Техническая спецификация SMD светодиода 19-218/T1D-CQ2R2TY/3T - Чистый белый - 5мА - 90-180мкд

1. Обзор продукта

19-218/T1D-CQ2R2TY/3T — это светоизлучающий диод (СИД) для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для современных электронных приложений, требующих компактного, эффективного и надежного освещения. Этот компонент представляет собой значительный прогресс по сравнению с традиционными светодиодами в корпусах с выводами, обеспечивая существенную миниатюризацию и улучшение характеристик в оборудовании конечного пользователя.

1.1 Ключевые преимущества и позиционирование

Основное преимущество этого SMD светодиода — значительно уменьшенные габариты. Благодаря отсутствию громоздких выводных рамок он позволяет создавать более компактные конструкции печатных плат (ПП), повышать плотность компоновки компонентов и уменьшать общие размеры оборудования. Его легкая конструкция также делает его идеальным для портативных и миниатюрных применений, где вес и пространство являются критическими ограничениями. Устройство поставляется на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушку диаметром 7 дюймов, что обеспечивает совместимость с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки компонентов, стандартным для современного электронного производства.

1.2 Целевой рынок и области применения

Данный светодиод ориентирован на широкий спектр промышленных и потребительских электронных приложений. Его ключевые области применения включают подсветку приборных панелей, переключателей и клавиатур. В телекоммуникациях он служит в качестве индикаторов состояния и подсветки для таких устройств, как телефоны и факсимильные аппараты. Он также подходит для обеспечения плоской, равномерной подсветки жидкокристаллических дисплеев (ЖКД) и для общего индикаторного использования, где требуется надежный, компактный источник света.

2. Подробный анализ технических параметров

Тщательное понимание электрических и оптических параметров необходимо для надежного проектирования схем и обеспечения долгосрочной производительности.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется и должна быть исключена для надежной работы.

• Обратное напряжение (V_R):5В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Постоянный прямой ток (I_F):25мА. Это максимальный постоянный ток, рекомендуемый для непрерывной работы.
• Пиковый прямой ток (I_FP):100мА. Этот параметр импульсного тока (при скважности 1/10, 1кГц) допускает кратковременные условия перегрузки по току, например, во время бросков тока при включении питания.
• Рассеиваемая мощность (P_d):95мВт. Это максимальная мощность, которую корпус может рассеять без превышения тепловых пределов, рассчитываемая как прямое напряжение (V_F), умноженное на прямой ток (I_F).
• Электростатический разряд (ЭСР), модель человеческого тела (HBM):150В. Это указывает на умеренную чувствительность к статическому электричеству, что требует соблюдения надлежащих процедур обращения с ЭСР во время сборки.
• Рабочая и температура хранения:-40°C до +85°C (рабочая), -40°C до +90°C (хранение). Широкий диапазон обеспечивает функциональность в суровых условиях.
• Температура пайки:Устройство совместимо как с процессами групповой пайки оплавлением (максимум 260°C в течение 10 сек), так и с ручной пайкой (максимум 350°C в течение 3 сек), что соответствует требованиям к бессвинцовой сборке.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры, измеренные при стандартной температуре перехода 25°C, определяют производительность устройства в нормальных рабочих условиях.

• Сила света (I_v):90.0 мкд (мин.) до 180 мкд (макс.) при испытательном токе 5мА. Типичное значение находится в пределах этого диапазона бинов. Допуск по силе света составляет ±11%.
• Угол обзора (2θ_1/2):130 градусов (тип.). Этот широкий угол обзора обеспечивает хорошую видимость на большой площади, что делает его подходящим для индикаторных применений.
• Прямое напряжение (V_F):2.6В (мин.) до 3.0В (макс.) при 5мА. Типичное прямое напряжение составляет около 2.8В. Указан жесткий допуск ±0.05В.
• Обратный ток (I_R):Максимум 50 мкА при обратном смещении 5В. Этот низкий ток утечки указывает на хорошее качество p-n перехода.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения постоянства цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых параметров. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям приложения.

