Техническая документация SMD светодиода LTSA-E67RVEWTU - Диффузный красный AlInGaP - 70мА - 185.5мВт

1. Обзор продукта

Данный документ содержит полные технические характеристики светоизлучающего диода (LED) для поверхностного монтажа (SMD). Компонент предназначен для автоматизированной сборки на печатных платах (PCB) и подходит для применений с ограниченным пространством. Его основные характеристики включают диффузную линзу и красный источник света на основе технологии полупроводника из фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP).

1.1 Ключевые особенности и целевой рынок

Светодиод разработан с несколькими ключевыми особенностями, повышающими его надежность и удобство интеграции. Он соответствует директиве об ограничении использования опасных веществ (RoHS). Компонент поставляется в стандартной промышленной упаковке: на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что облегчает высокоскоростную автоматизированную сборку методом "pick-and-place". Он прошел предварительную кондиционирование по уровню чувствительности к влаге JEDEC MSL 2a, что обеспечивает устойчивость к повреждениям, вызванным влагой, во время пайки оплавлением. Кроме того, продукт квалифицирован в соответствии со стандартом AEC-Q101 Rev. D, который является ключевым эталоном для компонентов, используемых в автомобильной электронике. Его конструкция совместима с процессами пайки оплавлением в инфракрасном (ИК) диапазоне. Основное целевое применение - системы автомобильных аксессуаров, где первостепенное значение имеют надежность и производительность в различных условиях окружающей среды.

2. Технические параметры: Подробное объективное толкование

В этом разделе подробно описаны абсолютные пределы и рабочие характеристики светодиода. Понимание этих параметров необходимо для надежного проектирования схем и обеспечения работы компонента в пределах его безопасной рабочей области (SOA).

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Абсолютные максимальные параметры определяют пределы нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Эти параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Максимальный постоянный прямой ток (IF) составляет 70 мА. В импульсном режиме со скважностью 1/10 и длительностью импульса 0,1 мс устройство может выдерживать пиковый прямой ток 100 мА. Максимальная рассеиваемая мощность (Pd) составляет 185,5 мВт. Устройство рассчитано на рабочий и температурный диапазон хранения от -40°C до +100°C. Для процессов бессвинцовой пайки оно может выдерживать профиль инфракрасного оплавления с пиковой температурой 260°C в течение максимум 10 секунд.

2.2 Тепловые характеристики

Теплоотвод имеет решающее значение для производительности и долговечности светодиода. Тепловое сопротивление от полупроводникового перехода к окружающему воздуху (RθJA) обычно составляет 280 °C/Вт, измеренное на стандартной печатной плате FR4 толщиной 1,6 мм и площадью медной контактной площадки 16 мм². Тепловое сопротивление от перехода к точке пайки (RθJS) обычно составляет 130 °C/Вт, обеспечивая более прямой путь для отвода тепла. Максимально допустимая температура перехода (Tj) составляет 125°C. Превышение этой температуры ускорит деградацию светового потока и может привести к катастрофическому отказу.

2.3 Электрооптические характеристики

Электрооптические характеристики измеряются при Ta=25°C и испытательном токе (IF) 50 мА, что является обычной рабочей точкой ниже абсолютного максимума. Сила света (Iv) колеблется от минимум 1800 милликандел (мкд) до максимум 3550 мкд. Угол обзора (2θ½), определяемый как полный угол, при котором сила света падает до половины своего осевого значения, составляет 120 градусов, что указывает на широкую, диффузную диаграмму направленности. Пиковая длина волны излучения (λP) составляет 632 нм. Доминирующая длина волны (λd), определяющая воспринимаемый цвет, имеет заданный диапазон от 618 нм до 630 нм. Спектральная ширина полосы (Δλ) составляет приблизительно 20 нм. Прямое напряжение (VF) при 50 мА колеблется от 1,9 В до 2,65 В. Обратный ток (IR) ограничен максимумом 10 мкА при приложении обратного напряжения (VR) 12 В; важно отметить, что устройство не предназначено для работы в режиме обратного смещения.

3. Объяснение системы сортировки (биннинга)

Для обеспечения единообразия цвета и яркости в производственных приложениях светодиоды сортируются по группам производительности (бинам). Партия маркируется кодом, представляющим ее ранг по прямому напряжению (Vf), силе света (Iv) и доминирующей длине волны (Wd).

