Техническая документация SMD светодиода LTST-C150KDKT-10A - 1.6x0.8x0.6мм - 2.4В - 50мВт - Красный AllnGaP

1. Обзор продукта

Данный документ содержит полные технические характеристики светодиодной лампы для поверхностного монтажа (SMD). Этот компонент, предназначенный для автоматизированной сборки печатных плат (ПП), идеально подходит для применений с ограниченным пространством в широком спектре электронного оборудования.

1.1 Особенности

• Соответствует экологическим директивам RoHS.
• Использует сверхъяркий полупроводниковый кристалл из фосфида алюминия-индия-галлия (AllnGaP), излучающий красный свет.
• Поставляется на 8-мм ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, для автоматизированной обработки.
• Стандартный форм-фактор корпуса EIA.
• Вход совместим со стандартными уровнями логики интегральных схем (ИС).
• Предназначен для совместимости с автоматизированным оборудованием для сборки pick-and-place.
• Выдерживает стандартные процессы пайки оплавлением в инфракрасном (ИК) спектре.

1.2 Целевые области применения

Данный светодиод подходит для широкого спектра применений, требующих компактного и надежного источника индикации или подсветки, включая, но не ограничиваясь:

• Телекоммуникационные устройства, оборудование для офисной автоматизации, бытовую технику и системы промышленного управления.
• Подсветка клавиатур и кнопочных панелей.
• Индикаторы состояния и питания.
• Микродисплеи и панельные индикаторы.
• Сигнальная и символическая подсветка.

2. Технические параметры: Подробное объективное описание

В следующих разделах представлен детальный анализ электрических, оптических и экологических характеристик устройства.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти значения представляют собой пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в этих условиях не гарантируется. Все параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Рассеиваемая мощность (Pd):50 мВт. Это максимальное количество мощности, которое устройство может рассеять в виде тепла.
• Пиковый прямой ток (I_F(PEAK)):40 мА. Это максимально допустимый мгновенный прямой ток, обычно указываемый для импульсных условий (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для предотвращения перегрева.
• Постоянный прямой ток (I_F):20 мА. Это максимальный рекомендуемый постоянный ток для непрерывной работы.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Приложение обратного смещения, превышающего это значение, может вызвать пробой p-n перехода.
• Диапазон рабочих температур:от -30°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором устройство предназначено для работы.
• Диапазон температур хранения:от -40°C до +85°C. Диапазон температур для хранения в нерабочем состоянии.
• Условия пайки ИК оплавлением:Пиковая температура 260°C в течение максимум 10 секунд. Это определяет тепловой профиль, который корпус может выдержать во время сборки.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры определяют типичные характеристики устройства в нормальных рабочих условиях (Ta=25°C, I_F=10мА, если не указано иное).

• Сила света (I_V):от 2.8 до 28.0 мкд (милликандела). Воспринимаемая яркость светового потока. Широкий диапазон управляется системой сортировки (бининг).
• Угол обзора (2θ_1/2):130 градусов. Это полный угол, при котором сила света падает до половины значения, измеренного на оси. Такой широкий угол обзора обеспечивает широкий, рассеянный световой рисунок, подходящий для индикаторов.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P):650.0 нм (нанометров). Длина волны, на которой спектральная мощность излучения максимальна.
• Доминирующая длина волны (λ_d):от 630.0 до 645.0 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая определяет цвет (в данном случае красный). Она определяется по диаграмме цветности CIE.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):20 нм (типичное значение). Это указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света, измеряемую как ширина спектра на половине его максимальной мощности.
• Прямое напряжение (V_F):от 1.6 до 2.4 В. Падение напряжения на светодиоде при заданном испытательном токе (10мА).
• Обратный ток (I_R):максимум 10 мкА (микроампер). Небольшой ток утечки, протекающий при приложении максимального обратного напряжения (5В).

3. Объяснение системы сортировки (бининг)

Для обеспечения единообразия яркости в производственных приложениях светодиоды сортируются на группы производительности, или \"бины\".

