Техническая спецификация SMD светодиода средней мощности 67-21S синего свечения - корпус PLCC-2 - 150мА - 3.2В тип. - 540мВт

1. Обзор продукта

67-21S — это светодиод средней мощности для поверхностного монтажа (SMD), предназначенный для общего освещения. Он использует корпус PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier), предлагая компактный форм-фактор, подходящий для автоматизированных процессов сборки. Основной излучаемый цвет — синий, достигаемый за счёт технологии чипа InGaN, инкапсулированного в прозрачную смолу для максимизации светового потока. Этот светодиод характеризуется высокой эффективностью и широким углом обзора 120 градусов, что делает его универсальным для различных задач освещения. Он соответствует директивам RoHS и производится как бессвинцовый компонент.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Ключевые преимущества этого светодиода включают баланс производительности и энергопотребления, часто называемый «средней мощностью». Он обеспечивает более высокий световой поток, чем типичные маломощные индикаторные светодиоды, сохраняя при этом лучший тепловой режим и эффективность по сравнению с некоторыми мощными аналогами. Его широкий угол обзора обеспечивает равномерное распределение света, что критически важно для общего освещения. Основные целевые рынки — декоративное и сценическое освещение, где важны цвет и рассеянный свет, а также агроосвещение, где определённые спектры света могут влиять на рост растений. Он также подходит для общего освещения в потребительских и коммерческих продуктах.

2. Подробный разбор технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эксплуатационные пределы устройства определены при специфических условиях (температура точки пайки 25°C). Максимальный постоянный прямой ток (I_F) составляет 150 мА. Он может выдерживать пиковый прямой ток (I_FP) 300 мА, но только в импульсном режиме со скважностью 1/10 и длительностью импульса 10 мс. Максимальная рассеиваемая мощность (P_d) — 540 мВт. Диапазон рабочих температур (T_opr) от -40°C до +85°C, а диапазон температур хранения (T_stg) от -40°C до +100°C. Тепловое сопротивление от перехода к точке пайки (R_{th J-S}) составляет 50 °C/Вт, что является критическим параметром для проектирования системы охлаждения. Максимально допустимая температура перехода (T_j) — 125°C. Устройство чувствительно к электростатическому разряду (ESD), требуя соблюдения соответствующих процедур обращения.

2.2 Электрооптические характеристики

При стандартных условиях испытаний (T_soldering= 25°C, I_F= 150 мА) указаны типичные параметры светодиода. Световой поток (Φ) варьируется от минимум 9.0 лм до максимум 15.0 лм с типичным допуском ±11%. Прямое напряжение (V_F) обычно находится в диапазоне от 2.9 В до 3.6 В с более узким производственным допуском ±0.1В. Угол обзора (2θ_1/2), определяемый как угол, при котором сила света падает до половины пикового значения, обычно составляет 120 градусов. Обратный ток (I_R) указан как максимальный 50 мкА при приложенном обратном напряжении (V_R) 5В.

3. Объяснение системы бинирования

Для обеспечения стабильности производства светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых параметров производительности.

3.1 Фотометрическое бинирование (Световой поток)

Выходной световой поток классифицируется по нескольким кодам бинов (B8, B9, L1-L5). Каждый код представляет определённый диапазон потока, измеренный при 150 мА. Например, бин B8 покрывает 9.0–9.5 лм, а бин L5 — 14.0–15.0 лм. Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды с желаемым уровнем яркости для своего применения.

3.2 Бинирование прямого напряжения

Прямое напряжение разбито на бины с кодами от 36 до 42. Каждый код представляет диапазон 0.1В, начиная с 2.9–3.0В для бина 36 и до 3.5–3.6В для бина 42. Выбор светодиодов из одного или соседних бинов по напряжению важен для обеспечения равномерного распределения тока при параллельном соединении нескольких светодиодов.

3.3 Бинирование доминирующей длины волны

Цвет (доминирующая длина волны) разбит на два диапазона: B54 (465–470 нм) и B55 (470–475 нм). Это обеспечивает определённую степень цветовой однородности для применений, где требуется конкретный синий оттенок. Допуск измерения для доминирующей/пиковой длины волны составляет ±1 нм.

4. Анализ кривых производительности

4.1 Спектральное распределение

Представленный спектральный график показывает типичную кривую излучения синего светодиода InGaN. Пик находится в синей области длин волн (около 465–475 нм) с относительно узкой спектральной шириной, что характерно для этого полупроводникового материала.

