Техническая спецификация SMD светодиода 15-21/S3C-AP1Q2/2T - Красновато-оранжевый - 2.0В - 60мВт

1. Обзор продукта

В этом документе подробно описаны характеристики компактного высокопроизводительного поверхностно-монтируемого (SMD) светодиода. Компонент разработан для современных процессов электронной сборки, обеспечивая баланс светового потока, надежности и простоты интеграции в приложениях с ограниченным пространством.

1.1 Ключевые преимущества и позиционирование

Основное преимущество этого светодиода — его миниатюрные размеры, что позволяет значительно уменьшить размер печатной платы (ПП) и увеличить плотность компонентов. Это приводит к созданию более компактных конечных продуктов. Компонент имеет малый вес, что делает его особенно подходящим для портативных и миниатюрных электронных устройств. Он поставляется на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушку диаметром 7 дюймов, что обеспечивает совместимость со стандартным автоматизированным оборудованием для установки компонентов, используемым в массовом производстве.

1.2 Целевой рынок и области применения

Этот светодиод универсален и предназначен для нескольких ключевых областей применения. Его основное использование — подсветка, в частности, приборных панелей, переключателей и символов. Он также хорошо подходит для телекоммуникационного оборудования, выполняя роль индикаторов состояния и подсветки в таких устройствах, как телефоны и факсы. Кроме того, его можно использовать для плоской подсветки небольших ЖК-панелей и для общих индикаторных применений, где требуется красновато-оранжевый сигнал.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлен детальный объективный анализ ключевых электрических, оптических и тепловых параметров светодиода, определенных в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C).

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Абсолютные максимальные параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы.

• Обратное напряжение (V_R):5 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Постоянный прямой ток (I_F):25 мА. Максимальный постоянный ток для надежной долгосрочной работы.
• Пиковый прямой ток (I_FP):60 мА (скважность 1/10 @ 1кГц). Этот параметр допускает короткие импульсы более высокого тока, что полезно для схем мультиплексирования или импульсного управления.
• Рассеиваемая мощность (P_d):60 мВт. Максимальное количество мощности, которое устройство может рассеять в виде тепла, не превышая своих тепловых пределов.
• Электростатический разряд (ESD), модель человеческого тела (HBM):2000 В. Это указывает на умеренный уровень устойчивости к ЭСР; тем не менее, рекомендуется соблюдать соответствующие процедуры обращения.
• Рабочая температура (T_opr):от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором устройство гарантированно функционирует.
• Температура хранения (T_stg):от -40°C до +90°C.
• Температура пайки:Устройство выдерживает групповую пайку оплавлением с пиковой температурой 260°C до 10 секунд или ручную пайку при 350°C до 3 секунд на вывод.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры определяют производительность светодиода в типичных рабочих условиях (I_F=20мА, Ta=25°C).

• Сила света (I_v):45.0 мкд (мин.), 112.0 мкд (макс.). Типичное значение находится в этом широком диапазоне, который контролируется системой сортировки (см. раздел 3). Угол обзора (2θ_1/2) обычно составляет 130 градусов, обеспечивая широкую диффузную диаграмму направленности.
• Спектральные характеристики:
  • Пиковая длина волны (λ_p):Обычно 621 нм.
  • Доминирующая длина волны (λ_d):605.5 нм (мин.), 625.5 нм (макс.). Это длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, и она также подвергается сортировке.
  • Спектральная ширина (Δλ):Обычно 18 нм, определяет чистоту цвета.
• Электрические характеристики:
  • Прямое напряжение (V_F):1.70 В (мин.), 2.00 В (тип.), 2.40 В (макс.) при I_F=20мА. Это относительно низкое напряжение характерно для технологии материала AlGaInP.
  • Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.) при V_R=5В. Важное примечание: устройство не предназначено для работы в режиме обратного смещения; этот тестовый параметр служит только для характеристики тока утечки.