3.1 Код бина силы света

Основная сортировка для этого продукта основана на силе света, измеренной при 10мА. Допуск внутри каждого бина составляет +/-15%.

• Бин H:2.8 - 4.5 мкд
• Бин J:4.5 - 7.1 мкд
• Бин K:7.1 - 11.2 мкд
• Бин L:11.2 - 18.0 мкд
• Бин M:18.0 - 28.0 мкд

Эта система позволяет разработчикам выбрать подходящий класс яркости для их конкретного применения, балансируя стоимость и производительность.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя конкретные графические данные приведены в исходном документе, ключевые зависимости описаны здесь на основе стандартной физики светодиодов и предоставленных параметров.

4.1 Вольт-амперная характеристика (I-V)

Светодиод - это диод. Его прямое напряжение (V_F) имеет логарифмическую зависимость от прямого тока (I_F). Указанный диапазон V_Fот 1.6В до 2.4В при 10мА является типичным для красного светодиода AllnGaP. Работа выше рекомендуемого постоянного тока (20мА) приведет к незначительному увеличению V_F, но в основном вызовет чрезмерный нагрев, снижая эффективность и срок службы.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Световой поток (I_V) приблизительно пропорционален прямому току в значительном диапазоне. Однако эффективность имеет тенденцию к снижению при очень высоких токах из-за усиления тепловых эффектов и других неидеальных полупроводниковых явлений. Работа светодиода на типичных 10мА или 20мА обеспечивает оптимальную эффективность и надежность.

4.3 Температурная зависимость

Характеристики светодиода чувствительны к температуре. При увеличении температуры перехода:

• Прямое напряжение (V_F):Уменьшается. Имеет отрицательный температурный коэффициент.
• Сила света (I_V):Уменьшается. Более высокие температуры снижают внутреннюю квантовую эффективность полупроводника, что приводит к меньшему световому потоку при том же токе.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Может незначительно смещаться, потенциально изменяя воспринимаемый цветовой оттенок.

Правильное управление тепловым режимом в конструкции печатной платы имеет решающее значение для поддержания стабильных характеристик.

4.4 Спектральное распределение

Спектр излучения сосредоточен вокруг пиковой длины волны (λ_P) 650 нм с типичной полушириной (Δλ) 20 нм. Это дает насыщенный красный цвет. Доминирующая длина волны (λ_d), определяющая воспринимаемый цвет, находится в диапазоне от 630 нм до 645 нм.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство соответствует стандартному контуру корпуса для поверхностного монтажа. Ключевые размеры включают размер корпуса примерно 1.6 мм в длину, 0.8 мм в ширину и 0.6 мм в высоту (конкретный чертеж указан в источнике). Все размерные допуски составляют ±0.1 мм, если не указано иное. Линза прозрачная, что позволяет видеть естественный красный цвет кристалла AllnGaP.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка на ПП

Предложена рекомендуемая разводка контактных площадок для печатной платы, обеспечивающая надежную пайку и правильное выравнивание. Этот рисунок разработан для облегчения формирования хорошего паяльного мениска во время оплавления при минимизации риска образования перемычек.

5.3 Идентификация полярности

Катод (отрицательный вывод) обычно обозначается визуальным маркером на корпусе светодиода, таким как выемка, зеленая точка или срезанный угол линзы. Правильную полярность необходимо соблюдать во время сборки, так как приложение обратного напряжения может повредить устройство.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Параметры пайки ИК оплавлением

Устройство совместимо с бессвинцовыми процессами пайки. Предоставлен рекомендуемый профиль оплавления, соответствующий стандартам JEDEC.

• Температура предварительного нагрева:от 150°C до 200°C.
• Время предварительного нагрева:Максимум 120 секунд.
• Пиковая температура корпуса:Максимум 260°C.
• Время выше 260°C:Максимум 10 секунд.
• Количество проходов оплавления:Максимум два раза.

