Техническая спецификация SMD светодиода LTST-S110KGKT - AlInGaP зеленый - 25мА - 62.5мВт

1. Обзор продукта

LTST-S110KGKT — это светодиодная лампа для поверхностного монтажа (SMD), предназначенная для автоматизированной сборки печатных плат (ПП). Она входит в семейство миниатюрных светодиодов, разработанных для применений с ограниченным пространством в широком спектре электронного оборудования.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Данный светодиод предлагает несколько ключевых преимуществ для современного электронного производства. Его основные особенности включают соответствие директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), что делает его пригодным для глобальных рынков со строгими экологическими нормами. Устройство использует сверхъяркий полупроводниковый кристалл AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), известный высокой эффективностью и хорошей чистотой цвета в зеленом спектре. Корпус имеет луженое покрытие, улучшающее паяемость и долгосрочную надежность. Он полностью совместим с автоматическим оборудованием для установки компонентов и процессами пайки инфракрасным (ИК) оплавлением, стандартными для массового производства. Светодиоды поставляются в стандартной 8-миллиметровой катушечной упаковке на 7-дюймовых катушках, что облегчает эффективную обработку и сборку.

Области применения разнообразны и сосредоточены там, где критически важны компактный размер, надежность и четкая визуальная индикация. К ним относятся телекоммуникационное оборудование (например, сотовые телефоны), устройства офисной автоматизации (например, ноутбуки), сетевые системы, различные бытовые приборы, а также внутренняя световая сигнализация или подсветка символов. Конкретные применения в этих устройствах включают подсветку клавиатур, индикаторы состояния, микродисплеи и общие сигнальные светильники.

2. Подробный анализ технических параметров

Тщательное понимание электрических, оптических и тепловых характеристик необходимо для правильного проектирования схемы и надежной работы.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Максимальный постоянный прямой ток (IF) составляет 25 мА. В импульсном режиме со скважностью 1/10 и длительностью импульса 0,1 мс устройство может выдерживать пиковый прямой ток 60 мА. Максимально допустимое обратное напряжение (VR) составляет 5 В. Общая рассеиваемая мощность не должна превышать 62,5 мВт. Диапазон рабочих температур составляет от -30°C до +85°C, а диапазон температур хранения немного шире — от -40°C до +85°C. Критически важно, что светодиод может выдерживать пайку инфракрасным оплавлением с пиковой температурой 260°C в течение не более 10 секунд, что соответствует стандартным профилям бессвинцовой (Pb-free) сборки.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные параметры производительности, измеренные при Ta=25°C в стандартных условиях испытаний. Сила света (Iv), мера воспринимаемой яркости, колеблется от минимума 18,0 милликандел (мкд) до максимума 71,0 мкд при стандартном испытательном токе 20 мА. Угол обзора, определяемый как 2θ1/2 (удвоенный половинный угол), составляет 130 градусов. Этот широкий угол обзора делает светодиод подходящим для применений, где важна видимость с неосевых позиций.

Спектральные характеристики определяются несколькими длинами волн. Пиковая длина волны излучения (λP) обычно составляет 574 нм. Доминирующая длина волны (λd), определяющая воспринимаемый цвет, имеет заданный диапазон от 567,5 нм до 576,5 нм при 20 мА. Полуширина спектральной линии (Δλ) обычно составляет 15 нм, что указывает на спектральную чистоту излучаемого зеленого света.

Электрически, прямое напряжение (VF) при 20 мА варьируется от минимума 1,9 В до максимума 2,4 В. Обратный ток (IR) указан как максимальный 10 мкА при приложенном обратном напряжении 5 В.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения стабильности в массовом производстве светодиоды сортируются по группам (бинаризация) на основе ключевых параметров. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям их применения.

3.1 Сортировка по прямому напряжению (VF)

Светодиоды сортируются в соответствии с падением прямого напряжения при 20 мА. Коды групп, минимальное и максимальное напряжения следующие: Код 4 (1,9В - 2,0В), Код 5 (2,0В - 2,1В), Код 6 (2,1В - 2,2В), Код 7 (2,2В - 2,3В) и Код 8 (2,3В - 2,4В). Допуск в пределах каждой группы составляет ±0,1 вольт. Выбор светодиодов из одной группы VF помогает поддерживать равномерную яркость при параллельном подключении нескольких светодиодов без индивидуальных токоограничивающих резисторов.

