Техническая документация на SMD LED LTST-108KSKT - Корпус 3.2x2.8x1.9мм - Напряжение 1.8-2.4В - Желтый цвет - Мощность 72мВт - Английский технический документ

1. Обзор продукта

В данном документе представлены полные технические характеристики светодиода (LED) для поверхностного монтажа (SMD). Этот компонент предназначен для автоматизированных процессов сборки печатных плат (PCB), что делает его пригодным для крупносерийного производства. Его миниатюрный форм-фактор идеально подходит для применений, где пространство является критическим ограничением. Светодиод изготовлен с использованием полупроводниковой технологии фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), известной своей способностью производить высокоэффективный свет в спектре от янтарного до красного. Конкретный вариант, рассматриваемый здесь, излучает желтый свет.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества данного светодиода включают его компактные размеры, совместимость со стандартным автоматизированным оборудованием для установки компонентов и пригодность для процессов инфракрасной (IR) пайки оплавлением, которые являются стандартными в современном электронном производстве. Он соответствует директиве RoHS, отвечая требованиям экологических норм. Устройство поставляется на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что обеспечивает эффективную обработку на производственных линиях.

Область его применения широка и включает индикаторы состояния, подсветку передних панелей, а также подсветку сигналов или символов в различном электронном оборудовании. Типичные конечные рынки сбыта включают телекоммуникационные устройства (например, беспроводные и сотовые телефоны), оборудование для офисной автоматизации (например, ноутбуки), сетевые системы, бытовую технику и внутренние вывески.

2. Углубленный анализ технических параметров

Глубокое понимание электрических и оптических характеристик крайне важно для правильного проектирования схем и обеспечения долгосрочной надежности.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Power Dissipation (Pd): 72 мВт. Это максимальное количество энергии, которое светодиодный корпус может рассеивать в виде тепла, не превышая его тепловых ограничений.
• Непрерывный прямой ток (IF): 30 мА постоянного тока. Максимальный установившийся ток, который может быть приложен.
• Пиковый прямой ток: 80 мА. Это допустимо только в импульсном режиме с коэффициентом заполнения 1/10 и длительностью импульса 0,1 мс. Превышение номинального постоянного тока, даже кратковременное, может привести к перегреву.
• Диапазон рабочих температур: -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором гарантируется функционирование устройства.
• Диапазон температур хранения: -40°C до +100°C. Диапазон температур для хранения, когда устройство не находится под напряжением.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные параметры производительности, измеренные при Ta=25°C и прямом токе (IF) 20 мА, если не указано иное.

• Сила света (Iv): Диапазон составляет от 180 мкд (минимум) до 450 мкд (максимум), с типичным значением в этом диапазоне. Интенсивность измеряется с помощью датчика с фильтром, соответствующим фотопической чувствительности человеческого глаза (кривая МКО).
• Угол обзора (2θ1/2): 110 градусов (типичное значение). Это полный угол, при котором сила света падает до половины значения, измеренного на центральной оси. Угол в 110 градусов указывает на широкую диаграмму направленности.
• Пиковая длина волны излучения (λp): Приблизительно 591 нм. Это длина волны, на которой спектральная мощность излучения максимальна.
• Доминирующая длина волны (λd): Задана в диапазоне от 584,5 нм до 594,5 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая определяет цвет (желтый). Допуск составляет ±1 нм на бине.
• Полуширина спектральной линии (Δλ): Приблизительно 15 нм. Это указывает на спектральную чистоту; меньшее значение означает более монохроматический свет.
• Прямое напряжение (VF): Диапазон от 1,8 В (минимум) до 2,4 В (максимум) при токе 20 мА. Типичное значение находится в этом диапазоне. Токоограничивающий резистор должен быть рассчитан на основе фактического VF и напряжения питания.
• Обратный ток (IR): Максимум 10 мкА при приложенном обратном напряжении (VR) 5 В. Данное устройство не предназначено для работы в режиме обратного смещения; этот параметр указан только для целей тестирования.

3. Объяснение системы ранжирования бинов

Для обеспечения постоянства цвета и яркости при производстве светодиоды сортируются по рабочим бинам. Конструкторы могут указывать бины в соответствии с требованиями применения.

