Техническая документация на SMD светодиод 0603 зеленый - Габариты 1.6x0.8x0.6мм - Напряжение 3.2В - Мощность 76мВт

1. Обзор продукта

Настоящий документ содержит полные технические характеристики поверхностно-монтируемого (SMD) светоизлучающего диода (LED) в корпусе типоразмера 0603. Устройство использует полупроводниковый материал нитрида индия-галлия (InGaN) для получения зеленого света. Оно предназначено для автоматизированных процессов сборки и совместимо со стандартными методами пайки оплавлением в инфракрасном спектре и паровой фазе, что делает его пригодным для крупносерийного производства электроники.

Ключевые преимущества компонента включают его малые габариты, соответствие директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ) и конструкцию, обеспечивающую надежность в автоматизированных системах установки. Он предназначен для широкого спектра потребительских и промышленных электронных приложений, где требуются индикаторные лампы, подсветка или дисплеи состояния.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Предельные эксплуатационные параметры определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Эти значения не предназначены для непрерывной работы.

• Рассеиваемая мощность (Pd):76 мВт. Это максимальная общая мощность, которую корпус светодиода может рассеивать в виде тепла при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.
• Пиковый прямой ток (I_F(PEAK)):100 мА. Это максимально допустимый ток в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Превышение этого значения может вызвать немедленный катастрофический отказ.
• Постоянный прямой ток (I_F):20 мА. Это рекомендуемый максимальный ток для непрерывной работы на постоянном токе, обеспечивающий долгосрочную надежность и стабильную светоотдачу.
• Снижение номинала постоянного тока:При температуре окружающей среды выше 50°C максимально допустимый постоянный ток линейно уменьшается со скоростью 0.25 мА на градус Цельсия. Это критически важно для теплового менеджмента в закрытых или высокотемпературных средах.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Приложение обратного смещающего напряжения выше этого значения может привести к пробою PN-перехода светодиода.
• Рабочая и температура хранения:Устройство рассчитано на работу в диапазоне от -20°C до +80°C и может храниться в диапазоне от -30°C до +100°C.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются при стандартных условиях испытаний: температура окружающей среды 25°C и прямой ток (I_F) 20 мА, если не указано иное.

• Сила света (I_V):Диапазон от минимум 71.0 мкд до максимум 450.0 мкд, с указанием типичного значения. Этот широкий диапазон управляется через систему бинов (подробнее далее). Интенсивность измеряется с помощью датчика, отфильтрованного в соответствии с фотопической реакцией человеческого глаза (кривая МКО).
• Угол обзора (2θ_1/2):130 градусов. Это полный угол, при котором сила света падает до половины значения, измеренного на оси. Угол 130 градусов указывает на широкий, рассеянный световой рисунок, подходящий для индикаторных применений.
• Пиковая длина волны (λ_P):530 нм. Это длина волны, на которой спектральная мощность излучения является наибольшей.
• Доминирующая длина волны (λ_d):525 нм. Этот параметр выводится из цветовой диаграммы МКО и представляет собой одну длину волны, которая наилучшим образом описывает воспринимаемый цвет света. Это ключевой параметр для постоянства цвета.
• Спектральная ширина полосы (Δλ):35 нм. Это ширина излучаемого спектра на половине его максимальной мощности (полная ширина на половине максимума - FWHM). Более узкая полоса указывает на более чистый, насыщенный цвет.
• Прямое напряжение (V_F):Диапазон от 2.80 В (Мин.) до 3.60 В (Макс.), с типичным значением 3.20 В при 20 мА. Этот разброс управляется через бининг по напряжению.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА при приложении обратного смещения 5 В. Значительно более высокое значение в приложении может указывать на поврежденное устройство.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения постоянства в массовом производстве светодиоды сортируются в "бины" на основе ключевых параметров производительности. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям по допускам для их приложения.

3.1 Биннинг по прямому напряжению

Устройства сортируются по их прямому напряжению (V_F), измеренному при 20 мА. Бины (от D7 до D10) имеют допуск ±0.1В внутри каждого бина.
Пример: Бин D8 содержит светодиоды с V_Fв диапазоне от 3.00В до 3.20В.

3.2 Биннинг по силе света

Устройства сортируются по их силе света (I_V), измеренной при 20 мА. Бины (Q, R, S, T) имеют допуск ±15% внутри каждого бина.
Пример: Бин S содержит светодиоды с силой света в диапазоне от 180.0 мкд до 280.0 мкд.

3.3 Биннинг по доминирующей длине волны

Устройства сортируются по их доминирующей длине волны (λ_d), измеренной при 20 мА. Бины (AP, AQ, AR) имеют допуск ±1 нм внутри каждого бина.
Пример: Бин AQ содержит светодиоды с доминирующей длиной волны между 525.0 нм и 530.0 нм, дающие определенный оттенок зеленого.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя в техническом описании приведены ссылки на конкретные графические кривые (Рис.1, Рис.6), их значение является стандартным для светодиодной технологии.

