Техническая спецификация SMD светодиода LTW-110ZDS5 - Белый свет - 20мА - 70мВт

1. Обзор продукта

LTW-110ZDS5 — это светоизлучающий диод (LED) для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для современных электронных сборок с ограниченным пространством. Он относится к семейству миниатюрных компонентов, оптимизированных для автоматизированных процессов установки и пайки оплавлением. Данная модель использует полупроводниковый чип InGaN (нитрид индия-галлия) для генерации белого света, заключенный в корпус с боковым излучением. Такая ориентация особенно выгодна для применений, где свет должен излучаться параллельно поверхности печатной платы (PCB), например, в панелях с боковой подсветкой или индикаторах состояния, видимых сбоку устройства.

Основная философия проектирования этого компонента — обеспечить надежный, яркий источник света, который легко интегрируется в серийные производственные процессы. Его корпус соответствует стандартам EIA (Альянс электронной промышленности), что гарантирует совместимость со стандартным промышленным оборудованием для обработки и установки. Компонент поставляется на 8-миллиметровой несущей ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что является стандартным форматом для автоматизированных сборочных линий и облегчает загрузку в установочные автоматы.

1.1 Особенности и ключевые преимущества

• Соответствие экологическим нормам:Устройство изготовлено в соответствии с директивами ROHS (Ограничение использования опасных веществ), что гарантирует отсутствие специфических опасных материалов, таких как свинец, ртуть и кадмий.
• Передовая полупроводниковая технология:Используется сверхъяркий чип InGaN. Технология InGaN известна своей высокой эффективностью и способностью генерировать яркий синий и белый свет, который затем обычно преобразуется в белый с помощью люминофорного покрытия.
• Готовность к производству:Имеет луженые выводы, что улучшает паяемость, особенно с бессвинцовыми (Pb-free) припоями. Полностью совместим с процессами пайки оплавлением в инфракрасной (ИК) печи, основным методом сборки SMD-компонентов.
• Совместимость по конструкции:Устройство совместимо с ИС (интегральными схемами), что означает, что его требования к управлению (ток, напряжение) могут легко обеспечиваться стандартными логическими выходами или простыми драйверными схемами, обычно используемыми на плате вместе с другими ИС.
• Пригодность для автоматизации:Стандартизированный корпус EIA и упаковка в ленту на катушке обеспечивают надежную работу в высокоскоростном автоматическом оборудовании для установки, минимизируя ошибки позиционирования и увеличивая производительность.

1.2 Целевой рынок и области применения

Этот светодиод разработан для широкого спектра электронного оборудования, где требуется надежная индикация, подсветка или символическая подсветка в компактном форм-факторе. Основные области применения включают:

• Телекоммуникационное оборудование:Индикаторы состояния на маршрутизаторах, модемах, коммутаторах и базовых станциях.
• Офисная автоматизация и вычислительная техника:Подсветка клавиатур ноутбуков, индикаторы состояния на принтерах, сканерах и внешних накопителях.
• Потребительская электроника и бытовая техника:Индикаторы питания, режима или функции на аудио/видео аппаратуре, кухонных приборах и устройствах для умного дома.
• Промышленное оборудование:Панельные индикаторы для станков, систем управления и приборов.
• Специализированные дисплеи:Подсветка клавиатур, микродисплеев и освещение символов или значков на панелях управления.

2. Технические параметры: Подробное объективное толкование

Рабочие характеристики LTW-110ZDS5 определяются комплексом электрических, оптических и тепловых параметров. Понимание этих спецификаций критически важно для правильного проектирования схемы и обеспечения долгосрочной надежности.

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

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

• Рассеиваемая мощность (Pd):70 мВт. Это максимальное количество электрической мощности, которое устройство может рассеять в виде тепла без деградации. Превышение этого значения может привести к чрезмерной температуре перехода, снижению светового потока и сокращению срока службы.
• Прямой ток (постоянный):20 мА. Это максимальный рекомендуемый непрерывный постоянный ток для надежной работы. Типичный рабочий режим, указанный в спецификации, составляет 5 мА.
• Пиковый прямой ток:100 мА, но только в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Это позволяет кратковременно достигать более высокой яркости, например, в мигающих индикаторах, без перегрева.
• Диапазон рабочих температур:от -20°C до +80°C. Гарантируется работа устройства в этом диапазоне температуры окружающей среды.
• Диапазон температур хранения:от -40°C до +85°C. Устройство может храниться без эксплуатации в этом более широком диапазоне.
• Условия ИК-пайки оплавлением:Выдерживает пиковую температуру 260°C в течение 10 секунд. Это критический параметр для бессвинцовых процессов сборки, определяющий тепловой профиль, который компонент может выдержать во время пайки оплавлением.