3.1 Сортировка по прямому напряжению (VF)

Единицы измерения: Вольты при 20 мА. Допуск на бину: ±0,10 В.

• Бина D2: 1,8 В (Мин.) до 2,0 В (Макс.)
• Бина D3: 2,0 В (мин.) до 2,2 В (макс.)
• Bin D4: 2,2 В (мин.) до 2,4 В (макс.)

3.2 Сортировка по силе света (Iv)

Единицы измерения: милликанделы (mcd) @ 20mA. Допуск на бине: ±11%.

• Бин S1: 180 мкд (мин.) до 224 мкд (макс.)
• Бин S2: 224 мкд (мин.) до 280 мкд (макс.)
• Бин T1: от 280 мкд (мин.) до 355 мкд (макс.)
• Bin T2: от 355 мкд (мин.) до 450 мкд (макс.)

3.3 Сортировка по доминирующей длине волны (WD)

Единицы измерения: нанометры (нм) @ 20мА. Допуск на бин: ±1 нм.

• Бин H: 584.5 нм (мин.) до 587.0 нм (макс.)
• Bin J: 587.0 нм (мин.) до 589.5 нм (макс.)
• Bin K: 589,5 нм (мин.) до 592,0 нм (макс.)
• Bin L: 592,0 нм (мин.) до 594,5 нм (макс.)

Полный каталожный номер обычно включает коды для бинов VF, Iv и WD (например, LTST-108KSKT-D3T1K).

4. Анализ Рабочих Характеристик

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

4.1 Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

ВАХ светодиода AlInGaP показывает, что прямое напряжение относительно стабильно, но немного увеличивается с ростом температуры перехода. Кривая носит экспоненциальный характер вблизи напряжения включения, становясь более линейной при более высоких токах. Конструкторы используют это для определения динамического сопротивления и моделирования рассеиваемой мощности.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Эта зависимость, как правило, линейна в рекомендуемом диапазоне рабочего тока (до 30 мА). Увеличение тока повышает световой поток, но также увеличивает тепловыделение. Работа за пределами абсолютных максимальных допустимых значений приводит к снижению эффективности (уменьшению светового потока на ватт) и ускоренной деградации.

4.3 Спектральное распределение

Спектральная кривая излучения центрируется около 591 нм (пик) с типичной полушириной 15 нм. Доминирующая длина волны, определяющая воспринимаемый цвет, будет находиться в пределах диапазона бина (например, 589,5–592,0 нм для Bin K). Спектр относительно узкий, что характерно для материалов AlInGaP, что приводит к насыщенному желтому цвету.

4.4 Температурная зависимость

Ключевые параметры зависят от температуры:

• Прямое напряжение (VF): Уменьшается с ростом температуры перехода. Это отрицательный температурный коэффициент, обычно около -2 мВ/°C для AlInGaP.
• Сила света (Iv): Также уменьшается с повышением температуры. Кривая снижения номинальных характеристик важна для применений, работающих при высоких температурах окружающей среды, чтобы обеспечить достаточную яркость.
• Доминирующая длина волны (λd): Может незначительно смещаться с температурой, обычно в сторону более длинных волн (красное смещение).

5. Механические и упаковочные данные

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод размещен в стандартном корпусе для поверхностного монтажа. Основные размеры (в миллиметрах):

• Длина: 3.2 мм (допуск ±0.2 мм)
• Ширина: 2,8 мм (допуск ±0,2 мм)
• Высота: 1,9 мм (допуск ±0,2 мм)

Для определения расстояния между контактными площадками, формы линзы и маркировки катода/анода следует обратиться к подробным механическим чертежам. Катод обычно обозначается зеленой маркировкой на корпусе или скошенным углом.

5.2 Рекомендуемый посадочный рисунок на печатной плате

Для обеспечения надежной пайки критически важен дизайн контактных площадок печатной платы. Рекомендуемый рисунок включает две прямоугольные площадки для анода и катода, размеры которых обеспечивают достаточный мениск припоя для механической прочности и электрического контакта, предотвращая при этом образование перемычек. Дизайн площадок оптимизирован как для инфракрасной, так и для пайки оплавлением в паровой фазе.

