Техническая спецификация SMD светодиода 0201 красный AlInGaP - Габариты 0.6x0.3x0.25мм - Напряжение 1.7-2.4В - Мощность 72мВт

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики миниатюрного светодиода (LED) для поверхностного монтажа (SMD) в корпусе типоразмера 0201. Устройство использует технологию фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP) для получения красного свечения. Его чрезвычайно компактные размеры делают его подходящим для автоматизированных процессов сборки печатных плат (PCB) и применений, где важен каждый миллиметр пространства.

1.1 Ключевые преимущества

• Миниатюрные размеры:Корпус 0201 является одним из самых маленьких стандартизированных SMD-корпусов для светодиодов, что позволяет реализовывать высокоплотные компоновки печатных плат.
• Совместимость с автоматизацией:Разработан для совместимости с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки компонентов и стандартными процессами пайки оплавлением в инфракрасной (ИК) печи.
• Соответствие RoHS:Устройство изготовлено в соответствии с директивами об ограничении использования опасных веществ (RoHS).
• Совместимость с ИС:Электрические характеристики позволяют осуществлять прямое подключение к выходам интегральных схем.

1.2 Целевые рынки и области применения

Данный светодиод предназначен для широкого спектра потребительской и промышленной электроники, где требуются малые габариты и надежная индикация.

• Портативная электроника:Индикаторы состояния в мобильных телефонах, планшетах, ноутбуках и носимых устройствах.
• Сетевое и коммуникационное оборудование:Индикаторы связи/активности на маршрутизаторах, коммутаторах и модемах.
• Бытовая техника и офисная автоматизация:Индикаторы питания, режима работы или функций.
• Подсветка передних панелей:Подсветка символов, значков или кнопок.
• Общая индикация/сигнализация:Любое применение, требующее компактного, яркого визуального индикатора.

2. Подробный анализ технических параметров

В данном разделе представлена объективная интерпретация ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, определенных в спецификации.

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Это предельные значения, которые ни при каких условиях, даже кратковременно, не должны быть превышены. Работа за этими пределами может привести к необратимому повреждению.

• Рассеиваемая мощность (Pd):72 мВт. Это максимально допустимая мощность, рассеиваемая в виде тепла. Превышение может привести к перегреву и сокращению срока службы.
• Пиковый прямой ток (I_FP):80 мА. Допустим только в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Не предназначен для непрерывной работы на постоянном токе.
• Постоянный прямой ток (I_F):30 мА. Это максимальный рекомендуемый постоянный прямой ток для надежной долговременной работы.
• Рабочая температура (T_opr):от -40°C до +85°C. Гарантируется функционирование устройства в этом диапазоне температуры окружающей среды.
• Температура хранения (T_stg):от -40°C до +100°C. Устройство может храниться без повреждений в этом диапазоне при отсутствии питания.

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):170 - 340 мкд (мин. - макс.). Это воспринимаемая яркость светодиода, измеренная датчиком, отфильтрованным по кривой чувствительности человеческого глаза (кривая МКО). Широкий диапазон указывает на использование системы сортировки (см. раздел 3).
• Угол обзора (2θ_1/2):110° (тип.). Это полный угол, при котором сила света падает до половины своего пикового (осевого) значения. Угол 110° обеспечивает очень широкий конус обзора.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):624 нм (тип.). Это длина волны в наивысшей точке спектра оптического излучения.
• Доминирующая длина волны (λ_d):617 - 630 нм. Определяется по диаграмме цветности МКО и представляет собой одну длину волны, которая наилучшим образом описывает воспринимаемый цвет (красный).
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (тип.). Указывает на спектральную чистоту; меньшее значение означает более монохроматический цвет.
• Прямое напряжение (V_F):1.7 - 2.4 В. Падение напряжения на светодиоде при токе 20 мА. Этот диапазон также подвергается сортировке.
• Обратный ток (I_R):100 мкА (макс.) при V_R= 5В. Устройство не предназначено для работы в обратном смещении; этот параметр предназначен только для проверки тока утечки.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения стабильности производства светодиоды сортируются (биннируются) по ключевым параметрам. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям к яркости и напряжению для их применения.

3.1 Сортировка по силе света (I_V)

Светодиоды классифицируются по бинам на основе измеренной силы света при 20 мА.

• Код бина S1:Минимум 170.0 мкд, максимум 240.0 мкд.
• Код бина S2:Минимум 240.0 мкд, максимум 340.0 мкд.
• Допуск внутри каждого бина составляет ±11%.

