Техническая документация на SMD светодиод LTST-C950RKRKT-5A - Красный AlInGaP - 5мА - 180-710мкд

1. Обзор продукта

В данном документе представлены полные технические характеристики высокояркого светодиода для поверхностного монтажа, предназначенного для автоматизированных процессов сборки. Устройство использует передовой полупроводниковый материал AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) для получения красного света, обеспечивая превосходную световую отдачу и чистоту цвета по сравнению с традиционными светодиодными технологиями. Светодиод инкапсулирован в прозрачную купольную линзу и упакован в стандартный корпус, соответствующий стандарту EIA, что обеспечивает совместимость с широким спектром автоматического оборудования для установки компонентов и инфракрасной пайки оплавлением, обычно используемого в современном электронном производстве.

Ключевые преимущества данного светодиода включают компактные размеры, пригодность для применений с ограниченным пространством и соответствие директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ). Он разработан для надежной работы в сложных условиях с заданным диапазоном рабочих температур. Основные целевые рынки и области применения охватывают телекоммуникационную инфраструктуру, оборудование для офисной автоматизации, бытовую технику, промышленные панели управления и потребительскую электронику. Конкретные примеры использования включают подсветку клавиатур и клавишных панелей, индикаторы состояния и питания, интеграцию в микродисплеи, а также сигнальную или символическую подсветку в различных устройствах.

2. Глубокое объективное толкование технических параметров

2.1 Предельно допустимые параметры

Предельно допустимые параметры определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Эти значения указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Максимальный постоянный прямой ток (DC) составляет 30 мА. Для импульсного режима работы допустим пиковый прямой ток 80 мА при определенных условиях: скважность 1/10 и длительность импульса 0.1 мс. Максимальная рассеиваемая мощность составляет 75 мВт. Устройство может работать в диапазоне температур окружающей среды от -30°C до +85°C и храниться при температуре от -40°C до +85°C. Критическим параметром для сборки является условие инфракрасной пайки, которое рассчитано на пиковую температуру 260°C в течение максимум 10 секунд, что является стандартом для бессвинцовых процессов пайки оплавлением.

2.2 Электрооптические характеристики

Электрооптические характеристики измерены в стандартных условиях испытаний при Ta=25°C и прямом токе (IF) 5 мА, если не указано иное. Сила света (Iv), ключевой показатель яркости, имеет широкий типичный диапазон от 180.0 мкд (милликандел) до 710.0 мкд, который дополнительно разделен на конкретные группы (бины). Угол обзора, определяемый как 2θ1/2, где интенсивность составляет половину осевого значения, равен 25 градусам, что указывает на относительно сфокусированный пучок света. Пиковая длина волны излучения (λP) составляет обычно 639 нм, что попадает в красный спектр. Доминирующая длина волны (λd), определяющая воспринимаемый цвет, обычно равна 631 нм. Полуширина спектральной линии (Δλ) составляет 20.0 нм, описывая спектральную чистоту излучаемого света. Прямое напряжение (VF) варьируется от минимума 1.6 В до максимума 2.2 В при токе 5 мА. Обратный ток (IR) указан максимальным значением 10 мкА при приложенном обратном напряжении (VR) 5 В.

3. Объяснение системы бинов

3.1 Биннинг по силе света

Для обеспечения единообразия яркости в производственных приложениях светодиоды сортируются по бинам на основе измеренной силы света при токе 5 мА. Список кодов бинов следующий: Код бина "S" охватывает интенсивности от 180.0 мкд до 280.0 мкд. Код бина "T" охватывает интенсивности от 280.0 мкд до 450.0 мкд. Код бина "U" охватывает интенсивности от 450.0 мкд до 710.0 мкд. К пределам каждого бина по силе света применяется допуск +/- 15%. Эта система позволяет разработчикам выбирать светодиоды с гарантированным минимальным уровнем яркости для своих конкретных требований, обеспечивая визуальную однородность в продуктах, использующих несколько светодиодов.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя в документе приводятся ссылки на конкретные графические данные (например, Рисунок 1 для спектральных измерений, Рисунок 5 для угла обзора), типичные характеристические кривые для данного типа устройств обычно включают несколько ключевых зависимостей. Кривая "Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I-V)" покажет экспоненциальную зависимость, характерную для диода, с резким ростом напряжения после порога включения. Кривая "Сила света в зависимости от прямого тока" обычно показывает почти линейный рост яркости с увеличением тока до определенного момента, после чего эффективность может снижаться из-за тепловых эффектов. Кривая "Сила света в зависимости от температуры окружающей среды" имеет решающее значение, поскольку выходная мощность светодиода обычно уменьшается с ростом температуры перехода. Для красного светодиода AlInGaP снижение интенсивности с температурой обычно менее выражено, чем для некоторых других светодиодных технологий, но все же остается важным фактором при проектировании. Кривая "Спектральное распределение" покажет один пик с центром около 639 нм с определенной полушириной, подтверждая чистоту цвета.