3.2 Сортировка по силе света (IV)

Эта сортировка категоризирует светодиоды на основе их светового потока при 20 мА. Группы: Код M (18,0 - 28,0 мкд), Код N (28,0 - 45,0 мкд) и Код P (45,0 - 71,0 мкд). Допуск для каждой группы интенсивности составляет ±15%. Это позволяет разработчикам выбрать уровень яркости, подходящий для применения, будь то требование высокой видимости или более низкого энергопотребления.

3.3 Сортировка по оттенку (доминирующей длине волны)

Для контроля цветовой однородности светодиоды сортируются по их доминирующей длине волны. Группы: Код C (567,5 - 570,5 нм), Код D (570,5 - 573,5 нм) и Код E (573,5 - 576,5 нм). Допуск для каждой группы составляет ±1 нм. Использование светодиодов из одной группы оттенка критически важно в приложениях, где важна цветовая согласованность между несколькими индикаторами.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные дают более глубокое понимание поведения устройства в различных условиях, что жизненно важно для надежного проектирования.

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

Вольт-амперная характеристика показывает зависимость тока, протекающего через светодиод, от напряжения на нем. Для типичного светодиода AlInGaP, такого как этот, кривая имеет экспоненциальный рост. Напряжение "колена", при котором ток начинает значительно увеличиваться, составляет около 1,8-1,9В. После этой точки небольшое увеличение напряжения вызывает большое увеличение тока. Это подчеркивает важность использования источника постоянного тока или токоограничивающего резистора для предотвращения теплового разгона и обеспечения стабильной работы.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Эта кривая демонстрирует, как световой выход масштабируется с током накачки. Обычно сила света увеличивается примерно линейно с током до определенного предела. Однако при очень высоких токах эффективность падает из-за увеличения тепловыделения в кристалле (эффект "droop"). Работа при рекомендуемом токе 20мА или ниже обеспечивает оптимальную эффективность и долговечность.

4.3 Зависимость силы света от температуры окружающей среды

Световой выход светодиода зависит от температуры. При увеличении температуры окружающей среды (или температуры перехода) сила света, как правило, уменьшается. Эта кривая снижения номинальных характеристик имеет решающее значение для проектирования приложений, которые должны поддерживать определенный уровень яркости в заданном диапазоне рабочих температур, особенно вблизи верхнего предела +85°C.

4.4 Спектральное распределение

График спектрального распределения мощности показывает относительную интенсивность света, излучаемого на каждой длине волны. Для зеленого светодиода AlInGaP эта кривая обычно представляет собой один относительно узкий пик, центрированный вокруг доминирующей длины волны. Полуширина (Δλ) в 15 нм указывает на умеренно чистый зеленый цвет, что желательно для четких, насыщенных индикаторов.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод соответствует отраслевому стандарту SMD корпуса. Ключевые размеры включают общую длину, ширину и высоту. Линза прозрачная. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0,1 мм, если не указано иное. Точные размерные данные необходимы для создания точных посадочных мест на ПП и обеспечения правильной установки и пайки.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка ПП и полярность

Предоставляется рекомендуемая разводка контактных площадок (посадочное место) для обеспечения надежного формирования паяного соединения и правильного выравнивания во время оплавления. Конструкция учитывает формирование паяного мениска и тепловую развязку. Катод (отрицательный) вывод обычно обозначается маркировкой на корпусе, такой как выемка, точка или зеленая метка. Правильная ориентация полярности во время сборки обязательна для функционирования устройства.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Параметры пайки инфракрасным оплавлением

Для бессвинцовых (Pb-free) процессов пайки рекомендуется определенный температурный профиль. Этот профиль обычно включает зону предварительного нагрева (например, 150-200°C), контролируемый подъем температуры, зону пиковой температуры и зону охлаждения. Критическим параметром является то, что температура корпуса устройства не должна превышать 260°C более 10 секунд. Соблюдение этого профиля необходимо для предотвращения повреждения эпоксидной линзы светодиода, внутренних проводящих соединений или самого полупроводникового кристалла.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, необходимо соблюдать крайнюю осторожность. Температура жала паяльника не должна превышать 300°C, а время контакта с выводом светодиода должно быть ограничено максимум 3 секундами для одной паяльной операции. Применение чрезмерного тепла может необратимо повредить компонент.