3.2 Сортировка по прямому напряжению (V_F)

Светодиоды также сортируются по падению прямого напряжения при 20 мА, что важно для согласования токов в параллельных цепях и проектирования источников питания.

• Код бина D2:Минимум 1.7 В, максимум 2.0 В.
• Код бина D3:Минимум 2.0 В, максимум 2.2 В.
• Код бина D4:Минимум 2.2 В, максимум 2.4 В.
• Допуск внутри каждого бина составляет ±0.10 В.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя в спецификации приведены конкретные графические данные, типичные тенденции характеристик для таких светодиодов описаны ниже.

4.1 Вольт-амперная характеристика

Светодиод имеет диодоподобную ВАХ. Прямое напряжение (V_F) увеличивается логарифмически с ростом тока. Указанный диапазон V_Fпри 20 мА критически важен для проектирования схемы ограничения тока (обычно последовательного резистора).

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Световой поток (I_V) приблизительно пропорционален прямому току (I_F) в значительном диапазоне. Однако эффективность может снижаться при очень высоких токах из-за повышенного нагрева. Работа при рекомендуемом токе 20-30 мА или ниже обеспечивает оптимальную производительность и долговечность.

4.3 Температурная зависимость

Характеристики светодиода чувствительны к температуре. Как правило, прямое напряжение (V_F) уменьшается с ростом температуры перехода, а сила света также снижается. Указанный рабочий температурный диапазон от -40°C до +85°C определяет пределы для гарантированных характеристик.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство соответствует стандартному корпусу EIA 0201. Ключевые размеры (в миллиметрах) составляют примерно 0.6 мм в длину, 0.3 мм в ширину и 0.25 мм в высоту. Допуски обычно составляют ±0.2 мм. Линза прозрачная, чип AlInGaP излучает красный свет.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка на печатной плате

Предоставлен посадочный рисунок (footprint) для печатной платы, обеспечивающий правильную пайку и механическую стабильность во время ИК-оплавления. Конструкция обычно включает две прямоугольные площадки, немного больше выводов устройства, для облегчения формирования хорошего паяльного мениска.

5.3 Определение полярности

Для корпуса 0201 полярность обычно указывается маркировкой на корпусе компонента или внутренней структурой упаковки на ленте и катушке. Обычно обозначается катод. Разработчики должны обращаться к схеме ориентации ленты, чтобы обеспечить правильную установку.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Параметры пайки оплавлением

Устройство совместимо с бессвинцовыми (Pb-free) процессами пайки оплавлением в инфракрасной (ИК) печи. Предлагается профиль в соответствии с J-STD-020B с ключевыми ограничениями:

• Предварительный нагрев:150-200°C, максимум 120 секунд.
• Пиковая температура:Максимум 260°C.
• Время выше температуры ликвидуса:Рекомендуется соблюдать стандартные пределы профиля, чтобы обеспечить правильное формирование соединения без термического повреждения.

Примечание:Фактический профиль должен быть определен для конкретной сборки печатной платы с учетом толщины платы, плотности компонентов и спецификаций паяльной пасты.

6.2 Хранение и обращение

• Чувствительность к влаге:Устройства упакованы в влагозащитные пакеты с осушителем. После вскрытия оригинального пакета компоненты чувствительны к влажности окружающей среды.
• Срок хранения на производстве:Рекомендуется завершить пайку оплавлением в течение 168 часов (7 дней) после вскрытия сухого пакета при хранении в условиях ≤ 30°C / 60% относительной влажности.
• Длительное хранение:Для хранения более 168 часов компоненты следует повторно прогреть (например, при 60°C в течение 48 часов) перед пайкой, чтобы предотвратить "вспучивание" (popcorning) во время оплавления.

6.3 Очистка

Если необходима очистка после пайки, следует использовать только спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт (IPA) или этиловый спирт. Погружение должно производиться при нормальной температуре и длиться менее одной минуты. Неуказанные химические вещества могут повредить корпус светодиода.

7. Упаковка и заказ

7.1 Спецификации на ленте и катушке

Компоненты поставляются на эмбоссированной несущей ленте шириной 12 мм, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов (178 мм).

• Количество на катушке:4000 штук.
• Минимальный объем заказа (MOQ):500 штук для остаточных количеств.
• Стандарты упаковки:Соответствует спецификациям ANSI/EIA-481.

