Техническая спецификация SMD светодиода желтого свечения AlInGaP - Габаритные размеры - Прямое напряжение 1.7-2.5В - Сила света 140-450мкд

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики светодиода (LED) для поверхностного монтажа (SMD), в котором для получения желтого света используется полупроводниковый материал арсенид-фосфид алюминия-индия-галлия (AlInGaP). SMD светодиоды предназначены для автоматизированных процессов сборки печатных плат (PCB), предлагая компактную конструкцию, идеальную для применений с ограниченным пространством. Их основная функция — служить индикаторами состояния, сигнальными источниками света или подсветкой передних панелей в широком спектре электронного оборудования.

1.1 Особенности

• Соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ).
• Поставляются на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, для автоматизированной обработки.
• Стандартный посадочный размер EIA для совместимости при проектировании.
• Вход/выход совместим с логическими уровнями интегральных схем (ИС).
• Предназначен для совместимости с автоматизированным оборудованием для сборки методом "pick-and-place".
• Подходит для процессов пайки оплавлением в инфракрасном (ИК) диапазоне, обычно используемых в технологии поверхностного монтажа (SMT).
• Предварительно кондиционирован до уровня чувствительности к влажности JEDEC MSL 3, что указывает на срок хранения 168 часов при <30°C/60% относительной влажности после вскрытия герметичного пакета.

1.2 Области применения

Данный светодиод подходит для различных электронных систем, требующих надежных визуальных индикаторов. Ключевые области применения включают телекоммуникационную инфраструктуру, оборудование для офисной автоматизации (принтеры, сканеры), бытовую технику и промышленные панели управления. Его конкретные функции охватывают индикацию состояния (питание включено, режим ожидания, активность), символическую подсветку и подсветку дисплеев или надписей на передней панели.

2. Глубокое объективное толкование технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные значения

Эти значения представляют собой пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется. Все значения указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Рассеиваемая мощность (Pd):75 мВт. Это максимальное количество мощности, которое корпус светодиода может рассеять в виде тепла, не превышая своих тепловых пределов.
• Пиковый прямой ток (I_FP):80 мА. Это максимальный мгновенный прямой ток, допустимый только в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для предотвращения перегрева.
• Постоянный прямой ток (I_F):30 мА. Это максимальный рекомендуемый постоянный прямой ток для надежной долгосрочной работы.
• Диапазон рабочих и температур хранения:от -40°C до +100°C. Устройство может функционировать и храниться в этом полном температурном диапазоне.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные параметры производительности, измеренные в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C, I_F=20мА, если не указано иное).

• Сила света (I_V):140 - 450 мкд (милликандела). Количество излучаемого видимого света, измеренное в пределах определенного угла обзора. Фактическое значение распределено по бинам (см. Раздел 3).
• Угол обзора (2θ_1/2):120 градусов (типичное значение). Это полный угол, при котором сила света составляет половину своего пикового (осевого) значения. Угол 120° указывает на широкую, рассеянную диаграмму направленности, подходящую для хорошей видимости.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P):592 нм (типичное значение). Длина волны, на которой спектральная мощность излучения максимальна.
• Доминирующая длина волны (λ_d):586 - 596 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая определяет цвет (желтый). Она выводится из координат цветности CIE и также распределена по бинам.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (типичное значение). Спектральная ширина излучаемого света на половине его максимальной мощности. Значение 15 нм характерно для светодиодов AlInGaP и указывает на относительно чистый цвет.
• Прямое напряжение (V_F):1.7 - 2.5 В. Падение напряжения на светодиоде при токе 20мА. Этот диапазон учитывает нормальные производственные отклонения полупроводников.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.) при V_R=5В. Светодиоды не предназначены для работы в обратном смещении; этот параметр предназначен только для тестирования тока утечки.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения постоянства цвета и яркости при производстве светодиоды сортируются (распределяются по бинам) на основе ключевых параметров. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям применения.

3.1 Бин силы света (I_V)

Светодиоды классифицируются по бинам на основе измеренной силы света при 20мА. Допуск внутри каждого бина составляет +/-11%.

• R2:140.0 - 180.0 мкд
• S1:180.0 - 224.0 мкд
• S2:224.0 - 280.0 мкд
• T1:280.0 - 355.0 мкд
• T2:355.0 - 450.0 мкд

3.2 Бин доминирующей длины волны (WD)

Светодиоды также распределяются по бинам по доминирующей длине волны для контроля цветового оттенка. Допуск для каждого бина составляет +/- 1 нм.

• H:586.0 - 588.5 нм
• J:588.5 - 591.0 нм
• K:591.0 - 593.5 нм
• L:593.5 - 596.0 нм

Полный номер детали обычно включает эти коды бинов для указания как яркости, так и цвета.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя в спецификации приведены ссылки на конкретные графические данные, следующие интерпретации основаны на стандартном поведении светодиодов и предоставленных параметрах.