3.1 Сортировка по прямому напряжению (Vf)

Прямое напряжение сортируется с шагом примерно 0,15 В. Коды бинов варьируются от C (1,90 В - 2,05 В) до G (2,50 В - 2,65 В). К каждому бину применяется допуск ±0,1 В. Выбор светодиодов из одного и того же бина Vf помогает поддерживать равномерное распределение тока при параллельном подключении нескольких устройств.

3.2 Сортировка по силе света (Iv)

Сила света классифицируется на три бина: X1 (1800-2240 мкд), X2 (2240-2800 мкд) и Y1 (2800-3550 мкд). К каждому бину применяется допуск ±11%. Это позволяет разработчикам выбрать подходящий уровень яркости для своего приложения.

3.3 Сортировка по доминирующей длине волны (Wd)

Доминирующая длина волны, определяющая точный оттенок красного, сортируется с шагом 3 нм. Коды бинов: 5 (618-621 нм), 6 (621-624 нм), 7 (624-627 нм) и 8 (627-630 нм). Допуск для каждого бина составляет ±1 нм. Такой жесткий контроль необходим для приложений, требующих определенных цветовых точек.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные дают представление о поведении светодиода в различных условиях, что критически важно для надежного проектирования системы.

4.1 Вольт-амперная характеристика (I-V)

Прямое напряжение демонстрирует логарифмическую зависимость от прямого тока. При низких токах напряжение близко к встроенному потенциалу диода. С увеличением тока напряжение возрастает из-за последовательного сопротивления полупроводникового материала и контактов. Разработчики должны использовать эту кривую для выбора соответствующих токоограничивающих резисторов или драйверных схем, чтобы обеспечить работу светодиода с желаемой яркостью, не превышая его максимальные параметры.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Сила света в нормальном рабочем диапазоне, как правило, пропорциональна прямому току. Однако эффективность может снижаться при очень высоких токах из-за повышенного тепловыделения и других процессов безызлучательной рекомбинации. Работа светодиода значительно выше рекомендуемого тока сократит срок его службы.

4.3 Температурная зависимость

Рабочие характеристики светодиода сильно зависят от температуры. При увеличении температуры перехода прямое напряжение для заданного тока обычно немного снижается. Более существенно то, что световой выход уменьшается. Доминирующая длина волны также может незначительно смещаться с температурой. Поэтому эффективный теплоотвод необходим для поддержания стабильных оптических характеристик, особенно в мощных приложениях или приложениях с высокой температурой окружающей среды, таких как автомобильные условия.

5. Механическая информация и информация об упаковке

5.1 Физические размеры и идентификация полярности

Светодиод соответствует стандартному корпусному исполнению EIA. Все критические размеры указаны в миллиметрах с общим допуском ±0,2 мм, если не указано иное. Ключевой конструктивной особенностью является то, что анодная выводная рамка также служит основным радиатором для светодиода. Правильная идентификация анода и катода во время разводки печатной платы и сборки имеет решающее значение для обеспечения правильного подключения полярности.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка на печатной плате

Предоставляется рекомендуемый посадочный рисунок (footprint) для печатной платы, обеспечивающий надежную пайку и оптимальные тепловые характеристики. Этот рисунок разработан для совместимости с процессами инфракрасной пайки оплавлением. Соблюдение этой рекомендуемой конфигурации помогает достичь правильных паяльных фасок, обеспечивает механическую стабильность и максимизирует теплопередачу от тепловой площадки светодиода (анода) к печатной плате.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль оплавления припоя

Для бессвинцовых процессов указан подробный профиль инфракрасной пайки оплавлением в соответствии со стандартом J-STD-020. Профиль включает этапы предварительного нагрева, термостатирования, оплавления и охлаждения. Критическим параметром является пиковая температура корпуса, не превышающая 260°C, поддерживаемая в течение максимум 10 секунд. Следование этому профилю необходимо для предотвращения термического повреждения эпоксидной линзы светодиода и его внутренней полупроводниковой структуры.