5. Механическая информация и информация об упаковке

5.1 Габаритные размеры корпуса и полярность

Светодиод размещен в стандартном корпусе для поверхностного монтажа (SMD). Цвет линзы - прозрачный, цвет источника света - красный от кристалла AlInGaP. Все критические размеры корпуса приведены в миллиметрах со стандартным допуском ±0.1 мм, если не указано иное. В техническом описании содержится подробный чертеж с размерами, показывающий длину, ширину, высоту, расстояние между выводами и другие важные механические особенности. Полярность указывается физическим дизайном корпуса, обычно с маркировкой катода (например, выемкой, точкой или скошенным углом) на одном конце. Правильная ориентация при установке на печатную плату (PCB) необходима для корректной работы.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка на печатной плате

Предоставлен рекомендуемый посадочный рисунок (footprint) для печатной платы, обеспечивающий надежную пайку и механическую стабильность. Этот рисунок определяет размер и форму медных контактных площадок для анода и катода, а также рекомендуемое окно в паяльной маске. Следование этому рекомендуемому посадочному месту помогает достичь правильного формирования паяльного валика, предотвращает эффект "надгробия" (подъем компонента на торец) и обеспечивает хорошее тепловое и электрическое соединение.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Параметры инфракрасной пайки оплавлением

Для бессвинцовых процессов сборки рекомендуется определенный профиль пайки оплавлением. Профиль включает этап предварительного нагрева в диапазоне от 150°C до 200°C с максимальным временем предварительного нагрева 120 секунд для постепенного нагрева платы и компонента и активации флюса. Пиковая температура корпуса не должна превышать 260°C. Время выше температуры ликвидуса припоя (обычно около 217°C для сплавов SAC) и, в частности, время в пределах 5°C от пиковой температуры должно контролироваться; в техническом описании указано максимум 10 секунд при пиковой температуре. Устройство не должно подвергаться более чем двум циклам оплавления в этих условиях. Подчеркивается, что оптимальный профиль зависит от конкретной конструкции печатной платы, паяльной пасты и печи и должен быть определен соответствующим образом, с использованием стандартов JEDEC в качестве руководства.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка паяльником, необходимо соблюдать крайнюю осторожность. Температура жала паяльника не должна превышать 300°C, а время контакта с выводом светодиода должно быть ограничено максимум 3 секундами на соединение. Ручную пайку следует выполнять только один раз, чтобы избежать повреждения внутреннего кристалла и проводных соединений термическим напряжением.

6.3 Хранение и обращение

Светодиоды являются влагочувствительными устройствами (MSL 3). При хранении в оригинальной герметичной влагозащищенной упаковке с осушителем их следует хранить при температуре 30°C или ниже и относительной влажности (RH) 90% или ниже и использовать в течение одного года. После вскрытия оригинальной упаковки условия хранения не должны превышать 30°C и 60% RH. Компоненты, извлеченные из оригинальной упаковки, в идеале должны быть подвергнуты инфракрасной пайке оплавлением в течение одной недели. Для более длительного хранения вне оригинального пакета они должны храниться в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе. Если хранение в распакованном виде превышает одну неделю, перед пайкой требуется прогрев при температуре около 60°C в течение не менее 20 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения повреждения "попкорном" во время оплавления.