3.1 Бины силы света

Световой поток классифицируется на отдельные бины, каждый из которых имеет определенное минимальное и максимальное значение, измеренное при I_F= 5мА.

• Бин Q2:90.0 мкд до 112 мкд
• Бин R1:112 мкд до 140 мкд
• Бин R2:140 мкд до 180 мкд

Такое бинирование позволяет осуществлять выбор на основе требуемых уровней яркости для конкретного применения.

3.2 Бины прямого напряжения

Прямое напряжение также разбивается на бины для помощи в проектировании схем, особенно для расчета токоограничивающего резистора и проектирования источника питания.

• Бин 28:2.6В до 2.7В
• Бин 29:2.7В до 2.8В
• Бин 30:2.8В до 2.9В
• Бин 31:2.9В до 3.0В

3.3 Бины цветовых координат

Цвет излучаемого белого света точно контролируется посредством бинирования цветовых координат на диаграмме CIE 1931 с допуском ±0.01. В спецификации определены четыре бина (1, 2, 3, 4), каждый из которых задает четырехугольную область на диаграмме цветности x,y. Это обеспечивает постоянство цветовой точки белого света в узких пределах, что критически важно для применений, таких как подсветка дисплеев, где однородность цвета имеет первостепенное значение.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные дают более глубокое понимание поведения устройства в различных условиях.

4.1 Спектральное распределение

Кривая спектрального распределения показывает относительную интенсивность света, излучаемого на разных длинах волн. Для белого светодиода на основе чипа InGaN с желтым люминофором спектр обычно характеризуется доминирующим синим пиком от чипа и более широким желтым излучением от люминофора, которые в совокупности дают белый свет. Кривая помогает оценить свойства цветопередачи.

4.2 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Эта фундаментальная кривая иллюстрирует экспоненциальную зависимость между током и напряжением на p-n переходе светодиода. Она имеет решающее значение для проектирования схемы управления. Кривая показывает напряжение включения и то, как прямое напряжение увеличивается с ростом тока. Разработчики используют это для расчета соответствующего значения токоограничивающего резистора для заданного напряжения питания.

4.3 Зависимость силы света от прямого тока

Эта кривая демонстрирует, как световой выход увеличивается с ростом прямого тока. Обычно она линейна в определенном диапазоне, но насыщается при более высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности. Для предсказуемого управления яркостью посредством модуляции тока рекомендуется работать в линейной области.

4.4 Зависимость силы света от температуры окружающей среды

Световой выход светодиода зависит от температуры. Эта кривая показывает, как относительная сила света уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Понимание этого снижения параметров жизненно важно для применений, работающих в условиях повышенных температур, чтобы обеспечить поддержание достаточной яркости.

4.5 Кривая снижения прямого тока

Для предотвращения перегрева максимально допустимый постоянный прямой ток должен быть уменьшен с ростом температуры окружающей среды. Эта кривая снижения параметров определяет безопасную рабочую область, указывая максимальный I_Fдля любой заданной температуры окружающей среды вплоть до максимальной номинальной температуры.

4.6 Диаграмма направленности

Изображена диаграмма направленности или пространственное распределение света. Угол обзора 130 градусов указывает на ламбертовскую или близкую к ней диаграмму излучения, где интенсивность максимальна при 0 градусах (перпендикулярно излучающей поверхности) и уменьшается к краям.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габаритные размеры корпуса

В спецификации представлен подробный механический чертеж корпуса светодиода. Ключевые размеры включают общую длину, ширину и высоту, а также размер и положение паяемых выводов. Все допуски, как правило, составляют ±0.1 мм, если не указано иное. Этот чертеж необходим для создания посадочного места на печатной плате.