6.2 Меры предосторожности при хранении и обращении

Продукт классифицируется как уровень чувствительности к влаге (MSL) 2a в соответствии с JEDEC J-STD-020. В оригинальном герметичном влагозащитном пакете с осушителем его следует хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности ≤70% и использовать в течение одного года. После вскрытия пакета компоненты следует хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности ≤60%. Рекомендуется завершить процесс ИК-оплавления в течение 4 недель после вскрытия пакета. Для хранения более 4 недель вне оригинальной упаковки компоненты следует хранить в герметичном контейнере с осушителем или прокаливать при температуре около 60°C в течение не менее 48 часов перед пайкой для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" (popcorning) во время оплавления.

6.3 Очистка

Если очистка после пайки необходима, следует использовать только указанные растворители. Допустимо погружение светодиода в этиловый или изопропиловый спирт при комнатной температуре на время менее одной минуты. Использование неуказанных или агрессивных химических очистителей может повредить пластиковый корпус и оптическую линзу светодиода.

7. Информация об упаковке и заказе

7.1 Спецификации на ленте и катушке

Светодиоды поставляются на тисненой несущей ленте шириной 8 мм. Лента намотана на стандартную катушку диаметром 7 дюймов (178 мм). Каждая катушка содержит 2000 штук. Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA-481. Предоставлены подробные размеры карманов ленты, покровной ленты и катушки для обеспечения совместимости с автоматизированным сборочным оборудованием.

8. Примечания по применению и конструктивные соображения

8.1 Типичные сценарии применения

Основное предназначение - функции автомобильных аксессуаров. Это может включать внутреннее фоновое освещение, индикаторные лампы на приборной панели, подсветку центральной консоли или внешние габаритные огни, где требуется диффузное, широкоугольное красное свечение. Его квалификация AEC-Q101 делает его подходящим для суровых условий окружающей среды (температура, влажность, вибрация), характерных для транспортных средств.

8.2 Критические конструктивные соображения

Ограничение тока:Светодиод является устройством с токовым управлением. Последовательный резистор или схема драйвера постоянного тока обязательны для ограничения прямого тока до безопасного значения, обычно в пределах или ниже рекомендуемого диапазона 50-70 мА, с учетом колебаний источника питания.
Теплоотвод:Максимальная температура перехода не должна быть превышена. Спроектируйте разводку печатной платы так, чтобы обеспечить адекватный тепловой путь от анодной площадки. Для приложений с высоким током или высокой температурой окружающей среды рассмотрите возможность использования большей площади меди на печатной плате или дополнительных тепловых переходных отверстий для рассеивания тепла.
Защита от ЭСР:Хотя для данного устройства это явно не указано, светодиоды AlInGaP могут быть чувствительны к электростатическому разряду (ЭСР). Рекомендуется применять стандартные меры предосторожности при обращении с ЭСР во время сборки.
Оптическая конструкция:Угол обзора 120° и диффузная линза обеспечивают мягкий, широкий луч. Для приложений, требующих более сфокусированного луча, потребуется вторичная оптика (например, линзы, световоды).

9. Техническое сравнение и дифференциация

Этот красный светодиод на основе AlInGaP предлагает определенные преимущества. По сравнению со старыми технологиями, такими как фосфид арсенида галлия (GaAsP), AlInGaP обеспечивает более высокую световую отдачу, что приводит к большей яркости при том же входном токе. Диффузная линза создает равномерную, широкую диаграмму направленности, идеальную для освещения площадей, а не для фокусированного точечного освещения. Квалификация AEC-Q101 и рейтинг MSL 2a являются ключевыми отличительными особенностями для автомобильных и других требовательных приложений, указывая на расширенные испытания на надежность и влагостойкость по сравнению со стандартными коммерческими светодиодами.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я питать этот светодиод напрямую от источника питания 5В или 12В?
О: Нет. Вы должны использовать механизм ограничения тока. Для источника питания 5В обычно используется последовательный резистор (R = (Vпитания - Vf) / If). Для источника питания 12В резистор будет рассеивать чрезмерное тепло; рекомендуется использовать драйвер постоянного тока или импульсный стабилизатор.

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 (632 нм). Доминирующая длина волны (λd) - это единственная длина волны монохроматического света, которая соответствовала бы воспринимаемому цвету светодиода (618-630 нм). λd более актуальна для спецификации цвета.