6.4 Очистка

Если требуется очистка после пайки, следует использовать только указанные растворители. Допустимо погружение светодиода в этиловый или изопропиловый спирт при нормальной температуре на время менее одной минуты. Использование неуказанных химических очистителей может повредить эпоксидную линзу и материал корпуса.

6.5 Меры предосторожности от электростатического разряда (ESD)

Светодиод чувствителен к электростатическому разряду и импульсным токам, которые могут ухудшить или разрушить полупроводниковый переход. Во время обращения и сборки должны быть реализованы надлежащие меры контроля ESD. Это включает использование заземленных браслетов, антистатических перчаток и обеспечение правильного заземления всего оборудования и рабочих поверхностей.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации на ленте и катушке

Светодиоды поставляются упакованными для автоматической сборки. Они размещены в рельефной несущей ленте шириной 12 мм. Лента намотана на стандартную катушку диаметром 7 дюймов (178 мм). Каждая катушка содержит 2000 штук. Для количеств меньше полной катушки доступна минимальная упаковочная единица в 500 штук для остатков. Лента имеет верхнюю защитную пленку для защиты компонентов. Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA-481. На катушке допускается максимум два последовательно отсутствующих компонента (пустых гнезда).

8. Рекомендации по применению

8.1 Проектирование схемы управления

Светодиод - это устройство, управляемое током. Для обеспечения стабильной яркости и долговечности он должен управляться контролируемым током, а не фиксированным напряжением. Самый простой и наиболее рекомендуемый метод управления - использование последовательного токоограничивающего резистора для каждого светодиода, как показано на "Схеме A" в техническом описании. Эта конфигурация, питаемая от источника напряжения (Vcc), гарантирует, что вариации прямого напряжения (VF) отдельных светодиодов не вызывают значительных различий в токе и, следовательно, в яркости, когда несколько светодиодов соединены параллельно. Значение резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (Vcc - VF) / IF, где IF - желаемый прямой ток (например, 5 мА для тестирования, до 30 мА максимум постоянного тока).

8.2 Тепловой менеджмент

Хотя корпус мал, управление теплом важно для поддержания производительности и надежности. Сила света уменьшается с увеличением температуры перехода. В приложениях, где светодиод работает на максимальном токе или близко к нему, или при высоких температурах окружающей среды, следует уделять внимание разводке печатной платы. Обеспечение достаточной площади меди вокруг контактных площадок светодиода может служить радиатором, помогая рассеивать тепло от устройства. Также рекомендуется избегать размещения рядом с другими теплообразующими компонентами.

8.3 Ограничения применения

Устройство предназначено для использования в обычном электронном оборудовании. Для применений, требующих исключительной надежности, где отказ может угрожать жизни или здоровью (например, в авиации, медицинских системах жизнеобеспечения или критически важных для безопасности системах), необходимы специальные консультации и квалификация, поскольку стандартные коммерческие компоненты могут не подходить.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми технологиями, такими как красные светодиоды на основе GaAsP (фосфида арсенида галлия), кристалл AlInGaP, используемый в данном устройстве, обеспечивает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к гораздо большей яркости при том же токе управления. Прозрачная линза, в отличие от рассеивающей или окрашенной, максимизирует световой поток и обеспечивает более яркую, насыщенную цветовую точку. Корпус стандарта EIA обеспечивает широкую совместимость с отраслевыми стандартными сборочными линиями и библиотеками посадочных мест, снижая сложность проектирования и производства. Совместимость устройства с инфракрасной пайкой оплавлением и его уровень чувствительности к влаге (MSL 3) типичны для современных SMD-компонентов, что согласуется с основными, крупносерийными производственными процессами.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: В чем разница между пиковой длиной волны и доминирующей длиной волны?
О: Пиковая длина волны (λP) - это длина волны, на которой спектральное распределение мощности максимально (639 нм). Доминирующая длина волна (λd) выводится из диаграммы цветности CIE и представляет собой единственную длину волны монохроматического света, которая соответствовала бы цвету светодиода (631 нм). Доминирующая длина волна более тесно связана с воспринимаемым цветом.