5.2 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок

Предлагаемая конфигурация контактных площадок предоставляется в качестве справочного материала для проектирования печатной платы. Эта рекомендация направлена на обеспечение надежного паяного соединения и правильного выравнивания во время оплавления. В спецификации прямо указано, что это только справочная информация, и разработчики должны изменять размеры площадок в зависимости от их конкретного производственного процесса, материала ПП и требований к надежности.

5.3 Определение полярности

Катод (отрицательный вывод) обычно обозначен на корпусе, часто меткой, такой как выемка, точка, зеленый оттенок или другая форма на стороне катода. Правильная полярность должна соблюдаться во время сборки для обеспечения корректной работы.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Правильное обращение и пайка критически важны для сохранения надежности и производительности устройства.

6.1 Профиль оплавления при пайке

Указан подробный температурный профиль бессвинцового оплавления:

• Предварительный нагрев:150–200°C в течение 60–120 секунд для постепенного нагрева платы и компонентов, минимизируя тепловой удар.
• Время выше температуры ликвидуса (TAL):Время выше 217°C должно составлять 60–150 секунд.
• Пиковая температура:Максимум 260°C, выдержка не более 10 секунд.
• Скорости нагрева/охлаждения:Максимальная скорость нагрева 3°C/сек до 255°C и максимальная скорость охлаждения 6°C/сек.

В спецификации настоятельно рекомендуется не выполнять пайку оплавлением более двух раз, чтобы избежать чрезмерных термических нагрузок на корпус и проводные соединения внутри.

6.2 Инструкции по ручной пайке

Если необходима ручная пайка, необходимо соблюдать особые меры предосторожности:

• Используйте паяльник с температурой жала менее 350°C.
• Нагревайте каждый вывод не более 3 секунд.
• Используйте паяльник мощностью менее 25Вт.
• Соблюдайте интервал не менее 2 секунд между пайкой каждого вывода.
• В документе предупреждается, что повреждения часто происходят во время ручной пайки, поэтому осторожность крайне важна.

6.3 Хранение и чувствительность к влаге

Светодиоды упакованы в влагозащитный барьерный пакет с осушителем для предотвращения поглощения атмосферной влаги, которая может вызвать \"вспучивание\" (растрескивание корпуса) во время оплавления.

• До вскрытия:Хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (ОВ) ≤90%.
• После вскрытия:\"Срок хранения на открытом воздухе\" составляет 1 год при ≤30°C и ОВ ≤60%. Неиспользованные устройства должны быть повторно запечатаны в влагозащитную упаковку.
• Прогрев (сушка):Если индикатор осушителя меняет цвет или превышено время хранения, перед оплавлением требуется прогрев при 60 ±5°C в течение 24 часов для удаления влаги.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации катушки и транспортной ленты

Компоненты поставляются в формованной транспортной ленте для автоматической сборки.

• Ширина транспортной ленты: 8mm.
• Диаметр катушки:7 дюймов.
• Количество на катушке:3000 штук.

Предоставлены подробные размерные чертежи ячеек транспортной ленты и катушки для обеспечения совместимости с питателями автоматического оборудования.

7.2 Расшифровка маркировки

Этикетка на катушке содержит критически важную информацию для прослеживаемости и правильного применения:

• P/N:Номер изделия (полный артикул, например, 19-218/T1D-CQ2R2TY/3T).
• CAT:Ранг силы света (например, R1, R2).
• HUE:Цветовые координаты и ранг доминирующей длины волны.
• REF:Ранг прямого напряжения (например, 29, 30).
• LOT No:Номер партии для производственной прослеживаемости.
• QTY:Количество в упаковке на катушке.