6.3 Очистка

Очистка после пайки должна выполняться совместимыми растворителями. Следует использовать только спиртосодержащие очистители, такие как этиловый спирт или изопропиловый спирт (IPA). Светодиод следует погружать при нормальной температуре менее чем на одну минуту. Агрессивные или неуказанные химические очистители могут ухудшить состояние пластикового корпуса, что приведет к изменению цвета, растрескиванию или снижению светового потока.

6.4 Хранение и обращение

Правильное хранение критически важно для сохранения паяемости. Не вскрытые влагозащищенные пакеты с осушителем имеют срок годности. После вскрытия оригинальной упаковки светодиоды чувствительны к влажности окружающей среды (Уровень чувствительности к влаге, MSL 3). Их следует использовать в течение одной недели или хранить в сухой среде (например, в герметичном контейнере с осушителем или в азотном шкафу). Если светодиоды подвергались воздействию окружающей влажности более недели, перед пайкой требуется процесс сушки (например, 60°C в течение не менее 20 часов) для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" (popcorning) во время оплавления.

6.5 Меры предосторожности от электростатического разряда (ESD)

Светодиоды чувствительны к электростатическому разряду. Процедуры обращения должны включать надлежащее заземление. Операторы должны использовать антистатические браслеты или перчатки. Все рабочие места, оборудование и машины должны быть правильно заземлены для предотвращения событий ESD, которые могут ухудшить или разрушить полупроводниковый переход.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации катушечной упаковки

Продукт поставляется для автоматизированной сборки. Он упакован в 8-миллиметровую перфорированную несущую ленту. Лента намотана на стандартные катушки диаметром 7 дюймов (178 мм). Каждая катушка содержит 3000 штук светодиодов. Для количеств меньше полной катушки доступна минимальная упаковка в 500 штук. Упаковка соответствует стандартам ANSI/EIA-481, обеспечивая совместимость со стандартными ленточными питателями на установочных машинах.

8. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

8.1 Ограничение тока

Светодиод — это устройство с токовым управлением. Последовательный резистор — это простейший метод ограничения тока при питании от источника напряжения. Значение резистора можно рассчитать по закону Ома: R = (V_источника - VF_светодиода) / I_желаемый. Например, при питании 5В, VF 2,1В и желаемом токе 20мА, значение резистора будет (5 - 2,1) / 0,02 = 145 Ом. Подошел бы стандартный резистор на 150 Ом. Также необходимо учитывать мощность резистора: P = I^2 * R = (0,02)^2 * 150 = 0,06Вт, поэтому резистор мощностью 1/8Вт (0,125Вт) или больше будет достаточным.

8.2 Тепловой менеджмент

Несмотря на малые размеры, светодиоды выделяют тепло в полупроводниковом переходе. Чрезмерная температура перехода снижает световой выход, смещает длину волны и сокращает срок службы. Для конструкций, работающих при высоких температурах окружающей среды или близких к максимальному току, следует учитывать разводку ПП. Использование ПП с земляной полигоной или тепловыми переходами под тепловой площадкой светодиода (если она есть) может помочь рассеять тепло. Избегайте размещения светодиодов рядом с другими теплообразующими компонентами.

8.3 Область применения и надежность

Данный светодиод предназначен для использования в стандартном коммерческом и промышленном электронном оборудовании. Для применений, требующих исключительной надежности, где отказ может поставить под угрозу безопасность или здоровье (например, авиация, медицинские системы жизнеобеспечения, критические транспортные системы), необходимы дополнительные квалификационные испытания и специальные консультации. Стандартное устройство может не подходить для таких высоконадежных применений без дополнительной оценки.

9. Техническое сравнение и дифференциация

LTST-S110KGKT, основанный на технологии AlInGaP, предлагает явные преимущества по сравнению с другими технологиями зеленых светодиодов, такими как традиционный GaP (фосфид галлия) или InGaN (нитрид индия-галлия) для определенных длин волн. Светодиоды AlInGaP обычно обеспечивают более высокую эффективность и лучшую температурную стабильность в янтарно-красном спектре, а для определенных зеленых длин волн они могут обеспечить превосходную производительность с точки зрения яркости и цветовой стабильности по сравнению со старой технологией GaP. Его угол обзора 130 градусов шире, чем у некоторых корпусов с боковым или верхним излучением, предназначенных для более направленного света, что делает его универсальным выбором для индикации состояния, где полезна широкоугольная видимость. Сочетание прозрачной линзы и яркого кристалла AlInGaP дает яркий, насыщенный зеленый цвет, который легко различим.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

10.1 В чем разница между пиковой длиной волны и доминирующей длиной волны?