5.3 Упаковка в ленту и на катушку

Компоненты поставляются в рельефной несущей ленте с защитной покровной лентой. Ключевые характеристики:

• Ширина несущей ленты: 8 мм
• Диаметр катушки: 7 дюймов (178 мм)
• Количество на катушке: 4000 штук
• Минимальный объем заказа: 500 штук для остатков на катушках
• Шаг расположения карманов: В соответствии с габаритным чертежом.
• Стандарты: Соответствует спецификациям ANSI/EIA-481.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль ИК-оплавления припоя (бессвинцовый)

Устройство совместимо с бессвинцовыми процессами пайки. Рекомендуемый профиль оплавления, соответствующий J-STD-020, включает:

• Предварительный нагрев: Нагрев от комнатной температуры до 150-200°C в течение максимум 120 секунд.
• Выдержка/Активация: Поддерживать температуру в диапазоне 150-200°C для активации флюса и выравнивания температуры.
• Reflow: Нагрейте до пиковой температуры, не превышающей 260°C. Время выше 217°C (температура ликвидуса для припоя SnAgCu) должно контролироваться.
• Охлаждение: Контролируемая фаза охлаждения.

Конкретный профиль должен быть определен для фактической сборки печатной платы с учетом толщины платы, плотности компонентов и спецификаций паяльной пасты.

6.2 Ручная пайка

Если ручная пайка необходима, необходимо соблюдать крайнюю осторожность:

• Температура паяльника: максимум 300°C.
• Время пайки на вывод: максимум 3 секунды.
• Попытки: Рекомендуется только одна попытка пайки на контактную площадку, чтобы избежать термического напряжения.

6.3 Очистка

Если требуется очистка после пайки, следует использовать только указанные растворители, чтобы избежать повреждения пластиковой линзы или корпуса. Допустимые очистители включают этиловый или изопропиловый спирт. Светодиод следует погружать при нормальной температуре менее чем на одну минуту. Необходимо избегать использования агрессивных химических очистителей.

7. Меры предосторожности при хранении и обращении

7.1 Чувствительность к влаге

Пластиковый корпус светодиода чувствителен к влаге. В поставке в герметичном влагозащитном пакете (MBB) с осушителем срок годности составляет один год при хранении при температуре ≤30°C и влажности ≤70% RH. После вскрытия оригинальной упаковки компоненты подвергаются воздействию окружающей влажности.

7.2 Срок хранения на производстве и прокаливание

• Срок хранения на производстве: После вскрытия MBB компоненты должны быть подвергнуты пайке оплавлением в течение 168 часов (7 дней) в условиях ≤30°C и ≤60% относительной влажности.
• Продленное хранение: Для хранения свыше 168 часов вне MBB компоненты должны храниться в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе.
• Прокаливание: Если срок хранения на складе превышает 168 часов, перед пайкой требуется прогрев для удаления поглощенной влаги и предотвращения "взрыва" (растрескивания корпуса во время оплавления). Рекомендуемые условия прогрева: 60°C в течение не менее 48 часов.

8. Соображения по проектированию приложений

8.1 Ограничение тока

Последовательный резистор обязателен для ограничения прямого тока до безопасного значения, обычно 20 мА для оптимальной производительности и долговечности. Значение резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (V_питания - VF_светодиода) / I_желаемый. Всегда используйте максимальное значение VF из технического описания (2.4 В) для проектирования на наихудший случай, чтобы гарантировать, что ток не превысит пределы.

8.2 Тепловой менеджмент

Хотя рассеиваемая мощность невелика (максимум 72 мВт), правильная тепловая конструкция продлевает срок службы светодиода и сохраняет его яркость. Убедитесь, что на печатной плате имеется достаточная площадь медного покрытия, соединенная с контактными площадками светодиода, для выполнения функции радиатора. Избегайте размещения светодиода вблизи других теплообразующих компонентов. Для применений с высокой температурой окружающей среды снижайте максимальный прямой ток.

8.3 Оптическая конструкция

Широкий угол обзора в 110 градусов делает его подходящим для применений, требующих широкой видимости. Для получения сфокусированного или направленного света могут потребоваться вторичные оптические элементы (линзы, световоды). Прозрачная линза позволяет непосредственно видеть собственный желтый цвет кристалла AlInGaP.