• Вольт-амперная характеристика (ВАХ):Зависимость между прямым током (I_F) и прямым напряжением (V_F) является экспоненциальной. Небольшое увеличение напряжения выше "коленного" напряжения приводит к большому, потенциально опасному, увеличению тока. Вот почему управление постоянным током является обязательным.
• Зависимость силы света от тока:Световой выход приблизительно пропорционален прямому току в рабочем диапазоне. Однако эффективность может снижаться при очень высоких токах из-за увеличения тепловыделения.
• Зависимость силы света от температуры:Световой выход светодиода уменьшается с увеличением температуры перехода. Это критически важное соображение для приложений, работающих в условиях высокой температуры окружающей среды или с плохим тепловым менеджментом.
• Спектральное распределение:Спектр излучаемого света приблизительно гауссовский, с центром вокруг пиковой длины волны. Доминирующая длина волны определяет воспринимаемую цветовую точку на диаграмме МКО.

5. Механическая информация и упаковка

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство соответствует стандартному посадочному месту корпуса EIA 0603 с размерами приблизительно 1.6 мм в длину, 0.8 мм в ширину и 0.6 мм в высоту (допуск ±0.10 мм). Линза прозрачная. Для точного расположения контактных площадок и геометрии компонента следует обращаться к подробным механическим чертежам.

5.2 Определение полярности

Полярность обычно указывается маркировкой на корпусе компонента или асимметричным элементом в корпусе. Катод обычно помечен. Правильную полярность необходимо соблюдать во время сборки, так как обратное смещение выше 5В может повредить устройство.

5.3 Упаковка в ленту и на катушку

Компоненты поставляются на эмбоссированной несущей ленте шириной 8 мм, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов (178 мм). Стандартное количество на катушке — 3000 штук. Упаковка соответствует стандартам ANSI/EIA 481-1-A, обеспечивая совместимость с автоматическим оборудованием для установки. Лента имеет защитную крышку для защиты компонентов от загрязнения.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль пайки оплавлением

Светодиод совместим с бессвинцовыми (Pb-free) процессами пайки. Предлагается следующий профиль инфракрасной пайки оплавлением:
- Предварительный нагрев:от 150°C до 200°C.
- Время предварительного нагрева:Максимум 120 секунд для обеспечения термического выравнивания и активации флюса.
- Пиковая температура:Максимум 260°C.
- Время выше температуры ликвидуса:Максимум 10 секунд при пиковой температуре. Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, необходимо соблюдать крайнюю осторожность:
- Температура паяльника:Максимум 300°C.
- Время пайки:Максимум 3 секунды на вывод.
- Ручную пайку следует выполнять только один раз, чтобы минимизировать термическое напряжение на пластиковом корпусе.

6.3 Очистка

Следует использовать только указанные чистящие средства. Рекомендуемые растворители — этиловый или изопропиловый спирт при комнатной температуре. Светодиод следует погружать менее чем на одну минуту. Неуказанные химикаты могут повредить эпоксидную линзу или корпус.

6.4 Хранение и обращение

- Хранить в среде, не превышающей 30°C и 70% относительной влажности.
- После извлечения из оригинального влагозащитного пакета компоненты должны быть пропаяны оплавлением в течение одной недели.
- Для более длительного хранения вне оригинальной упаковки используйте герметичный контейнер с осушителем или атмосферой азота.
- Компоненты, хранившиеся вне пакета более недели, перед пайкой следует прогреть при температуре около 60°C в течение не менее 24 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" (popcorning) во время оплавления.

7. Рекомендации по проектированию приложений

7.1 Проектирование схемы управления

Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Для обеспечения равномерной яркости, особенно при параллельном подключении нескольких светодиодов, настоятельно рекомендуется использовать последовательный токоограничивающий резистор для каждого светодиода (Схема A). Не рекомендуется прямое параллельное подключение нескольких светодиодов к источнику напряжения (Схема B), так как небольшие различия в характеристике прямого напряжения (V_F) между отдельными светодиодами вызовут значительные различия в распределении тока и, следовательно, яркости.

7.2 Защита от электростатического разряда (ЭСР)

Светодиод чувствителен к электростатическому разряду. Повреждение от ЭСР может проявляться как высокий обратный ток утечки, низкое прямое напряжение или полный отказ излучать свет. Необходимо принимать меры предосторожности:
- Операторы должны носить заземленные браслеты или антистатические перчатки.
- Все рабочие места, оборудование и инструменты должны быть правильно заземлены.
- Используйте ионизаторы для нейтрализации статического заряда, который может накапливаться на пластиковой линзе во время обращения.
- Соблюдайте стандартные процедуры обращения с ЭСР (ANSI/ESD S20.20).