Пиковая длина волны (λP) — это длина волны, на которой кривая спектрального распределения мощности достигает максимальной интенсивности. Доминирующая длина волны (λd) выводится из диаграммы цветности CIE и представляет собой единственную длину волны чистого монохроматического света, которая соответствовала бы воспринимаемому цвету светодиода. Для светодиодов с узким спектром эти значения часто близки, но λd является более релевантным параметром для спецификации цвета.

10.2 Могу ли я питать этот светодиод напрямую от источника напряжения?

Нет. Прямое напряжение светодиода имеет отрицательный температурный коэффициент и варьируется от образца к образцу. Подключение его напрямую к источнику напряжения вызовет неконтролируемый ток, который, вероятно, превысит максимальный рейтинг и разрушит устройство. Всегда используйте механизм ограничения тока, такой как последовательный резистор или драйвер постоянного тока.

10.3 Почему существует система сортировки для силы света и длины волны?

Технологические вариации вызывают небольшие различия в характеристиках отдельных светодиодов. Сортировка распределяет их по группам с близко совпадающими характеристиками. Это позволяет разработчикам приобретать компоненты с гарантированными минимальными/максимальными характеристиками (например, яркость, цвет) для своего применения, обеспечивая согласованность конечного продукта, особенно при использовании нескольких светодиодов.

10.4 Что произойдет, если я превышу лимит в 10 секунд при 260°C во время оплавления?

Превышение температурно-временного профиля может вызвать несколько видов отказов: термическое растрескивание эпоксидной линзы, деградацию внутреннего силиконового герметика (приводящую к потемнению), отказ проводящих соединений или повреждение самого полупроводникового кристалла. Это приведет к снижению светового потока, смещению цвета или полному отказу устройства.

11. Практические примеры проектирования и использования

11.1 Индикатор состояния для потребительского устройства

В портативной Bluetooth-колонке один LTST-S110KGKT может использоваться в качестве индикатора состояния питания/зарядки. При токе 10-15 мА через токоограничивающий резистор от основной шины 3,3В или 5В он обеспечивает четкий, яркий зеленый свет. Широкий угол обзора 130 градусов гарантирует, что статус виден практически под любым углом. Конструкция должна включать правильное посадочное место на ПП и обеспечивать, чтобы светодиод не был размещен за сильно тонированной или рассеивающей линзой, которая потребовала бы более высокого тока накачки.

11.2 Подсветка мембранной клавиатуры

Для клавиатуры медицинского прибора несколько светодиодов из одной группы интенсивности (например, Код N) могут быть расположены по периметру для обеспечения равномерной подсветки. Они будут подключены последовательно-параллельными комбинациями с соответствующими токоограничивающими резисторами для обеспечения равномерной яркости. Тепловой менеджмент необходимо учитывать, если много светодиодов работают одновременно в ограниченном пространстве.

12. Введение в технологию

LTST-S110KGKT использует полупроводниковый материал AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), выращенный на подложке. При приложении прямого напряжения электроны и дырки рекомбинируют в активной области кристалла, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlInGaP определяет ширину запрещенной зоны и, следовательно, длину волны (цвет) излучаемого света, в данном случае зеленого. Кристалл монтируется в корпусе с выводной рамкой, соединяется проводом и герметизируется прозрачной эпоксидной линзой, которая защищает кристалл и формирует световой пучок. Лужение внешних выводов обеспечивает хорошую паяемость и устойчивость к окислению.

13. Технологические тренды

Общая тенденция в SMD индикаторных светодиодах продолжается в направлении повышения эффективности (больше светового потока на единицу электрической мощности), улучшения цветовой однородности и насыщенности, а также уменьшения размеров корпусов для более плотной компоновки ПП. Также уделяется внимание повышению надежности в жестких условиях, таких как более высокая температура и влажность. Стремление к миниатюризации сохраняется, при этом светодиоды в корпусах типа CSP (Chip Scale Package) становятся все более распространенными для наиболее ограниченных по пространству применений. Кроме того, интеграция управляющей электроники непосредственно с кристаллом светодиода (например, для постоянного тока или смешения цветов) является областью продолжающейся разработки.