Конкретный профиль должен быть определен для фактической конструкции ПП, используемой паяльной пасты и печи.

6.2 Ручная пайка (при необходимости)

Если требуется ручная пайка, необходимо соблюдать крайнюю осторожность:

• Температура паяльника:Максимум 300°C.
• Время пайки:Максимум 3 секунды на вывод.
• Количество попыток пайки:Только один раз на соединение.

Продолжительное воздействие тепла может повредить внутренние проводные соединения и эпоксидный корпус.

6.3 Условия хранения

Уровень чувствительности к влаге (MSL) является критическим фактором для SMD компонентов.

• Запечатанная упаковка (с осушителем):Хранить при ≤30°C и ≤90% относительной влажности. Использовать в течение одного года с даты упаковки в сухую среду.
• Вскрытая упаковка:Хранить при ≤30°C и ≤60% относительной влажности. Компоненты должны быть подвергнуты ИК оплавлению в течение одной недели (MSL 3).
• Длительное хранение (вне пакета):Хранить в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе. Если хранение превышает одну неделю, перед пайкой требуется прогрев при 60°C в течение не менее 20 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения \"вспучивания\" (popcorning) во время оплавления.

6.4 Очистка

Если необходима очистка после пайки, используйте только одобренные спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт (IPA) или этиловый спирт. Погружение должно осуществляться при нормальной температуре в течение менее одной минуты. Неуказанные химические очистители могут повредить линзу светодиода или материал корпуса.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации ленты и катушки

Компоненты поставляются на эмбоссированной несущей ленте для автоматизированной сборки.

• Ширина несущей ленты: 8mm.
• Диаметр катушки:7 дюймов.
• Количество на катушке:3000 штук (стандартная полная катушка).
• Минимальный объем заказа для остатков:500 штук.
• Герметизация ячеек:Пустые ячейки запечатаны покровной лентой.
• Отсутствующие компоненты:Допускается отсутствие максимум двух последовательных ламп в соответствии с отраслевыми стандартами (ANSI/EIA 481).

8. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

8.1 Типовые схемы включения

Светодиод - это устройство, управляемое током. Для обеспечения равномерной яркости и предотвращения перегрузки по току, особенно при параллельном включении нескольких светодиодов, необходимо использовать токоограничивающий резистор, включенный последовательно с каждым светодиодом. Значение резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (V_{ПИТАНИЯ}- V_F) / I_F, где V_F - прямое напряжение светодиода при желаемом токе I_F. Использование максимального V_F из документации (2.4В) в расчете гарантирует, что ток не превысит целевое значение даже при разбросе параметров от устройства к устройству.

8.2 Конструктивные соображения

• Тепловой менеджмент:Хотя рассеиваемая мощность мала (макс. 50мВт), обеспечение хорошего теплового пути через контактные площадки ПП помогает поддерживать стабильный световой поток и долговечность, особенно при высоких температурах окружающей среды или при более высоких токах смещения.
• Защита от электростатического разряда (ESD):Светодиоды чувствительны к статическому электричеству. Во время обращения и сборки должны быть реализованы надлежащие меры защиты от ЭСР (браслеты, заземленные рабочие места, проводящие полы).
• Оптическая конструкция:Угол обзора 130 градусов обеспечивает широкое освещение. Для более сфокусированного света могут потребоваться внешние линзы или световоды.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Этот красный светодиод AllnGaP предлагает определенные преимущества:

• По сравнению с традиционными красными светодиодами GaAsP:Технология AllnGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к более яркому излучению при том же токе или эквивалентной яркости при меньшей мощности.
• По сравнению со стандартными светодиодами в сквозном исполнении:Корпус SMD позволяет достичь гораздо более высокой плотности сборки, совместим с полностью автоматизированными производственными линиями и устраняет необходимость в загибе выводов и сверлении отверстий на ПП.
• Ключевое преимущество:Сочетание высокой яркости от AllnGaP, широкого угла обзора и компактного корпуса, пригодного для пайки оплавлением, делает это устройство чрезвычайно универсальным для современной электроники.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Могу ли я питать этот светодиод напрямую от логического выхода 3.3В или 5В?

