Техническая спецификация SMD светодиода LTST-E683FGBW - Оранжевый/Зеленый/Синий - 20мА - 80мВт

1. Обзор изделия

В данном документе подробно описаны характеристики компонента SMD светодиода с обозначением LTST-E683FGBW. Это многоцветный светодиодный компонент, объединяющий три различных излучающих кристалла в одном корпусе: оранжевый кристалл AlInGaP, зеленый кристалл InGaN и синий кристалл InGaN. Устройство предназначено для автоматизированных процессов сборки и совместимо с инфракрасной пайкой оплавлением, что делает его пригодным для крупносерийного производства электроники. Рассеивающая линза обеспечивает широкий угол обзора, улучшая видимость с различных ракурсов.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эксплуатационные пределы устройства определены при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Превышение этих параметров может привести к необратимому повреждению.

• Рассеиваемая мощность (Pd):Оранжевый: 72 мВт; Зеленый/Синий: 80 мВт. Этот параметр указывает максимальную мощность, которую светодиод может безопасно рассеивать в виде тепла при непрерывной работе на постоянном токе.
• Пиковый прямой ток (IFP):Оранжевый: 80 мА; Зеленый/Синий: 100 мА. Это максимально допустимый импульсный ток, указанный при скважности 1/10 и длительности импульса 0.1 мс, полезный для кратковременных вспышек высокой интенсивности.
• Постоянный прямой ток (IF):Оранжевый: 30 мА; Зеленый/Синий: 20 мА. Это рекомендуемый максимальный непрерывный прямой ток для надежной долгосрочной работы.
• Температурные диапазоны:Эксплуатация: от -40°C до +85°C; Хранение: от -40°C до +100°C. Эти диапазоны определяют условия окружающей среды, которые устройство может выдерживать во время использования и в неактивном состоянии.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Ключевые показатели производительности измеряются при Ta=25°C и стандартном испытательном токе (IF) 20 мА, если не указано иное.

• Сила света (Iv):Измеряется в милликанделах (мкд) и представляет собой воспринимаемую яркость источника света. Типичный диапазон для оранжевого и синего светодиодов составляет 140-355 мкд, в то время как зеленый светодиод ярче, с диапазоном от 355 до 900 мкд. Измерение проводится в соответствии с кривой спектральной чувствительности глаза CIE.
• Угол обзора (2θ1/2):Обычно 120 градусов. Это полный угол, при котором сила света падает до половины своего максимального осевого значения, что указывает на очень широкую диаграмму направленности излучения.
• Параметры длины волны:
  • Пиковая длина волны (λP):Длина волны, на которой спектральное распределение мощности максимально. Типичные значения: Оранжевый: 611 нм, Зеленый: 518 нм, Синий: 468 нм.
  • Доминирующая длина волны (λd):Единая длина волны, которая визуально соответствует цвету светодиода. Типичные значения: Оранжевый: 605 нм, Зеленый: 525 нм, Синий: 470 нм. Определяется по диаграмме цветности CIE.
  • Полуширина спектра (Δλ):Ширина полосы излучаемого спектра на половине его максимальной интенсивности. Типичные значения: Оранжевый: 17 нм (узкая), Зеленый: 35 нм, Синий: 25 нм.
• Прямое напряжение (VF):Падение напряжения на светодиоде при протекании указанного тока. Диапазоны: Оранжевый: 1.8-2.4В; Зеленый/Синий: 2.8-3.8В. Допуск составляет +/- 0.1В. Этот параметр критически важен для проектирования схемы управления.
• Обратный ток (IR):Максимум 10 мкА при обратном напряжении (VR) 5В. Устройство не предназначено для работы в обратном смещении; этот параметр служит только для характеристики тока утечки.

3. Объяснение системы сортировки

Светодиоды сортируются по группам (бинаризация) на основе измеренной силы света при 20 мА, чтобы обеспечить согласованность цвета и яркости в пределах производственной партии.

