Техническая спецификация SMD светодиода LTST-M140KSKT - Желтый AlInGaP - 30мА - 72мВт

1. Обзор продукта

Данный документ содержит полные технические характеристики LTST-M140KSKT — светоизлучающего диода (LED) для поверхностного монтажа (SMD). Этот компонент относится к семейству светодиодов, разработанных для автоматизированной сборки печатных плат (PCB), отличающихся миниатюрными размерами и конфигурацией, подходящей для применений с ограниченным пространством. Светодиод использует полупроводниковый материал AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) для получения желтого свечения и заключен в корпус с прозрачной линзой.

Основная концепция дизайна сосредоточена на совместимости с современным крупносерийным электронным производством. Устройство спроектировано для работы с автоматическим оборудованием для установки компонентов и выдерживает термический профиль стандартных процессов инфракрасной (IR) пайки оплавлением, что делает его идеальным для оптимизированных производственных линий.

Целевые рынки и области применения обширны, что отражает универсальность и надежность компонента. Основные применения включают индикаторы состояния, подсветку лицевых панелей, а также сигнальную или символьную подсветку в телекоммуникационном оборудовании, устройствах офисной автоматизации, бытовой технике и различном промышленном оборудовании.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые параметры

Предельно допустимые параметры определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Эти значения указаны для температуры окружающей среды (Ta) 25°C. Максимальный постоянный прямой ток (DC) составляет 30 мА. В импульсном режиме со скважностью 1/10 и длительностью импульса 0.1 мс устройство может выдерживать пиковый прямой ток 80 мА. Максимально допустимое обратное напряжение, приложенное к светодиоду, составляет 5 В. Общая рассеиваемая мощность не должна превышать 72 мВт. Устройство рассчитано на работу в диапазоне температур от -40°C до +85°C и может храниться в средах от -40°C до +100°C.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Типичные электрические и оптические характеристики измеряются при Ta=25°C и прямом токе (IF) 20 мА, что является стандартным условием испытаний. Ключевые параметры включают:

• Световой поток (Φv):Диапазон от минимум 0.42 люмен (лм) до типичного максимума 1.35 лм. Этот параметр измеряет общую воспринимаемую мощность излучаемого света.
• Сила света (Iv):Соответствует световому потоку, с минимумом 140 милликандел (мкд) и типичным максимумом 450 мкд. Интенсивность измеряется вдоль центральной оси.
• Угол обзора (2θ1/2):Полный угол, при котором сила света составляет половину осевого значения, обычно равен 120 градусам, что указывает на широкую диаграмму направленности.
• Пиковая длина волны (λP):Длина волны, на которой спектральное излучение наиболее интенсивно, обычно составляет 591 нанометр (нм).
• Доминирующая длина волны (λd):Единая длина волны, определяющая воспринимаемый цвет, задается в диапазоне от 584.5 нм до 594.5 нм, обеспечивая стабильный желтый оттенок.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Обычно 15 нм, описывает спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света.
• Прямое напряжение (VF):Диапазон от 1.8 В до 2.4 В при токе 20 мА, с допуском ±0.1 В для отсортированных партий.
• Обратный ток (IR):Максимум 10 микроампер (мкА) при приложении обратного смещения 5 В.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения стабильности в массовом производстве светодиоды сортируются по ключевым параметрам. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям их приложения.

3.1 Сортировка по прямому напряжению (VF)

Светодиоды классифицируются на три группы по напряжению (D2, D3, D4) при токе 20 мА. Группа D2 охватывает 1.8В до 2.0В, D3 — 2.0В до 2.2В, а D4 — 2.2В до 2.4В. Каждая группа имеет допуск ±0.1В. Выбор более узкой группы по напряжению может помочь в проектировании более стабильных схем управления, особенно при последовательном соединении нескольких светодиодов.

3.2 Сортировка по световому потоку и силе света

Световой выход сортируется по пяти основным кодам (C2, D1, D2, E1, E2). Например, группа C2 определяет световой поток между 0.42 лм и 0.54 лм (соответствует 140-180 мкд), в то время как группа с наивысшим выходом, E2, охватывает 1.07 лм до 1.35 лм (355-450 мкд). Допуск для каждой группы по интенсивности составляет ±11%. Эта сортировка критически важна для приложений, требующих равномерной яркости нескольких индикаторов или массивов подсветки.

