Техническая спецификация SMD светодиода 19-213 - Ярко-зеленый - Угол обзора 120° - 2.7-3.2В - 25мА - Прозрачная смола

1. Обзор продукта

19-213 — это светодиод для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для современных компактных электронных приложений. Он использует технологию чипа InGaN (нитрид индия-галлия) для получения яркого зеленого света. Основное преимущество этого компонента — его миниатюрный размер, который позволяет значительно уменьшить занимаемую площадь на печатной плате (ПП), увеличить плотность компоновки компонентов и способствовать общей миниатюризации конечного оборудования. Его легкая конструкция также делает его идеальным выбором для приложений, где пространство и вес являются критическими ограничениями.

Светодиод поставляется на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что обеспечивает полную совместимость с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки компонентов. Эта совместимость оптимизирует производственный процесс для серийного выпуска.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Ключевые преимущества SMD светодиода 19-213 проистекают из его SMD-исполнения и соответствия материалам. Отсутствие традиционных выводных рамок обеспечивает более надежное соединение с ПП и лучшую работу в условиях высокой вибрации. Продукт классифицируется как не содержащий свинца, соответствует директиве ЕС RoHS (об ограничении использования опасных веществ) и правилам REACH (регистрация, оценка, разрешение и ограничение химических веществ). Он также не содержит галогенов: содержание брома (Br) и хлора (Cl) составляет менее 900 ppm каждый, а их общее количество — менее 1500 ppm, что делает его подходящим для экологически ориентированных проектов.

Целевые области применения разнообразны и сосредоточены на функциях индикации и подсветки. Ключевые рынки включают автомобильные интерьеры (например, подсветка приборной панели и переключателей), телекоммуникационное оборудование (например, индикаторные лампы на телефонах и факсах) и потребительскую электронику (например, плоская подсветка для ЖК-дисплеев, переключателей и символов). Его универсальность также делает его пригодным для широкого спектра других индикаторных применений.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена подробная, объективная интерпретация ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, определенных в спецификации. Понимание этих пределов и типичных значений имеет решающее значение для надежного проектирования схем.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Абсолютные максимальные параметры определяют пределы нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Это не условия для нормальной работы.

• Обратное напряжение (VR): 5В- Приложение обратного смещающего напряжения, превышающего 5В, может вызвать немедленный пробой p-n перехода. В спецификации явно указано, что устройство не предназначено для работы в обратном направлении; этот параметр в основном указан для условий IR-теста.
• Прямой ток (IF): 25мА- Максимальный постоянный ток, который может протекать через светодиод. Превышение этого значения приведет к чрезмерному нагреву, что вызовет ускоренную деградацию светового потока или катастрофический отказ.
• Пиковый прямой ток (IFP): 100мА- Это максимально допустимый импульсный ток, указанный при скважности 1/10 и частоте 1кГц. Он позволяет кратковременно достигать более высокой яркости, но должен использоваться с тщательным контролем времени.
• Рассеиваемая мощность (Pd): 95мВт- Максимальная мощность, которую корпус может рассеивать в виде тепла, рассчитывается как VF * IF. Работа вблизи этого предела требует тщательного теплового менеджмента печатной платы.
• Электростатический разряд (ESD): 150В (HBM)- Этот рейтинг по модели человеческого тела указывает на умеренный уровень чувствительности к ESD. Для предотвращения скрытых или немедленных отказов обязательны правильные процедуры обращения с ESD во время сборки и монтажа.
• Рабочая температура (Topr): от -40°C до +85°C- Диапазон температуры окружающей среды, в котором гарантируется работа устройства в пределах заявленных спецификаций.
• Температура хранения (Tstg): от -40°C до +90°C- Диапазон температур для хранения в нерабочем состоянии.
• Температура пайки (Tsol): Указывает два профиля: Групповая пайка оплавлением (пиковая температура 260°C до 10 секунд) и Ручная пайка (жало паяльника при 350°C до 3 секунд на вывод).

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются при стандартных условиях испытаний Ta=25°C и IF=5мА, если не указано иное. Они определяют оптические характеристики светодиода.