4.2 Прямое напряжение в зависимости от температуры перехода

Рисунок 1 иллюстрирует, как прямое напряжение изменяется с ростом температуры перехода. Напряжение обычно линейно уменьшается с повышением температуры (отрицательный температурный коэффициент), что является общей характеристикой полупроводниковых диодов. Это необходимо учитывать в схемах с постоянным напряжением.

4.3 Относительная радиометрическая мощность в зависимости от прямого тока

Рисунок 2 показывает взаимосвязь между оптической выходной мощностью и прямым током. Выходная мощность увеличивается сублинейно с током, а эффективность может падать при очень высоких токах из-за повышенного тепловыделения и других неидеальных эффектов.

4.4 Относительный световой поток в зависимости от температуры перехода

Рисунок 3 демонстрирует эффект теплового тушения. По мере увеличения температуры перехода выходной световой поток уменьшается. Правильный теплоотвод необходим для поддержания светового потока и долговечности.

4.5 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Рисунок 4 представляет классическую вольт-амперную характеристику диода при 25°C. Она показывает экспоненциальную зависимость между током и напряжением после превышения напряжения включения.

4.6 Максимальный рабочий ток в зависимости от температуры пайки

Рисунок 5 предоставляет кривую снижения номинальных параметров. Она указывает максимально допустимый прямой ток для поддержания температуры перехода ниже предела в 125°C в зависимости от температуры точки пайки (которая связана с температурой печатной платы). При более высоких температурах окружающей среды или платы ток должен быть уменьшен.

4.7 Диаграмма направленности

Рисунок 6 — это полярная диаграмма, показывающая пространственное распределение силы света. Диаграмма подтверждает широкий, близкий к ламбертовскому, профиль излучения с углом обзора 120°.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

В спецификации содержится подробный чертёж размеров корпуса PLCC-2. Ключевые размеры включают общую длину, ширину и высоту, а также расстояние и размер контактных площадок. Катод обычно обозначается меткой или скошенным углом на корпусе. Все неуказанные допуски составляют ±0.15 мм.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Светодиод подходит для пайки оплавлением. Максимально рекомендуемый профиль — пиковая температура 260°C в течение 10 секунд. Для ручной пайки температура жала паяльника не должна превышать 350°C, а время контакта должно быть ограничено 3 секундами на контактную площадку. Эти ограничения критически важны для предотвращения повреждения пластикового корпуса и внутренних проводных соединений.

7. Информация об упаковке и заказе

7.1 Спецификации катушки и ленты

Компоненты поставляются на влагозащитной ленте в катушках для автоматизированной сборки методом pick-and-place. Указаны размеры катушки и карманов несущей ленты. Стандартное количество на катушке — 4000 штук.

7.2 Чувствительность к влаге и упаковка

Светодиоды упакованы в алюминиевый влагозащитный пакет с осушителем для защиты от влажности окружающей среды во время хранения и транспортировки, так как поглощение влаги может вызвать «вспучивание» (popcorning) во время пайки оплавлением.

7.3 Расшифровка этикетки

Этикетка на катушке содержит такую информацию, как номер продукта (P/N), количество (QTY) и конкретные коды бинов для силы света (CAT), доминирующей длины волны (HUE) и прямого напряжения (REF).

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Декоративное и сценическое освещение:Синий цвет и широкий угол делают его подходящим для акцентного освещения, вывесок и сценических эффектов.
Агроосвещение:Синий свет является ключевым компонентом спектра для растениеводства, влияя на морфологию растений и фотосинтез.
Общее освещение:Может использоваться в массивах для панельных светильников, встраиваемых светильников и других осветительных приборов, где требуется рассеянный синий или белый (в комбинации с люминофором) источник света.

8.2 Соображения по проектированию

Тепловой режим:При R_{th J-S}50 °C/Вт эффективный теплоотвод через печатную плату (с использованием тепловых переходных отверстий, медных полигонов) обязателен для надёжной работы на полном токе.
Управление током:Настоятельно рекомендуется использовать драйвер постоянного тока вместо источника постоянного напряжения для обеспечения стабильного светового потока и предотвращения теплового разгона.
Оптика:Широкий угол обзора может потребовать вторичной оптики (линз, отражателей), если требуется более сфокусированный луч.
Защита от ESD:Реализуйте защиту от электростатического разряда на входах печатной платы и обеспечьте правильное обращение во время сборки.