• Группы для оранжевого и синего:Используются коды R2, S1, S2, T1 с диапазонами силы света от 140.0 мкд (R2 Min) до 355.0 мкд (T1 Max).
• Группы для зеленого:Используются коды T2, U1, U2, V1 с более высокими диапазонами силы света от 355.0 мкд (T2 Min) до 900.0 мкд (V1 Max).
• Допуск:Каждая группа по силе света имеет допуск +/-11% от номинальных значений, учитывающий незначительные вариации.

Конструкторам следует указывать требуемые коды групп при заказе, чтобы гарантировать необходимые уровни яркости для их применения, особенно в массивах из нескольких светодиодов, где важна равномерность.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены ссылки на типичные характеристические кривые (не полностью детализированные в предоставленном отрывке). Эти кривые, обычно представленные в виде графиков, включают:

• Вольт-амперная характеристика (ВАХ):Показывает зависимость прямого тока от прямого напряжения для каждого цветного кристалла. Демонстрирует экспоненциальную характеристику включения диода и помогает в выборе токоограничивающих резисторов или проектировании драйверов постоянного тока.
• Зависимость силы света от прямого тока:Иллюстрирует, как световой поток увеличивается с ростом тока, обычно имея почти линейную зависимость в рекомендуемом рабочем диапазоне до снижения эффективности при очень высоких токах.
• Зависимость силы света от температуры окружающей среды:Показывает снижение светового потока при повышении температуры перехода, что критически важно для теплового режима в приложениях с высокой мощностью или высокой температурой окружающей среды.
• Спектральное распределение:График относительной излучаемой мощности в зависимости от длины волны для каждого светодиода, визуально представляющий пиковую длину волны, доминирующую длину волны и полуширину спектра.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство соответствует стандартному контуру SMD корпуса по стандарту EIA. Все размеры указаны в миллиметрах с общим допуском ±0.2 мм, если не указано иное. Конкретный чертеж размеров показывает длину, ширину, высоту, расстояние между выводами и геометрию линзы.

5.2 Распиновка выводов

Трехцветный светодиод имеет конфигурацию с общим катодом или общим анодом (подразумевается одним корпусом). Распиновка: Вывод 1: Анод оранжевого, Вывод 3: Анод синего, Вывод 4: Анод зеленого (с общим катодом, вероятно, на выводах 2 и/или 5, согласно стандартным посадочным местам для 4-выводных RGB светодиодов). Это необходимо проверить по подробному чертежу корпуса для правильной разводки печатной платы.

5.3 Упаковка в ленту и на катушку

Компоненты поставляются в стандартной для отрасли формованной транспортной ленте на катушках диаметром 7 дюймов (178 мм) для облегчения автоматизированной сборки методом "pick-and-place".

• Размеры ленты:Ширина ленты, шаг гнезд и размеры гнезд указаны для совместимости со стандартным оборудованием для подачи компонентов.
• Спецификация катушки:Стандартная 7-дюймовая катушка содержит 2000 штук. Минимальный объем заказа для неполных катушек составляет 500 штук.
• Покровная лента:Пустые гнезда запечатаны верхней покровной лентой.
• Качество:Соответствует спецификациям ANSI/EIA-481. Максимально допустимое количество последовательно отсутствующих компонентов в ленте - два.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль оплавления припоя

Устройство совместимо с процессами инфракрасной (ИК) пайки оплавлением. Рекомендуется профиль бессвинцовой пайки, соответствующий стандарту J-STD-020B.

• Предварительный нагрев:150-200°C в течение максимум 120 секунд для постепенного нагрева платы и активации флюса.
• Пиковая температура:Не должна превышать 260°C. Время выше температуры ликвидуса (например, 217°C) должно контролироваться в соответствии с рекомендациями производителя паяльной пасты.
• Время пайки:Общее время при пиковой температуре должно быть ограничено максимум 10 секундами. Оплавление должно выполняться не более двух раз.