2.2 Электрические и оптические характеристики (при Ta=25°C)

Это типичные рабочие параметры, измеренные в стандартных условиях испытаний.

• Сила света (Iv):Диапазон от 28.0 мкд (милликандела) минимум до 112.0 мкд максимум при испытательном токе (IF) 5 мА. Фактическое значение для конкретного экземпляра попадает в определенный ранг (N, P, Q). Интенсивность измеряется с фильтром, имитирующим фотопическую реакцию человеческого глаза (кривая CIE).
• Угол обзора (2θ1/2):130 градусов. Это полный угол, при котором сила света падает до половины своего пикового значения (измеренного под углом 0 градусов, перпендикулярно чипу). Такой широкий угол обзора характерен для светодиодов с боковым излучением и обеспечивает широкое, равномерное освещение.
• Координаты цветности (x, y):Типичные значения: x=0.304, y=0.301 при 5 мА. Эти координаты на диаграмме цветности CIE 1931 определяют воспринимаемый цвет белого света. Конкретные экземпляры классифицируются по оттенкам (S1-S6). Допуск для этих координат составляет ±0.01.
• Прямое напряжение (VF):От 2.70В до 3.15В при 5 мА. Это падение напряжения на светодиоде при протекании указанного тока. Экземпляры сортируются в группы (L7, L8, L9) на основе этого параметра. Более низкое VF обычно указывает на более высокую электрическую эффективность.
• Обратный ток (IR):0.6 до 1.2 мкА при обратном напряжении (VR) 10 мА.Важное примечание:В спецификации явно указано, что это условие испытания предназначено только для тестирования IR (инфракрасного), и устройствоне предназначено для работы в обратном направлении. Подача обратного смещения в схеме может повредить светодиод.

2.3 Тепловые характеристики

Хотя явно не указан параметр теплового сопротивления (RθJA), тепловые характеристики подразумеваются через номинальную рассеиваемую мощность (70 мВт) и диапазон рабочих температур. Максимальная температура перехода является ключевым фактором долговечности светодиода. Работа светодиода на токах ниже максимального, обеспечение достаточной площади меди на PCB для отвода тепла (как показано в рекомендуемой разводке контактных площадок) и поддержание температуры окружающей среды в пределах спецификации — все это необходимо для управления тепловыми характеристиками.

3. Объяснение системы ранжирования (биннинга)

Для учета естественных вариаций в производстве полупроводников светодиоды сортируются по рабочим характеристикам (биннам). Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с жестко контролируемыми характеристиками для своего применения.

3.1 Ранг прямого напряжения (VF)

Светодиоды сортируются на основе падения прямого напряжения при 5 мА.

- Бин L7:VF = от 2.70В до 2.85В

- Бин L8:VF = от 2.85В до 3.00В

- Бин L9:VF = от 3.00В до 3.15В

Допуск для каждого бина составляет ±0.1В. Выбор светодиодов из одного бина VF обеспечивает стабильную яркость при питании от источника постоянного напряжения или упрощает расчет токоограничивающего резистора для последовательных цепочек.

3.2 Ранг силы света (Iv)

Светодиоды сортируются на основе интенсивности светового потока при 5 мА.

- Бин N:Iv = от 28.0 мкд до 45.0 мкд

- Бин P:Iv = от 45.0 мкд до 71.0 мкд

- Бин Q:Iv = от 71.0 мкд до 112.0 мкд

Допуск для каждого бина составляет ±15%. Эта сортировка критически важна для применений, требующих равномерной яркости нескольких светодиодов, например, в массивах подсветки или многоиндикаторных панелях.