8. Рекомендации по проектированию приложений

8.1 Ограничение тока и защита

Критическое правило проектирования:Внешний токоограничивающий резисторобязательнодолжен быть включен последовательно со светодиодом. Прямое напряжение светодиода имеет отрицательный температурный коэффициент и жесткий производственный допуск. Небольшое увеличение напряжения питания или уменьшение V_Fиз-за температуры может вызвать большое, потенциально разрушительное увеличение тока, если он не ограничен резистором. Значение резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Всегда используйте максимальное значение V_Fиз спецификации для консервативного проектирования, которое гарантирует, что I_Fне превысит максимальный номинал в наихудших условиях.

8.2 Тепловой режим

Хотя SMD светодиоды эффективны, часть входной электрической мощности преобразуется в тепло. Для оптимального срока службы и стабильного светового выхода:

• Соблюдайте спецификации по рассеиваемой мощности (95мВт) и снижению тока.
• Обеспечьте достаточную площадь меди на печатной плате, соединенную с тепловыми площадками светодиода (если они есть) или выводами, чтобы они действовали как радиатор.
• Обеспечьте хорошую вентиляцию в корпусе конечного изделия, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды.

8.3 Защита от электростатического разряда (ЭСР)

С рейтингом ЭСР HBM 150В это устройство имеет умеренную чувствительность. Реализуйте стандартные меры предосторожности против ЭСР во время обращения, сборки и тестирования:

• Используйте заземленные рабочие места и антистатические браслеты.
• Храните и транспортируйте компоненты в проводящей или антистатической упаковке.
• Рассмотрите возможность добавления диодов подавления переходных напряжений (TVS) или других защитных схем на печатной плате, если светодиод подключен к внешним интерфейсам, подверженным воздействию ЭСР.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми корпусами светодиодов для монтажа в отверстия, этот SMD светодиод предлагает явные преимущества:

• Размер и плотность:Значительно меньшие размеры, позволяющие создавать компоновки печатных плат с высокой плотностью, невозможные для компонентов с выводами.
• Стоимость и скорость сборки:Полная совместимость с автоматическими линиями поверхностного монтажа (SMT), что сокращает время и стоимость сборки по сравнению с ручной установкой и пайкой.
• Производительность:Часто обеспечивает лучший тепловой контакт с печатной платой (через паяные соединения), чем светодиоды в эпоксидном корпусе для монтажа в отверстия, что потенциально дает немного больший срок службы при аналогичных токах управления.
• Бессвинцовые и RoHS:Изготовлены из материалов, соответствующих директиве RoHS, что удовлетворяет глобальным экологическим нормам.

Основной компромисс — требование к более точным процессам изготовления и сборки печатных плат.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ) на основе технических параметров

10.1 Какое сопротивление резистора использовать при питании 5В?

Используя максимальное V_F3.0В из спецификации и целевой I_F20мА (ниже максимума 25мА для запаса), расчет следующий: R = (5В - 3.0В) / 0.020А = 100 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе, составляет P = I²R = (0.02)²* 100 = 0.04Вт, поэтому подойдет стандартный резистор мощностью 1/8Вт (0.125Вт) или 1/4Вт. Всегда проверяйте яркость с фактическим бином полученных светодиодов.

10.2 Можно ли управлять этим светодиодом без токоограничивающего резистора, используя источник стабильного тока?

Да, источник стабильного тока — это отличный и часто предпочтительный метод, особенно для поддержания постоянной яркости при изменениях температуры и напряжения. Установите источник стабильного тока на желаемый I_F(например, 20мА). Драйвер будет автоматически регулировать напряжение на светодиоде для поддержания этого тока. Этот метод более эффективен и точен, чем использование последовательного резистора.

10.3 Почему сила света указана при 5мА, а не при максимальных 25мА?

Условие испытания 5мА — это стандартная отраслевая точка отсчета, которая позволяет легко сравнивать различные модели светодиодов от разных производителей. Она представляет собой общую, умеренную рабочую точку. Разработчики могут использовать характеристические кривые (Зависимость силы света от прямого тока) для экстраполяции ожидаемой яркости при их целевом рабочем токе, например, 20мА.

10.4 Как интерпретировать бины цветовых координат?