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

Прямое напряжение (V_F) имеет положительный температурный коэффициент и увеличивается логарифмически с ростом тока. Указанный диапазон V_Fот 1.7В до 2.5В при 20мА является типичным для желтых светодиодов AlInGaP. Для стабильного светового потока важно управлять светодиодом с постоянным током, а не с постоянным напряжением.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Световой поток (I_V) примерно пропорционален прямому току (I_F) в рекомендуемом рабочем диапазоне. Однако эффективность может снижаться при очень высоких токах из-за увеличения тепловыделения. Абсолютный максимальный постоянный ток составляет 30мА.

4.3 Температурные характеристики

Сила света светодиодов AlInGaP обычно уменьшается с увеличением температуры перехода. Для надежной работы в диапазоне от -40°C до +100°C следует учитывать тепловое управление на печатной плате (достаточная площадь меди для теплоотвода), особенно при работе, близкой к максимальному току, или при высоких температурах окружающей среды.

4.4 Спектральное распределение

Спектральное излучение сосредоточено вокруг пиковой длины волны 592 нм (желтый) с типичной полушириной 15 нм. Биннинг по доминирующей длине волны гарантирует, что воспринимаемый цвет остается в узком допуске.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод поставляется в стандартном SMD корпусе. Ключевые размерные примечания включают: все размеры указаны в миллиметрах, общий допуск составляет ±0.2 мм, если не указано иное. Цвет линзы — прозрачный, цвет источника — желтый (AlInGaP).

5.2 Идентификация полярности и проектирование контактных площадок

Компонент имеет анодный и катодный выводы. Предоставлена рекомендуемая компоновка контактных площадок на печатной плате для пайки оплавлением в инфракрасном диапазоне или паровом фазе, чтобы обеспечить правильное формирование паяного соединения и механическую стабильность. Правильная ориентация полярности во время сборки имеет решающее значение для работы устройства.

5.3 Упаковка на ленте и катушке

Светодиоды поставляются на 8-миллиметровой тисненой несущей ленте, запечатанной покровной лентой. Лента намотана на катушки диаметром 7 дюймов (178 мм). Стандартное количество на катушке — 5000 штук. Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA-481. Минимальный заказ для остатков составляет 500 штук.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Рекомендуемый профиль ИК оплавления

Для бессвинцовых процессов пайки профиль должен соответствовать J-STD-020B. Ключевые параметры включают зону предварительного нагрева (150-200°C, макс. 120 сек), пиковую температуру, не превышающую 260°C, и время выше ликвидуса (TAL), соответствующее паяльной пасте. Общее время при пиковой температуре должно быть ограничено максимум 10 секундами, а оплавление должно выполняться не более двух раз.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, используйте паяльник с температурой не выше 300°C. Время контакта должно быть ограничено максимум 3 секундами, и операция должна выполняться только один раз, чтобы предотвратить тепловое повреждение пластикового корпуса и полупроводникового кристалла.

6.3 Условия хранения

Герметичный пакет:Хранить при ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤70%. Срок годности в герметичном влагозащитном пакете с осушителем составляет один год.
После вскрытия пакета:Компоненты имеют уровень чувствительности к влажности (MSL) 3. Они должны быть подвергнуты пайке оплавлением в ИК-диапазоне в течение 168 часов (7 дней) после воздействия среды с условиями ≤30°C/60% относительной влажности. Для более длительного хранения после вскрытия храните в герметичном контейнере с осушителем или в эксикаторе, продуваемом азотом. Компоненты, подвергшиеся воздействию более 168 часов, требуют прокалки при температуре около 60°C в течение не менее 48 часов перед пайкой для удаления поглощенной влаги и предотвращения \"эффекта попкорна\" во время оплавления.

6.4 Очистка

Если требуется очистка после пайки, используйте только указанные растворители. Погрузите светодиод в этиловый или изопропиловый спирт при нормальной температуре менее чем на одну минуту. Не используйте ультразвуковую очистку или неуказанные химические жидкости, так как они могут повредить эпоксидную линзу или корпус.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

Светодиод — это устройство, управляемое током. Для обеспечения постоянной яркости, особенно при параллельном включении нескольких светодиодов, всегда используйте токоограничивающий резистор, включенный последовательно с каждым светодиодом или каждой параллельной цепочкой. Значение резистора (R) можно рассчитать по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F, где V_F— прямое напряжение светодиода при требуемом токе I_F(например, 20мА). Использование максимального значения V_Fиз спецификации (2.5В) в расчете гарантирует, что ток не превысит целевое значение даже при разбросе параметров между экземплярами.

7.2 Соображения при проектировании

• Тепловое управление:Убедитесь, что разводка печатной платы обеспечивает достаточный теплоотвод, особенно при работе на высоких токах или в условиях высокой температуры окружающей среды, для поддержания эффективности и долговечности светодиода.
• Защита от ЭСР:Хотя явно не указано как чувствительное, рекомендуется обращаться со всеми полупроводниковыми приборами, соблюдая стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР).
• Оптическое проектирование:Широкий угол обзора 120° делает этот светодиод подходящим для применений, требующих широкой видимости. Для получения сфокусированного луча потребуются вторичная оптика (линзы).