3.3 Ранг оттенка (цветности)

Это наиболее сложная сортировка, определяющая цветовую точку белого света на диаграмме CIE 1931. Определено шесть бинов (S1–S6), каждый из которых представляет небольшую четырехугольную область на координатной плоскости (x,y). Например, бин S3 охватывает координаты приблизительно от (0.294, 0.254) до (0.314, 0.315). Применяется допуск ±0.01. Эта сортировка необходима для применений, где критически важна цветовая однородность, предотвращая заметные различия в оттенке белого (например, холодный белый против теплого белого) между соседними светодиодами.

4. Анализ характеристических кривых

Спецификация включает типичные характеристические кривые, которые дают ценную информацию помимо табличных данных.

4.1 Относительная сила света в зависимости от прямого тока

Эта кривая показывает, как световой поток увеличивается с ростом тока накачки. Обычно зависимость нелинейна. Хотя выходная мощность растет с током, эффективность (люмен на ватт) часто достигает пика при токе ниже абсолютного максимума. Работа в типичном режиме 5 мА, вероятно, представляет собой хороший баланс яркости и эффективности для данного устройства.

4.2 Прямое напряжение в зависимости от прямого тока

Эта кривая иллюстрирует ВАХ диода. Прямое напряжение увеличивается с током, но нелинейно. Понимание этой кривой важно для проектирования драйверных схем, особенно при использовании источников постоянного напряжения, поскольку небольшое изменение напряжения может привести к большому изменению тока и, следовательно, яркости.

4.3 Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая критически важна для понимания тепловых эффектов. При повышении температуры окружающей среды сила света светодиода обычно уменьшается. Наклон этой кривой указывает на тепловую чувствительность устройства. Разработчики должны снижать ожидаемый световой поток, если светодиод будет работать в условиях высокой температуры.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

В спецификации представлен подробный механический чертеж светодиода. Ключевые размеры включают общую длину, ширину и высоту, размер и положение полости для полупроводникового чипа, а также расположение и размер паяемых выводов. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.1 мм, если не указано иное. Конструкция с боковым излучением означает, что основная светоизлучающая поверхность находится на длинной стороне корпуса.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка на PCB и полярность

Для проектирования PCB предоставлена рекомендация по посадочному месту (footprint). Она показывает оптимальный размер и форму медных площадок для обеспечения качественного формирования паяного соединения во время оплавления. На схеме четко указаны подключения анода и катода, что необходимо для правильной ориентации при установке и для зажигания светодиода при подаче питания. Катод обычно обозначается маркером на самом корпусе светодиода, например, выемкой, точкой или зеленой меткой.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль ИК-пайки оплавлением (бессвинцовый процесс)

Предложен рекомендуемый профиль оплавления для бессвинцовой пайки:

- Предварительный нагрев:150-200°C.

- Время предварительного нагрева:Максимум 120 секунд.

- Пиковая температура:Максимум 260°C.

- Время выше температуры ликвидуса (на пике):Максимум 10 секунд, и этот процесс оплавления не должен выполняться более двух раз.

В спецификации правильно отмечено, что оптимальный профиль зависит от конкретной сборки PCB (толщина платы, количество компонентов, паяльная паста). Профиль должен быть охарактеризован для конкретной производственной линии, но должен оставаться в пределах этих ограничений на уровне компонента.

6.2 Ручная пайка (при необходимости)

Для ремонта или прототипирования:

- Температура паяльника:Максимум 300°C.

- Время пайки:Максимум 3 секунды на соединение.

- Это следует выполнять только один раз, чтобы минимизировать термическую нагрузку.

6.3 Очистка

Если необходима очистка после пайки, следует использовать только указанные растворители, чтобы избежать повреждения пластикового корпуса. В спецификации рекомендуется погружение в этиловый или изопропиловый спирт при нормальной температуре на время менее одной минуты. Необходимо избегать неспецифицированных химических жидкостей.

7. Меры предосторожности при хранении и обращении

7.1 Чувствительность к электростатическому разряду (ESD)

Светодиод может быть поврежден статическим электричеством и скачками напряжения. Рекомендуется использовать антистатический браслет или перчатки при обращении. Все оборудование, включая рабочие места и паяльники, должно быть правильно заземлено.

7.2 Чувствительность к влаге и хранение

Компонент имеет уровень чувствительности к влаге (MSL) 3.