2.3 Тепловые аспекты

Производительность светодиода сильно зависит от температуры. Кривая снижения прямого тока имеет важное значение для проектирования. По мере увеличения температуры окружающей среды (T_a) выше 25°C максимально допустимый постоянный прямой ток должен линейно снижаться, чтобы предотвратить перегрев и ускоренную деградацию. Кривая снижения тока предоставляет конкретную зависимость, гарантируя, что температура перехода остается в безопасных пределах.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения стабильности в массовом производстве светодиоды сортируются (биннируются) по ключевым параметрам. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям приложения по яркости и цвету.

3.1 Сортировка по силе света

Световой выход классифицируется на четыре группы (P1, P2, Q1, Q2), каждая из которых охватывает определенный диапазон от 45.0 мкд до 112.0 мкд. Например, группа Q2 содержит светодиоды с силой света от 90.0 до 112.0 мкд. В пределах каждой группы применяется допуск ±11%.

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны

Цвет (доминирующая длина волны) сортируется на пять групп (E1-E5), охватывающих диапазон от 605.5 нм до 625.5 нм с шагом примерно 4 нм. Например, группа E4 охватывает 617.5-621.5 нм. В пределах каждой группы по длине волны поддерживается более жесткий допуск ±1 нм.

3.3 Сортировка по прямому напряжению

В спецификации указан допуск прямого напряжения ±0.1В, хотя в данном отрывке не представлена конкретная таблица сортировки для V_F. Этот жесткий допуск помогает проектировать стабильные схемы управления током.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные дают более глубокое понимание поведения светодиода в различных условиях.

4.1 Спектральное распределение

Спектральная кривая показывает один четко определенный пик с центром около 621 нм, подтверждая красновато-оранжевое излучение от кристалла материала AlGaInP. Узкая ширина полосы указывает на хорошую насыщенность цвета.

4.2 Диаграмма направленности

Полярная диаграмма иллюстрирует пространственное распределение света. Подтверждается типичный угол обзора 130 градусов, показывая близкую к ламбертовой (косинусной) диаграмму направленности, где интенсивность максимальна при 0 градусов (перпендикулярно кристаллу) и постепенно уменьшается к краям.

4.3 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Эта кривая показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. Напряжение резко возрастает при очень низких токах, а затем увеличивается более линейно в нормальном рабочем диапазоне (около 2.0В при 20мА).

4.4 Относительная сила света в зависимости от прямого тока

Этот график демонстрирует, что световой выход примерно пропорционален прямому току в рабочем диапазоне, хотя эффективность может незначительно снижаться при очень высоких токах из-за увеличения тепловыделения.

4.5 Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды

Это критически важная кривая, показывающая тепловое тушение. По мере роста температуры окружающей среды сила света уменьшается. Выходная мощность может значительно упасть при приближении температуры к максимальному рабочему пределу, что является ключевым фактором для проектов в жарких условиях.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод соответствует контуру SMD корпуса "15-21". Подробные чертежи размеров определяют длину, ширину, высоту и положение выводов со стандартным допуском ±0.1 мм, если не указано иное. Эта информация имеет решающее значение для проектирования посадочного места на ПП и проверки зазоров.

5.2 Определение полярности

На корпусе четко обозначена метка катода, что необходимо для правильной ориентации во время сборки. Установка светодиода в обратной полярности предотвратит его свечение и может подвергнуть его воздействию обратного напряжения.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение жизненно важно для надежности.

6.1 Ограничение тока

Внешний токоограничивающий резистор обязателен. Экспоненциальная ВАХ светодиода означает, что небольшое увеличение напряжения может вызвать большое, потенциально разрушительное увеличение тока. Резистор задает рабочую точку.

6.2 Чувствительность к влаге и хранение

Компоненты упакованы в влагозащитный барьерный пакет с осушителем. Пакет не следует вскрывать до готовности к использованию. После вскрытия неиспользованные светодиоды должны храниться в условиях не более 30°C/60% относительной влажности и использоваться в течение 168 часов (7 дней). В случае превышения этого срока перед пайкой оплавлением требуется прогрев при 60±5°C в течение 24 часов, чтобы предотвратить повреждение типа "попкорн" во время пайки.