3.3 Сортировка по оттенку (доминирующая длина волны)

Доминирующая длина волны, определяющая точный оттенок желтого, сортируется на четыре категории: H (584.5-587.0 нм), J (587.0-589.5 нм), K (589.5-592.0 нм) и L (592.0-594.5 нм). Каждая группа имеет допуск ±1 нм. Это позволяет точно подбирать цвет в приложениях, где требуются специфические желтые тона, например, в светофорах или определенных индикаторах состояния.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя конкретные графические данные приведены в спецификации, типичные характеристические кривые для таких светодиодов предоставляют важную информацию для проектирования. Обычно они включают:

• Кривая тока от напряжения (I-V):Показывает экспоненциальную зависимость между прямым напряжением и током. Кривая имеет решающее значение для определения рабочей точки и проектирования схемы ограничения тока.
• Кривая силы света от прямого тока (I-L):Демонстрирует, как световой выход увеличивается с током, обычно имея почти линейную зависимость в рекомендуемом рабочем диапазоне. Помогает в выборе тока накачки для желаемой яркости.
• Кривая силы света от температуры окружающей среды:Иллюстрирует снижение светового выхода при повышении температуры перехода. Понимание этого снижения номинальных параметров жизненно важно для приложений, работающих в условиях повышенных температур.
• Кривая спектрального распределения:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик при ~591 нм и полуширину 15 нм, подтверждающий монохроматическое желтое излучение.
• Диаграмма направленности:Полярная диаграмма, показывающая угловое распределение интенсивности света, обычно подтверждающая угол обзора 120 градусов с ламбертовской или подобной диаграммой направленности.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод поставляется в стандартном SMD-корпусе. Все размеры указаны в миллиметрах с общим допуском ±0.2 мм, если не указано иное. В спецификации содержится подробный механический чертеж, показывающий вид сверху, вид сбоку и посадочное место, включая ключевые размеры, такие как длина, ширина, высота корпуса, а также расположение и размер контактных площадок.

5.2 Контактные площадки и идентификация полярности

Предоставлена рекомендуемая контактная площадка на печатной плате (посадочное место) как для инфракрасной, так и для пайки оплавлением в парах. Этот рисунок оптимизирован для надежного формирования паяного соединения и механической стабильности. Компонент имеет маркировку полярности, обычно обозначаемую маркером катода на самом корпусе (например, выемкой, точкой или усеченным выводом). Правильная ориентация необходима, поскольку светодиоды являются диодами и пропускают ток только в одном направлении.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль оплавления припоя

В спецификации приведен рекомендуемый профиль инфракрасного оплавления, соответствующий стандарту J-STD-020B для бессвинцовых процессов. Ключевые параметры включают зону предварительного нагрева, контролируемый подъем до пиковой температуры и контролируемую фазу охлаждения. Рекомендуемая максимальная пиковая температура составляет 260°C, при этом время выше 217°C (температура ликвидуса для типичного бессвинцового припоя) тщательно контролируется для предотвращения термического повреждения корпуса светодиода или полупроводникового кристалла.

6.2 Меры предосторожности при хранении и обращении

Светодиоды являются влагочувствительными устройствами. В запечатанной оригинальной влагозащитной упаковке с осушителем их следует хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤70% и использовать в течение одного года. После вскрытия герметичного пакета начинается "срок хранения на производстве". Компоненты должны храниться при ≤30°C и ≤60% RH, и рекомендуется провести пайку оплавлением в течение 168 часов (уровень 3 по JEDEC). Для хранения сверх этого срока перед пайкой требуется прогрев при температуре около 60°C в течение не менее 48 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" (popcorning) во время оплавления.

6.3 Очистка

Если очистка после пайки необходима, следует использовать только указанные растворители. Рекомендуется погружать светодиод в этиловый или изопропиловый спирт при комнатной температуре на время менее одной минуты. Неуказанные химические очистители могут повредить эпоксидную линзу или материал корпуса.

7. Упаковка и информация для заказа

Стандартная упаковка для автоматизированной сборки — это перфорированная лента-носитель шириной 12 мм, намотанная на катушку диаметром 7 дюймов (178 мм). Каждая катушка содержит 3000 штук. Спецификации ленты и катушки соответствуют стандартам ANSI/EIA-481. Минимальная партия для остаточных заказов составляет 500 штук. Лента включает в себя покровную ленту для герметизации ячеек с компонентами, а максимально допустимое количество последовательно отсутствующих компонентов на катушке — два.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенный метод управления — источник постоянного тока или простой последовательный резистор. Значение резистора (R) рассчитывается по формуле: R = (Vпитания - VF) / IF, где VF — прямое напряжение светодиода при желаемом токе IF. Например, при питании 5В, VF 2.0В и целевом токе IF 20мА, требуемый последовательный резистор равен (5В - 2.0В) / 0.02А = 150 Ом. Следует выбрать резистор с мощностью не менее (5В-2.0В)*0.02А = 0.06Вт, типично используются резисторы 1/8Вт или 1/10Вт.

8.2 Особенности проектирования

• Ограничение тока:Всегда используйте устройство ограничения тока (резистор или драйверную микросхему). Прямое подключение к источнику напряжения вызовет чрезмерный ток и мгновенный выход из строя.
• Тепловой менеджмент:Хотя рассеиваемая мощность мала, обеспечение достаточной площади меди на печатной плате или тепловых переходных отверстий вокруг контактных площадок может помочь рассеять тепло, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды или при работе на более высоких токах.
• Защита от ЭСР:Хотя явно не указана как высокочувствительная, во время сборки следует соблюдать стандартные меры предосторожности при обращении с устройствами, чувствительными к электростатическому разряду.
• Оптический дизайн:Широкий угол обзора 120 градусов делает его подходящим для применений, требующих широкой видимости. Для фокусировки света потребуются вторичная оптика (линзы).