- Запечатанная упаковка:Может храниться при ≤30°C и ≤90% относительной влажности. Срок годности в оригинальной влагозащищенной упаковке с осушителем составляет один год.

- Вскрытая упаковка:Окружающая среда не должна превышать 30°C / 60% относительной влажности. Компоненты, извлеченные из оригинальной упаковки, должны быть припаяны оплавлением в течение одной недели.

- Длительное хранение (вне упаковки):Должны храниться в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе.

- Просушка (ребакинг):Если компоненты находились на открытом воздухе более одной недели, их необходимо просушить при температуре около 60°C в течение не менее 20 часов перед пайкой, чтобы удалить поглощенную влагу и предотвратить \"вспучивание\" (popcorning) во время оплавления.

8. Информация об упаковке и заказе

8.1 Спецификация ленты и катушки

Устройство поставляется на 8-миллиметровой тисненой несущей ленте. Ключевые размеры ленты включают шаг карманов, размер кармана и положение уплотнения покровной ленты. Лента намотана на стандартные катушки диаметром 7 дюймов (178 мм).

8.2 Детали упаковки на катушке

• Количество на катушке:3000 штук.
• Минимальное количество упаковки:500 штук для остаточных количеств.
• Покровная лента:Пустые карманы запечатаны верхней покровной лентой.
• Отсутствующие компоненты:На катушке допускается отсутствие не более двух светодиодов подряд, согласно стандартной практике.
• Соответствие стандартам:Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA-481.

9. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

9.1 Типовые схемы включения

Для светодиода требуется токоограничивающий механизм. Самый простой метод — последовательный резистор. Его значение рассчитывается по закону Ома: R = (Vпитания - VF_светодиода) / IF. Например, при питании 5В, типичном VF 3.0В и желаемом IF 5 мА: R = (5В - 3.0В) / 0.005А = 400 Ом. Подойдет стандартный резистор на 390 или 430 Ом. Для применений, требующих постоянной яркости при изменении напряжения питания или температуры, рекомендуется схема драйвера постоянного тока.

9.2 Проектирование для надежности и долговечности

• Снижение тока:Работа светодиода на типичном токе 5 мА или ниже, а не на абсолютном максимуме 20 мА, значительно продлит его срок службы и улучшит долгосрочное поддержание светового потока.
• Теплоотвод:Используйте рекомендуемую разводку контактных площадок на PCB, которая включает тепловые перемычки. Для мощных применений или применений с высокой температурой окружающей среды рассмотрите возможность добавления дополнительной площади меди или тепловых переходных отверстий под посадочным местом светодиода для отвода тепла от перехода.
• Защита от обратного напряжения:Поскольку устройство не предназначено для обратного смещения, убедитесь, что схема предотвращает это состояние. В цепях переменного тока или биполярных цепях может потребоваться параллельный защитный диод.

10. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми технологиями светодиодов, такими как GaP (фосфид галлия) или стандартные устройства на GaN, чип InGaN в LTW-110ZDS5 обеспечивает превосходную световую отдачу, то есть больше света на единицу потребляемой электрической мощности. Корпус с боковым излучением отличает его от светодиодов с верхним излучением, решая конкретные задачи оптического проектирования, где требуется боковое излучение. Его совместимость с высокотемпературными профилями бессвинцовой пайки оплавлением делает его современным компонентом, соответствующим текущим экологическим нормам и производственным стандартам, в отличие от старых компонентов, которые могут подходить только для свинцовой пайки или пайки волной.

11. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3.3В?

О: Возможно, но с осторожностью. Типичное VF составляет 3.0В, оставляя всего 0.3В для токоограничивающего резистора. При 5 мА это требует резистора на 60 Ом. Небольшой запас по напряжению означает, что яркость может быть нестабильной из-за небольших вариаций VF или напряжения питания. Более надежным решением является использование специального драйвера светодиодов или более высокого напряжения питания.

В: Что означает \"ZDS5\" в обозначении компонента?

О: Хотя полная система обозначений здесь не детализирована, во многих системах производителей такие суффиксы указывают на конкретные атрибуты, такие как цвет (белый), тип корпуса (боковое свечение), биннинг (ранг интенсивности/цвета) и покрытие выводов. Для точной расшифровки обратитесь к руководству по продукции производителя.