9. Сравнение и дифференциация

По сравнению с другими технологиями желтых светодиодов:

• vs. Traditional GaAsP: AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую эффективность и лучшую температурную стабильность, что приводит к более яркому и стабильному световому потоку.
• vs. Phosphor-Converted White/Yellow: Это полупроводник прямого излучения, поэтому он имеет более узкий спектр (более насыщенный цвет) и не подвержен деградации люминофора со временем.
• Ключевое преимущество: Сочетание стандартного корпуса EIA, совместимости с бессвинцовой пайкой оплавлением и высокой яркости в миниатюрном размере делает его универсальным выбором для современной электроники.

10. Часто задаваемые вопросы (ЧЗВ)

10.1 В чем разница между пиковой длиной волны и доминирующей длиной волны?

Пиковая длина волны (λp) — это физическая длина волны, на которой светодиод излучает максимальную оптическую мощность. Доминирующая длина волны (λd) — это расчетное значение, основанное на колориметрической системе CIE, которое представляет собой единственную длину волны, воспринимаемую человеческим глазом как цвет. Для монохроматического источника, такого как этот желтый светодиод, они близки, но не идентичны. Конструкторам, заботящимся о согласовании цветов, следует использовать доминирующую длину волны.

10.2 Можно ли управлять этим светодиодом без токоограничивающего резистора?

Нет. Светодиод — это диод с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Прямое подключение к источнику напряжения, превышающему его прямое падение напряжения, приведет к неконтролируемому росту тока, который быстро превысит максимально допустимое значение и выведет устройство из строя. Всегда необходим последовательный резистор или драйвер постоянного тока.

10.3 Почему существуют требования к хранению и прокаливанию (baking)?

Пластиковая эпоксидная смола, используемая в корпусе светодиода, может поглощать влагу из воздуха. В процессе высокотемпературной пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро испаряться, создавая внутреннее давление, способное вызвать расслоение корпуса или растрескивание кристалла ("эффект попкорна"). Процедуры хранения и прокаливания контролируют содержание влаги для предотвращения этого вида отказа.

11. Пример практического применения

Сценарий: Разработка индикатора состояния для портативного устройства, питающегося от шины 3.3V.

1. Выбор тока: Выберите 20mA для оптимального баланса яркости и энергопотребления.
2. Расчет резистора: Используя наихудший случай VF (Макс.) = 2.4В. R = (3.3В - 2.4В) / 0.020А = 45 Ом. Ближайшее стандартное значение — 47 Ом. Пересчет фактического тока: I = (3.3В - 2.2V_Typ) / 47 = ~23.4мА (безопасно).
3. Разводка печатной платы: Разместите резистор 47Ω рядом со светодиодом. Используйте рекомендуемую посадочную площадку. Обеспечьте небольшую медную заливку под светодиодом для отвода тепла.
4. Производство: Убедитесь, что сборочное производство соблюдает рекомендации по температурному профилю бессвинцовой пайки оплавлением. Храните вскрытые катушки в сухом шкафу, если они не используются в течение 168 часов.

12. Введение в технические принципы

Этот светодиод основан на полупроводниковом материале AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), выращенном на подложке. При приложении прямого напряжения к p-n-переходу электроны и дырки инжектируются в активную область, где происходит их рекомбинация. В прямозонном полупроводнике, таком как AlInGaP, эта рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, которая задается в процессе выращивания кристалла путем регулировки соотношений алюминия, индия, галлия и фосфора. Прозрачная эпоксидная линза инкапсулирует кристалл, обеспечивая механическую защиту, формируя световой пучок и повышая эффективность светоизвлечения.

13. Тенденции в отрасли

Тенденция в SMD светодиодах для индикаторных применений продолжает двигаться в сторону повышения эффективности (больше светового потока на мА), уменьшения размеров корпусов для увеличения гибкости проектирования и повышения надежности в жестких условиях (более высокая температура, влажность). Также акцент делается на более жесткие допуски сортировки по цвету и яркости для достижения более стабильных эстетических результатов в потребительских товарах. Стремление к миниатюризации стимулирует развитие светодиодов в корпусах Chip-Scale Package (CSP), хотя стандартные корпуса, подобные этому, остаются доминирующими для чувствительных к стоимости, крупносерийных применений благодаря своим отработанным производственным процессам и совместимости с существующей сборочной инфраструктурой.