• Сила света (Iv): 45 - 112 мкд (Мин. - Макс.)- Воспринимаемая яркость светодиода, измеряемая в милликанделах. Широкий диапазон указывает на использование системы сортировки (подробно в разделе 3). Типичное значение не указано и находится где-то в этом диапазоне.
• Угол обзора (2θ1/2): 120° (Типичное)- Угловой диапазон, в котором сила света падает до половины своего пикового значения. Это очень широкий угол обзора, идеально подходящий для приложений, требующих видимости с неосевых позиций.
• Пиковая длина волны (λp): 518 нм (Типичное)- Длина волны, на которой спектральное распределение мощности излучаемого света достигает максимума.
• Доминирующая длина волны (λd): 520 - 535 нм- Единая длина волны монохроматического света, которая вызывала бы такое же воспринимаемое цветовое ощущение, как и излучение светодиода. Это ключевой параметр для спецификации цвета и также подлежит сортировке.
• Спектральная ширина (Δλ): 35 нм (Типичное)- Ширина излучаемого спектра, измеренная на половине максимальной мощности (полная ширина на половине максимума - FWHM). Значение 35нм характерно для зеленых светодиодов InGaN.
• Прямое напряжение (VF): 2.70 - 3.20 В- Падение напряжения на светодиоде при токе накачки 5мА. Этот диапазон также подлежит сортировке. Допуск для этого параметра составляет ±0.05В от значения группы сортировки.
• Обратный ток (IR): 50 мкА (Макс.)- Максимальный ток утечки при приложении указанного обратного напряжения (5В).

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения постоянства цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по группам производительности. 19-213 использует три независимых параметра сортировки.

3.1 Сортировка по силе света

Светодиоды сортируются на четыре группы (P1, P2, Q1, Q2) на основе измеренной силы света при IF=5мА. Группы имеют следующие диапазоны: P1 (45.0-57.0 мкд), P2 (57.0-72.0 мкд), Q1 (72.0-90.0 мкд) и Q2 (90.0-112.0 мкд). К значению группы применяется допуск ±11%. Конструкторы должны выбрать соответствующую группу, чтобы соответствовать требуемому уровню яркости для их приложения.

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны

Постоянство цвета обеспечивается сортировкой доминирующей длины волны на три группы: X (520-525 нм), Y (525-530 нм) и Z (530-535 нм). Применяется допуск ±1нм. Это гарантирует, что все светодиоды в данной партии излучают очень похожий оттенок зеленого цвета.

3.3 Сортировка по прямому напряжению

Прямое напряжение сортируется на пять групп с шагом 0.1В: 29 (2.70-2.80В), 30 (2.80-2.90В), 31 (2.90-3.00В), 32 (3.00-3.10В) и 33 (3.10-3.20В). Допуск составляет ±0.05В. Знание группы VF может помочь в проектировании более точных схем ограничения тока, особенно при последовательном включении нескольких светодиодов.

4. Анализ характеристических кривых

Спецификация включает несколько типичных характеристических кривых, которые необходимы для понимания поведения светодиода в нестандартных условиях.

4.1 Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает, как световой поток уменьшается с увеличением температуры окружающей среды (Ta). Как и все светодиоды, 19-213 испытывает снижение светового потока с ростом температуры. Конструкторы должны учитывать это тепловое снижение в приложениях, где светодиод или его окружение могут нагреваться, чтобы обеспечить достаточную яркость при максимальной рабочей температуре.

4.2 Относительная сила света в зависимости от прямого тока

Этот график иллюстрирует нелинейную зависимость между током накачки и световым потоком. Хотя увеличение тока повышает яркость, эффективность (люмен на ватт) обычно снижается при более высоких токах из-за увеличения тепловыделения. Также видно, что световой поток насыщается по мере приближения тока к максимальному значению.

4.3 Прямое напряжение в зависимости от прямого тока (Вольт-амперная характеристика)

Вольт-амперная характеристика является основополагающей для проектирования схем. Она показывает экспоненциальную зависимость между напряжением и током в диоде. "Колено" кривой, около типичного прямого напряжения, — это точка, где светодиод начинает значительно излучать свет. Эта кривая имеет решающее значение для выбора подходящего метода ограничения тока (например, значения резистора или настроек драйвера постоянного тока).

4.4 Диаграмма направленности излучения

Полярная диаграмма изображает пространственное распределение интенсивности света. Угол обзора 120° у 19-213 приводит к широкой, ламбертовской диаграмме направленности. Это подтверждает его пригодность для широкоугольного освещения и индикаторов, которые должны быть видны с различных углов.

5. Механическая информация и информация об упаковке

5.1 Габаритные размеры корпуса

Спецификация содержит подробный 2D-чертеж корпуса светодиода с критическими размерами. Ключевые измерения включают общую длину, ширину и высоту, размер и положение контактных площадок, а также расположение маркера катода (обычно выемка или зеленая метка на одном из углов). Все неуказанные допуски составляют ±0.1мм. Этот чертеж необходим для создания посадочного места (площадки) на печатной плате в CAD-программе.

