Техническая документация на SMD светодиод LTST-C281TGKT-2A - Размеры 1.6x0.8x0.35мм - Напряжение 2.5-3.1В - Зеленый цвет

1. Обзор продукта

LTST-C281TGKT-2A — это светодиодный прибор для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для современных электронных устройств с ограниченным пространством. Он относится к семейству миниатюрных светодиодов, оптимизированных для автоматизированных процессов сборки печатных плат (ПП). Основной рынок для этого компонента — портативная и компактная электроника, где площадь платы имеет решающее значение.

Ключевое преимущество этого светодиода — исключительно малая толщина всего 0.35 мм, что делает его подходящим для применений в сверхтонких дисплеях, подсветке клавиатур и индикаторах состояния в портативных устройствах. В нем используется полупроводниковый кристалл InGaN (нитрид индия-галлия), известный своей эффективностью в генерации яркого зеленого света. Устройство полностью соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), что гарантирует соответствие международным экологическим стандартам. Поставляется на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, в соответствии со стандартами EIA, что облегчает высокоскоростную автоматизированную сборку методом "pick-and-place".

1.1 Целевые области применения

Этот светодиод универсален и находит применение в широком спектре электронного оборудования. Ключевые области применения включают:

• Телекоммуникационное оборудование:Индикаторы состояния и подсветка в беспроводных телефонах, сотовых телефонах и сетевом оборудовании.
• Офисная автоматизация:Подсветка клавиатур и клавиатурных блоков в ноутбуках и других периферийных устройствах.
• Потребительская электроника и бытовая техника:Индикаторы питания, лампы состояния функций и подсветка дисплеев.
• Промышленное оборудование:Панельные индикаторы и сигнальные светильники в системах управления.
• Микродисплеи и подсветка символов:Используется в компактных информационных дисплеях и для подсветки значков.

2. Технические параметры: Подробный объективный анализ

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется и должна быть исключена в надежной конструкции.

• Рассеиваемая мощность (Pd):76 мВт. Это максимальное количество мощности, которое корпус светодиода может рассеять в виде тепла без ухудшения характеристик или надежности. Превышение этого предела грозит перегревом p-n перехода.
• Пиковый прямой ток (I_FP):100 мА. Это максимально допустимый мгновенный прямой ток, обычно указываемый для импульсных условий (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Он значительно выше номинального постоянного тока для учета переходных процессов, но не должен использоваться для постоянной работы.
• Постоянный прямой ток (I_F):20 мА. Это рекомендуемый максимальный постоянный прямой ток для надежной долгосрочной работы. Проектирование схемы управления для работы на этом токе или ниже критически важно для срока службы.
• Диапазон рабочих температур (T_opr):от -20°C до +80°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором светодиод будет функционировать в соответствии со своими характеристиками. Работа за пределами этого диапазона не нормируется.
• Диапазон температур хранения (T_stg):от -30°C до +100°C. Диапазон температур для хранения устройства без подачи питания.
• Условия инфракрасной пайки оплавлением:260°C в течение 10 секунд. Это определяет максимальный тепловой профиль, который светодиод может выдержать во время пайки оплавлением, что критически важно для бессвинцовых процессов сборки.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные параметры, измеренные при стандартной температуре окружающей среды 25°C. Они определяют ожидаемое поведение устройства в нормальных рабочих условиях.

• Сила света (I_V):35.5 - 90 мкд (милликандела) при I_F= 2мА. Это мера воспринимаемой яркости светодиода человеческим глазом. Широкий диапазон указывает на использование системы сортировки (см. Раздел 3). Условия испытаний используют датчик с фильтром, соответствующим кривой спектральной чувствительности глаза CIE.
• Угол обзора (2θ_1/2):130 градусов. Это полный угол, при котором сила света падает до половины значения, измеренного на оси (0°). Такой широкий угол обзора указывает на ламбертову или близкую к ней диаграмму направленности, подходящую для площадной подсветки, а не для сфокусированных лучей.
• Длина волны пикового излучения (λ_P):525 нм. Это длина волны, на которой спектральная плотность мощности излучаемого света максимальна. Это физическое свойство кристалла InGaN.
• Доминирующая длина волны (λ_d):520.0 - 535.0 нм при I_F= 2мА. Этот параметр выводится из цветовой диаграммы CIE и представляет собой одну длину волны, которая наилучшим образом описывает воспринимаемый цвет (зеленый) светодиода. Это ключевой параметр для цветовой однородности.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):25 нм. Это ширина спектра излучения на половине максимальной мощности. Меньшая полуширина указывает на более спектрально чистый, насыщенный цвет.
• Прямое напряжение (V_F):2.5 - 3.1 В при I_F= 2мА. Падение напряжения на светодиоде при работе на указанном токе. Этот диапазон требует тщательного проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.) при V_R= 5В. Светодиоды не предназначены для работы в обратном смещении. Этот параметр указывает на небольшой ток утечки при случайном приложении обратного напряжения. В документации прямо указано, что устройство не предназначено для работы в обратном режиме.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения однородности в массовом производстве светодиоды сортируются по ключевым параметрам. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям по цвету, яркости и прямому напряжению.