Каждый номер бина (1, 2, 3, 4) соответствует определенной четырехугольной области на диаграмме цветности CIE 1931 (x,y), предоставленной в спецификации. Координаты определяют цветовую точку белого света. Для применений, требующих согласования цветов (например, многодиодная подсветка), критически важно указывать и использовать светодиоды из одного и того же бина цветности, чтобы избежать видимых цветовых различий между соседними светодиодами.

11. Практические примеры проектирования и использования

11.1 Подсветка переключателей на приборной панели

В автомобильной приборной панели нескольким переключателям требуется равномерная, надежная подсветка. Несколько светодиодов 19-218 могут быть размещены за полупрозрачными колпачками переключателей. Управляя всеми светодиодами от одной схемы стабильного тока и обеспечивая, чтобы они были из одних и тех же бинов силы света (CAT) и цветности (HUE), можно достичь одинаковой яркости и цвета на всех переключателях. Широкий угол обзора 130 градусов обеспечивает видимость света с точки зрения водителя.

11.2 Индикатор состояния на сетевом устройстве

Для индикатора питания или состояния связи на маршрутизаторе одного светодиода, работающего при 10-15мА, достаточно для яркости. Корпус SMD позволяет разместить его очень близко к небольшому световоду или рассеивающей линзе на корпусе устройства. Токоограничивающий резистор может быть рассчитан на основе внутреннего логического напряжения устройства (например, 3.3В). Соответствие требованиям бессвинцовой пайки гарантирует, что устройство соответствует экологическим стандартам для глобальных продаж.

12. Введение в принцип работы

Этот светодиод основан на полупроводниковом p-n переходе, изготовленном с использованием материалов нитрида индия-галлия (InGaN). Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее напряжение включения перехода (примерно 2.6-3.0В), электроны и дырки инжектируются через переход. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Сам чип InGaN излучает свет в синем спектре. Для создания белого света компонент включает желтое люминофорное покрытие (цвет смолы — желтый рассеянный). Часть синего света от чипа возбуждает этот люминофор, заставляя его излучать желтый свет. Комбинация оставшегося синего света и генерируемого желтого света воспринимается человеческим глазом как белый. Этот метод известен как технология белых светодиодов с преобразованием люминофора.

13. Тенденции и контекст технологий

Светодиод 19-218 представляет собой зрелую и широко распространенную технологию корпуса SMD. Общая тенденция в развитии светодиодов продолжается в нескольких ключевых направлениях:

• Повышение эффективности (люмен на ватт):Постоянные улучшения в эпитаксиальном росте, конструкции чипов и технологии люминофоров дают больше светового потока при том же электрическом входе, снижая энергопотребление и тепловую нагрузку.
• Более высокий индекс цветопередачи (CRI):Для применений, где важна точная цветопередача (например, розничное освещение, фотография), разрабатываются светодиоды со смесями нескольких люминофоров или новыми структурами для излучения более полного спектра, улучшая значения CRI.
• Миниатюризация:Доступны еще меньшие корпуса (например, метрические размеры 0402, 0201) для применений с крайне ограниченным пространством, хотя часто за счет общего светового потока и способности рассеивать тепло.
• Интегрированные решения:На рынке наблюдается рост светодиодов со встроенными токоограничивающими резисторами, защитными диодами или даже полноценными драйверными ИС, упрощающими проектирование схем для конечных пользователей.
• Умные и управляемые светодиоды:Интеграция с схемами широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для диммирования и цифровыми адресуемыми интерфейсами (такими как WS2812) является обычной практикой, позволяя осуществлять динамическое управление цветом и яркостью.

Хотя этот конкретный компонент является стандартным, одноцветным, неадресуемым устройством, его надежная производительность и совместимость с автоматизированными процессами обеспечивают его постоянную актуальность в огромном множестве индикаторных и подсветочных применений, где простота, экономическая эффективность и надежность являются основными целями проектирования.