5.2 Идентификация полярности

Правильная полярность жизненно важна для работы. Корпус включает визуальный маркер для идентификации вывода катода (-). Конструкторы и монтажники должны обращаться к чертежу размеров, чтобы правильно ориентировать компонент на печатной плате.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Соблюдение этих рекомендаций критически важно для получения надежных паяных соединений без повреждения светодиода.

6.1 Профиль групповой пайки оплавлением

Предоставлен рекомендуемый профиль температуры бессвинцовой пайки оплавлением. Ключевые параметры включают: зону предварительного нагрева между 150-200°C в течение 60-120 секунд, время выше температуры ликвидуса (217°C) 60-150 секунд, пиковую температуру не выше 260°C и максимальное время на пике 10 секунд. Максимальная скорость нагрева составляет 6°C/сек, а максимальная скорость охлаждения — 3°C/сек. Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз.

6.2 Меры предосторожности при ручной пайке

Если необходима ручная пайка, требуется особая осторожность. Температура жала паяльника должна быть ниже 350°C, а время контакта с каждым выводом не должно превышать 3 секунды. Рекомендуется маломощный паяльник (≤25Вт). Между пайкой каждого вывода следует выдерживать минимальный интервал в 2 секунды для рассеивания тепла.

6.3 Хранение и чувствительность к влаге

Светодиоды упакованы в влагозащитный барьерный пакет с осушителем. Пакет не следует открывать до тех пор, пока компоненты не будут готовы к использованию. После вскрытия неиспользованные светодиоды следует хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности ≤60% и использовать в течение 168 часов (7 дней). Если время хранения превышено или осушитель указывает на поглощение влаги, перед использованием требуется обработка сушкой при 60±5°C в течение 24 часов, чтобы предотвратить "вспучивание" (popcorning) во время пайки оплавлением.

7. Информация об упаковке и заказе

7.1 Спецификации катушки и ленты

Компоненты поставляются в формованной несущей ленте с размерами, указанными в спецификации. Лента намотана на стандартную катушку диаметром 7 дюймов (178мм). Каждая катушка содержит 3000 штук. Размеры катушки (диаметр ступицы, диаметр фланца, ширина) предоставлены для совместимости с автоматическим сборочным оборудованием.

7.2 Расшифровка маркировки

Этикетка на катушке содержит несколько ключевых кодов: P/N (Номер детали), QTY (Количество упаковки), CAT (Ранг/группа силы света), HUE (Цветность/ранг доминирующей длины волны), REF (Ранг прямого напряжения) и LOT No (Прослеживаемый номер партии). Понимание этой маркировки важно для контроля запасов и обеспечения использования правильной группы производительности в производстве.

8. Рекомендации по проектированию приложений

8.1 Ограничение тока является обязательным

В спецификации категорически указано, что внешний токоограничивающий резистор (или драйвер постоянного тока)должениспользоваться. У светодиодов наблюдается резкий экспоненциальный рост тока при небольшом увеличении напряжения сверх их прямого напряжения. Без ограничения тока даже незначительное колебание напряжения питания может привести к превышению тока максимального значения, что вызовет немедленный отказ.

8.2 Тепловой менеджмент

Хотя корпус сам рассеивает тепло, основной путь отвода тепла — через контактные площадки в медь печатной платы. Для приложений, работающих при высоких температурах окружающей среды или близких к максимальному току, рассмотрите возможность использования печатной платы с адекватными тепловыми перемычками, более широкими медными дорожками или даже выделенной тепловой площадкой, соединенной с земляной полигоном, чтобы помочь рассеивать тепло.

8.3 Защита от электростатического разряда (ESD)

Учитывая рейтинг ESD 150В HBM, в средах, подверженных статическим разрядам, особенно если светодиод доступен пользователю, может быть целесообразно включить базовую защиту от ESD на линиях, подключенных к светодиоду (например, с использованием диода подавления переходных напряжений или последовательного резистора).

9. Техническое сравнение и дифференциация

19-213 отличается в первую очередь сочетанием очень широкого угла обзора 120° и прозрачной смолы. Многие индикаторные светодиоды используют рассеивающую смолу для расширения угла обзора, но это снижает пиковую осевую интенсивность. 19-213 достигает широкого угла с прозрачной смолой, что может обеспечить более высокую воспринимаемую яркость непосредственно по оси при сохранении хорошей видимости вне оси. Его полное соответствие современным экологическим нормам (RoHS, REACH, без галогенов) также является стандартным, но важным требованием для большинства новых проектов.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Какое значение резистора следует использовать при питании 5В?