Примечание:Оптимальный профиль зависит от конкретной конструкции печатной платы, паяльной пасты и печи. Профиль на основе JEDEC служит общим ориентиром.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, необходимо соблюдать крайнюю осторожность:

• Температура паяльника:Максимум 300°C.
• Время пайки:Максимум 3 секунды на соединение.
• Ограничение:Ручную пайку следует выполнять только один раз, чтобы избежать повреждения корпуса светодиода или проводных соединений термическим напряжением.

6.3 Очистка

Следует избегать неспецифицированных химических очистителей, так как они могут повредить эпоксидную линзу светодиода или корпус. Если требуется очистка после пайки:

• Используйте спиртовые растворители, такие как этиловый или изопропиловый спирт.
• Погружайте светодиод при нормальной комнатной температуре.
• Ограничьте время погружения менее одной минуты.

6.4 Хранение и обращение

• Запечатанная упаковка:Хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤70%. Срок годности составляет один год при хранении в оригинальной влагозащищенной упаковке с осушителем.
• Вскрытая упаковка:Компоненты, подвергшиеся воздействию окружающего воздуха, должны храниться при температуре ≤30°C и относительной влажности ≤60%. Настоятельно рекомендуется завершить процесс ИК оплавления в течение 168 часов (7 дней) после вскрытия упаковки, чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать "вспучивание" ("popcorning") во время оплавления.
• Длительное хранение (вскрытая упаковка):Для хранения более 168 часов поместите компоненты в герметичный контейнер с осушителем или в эксикатор, продуваемый азотом.
• Прогрев (сушка):Компоненты, хранившиеся вне оригинальной упаковки более 168 часов, должны быть прогреты при температуре примерно 60°C в течение не менее 48 часов перед пайкой для удаления поглощенной влаги.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые сценарии применения

Этот трехцветный SMD светодиод предназначен для универсальных индикаторных и подсветочных применений в потребительской и промышленной электронике, где требуется несколько цветов состояния от одного компактного компонента. Примеры включают:

• Многостатусные индикаторы на сетевом оборудовании, маршрутизаторах или серверах (например, питание/активность/ошибка).
• Подсветка кнопок или значков на панелях управления, пультах дистанционного управления или бытовой технике.
• Декоративная подсветка или индикация состояния в салонах автомобилей (некритичные функции).
• Индикаторы состояния портативных электронных устройств.

Важное ограничение применения:В спецификации явно указано, что эти светодиоды предназначены для "обычного электронного оборудования". Они не сертифицированы для критически важных для безопасности применений, где отказ может угрожать жизни или здоровью, например, в авиации, медицинских системах жизнеобеспечения или системах безопасности транспорта. Для таких применений необходимо использовать компоненты с соответствующими квалификациями надежности.

7.2 Особенности проектирования

• Ограничение тока:Всегда используйте внешние токоограничивающие резисторы или драйвер постоянного тока для каждого цветового канала. Рассчитывайте значения резисторов на основе напряжения питания, прямого напряжения светодиода (VF, используйте максимальное значение для запаса) и желаемого прямого тока (IF, не превышайте номинальный постоянный ток).
• Тепловой режим:Хотя рассеиваемая мощность невелика, обеспечьте достаточную площадь медной фольги на печатной плате или тепловые переходные отверстия, если работа ведется при высоких температурах окружающей среды или максимальном токе, чтобы поддерживать температуру перехода в пределах нормы и обеспечивать долгосрочную надежность и стабильный световой поток.
• Проектирование контактных площадок на печатной плате:Следуйте рекомендуемой разводке контактных площадок из чертежа корпуса в спецификации, чтобы обеспечить правильное формирование паяного соединения и механическую стабильность во время оплавления.
• Защита от электростатического разряда (ESD):Хотя это явно не указано, рекомендуется соблюдать стандартные меры предосторожности при обращении с полупроводниковыми приборами во время сборки.