9. Техническое сравнение и отличия

LTST-M140KSKT отличается использованием технологии AlInGaP для желтого свечения. По сравнению со старыми технологиями, такими как GaAsP, светодиоды AlInGaP предлагают значительно более высокую световую отдачу, что приводит к более яркому выходу при том же токе накачки, и лучшую температурную стабильность. Широкий угол обзора 120 градусов является ключевой особенностью для индикаторных применений. Его совместимость со стандартными процессами инфракрасного оплавления и упаковкой в ленту-катушку делает его экономически эффективным выбором для автоматизированного крупносерийного производства по сравнению со светодиодами в выводном исполнении, требующими ручной установки.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: В чем разница между световым потоком (лм) и силой света (мкд)?

О: Световой поток измеряет общее количество видимого света, излучаемого во всех направлениях. Сила света измеряет яркость в определенном направлении (обычно по центральной оси). Для такого широкоугольного светодиода значение мкд является справочным, но общий световой выход лучше характеризуется значением люмен.

В: Могу ли я питать этот светодиод от источника 3.3В?

О: Да. Используя формулу с типичным VF 2.0В и целевым током 20мА, требуемый последовательный резистор будет (3.3В - 2.0В) / 0.02А = 65 Ом. Убедитесь, что номинальная мощность резистора достаточна.

В: Почему важна сортировка?

О: Сортировка обеспечивает постоянство цвета и яркости. Если вы используете несколько светодиодов в продукте (например, массив индикаторных ламп), заказ из одинаковых групп по напряжению, интенсивности и длине волны гарантирует однородный внешний вид.

В: Что произойдет, если я превышу абсолютное максимальное обратное напряжение 5В?

О: Приложение обратного напряжения сверх номинала может вызвать внезапный, катастрофический пробой PN-перехода светодиода, приводящий к немедленному и необратимому выходу из строя.

11. Пример практического применения

Сценарий: Проектирование панели индикаторов состояния для сетевого маршрутизатора.Панель требует четыре желтых светодиода для отображения активности соединения на разных портах. Равномерная яркость и цвет имеют решающее значение для пользовательского опыта.

Шаги проектирования:

1. Выбрать LTST-M140KSKT за его желтый цвет, подходящую яркость и SMD-исполнение.

2. Указать группы сортировки: Выбрать единую группу по силе света (например, D2 для 224-280 мкд) и единую группу по доминирующей длине волны (например, J для 587.0-589.5 нм) для обеспечения постоянства. Средняя группа по напряжению (D3) приемлема.

3. Проектирование схемы: Использовать общую шину 3.3В на печатной плате маршрутизатора. Рассчитать последовательный резистор для каждого светодиода. Предполагая VF 2.1В (середина группы D3) и целевой ток 20мА: R = (3.3В - 2.1В) / 0.02А = 60 Ом. Использовать стандартный резистор 62 Ом, 1/10Вт.

4. Размещение компонентов: Расположить светодиоды симметрично на лицевой панели печатной платы. Следовать рекомендуемому рисунку контактных площадок из спецификации для обеспечения хорошей паяемости.

5. Сборка: Следовать рекомендуемому профилю оплавления. Убедиться, что вскрытая катушка светодиодов используется в течение 168-часового срока хранения на производстве или правильно прогрета, если хранилась дольше.

12. Принцип работы

Излучение света в этом светодиоде основано на электролюминесценции в полупроводниковом PN-переходе, изготовленном из материалов AlInGaP. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода, электроны из N-области и дырки из P-области инжектируются в активную область. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlInGaP определяет ширину запрещенной зоны, которая напрямую соответствует длине волны (цвету) излучаемого света — в данном случае желтому (~591 нм). Прозрачная эпоксидная линза инкапсулирует полупроводниковый кристалл, обеспечивает механическую защиту и формирует диаграмму направленности светового потока.

13. Технологические тренды

Разработка SMD-светодиодов, таких как LTST-M140KSKT, является частью общей тенденции в электронике к миниатюризации, повышению надежности и автоматизации производства. Технология AlInGaP представляет собой зрелое и эффективное решение для красных, оранжевых и желтых светодиодов. Текущие тенденции в отрасли включают стремление к еще более высокой световой отдаче (больше светового потока на ватт электрической мощности), улучшению постоянства цвета за счет более узкой сортировки и разработку все более миниатюрных корпусов (например, корпусов масштаба кристалла) для обеспечения более плотной интеграции. Кроме того, внимание уделяется повышению надежности в жестких условиях окружающей среды, таких как более высокие диапазоны температур и влажности, для удовлетворения требований автомобильных и промышленных применений.