Значение резистора (R) зависит от желаемого прямого тока (IF) и прямого напряжения (VF) конкретной группы светодиода. Используйте закон Ома: R = (V_питания - VF) / IF. Например, при питании 5В, VF 3.0В (Группа 31) и целевом IF 20мА: R = (5 - 3.0) / 0.020 = 100 Ом. Всегда рассчитывайте рассеиваемую мощность на резисторе: P_резистор = (V_питания - VF) * IF. В данном случае P = 2В * 0.02А = 0.04Вт, поэтому стандартного резистора 1/8Вт (0.125Вт) достаточно.

10.2 Можно ли управлять этим светодиодом с помощью ШИМ-сигнала для регулировки яркости?

Да, широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — отличный метод для регулировки яркости светодиодов. Она работает путем быстрого включения и выключения светодиода. Воспринимаемая яркость пропорциональна скважности (процент времени, в течение которого светодиод включен). ШИМ-диммирование сохраняет постоянство цвета светодиода, в отличие от аналогового диммирования (уменьшения тока), которое может вызвать сдвиг цвета. Убедитесь, что частота ШИМ достаточно высока (обычно >100Гц), чтобы избежать видимого мерцания.

10.3 Почему так важен процесс хранения и предварительного прогрева (сушки)?

Корпуса SMD могут поглощать влагу из атмосферы. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро испаряться, создавая давление пара внутри корпуса. Это может привести к внутреннему расслоению, растрескиванию смолы или разрушению проводных соединений — явление, известное как "вспучивание" (popcorning). Влагозащитная упаковка и процедуры сушки предназначены для предотвращения этого вида отказа.

11. Практические примеры проектирования и использования

11.1 Массив из нескольких светодиодов для подсветки панели

Для подсветки небольшого ЖК-дисплея или панели переключателей можно расположить несколько светодиодов 19-213 в виде массива. Из-за сортировки по прямому напряжению, как правило, более надежно подключать светодиоды параллельно, каждый со своим токоограничивающим резистором, а не последовательно. Такая конфигурация гарантирует, что различия в VF между отдельными светодиодами не вызывают неравномерного распределения тока и яркости. Специализированная микросхема драйвера постоянного тока, предназначенная для нескольких параллельных каналов светодиодов, обеспечит наиболее равномерное и эффективное решение для больших массивов.

11.2 Индикатор состояния с микроконтроллером

При управлении непосредственно с вывода GPIO микроконтроллера необходимо проверить его способность источника/стока тока. Многие выводы МК имеют предел 20-25мА, что хорошо согласуется с максимумом этого светодиода. Схема будет состоять из светодиода и последовательного резистора, подключенного между выводом МК и землей (для конфигурации стока тока) или VCC (для конфигурации источника тока). Значение резистора рассчитывается с использованием выходного напряжения МК (например, 3.3В) и VF светодиода.

12. Введение в принцип работы

Светодиод 19-213 основан на полупроводниковой диодной структуре, изготовленной из нитрида индия-галлия (InGaN). Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее потенциал p-n перехода диода (примерно 2.7-3.2В), электроны и дырки инжектируются в активную область полупроводника. Когда эти носители заряда рекомбинируют, они высвобождают энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава InGaN определяет ширину запрещенной зоны полупроводника, которая напрямую диктует длину волны (цвет) излучаемого света. В данном случае сплав настроен на генерацию фотонов в зеленом спектре (520-535 нм). Прозрачная эпоксидная смола-герметик защищает полупроводниковый чип, обеспечивает механическую стабильность и действует как линза, формируя излучаемый свет в угол обзора 120°.

13. Технологические тренды и контекст

19-213 представляет собой зрелую и широко распространенную технологию на рынке SMD светодиодов. Тренд в этом секторе продолжается в направлении нескольких ключевых разработок. Во-первых, существует постоянное стремление к увеличению световой отдачи (больше светового потока на ватт электрической мощности), что повышает энергоэффективность. Во-вторых, сохраняется активная работа над повышением чистоты и насыщенности цвета, особенно в зеленом спектре. В-третьих, миниатюризация корпусов продолжается, и даже меньшие форм-факторы, чем у 19-213, становятся обычными для сверхкомпактных устройств. Наконец, интеграция — растущий тренд: многоцветные светодиоды (RGB) или светодиоды со встроенными схемами управления (например, адресуемые по I2C) объединяют несколько функций в одном корпусе, упрощая проектирование и сборку. 19-213, с его акцентом на надежность, широкую доступность и соответствие стандартам, служит фундаментальным строительным блоком в огромной экосистеме индикаторных и осветительных приложений.