Техническая документация на SMD светодиод 12-21 глубокого красного цвета в корпусе 1206 - Габариты 3.2x1.6x1.1мм - Напряжение 1.75-2.35В - Мощность 60мВт

1. Обзор продукта

SMD светодиод 12-21 — это компактный прибор для поверхностного монтажа, предназначенный для высокоплотных электронных сборок. Используя технологию чипа AlGaInP, он излучает глубокий красный свет с типичной доминирующей длиной волны 650 нм. Его основное преимущество заключается в значительно уменьшенных габаритах по сравнению с традиционными выводными светодиодами, что позволяет миниатюризировать конечные продукты. Компонент поставляется на 8-миллиметровой ленте в катушках диаметром 7 дюймов, что обеспечивает полную совместимость с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки и пайки. Это одноцветный прибор, не содержащий свинца, соответствующий директивам RoHS, EU REACH и стандартам на бесгалогенную продукцию (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Миниатюрный корпус 1206 (примерно 3.2мм x 1.6мм) позволяет создавать более компактные печатные платы, увеличивать плотность компонентов и снижать затраты на хранение и транспортировку. Его легкая конструкция делает его идеальным для портативных и ограниченных по пространству применений. Ключевые целевые рынки включают потребительскую электронику, промышленные системы управления и автомобильные интерьеры, в частности для функций подсветки в комбинациях приборов, панелях переключателей и мембранных клавиатурах. Он также подходит для индикаторов состояния в телекоммуникационных устройствах (например, телефонах, факсах) и для общего применения в качестве индикаторов.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, определенных в техническом описании.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению прибора. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Обратное напряжение (V_R):5В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Постоянный прямой ток (I_F):25 мА. Постоянный ток, который может быть непрерывно приложен.
• Пиковый прямой ток (I_FP):60 мА (скважность 1/10, 1 кГц). Этот параметр предназначен для импульсного режима работы, снижающего среднюю рассеиваемую мощность.
• Рассеиваемая мощность (P_d):60 мВт при T_a=25°C. Максимально допустимая мощность потерь, рассчитываемая как V_F* I_F. Этот параметр снижается с ростом температуры окружающей среды.
• Электростатический разряд (ESD):2000В (модель человеческого тела). Указывает на умеренную чувствительность к ESD; требуются соответствующие процедуры обращения.
• Рабочая и температура хранения:-40°C до +85°C (рабочая), -40°C до +90°C (хранение). Определяет диапазон окружающей среды для надежной работы и нерабочего хранения.
• Температура пайки:Оплавление: пиковая температура 260°C, не более 10 секунд. Ручная пайка: 350°C, не более 3 секунд на вывод. Критически важно для контроля процесса сборки.

2.2 Электрооптические характеристики

Измерено при T_a=25°C и I_F=20 мА, это типичные параметры производительности.

• Сила света (I_v):28.5 до 72.0 мкд (милликандела). Воспринимаемая яркость светодиода. Широкий диапазон управляется через систему сортировки (см. Раздел 3).
• Угол обзора (2θ_1/2):120 градусов (типично). Этот широкий угол обеспечивает широкую диаграмму направленности, подходящую для подсветки и рассеянных индикаторов.
• Пиковая длина волны (λ_p):650 нм (типично). Длина волны, на которой спектральное распределение мощности максимально.
• Доминирующая длина волны (λ_d):629.5 до 645.5 нм. Это восприятие цвета светодиода человеческим глазом как одной длины волны, также управляемое через сортировку.
• Спектральная ширина (Δλ):20 нм (типично). Ширина излучаемого спектра на половине максимальной интенсивности (FWHM).
• Прямое напряжение (V_F):1.75 до 2.35 В при I_F=20мА. Падение напряжения на светодиоде при работе. Более низкое V_Fможет повысить эффективность системы.
• Обратный ток (I_R):10 мкА макс. при V_R=5В. Небольшой ток утечки при обратном смещении прибора.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения постоянства цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по группам (бинама). Светодиод 12-21 использует три независимых критерия сортировки.

3.1 Сортировка по силе света

Светодиоды классифицируются на четыре группы (N1, N2, P1, P2) на основе измеренной силы света при 20мА. Это позволяет разработчикам выбрать подходящий для их применения класс яркости, обеспечивая однородный внешний вид в массивах из нескольких светодиодов.

