C) вполне приемлем и подвергнет светодиод меньшей термической нагрузке, что полезно для надежности.

В4: Как долго прослужит светодиод?

О4: Срок службы светодиода обычно определяется как момент, когда световой поток снижается до 50% или 70% от начального значения (L70/L50). Хотя в этой базовой спецификации это не указано, светодиоды AllnGaP обычно имеют очень долгий срок службы (десятки тысяч часов) при работе в пределах своих номиналов, особенно ниже максимального тока и при хорошем тепловом управлении.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование панели индикаторов состояния для сетевого маршрутизатора

Разработчику требуется несколько красных светодиодов состояния для индикаторов "Питание", "Интернет", "Wi-Fi" и "Ethernet" на потребительском маршрутизаторе. LTST-C170KDKT является отличным кандидатом.

1. Проектирование схемы:Маршрутизатор использует шину питания 3.3В. Целевой консервативный ток управления 10мА и использование максимального V_F 2.4В для запаса: R = (3.3В - 2.4В) / 0.010А = 90 Ом. Выбрано ближайшее стандартное значение 91 Ом. Для каждого из четырех светодиодов используется отдельный резистор на 91 Ом.
2. Равномерность яркости:Благодаря использованию отдельных резисторов, вариации V_F каждого светодиода (например, один 1.8В, другой 2.2В) не вызывают значительных различий в яркости, поскольку ток через каждый из них независимо задается своим резистором.
3. Сборка:Светодиоды устанавливаются на печатную плату с использованием рекомендуемой конфигурации контактных площадок. Вся плата проходит стандартный процесс бессвинцовой пайки ИК-оплавлением с пиковой температурой 245°C, что полностью соответствует рейтингу устройства.
4. Результат:Панель обеспечивает равномерную, яркую красную индикацию состояния с высокой надежностью, используя широкий угол обзора светодиода для видимости с различных углов.

12. Введение в принцип работы

Светодиоды (LED) - это полупроводниковые устройства, которые преобразуют электрическую энергию непосредственно в свет посредством процесса, называемого электролюминесценцией. Основой LTST-C170KDKT является кристалл из фосфида алюминия-индия-галлия (AllnGaP). Этот материал является прямозонным полупроводником. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются через p-n переход. Когда эти носители заряда рекомбинируют в активной области перехода, они высвобождают энергию. В непрямозонном материале эта энергия в основном выделяется в виде тепла. В прямозонном материале, таком как AllnGaP, значительная часть этой энергии высвобождается в виде фотонов (частиц света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, которая задается в процессе выращивания кристалла для получения красного света (~650нм пик). Прозрачный эпоксидный корпус инкапсулирует и защищает хрупкий полупроводниковый кристалл, а его куполообразная форма помогает эффективно выводить свет, способствуя широкому углу обзора.

13. Технологические тренды

Область светодиодных технологий продолжает развиваться под влиянием требований к повышению эффективности, снижению стоимости и новым применениям. Для индикаторных светодиодов, таких как LTST-C170KDKT, актуальны несколько тенденций:

1. Повышение эффективности:Постоянные исследования в области материаловедения направлены на улучшение внутренней квантовой эффективности (IQE) и эффективности вывода света для AllnGaP и других сложных полупроводников, что позволяет получить более яркие светодиоды при том же токе или ту же яркость при меньшей мощности.
2. Миниатюризация:Постоянно идет движение в сторону уменьшения размеров корпусов (например, 0402, 0201 метрические) для экономии места на печатной плате во все более компактной портативной электронике.
3. Повышение надежности и устойчивости:Улучшения в материалах корпусов и методах крепления кристалла повышают влагостойкость, устойчивость к термоциклированию и общий срок службы.
4. Интеграция:Хотя это дискретный компонент, тенденции включают интеграцию нескольких светодиодных кристаллов (RGB, многоцветных) в один корпус или объединение управляющих ИС со светодиодами для "интеллектуальных" решений освещения, хотя это более характерно для осветительных продуктов, чем для базовых индикаторов.
5. Расширение цветового охвата:Разработки в области материалов, таких как квантовые точки или новые люминофоры, позволяют получать более насыщенные и точные цвета, что может проникнуть на рынок индикаторов для специализированных дисплейных применений.

LTST-C170KDKT представляет собой зрелое, надежное и экономически оптимизированное решение в этой развивающейся среде, хорошо подходящее для своих целевых применений в потребительской и промышленной электронике.