6.3 Профиль групповой пайки оплавлением

Предоставлен подробный профиль бессвинцовой пайки оплавлением:

• 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/охлаждения:максимум 6°C/сек и 3°C/сек соответственно.

Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз. Следует избегать механических нагрузок на корпус светодиода во время нагрева.

6.4 Ручная пайка и ремонт

Если необходима ручная пайка, температура жала паяльника должна быть ниже 350°C, время воздействия на каждый вывод — не более 3 секунд, с использованием маломощного паяльника (<25Вт). Требуется интервал охлаждения >2 секунд между выводами. Ремонт настоятельно не рекомендуется. Если он неизбежен, необходимо использовать специализированный двусторонний паяльник для одновременного нагрева обоих выводов, чтобы предотвратить механическую нагрузку на паяные соединения. Потенциальный риск теплового повреждения во время ремонта должен быть оценен заранее.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификация упаковки

Светодиоды поставляются в формованной несущей ленте с указанными размерами карманов и отверстий под звездочку. Лента намотана на стандартную катушку диаметром 7 дюймов (178 мм). Каждая катушка содержит 2000 штук.

7.2 Детали катушки и этикетки

Предоставлены размеры пустой катушки. На этикетке катушки содержится важная информация:

• Партномер заказчика (CPN)
• Партномер производителя (P/N): 15-21/S3C-AP1Q2/2T
• Количество в упаковке (QTY)
• Ранг силы света (CAT)
• Ранг цветности/доминирующей длины волны (HUE)
• Ранг прямого напряжения (REF)
• Номер партии (LOT No.)

Эта прослеживаемость необходима для контроля качества и подбора компонентов в производстве.

8. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

8.1 Проектирование схемы

Всегда используйте последовательный резистор для установки прямого тока. Рассчитайте значение резистора по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F, где V_Fследует брать как максимальное значение (2.4В) из спецификации, чтобы гарантировать, что ток не превысит предел в наихудших условиях. Учитывайте мощность резистора (P = I_F²* R).

8.2 Тепловой менеджмент

Хотя корпус мал, эффективный отвод тепла через ПП важен для поддержания яркости и долговечности, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды или при работе, близкой к максимальному току. Используйте кривую снижения тока, чтобы определить безопасный рабочий ток для максимальной ожидаемой температуры окружающей среды в вашем приложении. Обеспечьте достаточную площадь меди вокруг контактных площадок светодиода на ПП для рассеивания тепла.

8.3 Оптическая интеграция

Широкий угол обзора 130 градусов делает этот светодиод подходящим для применений, требующих широкого равномерного освещения без вторичной оптики. Для более направленного света могут потребоваться внешние линзы или световоды. Прозрачная смола обеспечивает минимальное поглощение света внутри самого корпуса.

9. Соответствие стандартам и информация о материалах

Продукт соответствует нескольким ключевым экологическим и безопасностным директивам, что является значительным преимуществом для современного производства электроники. Подтверждено, что он не содержит свинца (бессвинцовый), что соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ). Он также соответствует регламенту REACH ЕС в отношении химических веществ. Кроме того, он соответствует требованиям по отсутствию галогенов: содержание брома (Br) и хлора (Cl) менее 900 ppm каждый, а их сумма — менее 1500 ppm, что снижает воздействие на окружающую среду при утилизации.

10. Техническое сравнение и отличия

По сравнению с традиционными выводными или более крупными SMD светодиодами, ключевым отличием этого корпуса 15-21 является исключительная миниатюризация, позволяющая создавать компактные конструкции следующего поколения. Использование полупроводникового материала AlGaInP обеспечивает эффективный красновато-оранжевый свет с хорошей стабильностью цвета в зависимости от температуры и срока службы, что часто превосходит старые технологии, такие как GaAsP. Сочетание широкого угла обзора, надежной совместимости с SMT и полного соответствия экологическим нормам делает его современным, надежным выбором для экономически эффективных массовых применений, где место на плате ограничено.

11. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

11.1 Какое значение резистора использовать при питании 5В?