• Группа N1:28.5 - 36.0 мкд
• Группа N2:36.0 - 45.0 мкд
• Группа P1:45.0 - 57.0 мкд
• Группа P2:57.0 - 72.0 мкд

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны

Постоянство цвета контролируется путем сортировки доминирующей длины волны по четырем кодам (E7, E8, E9, E10). Это критически важно для применений, где требуется точное соответствие цвета.

• Группа E7:629.5 - 633.5 нм
• Группа E8:633.5 - 637.5 нм
• Группа E9:637.5 - 641.5 нм
• Группа E10:641.5 - 645.5 нм

3.3 Сортировка по прямому напряжению

Прямое напряжение сортируется для помощи в расчете токоограничивающего резистора и управления рассеиваемой мощностью в последовательных цепочках. Определены три группы (0, 1, 2).

• Группа 0:1.75 - 1.95 В
• Группа 1:1.95 - 2.15 В
• Группа 2:2.15 - 2.35 В

4. Анализ характеристических кривых

Хотя конкретные графики не детализированы в предоставленном тексте, типичные характеристики для такого светодиода включали бы следующие зависимости, критически важные для проектирования:

• Вольт-амперная характеристика (ВАХ):Показывает экспоненциальную зависимость между прямым напряжением и током. Напряжение отсечки составляет около 1.8В. Токоограничивающий резистор обязателен, так как небольшое увеличение напряжения сверх V_Fвызывает большое, потенциально разрушительное, увеличение тока.
• Зависимость силы света от прямого тока:Сила света увеличивается приблизительно линейно с током вплоть до максимального значения. Работа выше I_F=20мА увеличивает яркость, но также и рассеиваемую мощность, и температуру перехода.
• Зависимость силы света от температуры окружающей среды:Сила света обычно уменьшается с ростом температуры окружающей среды из-за снижения внутренней квантовой эффективности и других тепловых эффектов. Это ключевой фактор для высокотемпературных сред.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик около 650нм с шириной на полувысоте ~20нм, подтверждающий точку глубокого красного цвета.
• Зависимость прямого напряжения от температуры: V_Fимеет отрицательный температурный коэффициент, то есть уменьшается с ростом температуры перехода. Это может влиять на стабильность источника постоянного тока.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габариты корпуса и чертеж

Светодиод соответствует стандартному посадочному месту SMD 1206 (3216 метрический). Ключевые размеры (в мм, допуск ±0.1мм, если не указано иное) включают: общую длину (3.2), ширину (1.6) и высоту (1.1). На чертеже указана метка катода, обычно зеленая полоса или скошенный угол на корпусе. Рекомендуемые размеры контактных площадок (падов) на печатной плате критически важны для надежной пайки и обычно немного больше выводов прибора для формирования правильного мениска припоя.

5.2 Определение полярности

Правильная ориентация жизненно важна. Катод маркирован на приборе. Необходимо обратиться к диаграмме в техническом описании, чтобы идентифицировать эту маркировку (например, цветная полоса, выемка). Неправильная полярность не позволит светодиоду светиться, а приложение обратного напряжения выше 5В может его повредить.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль групповой пайки оплавлением

Светодиод совместим с инфракрасной и паровой фазовой пайкой оплавлением. Указан бессвинцовый температурный профиль:

• Предварительный нагрев:150-200°C в течение 60-120 секунд. Постепенный нагрев для минимизации термического удара.
• Время выше температуры ликвидуса (217°C):60-150 секунд.
• Пиковая температура:260°C максимум, удерживается не более 10 секунд.
• Максимальная скорость нагрева:3°C/секунду.
• Максимальная скорость охлаждения:6°C/секунду.

Важное примечание:Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз, чтобы избежать чрезмерного термического напряжения на корпус и проволочные соединения.

6.2 Инструкции по ручной пайке

Если необходим ручной ремонт:

• Используйте паяльник с температурой жала < 350°C.
• Прикладывайте тепло к каждому выводу < 3 секунды.
• Используйте паяльник мощностью < 25Вт.
• Соблюдайте минимальный интервал в 2 секунды между пайкой каждого вывода.
• Для демонтажа рекомендуется использовать паяльник с двумя жалами для одновременного нагрева обоих выводов и избежания механического напряжения.

Ручная пайка несет более высокий риск термического повреждения и должна быть исключена в производстве.

6.3 Хранение и чувствительность к влажности

Прибор упакован в влагозащитный пакет с осушителем.