3.1 Сортировка по прямому напряжению (V_F)

Группы определяются с шагом 0.1В от 2.5В до 3.1В при испытательном токе 2мА. Например, код группы '10' включает светодиоды с V_Fмежду 2.5В и 2.6В, а '13' — между 3.0В и 3.1В. Для каждой группы применяется допуск ±0.1В. Выбор светодиодов из узкой группы V_Fпомогает обеспечить равномерную яркость при параллельном включении нескольких светодиодов.

3.2 Сортировка по силе света (I_V)

Группы определены для силы света, измеренной при 2мА. Коды варьируются от 'N2' (35.5-45 мкд) до 'Q1' (71-90 мкд). Для каждой группы применяется допуск ±15%. Эта сортировка критически важна для применений, требующих одинаковой воспринимаемой яркости на нескольких индикаторах или зонах подсветки.

3.3 Сортировка по оттенку (доминирующая длина волны)

Эта сортировка обеспечивает цветовую однородность. Доминирующая длина волны группируется с шагом 5 нм: 'AP' (520.0-525.0 нм), 'AQ' (525.0-530.0 нм) и 'AR' (530.0-535.0 нм). Для каждой группы поддерживается жесткий допуск ±1 нм. Для применений, где критически важна цветопередача (например, многоцветные дисплеи или светофоры), указание узкой группы по оттенку является обязательным.

4. Анализ характеристических кривых

В документации приведены типичные характеристические кривые, необходимые для понимания поведения устройства в различных условиях. Хотя конкретные графики не воспроизводятся в тексте, их значение анализируется ниже.

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

Эта кривая показывает экспоненциальную зависимость между током и напряжением для полупроводникового диода. Для светодиода она демонстрирует напряжение включения (около 2.5-3.1В) и то, как V_Fувеличивается с ростом I_F. Кривая жизненно важна для проектирования соответствующего драйвера ограничения тока, поскольку светодиоды являются токоуправляемыми устройствами. Небольшое изменение напряжения может привести к большому изменению тока, потенциально превышающему предельные параметры.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Этот график обычно показывает, что в нормальном рабочем диапазоне (например, до 20мА) сила света увеличивается примерно линейно с ростом прямого тока. Однако эффективность (люмен на ватт) может достигать пика при токе ниже максимального номинального значения. Работа выше этой точки пиковой эффективности приводит к большему выделению тепла при уменьшении отдачи света, снижая общую надежность.

4.3 Спектральное распределение

Спектральный график показал бы один пик с центром около 525 нм и характерной шириной (Δλ) около 25 нм. Это подтверждает монохроматическое зеленое излучение кристалла InGaN. Форма и ширина спектра влияют на чистоту цвета и на то, как свет светодиода смешивается с другими цветами.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод имеет компактный корпус для поверхностного монтажа. Ключевые размеры (все в миллиметрах, допуск ±0.1 мм, если не указано иное) включают размер корпуса примерно 1.6 мм в длину и 0.8 мм в ширину. Наиболее заметной особенностью является его высота всего 0.35 мм, что позволяет классифицировать его как \"сверхтонкий\". Корпус оснащен прозрачной линзой, которая не рассеивает свет, позволяя сохранить исходную диаграмму направленности кристалла (угол обзора 130°).