Используя максимальное V_F2.4В и целевой I_F20мА: R = (5В - 2.4В) / 0.020А = 130 Ом. Подойдет ближайшее стандартное значение 130Ω или 150Ω. Рассеиваемая мощность резистора составит P = (0.020)²* 130 = 0.052Вт, поэтому стандартного резистора 1/8Вт (0.125Вт) достаточно.

11.2 Можно ли использовать этот светодиод без токоограничивающего резистора, если напряжение питания соответствует V_F?

No.Это настоятельно не рекомендуется. Прямое напряжение имеет допуск (от 1.7В до 2.4В) и зависит от температуры. Напряжение питания, зафиксированное, например, на уровне 2.0В, может вызвать чрезмерный ток в светодиоде с низким V_F, что приведет к быстрому выходу из строя. Последовательный резистор необходим для стабильной и безопасной работы.

11.3 Почему время хранения после вскрытия упаковки ограничено 7 днями?

Корпуса SMD могут поглощать влагу из воздуха. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро испаряться, создавая внутреннее давление, которое может привести к расслоению корпуса или растрескиванию кристалла ("попкорн"). Ограничение в 7 дней и процедура прогрева являются критически важными мерами контроля качества для предотвращения этого вида отказа.

11.4 Как интерпретировать коды сортировки (например, Q2, E4) на этикетке?

Коды сортировки указывают на группу производительности светодиодов на этой катушке. "Q2" обозначает светодиоды высокой яркости (90-112 мкд). "E4" обозначает доминирующую длину волны в диапазоне 617.5-621.5 нм. Использование компонентов из одной группы обеспечивает стабильность яркости и цвета в вашем продукте.

12. Практические примеры проектирования и использования

12.1 Подсветка переключателей на приборной панели

В автомобильной приборной панели нескольким переключателям требуется равномерная, надежная подсветка. Несколько таких светодиодов можно разместить за полупрозрачной крышкой переключателя. Их широкий угол обзора обеспечивает равномерное освещение поверхности переключателя. Низкое рабочее напряжение позволяет управлять ими непосредственно от стабилизированных 5В или 3.3В систем автомобиля с помощью простых резисторных цепей. Широкий рабочий температурный диапазон (-40°C до +85°C) подходит для автомобильной среды.

12.2 Индикатор состояния на сетевом устройстве

Для индикатора "активность связи" или "питание" на маршрутизаторе или модеме один светодиод обеспечивает четкий визуальный сигнал. Красновато-оранжевый цвет хорошо заметен. Компонентом можно управлять с помощью вывода GPIO микроконтроллера. Последовательный резистор подключается между выводом GPIO и анодом светодиода, а катод подключается к земле. Прошивка микроконтроллера может переключать вывод для создания постоянных или мигающих режимов. Формат SMD позволяет реализовать очень низкопрофильный дизайн на передней панели ПП.

13. Принцип работы

Этот светодиод основан на полупроводниковом кристалле из фосфида алюминия-галлия-индия (AlGaInP). При приложении прямого напряжения электроны и дырки инжектируются в активную область полупроводникового перехода. При рекомбинации этих носителей заряда они высвобождают энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlGaInP определяет ширину запрещенной зоны, которая, в свою очередь, определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае, в красновато-оранжевом спектре (605-625 нм). Свет, генерируемый внутри кристалла, выходит через верхнюю поверхность и формируется прозрачной эпоксидной линзой корпуса.

14. Технологические тренды

Общая тенденция в технологии индикаторных и подсветочных светодиодов продолжает двигаться в сторону повышения эффективности (больше светового потока на единицу электрической мощности), дальнейшей миниатюризации за пределы корпусов типа 15-21 и расширения цветового охвата. Также большое внимание уделяется повышению надежности и долговечности в жестких условиях, таких как более высокая температура и влажность. Интеграция управляющей электроники, такой как драйверы постоянного тока или контроллеры широтно-импульсной модуляции (ШИМ), непосредственно в корпус светодиода — это еще одна развивающаяся тенденция, упрощающая схемотехнику для конечного пользователя. Кроме того, стремление к устойчивому развитию продолжает стимулировать прогресс в материалах для соответствия все более строгим экологическим нормам, выходящим за рамки RoHS и REACH.