• До вскрытия:Хранить при ≤30°C и ≤90% относительной влажности.
• После вскрытия (срок хранения на производстве):1 год при ≤30°C и ≤60% относительной влажности. Неиспользованные приборы должны быть повторно запечатаны в влагонепроницаемый пакет.
• Прокаливание:Если индикатор осушителя изменил цвет или превышено время хранения, прокалите при 60 ±5°C в течение 24 часов перед использованием, чтобы удалить поглощенную влагу и предотвратить "вспучивание" ("popcorning") во время пайки оплавлением.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации упаковки

Светодиоды поставляются в рельефной несущей ленте на катушках диаметром 7 дюймов. Каждая катушка содержит 2000 штук. Размеры ленты (размер гнезда, шаг) указаны для обеспечения совместимости с автоматическими питателями. Катушка имеет определенные размеры втулки, фланца и внешние размеры для установки на монтажные машины.

7.2 Расшифровка маркировки

Этикетка на катушке содержит критически важную информацию для прослеживаемости и правильного применения:

• P/N (артикул):Полный номер продукта (например, 12-21/R8C-AN1P2B/2D).
• QTY (количество):Количество на катушке.
• CAT (или ранг силы света):Код группы силы света (например, P1).
• HUE (цветность/ранг длины волны):Код группы доминирующей длины волны (например, E9).
• REF (ранг прямого напряжения):Код группы напряжения (например, 1).
• LOT No (номер партии):Номер производственной партии для отслеживания качества.

8. Рекомендации по проектированию

8.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенный метод управления — последовательный токоограничивающий резистор. Значение резистора (R_s) рассчитывается по закону Ома: R_s= (V_{питания}- V_F) / I_F. Использование максимального V_Fиз группы (например, 2.35В для группы 2) гарантирует достаточный ток даже при наихудшем разбросе параметров светодиода. Для питания 5В и I_F=20мА: R_s= (5 - 2.35) / 0.02 = 132.5Ом. Подошел бы стандартный резистор 130Ом или 150Ом. Номинальная мощность резистора должна быть не менее (I_F²* R_s).

8.2 Особенности проектирования и меры предосторожности

• Ограничение тока обязательно:Как подчеркивается в "Мерах предосторожности", внешний механизм ограничения тока (резистор или источник постоянного тока) абсолютно необходим. Прямое подключение к источнику напряжения разрушит светодиод.
• Тепловой менеджмент:Хотя один светодиод рассеивает всего ~60мВт, высокоплотные массивы или работа при высоких температурах окружающей среды требуют внимания к разводке печатной платы для отвода тепла. Избегайте размещения рядом с другими источниками тепла.
• Защита от ESD:Внедрите процедуры безопасного обращения с ESD во время сборки. Защита от ESD на уровне схемы может быть необходима в чувствительных средах.
• Оптическое проектирование:Угол обзора 120 градусов обеспечивает широкое покрытие. Для сфокусированного света потребовалась бы вторичная оптика (линзы). Прозрачный эпоксидный корпус подходит для применений, где цвет кристалла приемлем или когда используются внешние рассеиватели.

9. Техническое сравнение и отличия

По сравнению со старыми выводными красными светодиодами (например, 3мм, 5мм), SMD светодиод 12-21 предлагает:

• Уменьшение размера:Значительно меньшие габариты и высота, что позволяет современным миниатюрным конструкциям.
• Совместимость с автоматизацией:Предназначен для крупносерийной, недорогой сборки поверхностного монтажа.
• Повышенная надежность:Корпуса SMD часто имеют лучший тепловой контакт с платой и не имеют изогнутых выводов, которые могут вызывать напряжение.
• По сравнению с некоторыми другими SMD красными светодиодами (например, использующими InGaN для красного), технология AlGaInP обычно предлагает более высокую эффективность и более насыщенный цвет в красно-оранжевом спектре.

Его основной компромисс — необходимость более точных процессов изготовления и сборки печатных плат по сравнению с выводными компонентами.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

10.1 Какой резистор использовать при питании 3.3В?

Используя максимальное V_F2.35В и целевой I_F20мА: R = (3.3 - 2.35) / 0.02 = 47.5Ом. Используйте стандартный резистор 47Ом. Проверьте ток: I = (3.3 - 2.0[типично]) / 47 ≈ 27.7мА, что выше номинального постоянного тока 25мА. Для безопасности выберите резистор 68Ом: I = (3.3 - 2.0) / 68 ≈ 19.1мА, что соответствует спецификации.

10.2 Можно ли управлять яркостью этого светодиода с помощью ШИМ-сигнала?

Да. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — отличный метод для диммирования светодиодов. Убедитесь, что пиковый ток в каждом импульсе не превышает абсолютные максимальные параметры (I_FP= 60мА для импульсов со скважностью 10%). Частота должна быть достаточно высокой, чтобы избежать видимого мерцания (обычно >100Гц).