Нет, без токоограничивающего резистора нельзя.Прямое подключение попытается потреблять очень высокий ток, ограниченный только возможностями вывода и динамическим сопротивлением светодиода, что, вероятно, уничтожит светодиод или повредит управляющую ИС. Всегда используйте последовательный резистор.

10.2 Почему такой широкий диапазон силы света (от 2.8 до 28.0 мкд)?

Это связано с естественными вариациями в производстве полупроводников. Система сортировки (от H до M) распределяет компоненты по измеренной яркости. Для единообразного внешнего вида в приложении указывайте и используйте светодиоды из одного бина силы света.

10.3 Что произойдет, если я превышу номинальный постоянный ток 20мА?

Превышение номинала увеличивает температуру перехода. Это ускоряет деградацию полупроводникового материала, приводя к постоянному и быстрому снижению светового потока (деградация люменов) и потенциально вызывая катастрофический отказ. Всегда проектируйте схемы для работы в пределах Предельных эксплуатационных параметров.

11. Пример практического использования

11.1 Пример конструкции: Панель индикаторов состояния

Сценарий:Проектирование панели управления с 10 одинаковыми красными индикаторами состояния, питаемыми от шины 5В. Равномерность яркости критически важна.
Шаги проектирования:

1. Выбор рабочего тока:Выберите I_F= 10мА для хорошей яркости и долгого срока службы.
2. Расчет номинала резистора:Используйте максимальное V_F(2.4В) для расчета на наихудший случай. R = (5В - 2.4В) / 0.01А = 260 Ом. Ближайшее стандартное значение ряда E24 - 270 Ом.
3. Расчет мощности резистора:P = I²* R = (0.01)²* 270 = 0.027Вт. Стандартный резистор мощностью 1/8Вт (0.125Вт) или 1/10Вт достаточен.
4. Указание бина светодиода:Чтобы все 10 индикаторов совпадали, укажите в заказе светодиоды из одного бина силы света (например, Бин L: 11.2-18.0 мкд).
5. Разводка печатной платы:Используйте рекомендуемую контактную площадку. Убедитесь, что конструкция панели учитывает угол обзора 130 градусов, чтобы индикатор был виден с предполагаемых позиций пользователя.

12. Введение в принцип работы

Светоизлучающие диоды (СИД) - это полупроводниковые устройства, которые преобразуют электрическую энергию непосредственно в свет посредством процесса, называемого электролюминесценцией. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия. В светодиоде AllnGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) эта энергия высвобождается в основном в виде фотонов (света) в красной части видимого спектра. Конкретная длина волны (цвет) определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, которая задается в процессе роста кристалла путем регулировки соотношений алюминия, индия и галлия.

13. Технологические тренды и разработки

Область оптоэлектроники продолжает развиваться. Общие тенденции, наблюдаемые в отрасли, включают:

• Повышение эффективности:Постоянные исследования в области материаловедения и проектирования кристаллов приводят к созданию светодиодов, производящих больше люмен на ватт (лм/Вт), снижая энергопотребление при том же световом потоке.
• Миниатюризация:Размеры корпусов продолжают уменьшаться (например, метрические размеры 0402, 0201), что позволяет достичь еще более высокой плотности на ПП для сверхкомпактных устройств.
• Улучшенная цветовая однородность:Достижения в области эпитаксиального роста и техники сортировки позволяют достичь более жестких допусков по доминирующей длине волны и силе света, давая разработчикам более точный контроль над цветом и яркостью.
• Интеграция:Тенденции включают интеграцию нескольких светодиодных кристаллов (RGB) в один корпус для смешения цветов или объединение управляющих ИС со светодиодами для \"умных\" решений освещения.

Эти разработки направлены на предоставление разработчикам более производительных, эффективных и надежных компонентов для расширяющегося спектра применений.