5.2 Рекомендуемая контактная площадка на печатной плате

В документации представлен рекомендуемый рисунок контактных площадок на печатной плате. Этот рисунок критически важен для обеспечения правильного формирования паяного соединения во время оплавления, обеспечивая хороший электрический контакт, механическую прочность и теплоотвод. Следование рекомендуемой конфигурации площадок помогает предотвратить эффект \"надгробия\" (отрыв одного конца) и обеспечивает стабильное выравнивание.

5.3 Идентификация полярности

SMD светодиоды имеют анод (+) и катод (-). На схеме в документации обычно указывается полярность, часто путем маркировки катодной стороны корпуса или показа ориентации внутреннего кристалла. Правильная полярность обязательна для работы.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Условия инфракрасной пайки оплавлением

Для бессвинцовых процессов пайки рекомендуется определенный тепловой профиль. Пиковая температура не должна превышать 260°C, а время выше 260°C должно быть ограничено максимум 10 секундами. Необходима стадия предварительного нагрева (например, 150-200°C) для постепенного нагрева сборки и активации флюса в паяльной пасте. Профиль должен быть охарактеризован для конкретной сборки ПП, так как толщина платы, плотность компонентов и тип печи влияют на результат. В документации указано соответствие стандартам JEDEC для профилей оплавления.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, ее следует выполнять с особой осторожностью. Рекомендуемая максимальная температура жала паяльника — 300°C, а время контакта должно быть ограничено 3 секундами на соединение. Чрезмерный нагрев может повредить эпоксидный корпус светодиода и внутренние проводящие соединения.

6.3 Очистка

Следует использовать только указанные чистящие средства. Рекомендуемые растворители — этиловый или изопропиловый спирт при нормальной температуре, время погружения ограничено менее одной минуты. Агрессивные или неуказанные химикаты могут вызвать помутнение, растрескивание или повреждение линзы светодиода и материала корпуса.

6.4 Хранение и обращение

• Меры предосторожности от ЭСР:Светодиоды чувствительны к электростатическому разряду (ЭСР). Обращение должно осуществляться с использованием антистатических браслетов, перчаток и на правильно заземленных рабочих местах.
• Чувствительность к влаге:Корпус чувствителен к влаге. Не вскрытые катушки должны храниться при температуре ≤30°C и влажности ≤90%. После вскрытия оригинальной влагозащищенной упаковки светодиодам присваивается уровень чувствительности к влаге (MSL) 2a, что означает, что они должны быть припаяны в течение 672 часов (28 дней) после воздействия заводских условий окружающей среды (≤30°C/60% влажности). Для более длительного хранения после вскрытия их следует хранить в герметичном контейнере с осушителем. Если время воздействия превышает 672 часа, перед пайкой требуется прогрев при 60°C в течение не менее 20 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения \"эффекта попкорна\" во время оплавления.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификация ленты и катушки

Светодиоды поставляются на рельефной несущей ленте с защитной покрывающей лентой. Ширина ленты составляет 8 мм, она намотана на стандартную катушку диаметром 7 дюймов (178 мм). Каждая катушка содержит 5000 штук. Для количеств менее полной катушки применяется минимальная упаковочная единица в 500 штук. Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA-481, что обеспечивает совместимость с автоматизированным сборочным оборудованием.

8. Рекомендации по применению и проектные соображения

8.1 Типовые схемы включения

Светодиод должен управляться источником постоянного тока или через токоограничивающий резистор, включенный последовательно с источником напряжения. Значение резистора (R) можно рассчитать по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Критически важно использовать максимальное значение V_Fиз группы или документации, чтобы гарантировать, что ток не превысит предел даже при наихудших допусках компонентов. Например, при напряжении питания 5В, V_F= 3.1В и желаемом I_F= 20мА: R = (5 - 3.1) / 0.02 = 95 Ом. Стандартный резистор на 100 Ом будет безопасным выбором, что приведет к немного меньшему току.

8.2 Тепловой режим

Хотя рассеиваемая мощность мала (макс. 76 мВт), правильное тепловое проектирование продлевает срок службы. Убедитесь, что используется рекомендуемая контактная площадка на ПП, так как она действует как радиатор. Избегайте размещения светодиода рядом с другими теплообразующими компонентами. Работа при более низких токах (например, 10мА вместо 20мА) значительно снижает внутренний нагрев и может существенно увеличить срок службы.