8. Рекомендации по применению

8.1 Проектирование схемы управления

Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Для обеспечения равномерной яркости, особенно при параллельном подключении нескольких светодиодов, каждый светодиод в идеале должен иметь свой собственный токоограничивающий резистор. Последовательное включение светодиодов обеспечивает одинаковый ток, способствуя согласованию яркости.

8.2 Тепловой режим

Хотя рассеиваемая мощность мала (макс. 72 мВт), правильная разводка печатной платы может помочь рассеять тепло. Обеспечение достаточной площади меди вокруг паяльных площадок и избегание размещения в локальных горячих точках на плате способствует долгосрочной надежности.

8.3 Проверка конструкции

Из-за миниатюрных размеров визуальный контроль после пайки может потребовать увеличения. Электрические испытания должны подтвердить, что прямое напряжение и световой поток находятся в ожидаемых диапазонах для выбранных кодов бинов.

9. Техническое сравнение и отличия

Основное отличие данного компонента заключается в размере его корпуса. Посадочное место 0201 значительно меньше, чем у распространенных альтернатив, таких как SMD светодиоды 0402 или 0603. Это позволяет достичь более высокой плотности компонентов и более компактных конечных продуктов. Компромиссом может быть несколько меньшая максимальная рассеиваемая мощность и необходимость в более точном сборочном оборудовании по сравнению с более крупными корпусами.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

10.1 Можно ли управлять этим светодиодом напрямую с выхода логики 3.3В или 5В?

Нет. Всегда требуется последовательный токоограничивающий резистор. Номинал резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Используя максимальное V_F(2.4В) для консервативного расчета, при питании 3.3В и целевом токе I_F20 мА, R = (3.3 - 2.4) / 0.02 = 45 Ом. Подойдет стандартный резистор 47 Ом.

10.2 Почему важна сортировка?

Сортировка обеспечивает постоянство цвета и яркости в пределах производственной партии. Для применений, где несколько светодиодов используются рядом (например, индикаторная панель), указание одинаковых кодов бинов по яркости и напряжению имеет решающее значение для избежания видимых различий в яркости или оттенке цвета.

10.3 Что произойдет, если превысить абсолютный максимальный постоянный ток?

Работа при токе выше 30 мА постоянного тока повышает температуру перехода выше безопасных пределов. Это ускоряет деградацию светового потока (светодиод со временем тускнеет) и может привести к катастрофическому отказу. Всегда проектируйте схемы для работы в пределах рекомендуемого постоянного прямого тока.

11. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование компактного модуля IoT-датчика с одним красным индикаторным светодиодом. Пространство на 4-слойной печатной плате крайне ограничено.

Реализация:Светодиод 0201 выбран из-за его минимального посадочного места. Он размещен у края платы. Резистор номиналом 47 Ом в корпусе 0201 включен последовательно между анодом светодиода и выводом GPIO микроконтроллера на 3.3В. GPIO настроен как выход с открытым стоком, стоком тока на землю в активном состоянии. Катод подключен к выводу GPIO, а анод — к 3.3В через резистор. Такая конфигурация позволяет МК включать светодиод, устанавливая низкий уровень на GPIO. В разводке печатной платы используется посадочный рисунок из спецификации. Сборочному предприятию сообщается о классе чувствительности компонента к влаге (MSL) и необходимости контролируемого профиля оплавления.

12. Принцип работы

Данный светодиод основан на полупроводниковом материале — фосфиде алюминия-индия-галлия (AlInGaP). При приложении прямого напряжения электроны и дырки инжектируются в активную область полупроводникового перехода. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlInGaP определяет ширину запрещенной зоны, которая напрямую соответствует длине волны (цвету) излучаемого света — в данном случае, в красном спектре (~624 нм). Прозрачная эпоксидная линза инкапсулирует полупроводниковый чип и формирует световой пучок.

13. Технологические тренды

Общая тенденция в области индикаторных светодиодов продолжает двигаться в сторону уменьшения размеров корпусов (таких как 0201 и 01005) для поддержки миниатюризации электронных устройств. Также уделяется внимание повышению эффективности (больше светового потока на единицу электрической мощности) и улучшению надежности в жестких условиях. Кроме того, интеграция с другими пассивными компонентами или драйверами в многокристальные модули является областью развития, хотя дискретные светодиоды, подобные этому, остаются незаменимыми для гибкости проектирования и экономической эффективности во многих применениях.