7.3 Тепловой менеджмент

Хотя рассеиваемая мощность мала (макс. 76 мВт), правильное тепловое проектирование продлевает срок службы и поддерживает стабильную светоотдачу. Обеспечьте достаточную площадь медного покрытия на печатной плате для отвода тепла, особенно при работе в условиях высокой температуры окружающей среды или близко к максимальному номинальному току. Соблюдайте спецификацию снижения номинала тока выше 50°C.

8. Техническое сравнение и соображения

По сравнению со старыми технологиями, такими как GaP, этот зеленый светодиод на основе InGaN предлагает более высокую эффективность и более яркий выходной сигнал. Корпус 0603 обеспечивает значительно меньшие габариты по сравнению со старыми корпусами светодиодов, такими как 0805 или 1206, что позволяет создавать более плотные конструкции печатных плат. Широкий угол обзора 130 градусов идеально подходит для всенаправленных индикаторов, тогда как светодиоды с более узким углом могут быть предпочтительнее для приложений с сфокусированным лучом. Комплексная система бинов позволяет добиться более точного соответствия цвета и яркости в критических приложениях по сравнению с небинованными или слабо бинованными компонентами.

9. Часто задаваемые вопросы (ЧЗВ)

В: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с выхода логики 5В?
О: Нет. При типичном V_F3.2В, прямое подключение к 5В вызовет чрезмерный ток и разрушит светодиод. Вы должны использовать последовательный токоограничивающий резистор. Рассчитайте значение резистора по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F.

В: Почему такой широкий диапазон силы света (71-450 мкд)?
О: Это полный производственный разброс. С помощью системы бинов (Q, R, S, T) вы можете приобретать светодиоды из определенного, более узкого диапазона интенсивности (например, Бин S: 180-280 мкд), чтобы обеспечить постоянство в вашем продукте.

В: Подходит ли этот светодиод для использования на улице?
О: Рабочий температурный диапазон составляет от -20°C до +80°C. Хотя он может функционировать во многих уличных условиях, длительное воздействие прямого солнечного света, влаги и УФ-излучения со временем может ухудшить состояние эпоксидной линзы. Для суровых условий рассмотрите светодиоды с защитным покрытием или специально предназначенные для уличного использования.

В: Что произойдет, если я превышу номинальное обратное напряжение?
О: Превышение 5В при обратном смещении может вызвать лавинный пробой PN-перехода, что приведет к немедленному и необратимому повреждению, часто в виде короткого замыкания.

10. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование панели индикаторов состояния для сетевого маршрутизатора.
Панель требует 10 одинаковых ярко-зеленых светодиодов для отображения активности соединения и состояния питания. Чтобы обеспечить одинаковую яркость и цвет всех светодиодов, разработчик указывает БинSдля силы света (180-280 мкд) и БинAQдля доминирующей длины волны (525-530 нм). Для гарантии постоянного тока каждый светодиод управляется через вывод GPIO микроконтроллера с последовательным резистором 100 Ом (рассчитан для питания 3.3В и целевого тока ~20 мА). Разводка печатной платы включает небольшую терморазгрузочную площадку, соединенную с земляной полигонной для отвода тепла. Во время сборки завод использует рекомендуемый профиль ИК-оплавления, а операторы следуют протоколам ЭСР. Результат — панель с равномерными, надежными индикаторными лампами.

11. Принцип работы

Это полупроводниковое фотонное устройство. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода, электроны и дырки инжектируются в активную область (квантовую яму InGaN). Эти носители заряда рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала InGaN, которая формируется в процессе эпитаксиального роста для получения зеленого света (~525-530 нм). Эпоксидная линза служит для защиты полупроводникового кристалла, формирования выходного светового пучка и улучшения вывода света из чипа.

12. Технологические тренды

Базовая технология для зеленых светодиодов, InGaN, продолжает развиваться. Тренды включают:
- Повышение эффективности:Текущие исследования направлены на снижение "провала эффективности" (падение эффективности при более высоких токах управления) и улучшение внутренней квантовой эффективности, что приводит к более ярким светодиодам при меньшей мощности.
- Миниатюризация:Размеры корпусов продолжают уменьшаться (например, с 0603 до 0402 и меньше), чтобы соответствовать требованиям сверхкомпактной потребительской электроники.
- Улучшение постоянства цвета:Достижения в области эпитаксиального роста и алгоритмов бининга позволяют получать более жесткие цветовые допуски непосредственно с производства, снижая необходимость во вторичной сортировке.
- Повышение надежности:Улучшения в материалах корпусов и технологиях крепления кристалла увеличивают срок службы и повышают устойчивость к термическим и механическим напряжениям.