7.3 Предназначение и ограничения

Данный светодиод предназначен для использования в обычном электронном оборудовании. Он не рассчитан на применение в случаях, когда отказ может напрямую угрожать жизни или здоровью, например, в авиации, системах управления транспортом, медицинских системах жизнеобеспечения или критически важных устройствах безопасности. Для таких применений проконсультируйтесь с производителем по поводу компонентов с соответствующими квалификациями надежности.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Данный желтый светодиод AlInGaP предлагает сбалансированные характеристики. По сравнению со светодиодами желтого свечения старой технологии (например, на основе GaAsP), AlInGaP обеспечивает более высокую световую отдачу, что приводит к более яркому излучению при том же токе накачки, и лучшую чистоту цвета (более узкую спектральную ширину). Широкий угол обзора 120° является ключевым отличием от светодиодов с \"водопрозрачными\" линзами, которые имеют гораздо более узкий луч, что делает данную модель идеальной для применений, где индикатор должен быть виден под широким углом без дополнительных рассеивателей. Рейтинг MSL 3 и совместимость со стандартными бессвинцовыми профилями оплавления делают его надежным выбором для современных высокопроизводительных линий сборки SMT.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 Какой резистор использовать с источником питания 5В?

Используя максимальное V_F= 2.5В и целевой I_F= 20мА: R = (5В - 2.5В) / 0.02А = 125 Ом. Подойдет ближайшее стандартное значение 120 Ом или 130 Ом. Мощность резистора должна быть не менее P = I²R = (0.02)²* 120 = 0.048Вт, поэтому стандартный резистор на 1/8Вт (0.125Вт) или 1/10Вт достаточен.

9.2 Можно ли питать этот светодиод постоянным током 30мА?

Да, 30мА — это максимальный рекомендуемый постоянный прямой ток. Однако работа на абсолютном максимальном значении может снизить долгосрочную надежность и увеличить температуру перехода, что может уменьшить световой поток. Для оптимального срока службы и стабильности рекомендуется питать током 20мА или ниже, если сила света удовлетворяет требованиям применения.

9.3 Что означает \"код бина\" при заказе?

Код бина определяет гарантированный минимум и максимум для силы света (например, T1: 280-355 мкд) и доминирующей длины волны (например, K: 591.0-593.5 нм). Указание кодов бинов гарантирует, что вы будете получать светодиоды с постоянной яркостью и цветом от заказа к заказу, что критически важно для многоиндикаторных панелей или продуктов, где важна визуальная однородность.

9.4 Как долго можно хранить эти светодиоды на столе после вскрытия пакета?

Для надежной пайки у вас есть 168 часов (7 дней) в условиях производственного цеха (≤30°C/60% относительной влажности) после вскрытия влагозащитного пакета. Если это время превышено, светодиоды необходимо прокалить при 60°C в течение 48 часов перед попыткой пайки оплавлением, чтобы предотвратить внутреннее повреждение корпуса из-за быстрого испарения влаги.

10. Практический пример использования

Сценарий: Проектирование панели индикации состояния для сетевого маршрутизатора.Панель требует 10 желтых светодиодов для отображения активности каналов связи и состояния системы. Чтобы обеспечить однородный внешний вид, разработчик выбирает светодиоды из одного бина силы света (например, S2: 224-280 мкд) и бина длины волны (например, J: 588.5-591.0 нм). Каждый светодиод управляется выводом GPIO микроконтроллера через токоограничивающий резистор 120 Ом от шины 3.3В, что дает прямой ток примерно ((3.3В - 2.1В типичное)/120Ω) ≈ 10мА, что обеспечивает достаточную яркость при экономии энергии. Широкий угол обзора 120° гарантирует видимость индикаторов из любой точки перед устройством. Разводка печатной платы включает рекомендуемую конфигурацию контактных площадок и предназначена для сборки с использованием стандартного бессвинцового профиля оплавления с пиковой температурой 250°C.

11. Введение в принцип работы

Данный светодиод основан на полупроводниковой технологии арсенид-фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP). Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны и дырки инжектируются в активную область, где они рекомбинируют. Энергия, выделяемая при этой рекомбинации, излучается в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlInGaP определяет энергию запрещенной зоны, которая, в свою очередь, определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае желтый (~592 нм). Прозрачная эпоксидная линза инкапсулирует полупроводниковый кристалл, обеспечивает механическую защиту и формирует диаграмму направленности светового потока для достижения указанного угла обзора 120°.

12. Тенденции развития

Общая тенденция в SMD индикаторных светодиодах продолжает двигаться в сторону повышения световой отдачи (больше светового потока на единицу электрической мощности), что позволяет снизить энергопотребление при той же яркости. Размеры корпусов также продолжают уменьшаться, позволяя создавать более плотные массивы индикаторов. Растет акцент на ужесточение допусков бинов как по цвету, так и по интенсивности, чтобы соответствовать требованиям потребительской электроники, где визуальная однородность имеет первостепенное значение. Кроме того, совместимость со все более строгими экологическими нормами (помимо RoHS, таких как REACH) и способность выдерживать более высокие температуры бессвинцовых профилей оплавления остаются ключевыми драйверами развития. Технология является зрелой, с постепенными улучшениями, сосредоточенными на производственном выходе, снижении стоимости и надежности в жестких условиях.