8. Техническое сравнение и отличия

Хотя прямое сравнение с другими номерами деталей в данной спецификации не приводится, ключевые отличительные особенности этого компонента можно выделить:

• Три цвета в одном корпусе:Объединяет три отдельных цвета, экономя место на печатной плате и затраты на сборку по сравнению с использованием трех отдельных одноцветных светодиодов.
• Широкий угол обзора (120°):Рассеивающая линза обеспечивает всенаправленную видимость, превосходя светодиоды с узким углом, используемые для сфокусированных лучей.
• Высокая яркость зеленого:Зеленый кристалл обеспечивает значительно более высокую силу света (до 900 мкд) по сравнению с оранжевым и синим, что может быть предназначено для балансировки воспринимаемой яркости между цветами из-за чувствительности человеческого глаза.
• Надежный корпус:Совместимость с ИК оплавлением и автоматической установкой указывает на корпус, разработанный для современных, надежных процессов поверхностного монтажа (SMT).
• Стандартизированная сортировка:Определенная структура сортировки позволяет обеспечить предсказуемые и согласованные оптические характеристики в производственных партиях.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Могу ли я одновременно питать все три цвета на их максимальном постоянном токе (30 мА для оранжевого, 20 мА для зеленого/синего)?

О: Нет. Абсолютный максимальный параметр для общей рассеиваемой мощности (Pd) не должен превышаться. Одновременная работа на максимальных токах приведет к общей рассеиваемой мощности, превышающей предел в 80 мВт для корпуса (рассчитывается как VF*IF для каждого кристалла и суммируется). Вы должны снизить рабочие токи или использовать импульсный режим работы, чтобы оставаться в пределах общего лимита Pd.

В2: В чем разница между пиковой длиной волны и доминирующей длиной волны?

О: Пиковая длина волны (λP) - это физический пик спектра света, излучаемого светодиодом. Доминирующая длина волны (λd) - это расчетное значение, представляющее воспринимаемый цветовой оттенок в виде одной длины волны на диаграмме CIE. Для монохроматических светодиодов они часто близки; для более широких спектров (как у зеленого) они могут отличаться сильнее. λd более актуальна для подбора цвета.

В3: Почему важен параметр обратного тока, если светодиод не предназначен для работы в обратном направлении?

О: Параметр IR (макс. 10 мкА при 5В) - это спецификация тока утечки. Он гарантирует, что если случайно будет приложено небольшое обратное напряжение (например, во время переходных процессов в схеме или в мультиплексных схемах), устройство не будет потреблять чрезмерный ток. Это параметр надежности, а не условие эксплуатации.

В4: Насколько критичен срок в 168 часов после вскрытия упаковки?

О: Очень критичен для пайки оплавлением. Влага, поглощенная пластиковым корпусом, может быстро испаряться во время высокотемпературного цикла оплавления, вызывая внутреннее расслоение, трещины или "вспучивание" ("popcorning"), что приводит к отказу. Соблюдение 168-часового окна или выполнение процедуры прогрева (сушки) необходимо для выхода годных изделий и надежности.

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование индикатора состояния для устройства, питаемого от шины 5В. Индикатор должен показывать оранжевый для "Ожидание", зеленый для "Нормальная работа" и синий для "Ошибка". Включен только один цвет в каждый момент времени.

Шаги проектирования:

1. Выбор рабочего тока:Выберите безопасное стандартное значение, например, 15 мА для всех цветов, значительно ниже максимальных постоянных токов, обеспечивая долговечность и снижая тепловую нагрузку.
2. Расчет токоограничивающих резисторов:
   • Используйте максимальное VF из спецификации для запаса: Оранжевый: 2.4В, Зеленый: 3.8В, Синий: 3.8В.
   • Напряжение питания (Vs) = 5В. Формула: R = (Vs - VF) / IF.
     • R_Оранжевый = (5В - 2.4В) / 0.015А ≈ 173 Ом (используйте стандартное значение 180 Ом).
     • R_Зеленый = (5В - 3.8В) / 0.015А ≈ 80 Ом (используйте стандартное значение 82 Ом).
     • R_Синий = (5В - 3.8В) / 0.015А ≈ 80 Ом (используйте стандартное значение 82 Ом).
   • Пересчет фактического тока со стандартными резисторами: I_Оранжевый = (5-2.4)/180 ≈ 14.4 мА (безопасно).
3. Проверка рассеиваемой мощности:
   • Наихудший случай для одного светодиода: P = VF * IF. Используя типичное VF для оценки: P_Зеленый ≈ 3.3В * 0.0144А ≈ 47.5 мВт, что ниже предела в 80 мВт для зеленого/синего кристалла. Оранжевый кристалл рассеивает еще меньше. Поскольку включен только один цвет в каждый момент времени, общая Pd корпуса не превышается.
4. Разводка печатной платы:Расположите светодиод и его три резистора близко друг к другу. Используйте рекомендуемую разводку контактных площадок из механического чертежа. Убедитесь, что правильная распиновка (1=Оранжевый, 3=Синий, 4=Зеленый) сопоставлена со схемой управления (например, выводами GPIO микроконтроллера с последовательными резисторами).
5. Схема управления:Используйте выводы микроконтроллера, сконфигурированные как открытый сток или с последовательными резисторами, для стока тока на землю (если общий катод) или источника тока (если общий анод).

11. Введение в принцип работы

Светоизлучающие диоды (LED) - это полупроводниковые приборы, излучающие свет посредством электролюминесценции. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны из n-типа материала рекомбинируют с дырками из p-типа материала в активной области. Эта рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводниковых материалов, используемых в активной области.

• Оранжевый светодиод:Использует полупроводник из фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), ширина запрещенной зоны которого соответствует красному/оранжевому/янтарному свету.
• Зеленый и синий светодиоды:Используют полупроводники из нитрида индия-галлия (InGaN). Изменяя соотношение индия/галлия, можно настраивать ширину запрещенной зоны для излучения в синем, зеленом и голубом спектре. Достижение эффективного зеленого излучения с InGaN сложнее, чем синего, что отражается в различных характеристиках производительности (например, прямое напряжение, эффективность).

Три кристалла смонтированы внутри отражающей полости в пластиковом корпусе. Рассеивающая эпоксидная линза инкапсулирует кристаллы, обеспечивая защиту от окружающей среды, формируя световой пучок (угол обзора 120°) и смешивая свет от отдельных кристаллов, если несколько из них включены одновременно, для создания других цветов (например, белого, если бы присутствовал люминофор, которого нет в этом RGB устройстве).

12. Тенденции развития технологий

Технология, представленная этим компонентом, находится в русле общих тенденций в оптоэлектронике:

• Повышение эффективности:Постоянные улучшения в материаловедении и конструкции кристаллов продолжают повышать световую отдачу (люмен на ватт) светодиодов, позволяя получить более яркий свет при меньших токах или снизить энергопотребление.
• Миниатюризация:Хотя это стандартный корпус, отрасль движется к все более миниатюрным светодиодам в корпусах типа CSP (Chip Scale Package) для сверхкомпактных конструкций, хотя часто за счет тепловых характеристик и удобства обращения.
• Улучшенная согласованность цвета:Достижения в эпитаксиальном росте и процессах сортировки обеспечивают более узкое распределение по длине волны и интенсивности, что критически важно для применений, требующих единообразного внешнего вида цвета на нескольких устройствах.
• Интеграция:Помимо нескольких кристаллов в одном корпусе, наблюдается тенденция к интеграции микросхемы драйвера светодиода (источник постоянного тока, ШИМ-контроллер) в сам корпус светодиода, упрощая схемотехническое проектирование.
• Надежность и устойчивость:Улучшенные материалы корпусов и методы изготовления повышают устойчивость к термоциклированию, влажности и механическим напряжениям, продлевая срок службы далеко за традиционные пределы, что делает светодиоды пригодными для более требовательных условий эксплуатации.

Данный конкретный компонент является примером зрелого, экономически эффективного применения технологии светодиодов для стандартных индикаторных целей, обеспечивая баланс производительности, надежности и технологичности.