10.3 Почему так важна информация о хранении и прокаливании?

Пластиковые корпуса SMD могут поглощать влагу из воздуха. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро испаряться, создавая внутреннее давление, которое может расслоить корпус или расколоть кристалл ("вспучивание"). Условия хранения и процедура прокаливания предотвращают этот вид отказа.

10.4 Как интерпретировать коды сортировки при заказе?

Для обеспечения постоянства внешнего вида продукта укажите желаемые группы для Силы света (CAT), Доминирующей длины волны (HUE) и, опционально, Прямого напряжения (REF). Например, запрос "CAT=P1, HUE=E9" гарантирует, что все светодиоды будут иметь схожую яркость и очень специфический оттенок глубокого красного. Если не указано, вы можете получить смесь из производства.

11. Практические примеры применения

11.1 Подсветка переключателей на приборной панели автомобиля

В этом применении несколько светодиодов 12-21 размещаются за полупрозрачными колпачками переключателей или символами на приборной панели. Широкий угол обзора 120 градусов обеспечивает равномерное освещение символа. Обычно они управляются параллельными цепочками, каждая со своим токоограничивающим резистором, от 12-вольтовой системы автомобиля (через стабилизатор напряжения). Рабочий диапазон -40°C до +85°C подходит для условий автомобильного салона. Постоянство длины волны (группа HUE) здесь критически важно для соответствия цвету другого внутреннего освещения.

11.2 Индикатор состояния на сетевом маршрутизаторе

Один светодиод может использоваться для индикации питания или сетевой активности. Он управляется выводом GPIO микроконтроллера. Схема включает последовательный резистор (рассчитанный для выхода МК 3.3В или 5В) и, возможно, транзистор, если вывод МК не может обеспечить 20мА напрямую. Глубокий красный цвет хорошо заметен. Корпус SMD позволяет разместить его очень близко к небольшому индикаторному окну на корпусе маршрутизатора.

12. Введение в принцип работы

Светодиод 12-21 — это полупроводниковое фотонное устройство. Его сердцевина — это кристалл, изготовленный из материалов AlGaInP (фосфид алюминия-галлия-индия). Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее потенциал p-n перехода диода (∼1.8В), электроны и дырки инжектируются в активную область, где они рекомбинируют. В этой материальной системе значительная часть этой энергии рекомбинации высвобождается в виде фотонов (света), а не тепла. Конкретный состав слоев AlGaInP определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае глубокий красный около 650 нм. Прозрачный эпоксидный корпус инкапсулирует кристалл, обеспечивает механическую защиту и действует как первичная линза, формирующая световой поток в диаграмму направленности 120 градусов.

13. Технологические тренды и контекст

SMD светодиод 1206 представляет собой зрелую и широко принятую технологию корпусирования. Современные тренды в корпусировании светодиодов движутся к еще меньшим размерам (например, 0805, 0603, 0402) для ультра-миниатюризации и более плотных массивов. Также наблюдается сильная тенденция к корпусам чип-скейл (CSP), которые устраняют традиционный пластиковый корпус для минимального размера и оптимальной тепловой производительности. Для красного излучения, хотя AlGaInP остается высокоэффективным, продолжаются разработки в области светодиодов с конверсией люминофора и новых полупроводниковых материалов. Более того, интеграция управляющей электроники (например, источников постоянного тока, ШИМ-контроллеров) непосредственно в корпус светодиода ("умные светодиоды") становится все более распространенной для продвинутых осветительных применений. Светодиод 12-21 находится в устоявшемся, оптимизированном по стоимости сегменте рынка, ценимом за свою надежность, простоту и совместимость со стандартными процессами SMT.

14. Ограничения применения и отказ от ответственности

Данный продукт предназначен для общего коммерческого и промышленного применения. Он не прошел специальной квалификации и не гарантирован для использования в высоконадежных или критически важных для безопасности системах, таких как:

• Военное или аэрокосмическое оборудование
• Автомобильные системы безопасности (например, стоп-сигналы, управление подушками безопасности)
• Медицинское оборудование жизнеобеспечения

В таких применениях требуются другие продукты с расширенным температурным диапазоном, расширенными испытаниями на надежность и другими процедурами квалификации. Спецификации в этом документе гарантируют производительность только в пределах указанных пределов и для компонента как отдельного устройства. Производительность и надежность на системном уровне являются ответственностью разработчика конечного продукта.