В: Могу ли я питать этот светодиод током 20 мА непрерывно?
О: Да. Максимальный постоянный прямой ток составляет 30 мА. Питание током 20 мА соответствует спецификации. Обратите внимание, что сила света обычно увеличивается с током, но точное значение при 20 мА необходимо оценивать по типичным характеристическим кривым или измерять, поскольку в техническом описании указана интенсивность при 5 мА.

В: Почему необходим последовательный резистор, даже если напряжение моего источника питания соответствует прямому напряжению светодиода?
О: Прямое напряжение (VF) имеет диапазон (от 1.6В до 2.2В). Если напряжение питания фиксировано, например, на уровне 2.0В, светодиод с VF 1.6В будет испытывать гораздо более высокий ток, чем предполагалось, что может привести к перегреву и выходу из строя. Последовательный резистор обеспечивает стабильный, предсказуемый ток независимо от естественного разброса VF от одного светодиода к другому.

В: Как выбрать правильный бин для моего применения?
О: Выбирайте бин на основе минимальной требуемой яркости для вашей конструкции при ваших конкретных условиях управления. Если однородность критически важна (например, в массиве индикаторов состояния), указание одного, более узкого бина (например, T или U) и заказ всех единиц из этого бина обеспечат единообразный внешний вид. Для менее критичных применений более широкий бин или смешанные бины могут быть приемлемы для экономии средств.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование панели индикаторов состояния для сетевого маршрутизатора
Разработчик создает панель с четырьмя красными светодиодами состояния, указывающими активность "Питание", "Интернет", "Wi-Fi" и "Ethernet". Светодиоды должны быть четко видны в хорошо освещенной офисной среде. Системная шина питания составляет 3.3В. Разработчик выбирает этот светодиод из-за его высокой яркости и стандартного корпуса. Для достижения яркой индикации он решает питать каждый светодиод током 10 мА. Используя типичное VF 1.9В, он рассчитывает последовательный резистор: R = (3.3В - 1.9В) / 0.01А = 140 Ом. Выбран стандартный резистор 150 Ом. Чтобы обеспечить одинаковую яркость всех четырех светодиодов, разработчик указывает в спецификации материалов Бин "T" (280-450 мкд). Разводка печатной платы включает рекомендуемый посадочный рисунок и небольшую область меди вокруг площадок для небольшого теплоотвода. Сборочное производство использует предоставленный профиль инфракрасной пайки оплавлением, и конечный продукт демонстрирует стабильные, яркие и надежные индикаторы состояния.

12. Введение в принцип работы

Светоизлучающие диоды (LED) - это полупроводниковые устройства, излучающие свет при прохождении через них электрического тока. Данный светодиод использует для активной области сложный полупроводник AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия). При приложении прямого напряжения электроны из n-типа материала и дырки из p-типа материала инжектируются в активную область. Когда эти носители заряда рекомбинируют, они высвобождают энергию в виде фотонов (света). Конкретная ширина запрещенной зоны материала AlInGaP определяет длину волны (цвет) излучаемого света, который в данном случае находится в красной части видимого спектра (примерно 631-639 нм). Прозрачная эпоксидная линза инкапсулирует кристалл, защищает его от окружающей среды и формирует выходной световой пучок.

13. Тенденции развития

Общая тенденция в технологии SMD светодиодов продолжает двигаться в сторону повышения эффективности (больше люмен на ватт), что позволяет либо увеличить яркость при той же мощности, либо снизить энергопотребление при том же световом потоке. Также наблюдается стремление к миниатюризации, при этом корпуса становятся еще меньше при сохранении или улучшении оптических характеристик. Повышенная надежность и более длительный срок службы являются постоянными целями, достигаемыми за счет улучшений в конструкции кристалла, материалах корпуса и тепловом менеджменте. Кроме того, более жесткий бининг и лучшая цветовая однородность становятся все более важными для применений, требующих высокого визуального качества, таких как подсветка дисплеев и автомобильное освещение. Еще одной растущей тенденцией является интеграция управляющей электроники, такой как драйверы постоянного тока, в сам корпус светодиода, что упрощает проектирование схем для конечного пользователя.