8.3 Оптическое проектирование

Угол обзора 130 градусов обеспечивает широкое, равномерное освещение. Для применений, требующих более сфокусированного луча, потребуются внешние вторичные оптические элементы (линзы). Прозрачная линза обеспечивает максимально возможный световой поток, но может вызывать видимое изображение яркого кристалла (\"горячее пятно\"). Если требуется рассеянное, равномерное освещение, рассмотрите возможность использования светодиодов с матовой линзой или добавления световода/рассеивающей пленки в конструкции.

9. Техническое сравнение и отличительные особенности

Основным отличительным фактором LTST-C281TGKT-2A является его ультратонкая высота 0.35 мм. По сравнению со стандартными SMD светодиодами, такими как корпуса 0603 (высота 0.8 мм) или даже 0402 (высота 0.6 мм), это устройство позволяет реализовывать конструкции с более жесткими ограничениями по высоте (Z-высоте). Использование кристалла InGaN обеспечивает более высокую яркость и эффективность по сравнению со старыми технологиями, такими как AlGaInP для зеленого света, в аналогичном размере корпуса. Его совместимость со стандартными процессами ИК-оплавления и упаковкой на ленте делает его прямой заменой во многих существующих конструкциях, стремящихся к миниатюризации или улучшению характеристик.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я питать этот светодиод постоянным током 20мА?

О: Да, 20мА — это максимальный рекомендуемый постоянный прямой ток. Для максимальной надежности и долговечности рассмотрите работу при более низком токе, например, 10-15мА.

В: Почему такой широкий диапазон силы света (от 35.5 до 90 мкд)?

О: Это отражает процесс сортировки. При заказе необходимо указать желаемый код группы по силе света (N2, P1, P2, Q1), чтобы получить светодиоды в определенном диапазоне яркости.

В: Как обеспечить одинаковый цвет на нескольких светодиодах в моем изделии?

О: При заказе укажите узкую группу по оттенку (например, только AQ). Это гарантирует, что все светодиоды будут иметь доминирующую длину волны в пределах диапазона 5 нм, что обеспечит визуально одинаковый зеленый цвет.

В: Профиль моей печи оплавления имеет пик 250°C. Это допустимо?

О: Да, пиковая температура 250°C ниже максимального значения 260°C и, как правило, приемлема при условии контроля других аспектов профиля (время выше температуры ликвидуса, скорости нагрева/охлаждения).

11. Пример практического применения

Сценарий: Подсветка мембранной клавиатуры медицинского прибора.

Устройству требуется тонкая, надежная зеленая подсветка для клавиш. LTST-C281TGKT-2A выбран из-за его высоты 0.35 мм, которая соответствует слоистой конструкции мембранного переключателя. Выбраны светодиоды из группы яркости \"Q1\" и группы оттенка \"AQ\" для обеспечения яркой, равномерной и однородной зеленой подсветки на всех клавишах. Они размещены на гибкой печатной плате и управляются через микросхему драйвера постоянного тока с током 15мА каждый, чтобы сбалансировать яркость и долгосрочную надежность. Сборка проходит тщательно настроенный процесс ИК-оплавления, а светодиоды перед использованием хранятся в сушильном шкафу для соблюдения требований MSL.

12. Введение в принцип работы

Светодиоды (LED) — это полупроводниковые приборы, излучающие свет посредством электролюминесценции. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу полупроводникового материала (в данном случае InGaN), электроны и дырки рекомбинируют в активной области. Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (частиц света). Длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. InGaN обычно используется для получения света в синей, зеленой и голубой областях спектра. Конкретное легирование и структура кристалла разработаны для достижения высокой эффективности и желаемого зеленого цвета на длине волны 525 нм.

13. Технологические тренды

Тренд в области SMD светодиодов для потребительской электроники продолжается в сторону дальнейшей миниатюризации, повышения эффективности (люмен на ватт) и увеличения надежности. Переход к ультратонким корпусам, таким как профиль 0.35 мм, обсуждаемый здесь, позволяет создавать все более тонкие конечные продукты. Также уделяется внимание улучшению цветовой однородности и расширению цветового охвата для дисплейных применений. Более того, растущим трендом является интеграция схемы драйвера или нескольких светодиодных кристаллов в один корпус (например, RGB светодиоды) для упрощения системного проектирования. Базовая полупроводниковая технология, особенно для зеленых светодиодов, является областью активных исследований, направленных на закрытие \"зеленого разрыва\" и достижение эффективности, сравнимой с синими и красными светодиодами.