В: Почему важно тепловое сопротивление?
О: Оно количественно определяет, насколько эффективно тепло может отводиться от перехода светодиода. Более низкое тепловое сопротивление означает лучший теплоотвод, что позволяет управлять светодиодом при более высоких токах или в более горячих средах, сохраняя температуру перехода в безопасных пределах, тем самым обеспечивая долгосрочную надежность и стабильный световой поток.

В: В техническом описании упоминается тест обратного напряжения. Могу ли я использовать этот светодиод в цепи переменного тока или для защиты от обратной полярности?
О: Номинальное обратное напряжение 12В предназначено только для целей тестирования. Устройство не предназначено для работы в режиме постоянного обратного смещения. В цепи переменного тока или для защиты от полярности необходимо использовать внешний последовательный диод для блокировки обратного напряжения на светодиоде.

11. Практический пример проектирования и использования

Сценарий:Проектирование красного индикатора состояния для автомобильного управляющего модуля. Модуль работает от 12-вольтовой аккумуляторной системы автомобиля (номинально 14В при работающем двигателе). Индикатор должен быть четко виден при дневном свете.
Этапы проектирования:
1. Выбор тока:Выберите рабочую точку 50 мА для хорошего баланса яркости и долговечности.
2. Выбор драйвера:Из-за высокого напряжения питания простой резистор будет рассеивать более 0,5 Вт мощности. Лучшим решением является ИС драйвера светодиодов с малым падением напряжения (LDO) и постоянным током, настроенная на 50 мА.
3. Тепловая конструкция:Модуль может располагаться в моторном отсеке. Оцените максимальную температуру окружающей среды (например, 85°C). Рассчитайте ожидаемый рост температуры перехода: ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA. Используя типичные значения VF=2,2В и RθJA=280°C/Вт, Pd=0,11Вт, поэтому ΔTj ≈ 31°C. Tj = Ta + ΔTj = 85°C + 31°C = 116°C, что ниже максимума в 125°C. Это приемлемо, но на грани. Для повышения надежности увеличьте площадь меди на контактной площадке печатной платы, подключенной к аноду, чтобы снизить эффективное RθJA.
4. Выбор бина:Для единообразного внешнего вида нескольких устройств на приборной панели укажите узкие бины для доминирующей длины волны (например, Бин 7) и силы света (например, Бин X2 или Y1).

12. Введение в принцип работы

Светоизлучающие диоды (LED) - это полупроводниковые p-n переходные устройства. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются через переход. Эти носители заряда рекомбинируют в активной области полупроводника. В полупроводнике с прямой запрещенной зоной, таком как AlInGaP, значительная часть этого события рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется энергией запрещенной зоны полупроводникового материала. Сплавы AlInGaP разработаны для получения света в красной, оранжевой и желтой частях видимого спектра. Диффузная линза изготовлена из эпоксидной или силиконовой смолы, содержащей рассеивающие частицы. Эти частицы случайным образом перенаправляют свет, излучаемый полупроводниковым кристаллом, расширяя угол луча и создавая более равномерный, мягкий вид, устраняя яркое центральное "горячее пятно", характерное для светодиода с прозрачной линзой.

13. Тенденции и развитие технологий

Область светодиодных технологий постоянно развивается. Для индикаторных и сигнальных применений, подобных данному компоненту, тенденции сосредоточены на нескольких ключевых областях.Повышение эффективности:Текущие исследования в области материаловедения направлены на повышение внутренней квантовой эффективности (IQE) AlInGaP и других полупроводниковых материалов, что дает более высокий световой выход на единицу потребляемой электрической мощности (лм/Вт).Повышенная надежность:Требования автомобильного и промышленного рынков стимулируют улучшение материалов корпуса (например, высокотемпературных силиконов) и технологий крепления кристалла для выдерживания более высоких температур перехода и более экстремальных термических циклов.Миниатюризация:Существует постоянное стремление к уменьшению размеров корпуса при сохранении или увеличении оптической мощности, что позволяет более плотно интегрировать компоненты в современные электронные устройства.Цветовая стабильность и сортировка:Достижения в области эпитаксиального роста и контроля производственных процессов позволяют добиться более узкого распределения длины волны и силы света, уменьшая необходимость в обширной сортировке и упрощая управление запасами для производителей.Интегрированные решения:Растущей тенденцией является интеграция светодиодного кристалла с драйверными ИС, защитными компонентами (такими как диоды ЭСР) и даже управляющей логикой в единые интеллектуальные модули.