В: Как обеспечить цветовую однородность в моей конструкции с несколькими светодиодами?

О: Заказывайте компоненты из одного бина оттенка (S1-S6) и одного бина силы света (N, P, Q). Работайте с вашим дистрибьютором, чтобы указать эти коды бинов для вашего заказа, чтобы гарантировать согласованные характеристики.

В: Подходит ли этот светодиод для внутреннего освещения автомобилей?

О: Диапазон рабочих температур (-20°C до +80°C) может покрывать некоторые внутренние применения, но автомобильные классы обычно требуют более широкого диапазона (например, -40°C до +105°C или 125°C) и более строгих квалификационных испытаний на надежность (AEC-Q102). В данной спецификации не заявлено о таком соответствии, поэтому она предназначена для \"обычного электронного оборудования\", как определено в разделе предостережений.

12. Пример практического применения

Сценарий: Проектирование панели индикаторов состояния для сетевого коммутатора.

Панель имеет 10 одинаковых светодиодов состояния для связи/активности. Требования: равномерный белый цвет, одинаковая яркость и надежная работа 24/7.

Этапы проектирования:

1. Проектирование схемы:Используйте стабильную шину питания 5В. Рассчитайте последовательный резистор для тока накачки ~5 мА на каждый светодиод. Предполагая бин VF L8 (2.85-3.00В), используйте максимальное VF для расчета наихудшего случая по яркости: R = (5В - 3.0В) / 0.005А = 400 Ом. 2.Выбор компонентов:Укажите поставщику: Партия № LTW-110ZDS5, все 10 штук из одного бина оттенка (например, S3) и одного бина силы света (например, P). Это обеспечит визуальную однородность. 3.Разводка PCB:Реализуйте рекомендуемое посадочное место для паяльных площадок из спецификации. Подключите катодные площадки к общему заземляющему слою для хорошего теплоотвода. 4.Сборка:Следуйте рекомендациям по профилю бессвинцовой пайки оплавлением, обеспечивая, чтобы пиковая температура не превышала 260°C. 5.Результат:Профессионально выглядящая панель с десятью одинаковыми, яркими белыми индикаторами, которые будут сохранять свои характеристики в долгосрочной перспективе благодаря консервативному току накачки и правильному тепловому проектированию.

13. Введение в принцип работы

Светодиод — это полупроводниковый диод. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее его ширину запрещенной зоны, электроны из полупроводника n-типа рекомбинируют с дырками из полупроводника p-типа в активной области (чипе InGaN). Эта рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) света определяется энергией запрещенной зоны полупроводникового материала. InGaN имеет запрещенную зону, которая генерирует свет в синем/ультрафиолетовом спектре. Для создания белого света чип светодиода покрывается люминофорным материалом. Синий/УФ свет от чипа возбуждает люминофор, который затем переизлучает свет в более широком спектре, в совокупности создавая восприятие белого света. Корпус с боковым излучением включает в себя формованную пластиковую линзу, которая формирует световой поток, создавая широкий угол обзора 130 градусов.

14. Технологические тренды и контекст

LTW-110ZDS5 представляет собой зрелую и широко распространенную технологию. Современные тенденции в SMD светодиодах сосредоточены на нескольких ключевых областях:Повышение эффективности:Постоянное совершенствование конструкций чипов и люминофоров для достижения большего количества люмен на ватт (лм/Вт), снижая энергопотребление при том же световом потоке.Улучшение качества цвета:Повышение индекса цветопередачи (CRI) белых светодиодов, делая их пригодными для применений, где критически важно точное восприятие цвета, например, в розничном освещении или фотографии.Миниатюризация:Разработка еще меньших размеров корпусов (например, 0402, 0201 метрические) для сверхкомпактных устройств, таких как носимые устройства и миниатюрные датчики.Интегрированные решения:Развитие светодиодов со встроенными драйверами, контроллерами или многоцветными чипами (RGB) в одном корпусе, упрощающих схемотехнику для интеллектуального освещения и динамических цветовых эффектов. Хотя данный компонент является рабочей лошадкой для стандартных функций индикации и подсветки, эти тенденции стимулируют инновации в более специализированных рыночных сегментах.