9. Надёжность и испытания

В спецификации перечислен комплексный набор испытаний на надёжность, проведённых с уровнем доверия 90% и LTPD 10% (процент допустимого брака в партии). Испытания включают стойкость к пайке оплавлением, термоудар, температурные циклы, хранение и работу при высокой температуре/влажности, хранение и работу при низкой температуре, а также многократные испытания на срок службы при различных условиях (25°C, 55°C, 85°C с разными токами). Эти испытания подтверждают надёжность светодиода в типичных условиях эксплуатации и воздействия окружающей среды.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я питать этот светодиод током 300 мА непрерывно?
О: Нет. Значение 300 мА предназначено только для импульсного режима работы (скважность 1/10, длительность импульса 10 мс). Максимальный постоянный ток составляет 150 мА. Превышение этого значения, скорее всего, приведёт к перегреву и повреждению светодиода.

В: Почему важно бинирование прямого напряжения?
О: При параллельном соединении нескольких светодиодов разница в прямом напряжении вызывает неравномерное распределение тока. Светодиоды с более низким V_Fбудут потреблять больше тока, что потенциально может привести к преждевременному выходу из строя. Использование светодиодов из одного бина по напряжению минимизирует этот риск.

В: Как интерпретировать значение теплового сопротивления (50 °C/Вт)?
О: Это означает, что на каждый ватт мощности, рассеиваемой в переходе светодиода, температура перехода будет повышаться на 50°C относительно температуры в точке пайки. Например, при 150 мА и V_F3.2В мощность составляет ~0.48Вт. Это вызовет повышение температуры на 24°C от контактной площадки платы до перехода.

В: Какова цель влагозащитного пакета?
О: Корпуса SMD могут поглощать влагу из воздуха. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро испаряться, создавая внутреннее давление, которое раскалывает корпус («вспучивание»). Влагозащитный пакет и осушитель предотвращают поглощение влаги перед использованием.

11. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование линейного светового модуля с использованием 20 светодиодов 67-21S.
Этапы проектирования:
1. Электрическая часть:Определите последовательно-параллельную конфигурацию. Например, соедините 10 цепочек параллельно, каждая из которых содержит 2 светодиода последовательно. Это требует напряжения питания ~6.4В (2 * 3.2В) и общего тока 1.5А (10 цепочек * 150мА). Необходим драйвер постоянного тока, настроенный на 1.5А и способный выдавать >7В.
2. Тепловая часть:Рассчитайте общую рассеиваемую мощность: 20 светодиодов * 0.48Вт ≈ 9.6Вт. Печатная плата должна выступать в роли радиатора. Используйте слой меди 2 унции, тепловые переходные отверстия под каждой контактной площадкой светодиода, соединённые с большой внутренней земляной полигонной заливкой, и рассмотрите возможность использования платы с алюминиевой подложкой (MCPCB) для лучшего распределения тепла.
3. Оптическая часть:Для линейного модуля собственного угла 120° может быть достаточно. Если используется рассеиватель, убедитесь, что он имеет высокий коэффициент пропускания для сохранения эффективности.
4. Выбор компонентов:Укажите светодиоды из одного бина по световому потоку (например, L2) и одного бина по прямому напряжению (например, 38), чтобы обеспечить равномерную яркость и распределение тока.

12. Введение в технический принцип

Светодиод 67-21S основан на полупроводниковой гетероструктуре из нитрида индия-галлия (InGaN). Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны и дырки инжектируются в активную область. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава InGaN определяет энергию запрещённой зоны, которая, в свою очередь, определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае синий. Корпус PLCC-2 размещает полупроводниковый кристалл на выводной рамке, соединяет его тонкими проволочками и инкапсулирует в прозрачную эпоксидную или силиконовую смолу, которая защищает кристалл и выступает в качестве первичного оптического элемента.

13. Технологические тренды

Рынок светодиодов средней мощности, таких как 67-21S, продолжает развиваться. Ключевые тенденции включают:
Повышение эффективности (лм/Вт):Постоянные улучшения в конструкции чипа, эпитаксиальном росте и эффективности извлечения света из корпуса приводят к более высокому световому потоку при том же электрическом входе.
Улучшение цветовой однородности:Более узкие допуски бинирования и передовые методы контроля производства уменьшают цветовые вариации внутри производственных партий и между ними.
Повышенная надёжность:Разработка более прочных материалов корпуса (например, высокотемпературных силиконов) и технологий крепления кристалла для работы при более высоких температурах и в более жёстких условиях.
Оптимизация под конкретные применения:Светодиоды всё чаще адаптируют под конкретные рынки, такие как растениеводство, с оптимизированными под фоторецепторы растений спектрами, или под человеко-ориентированное освещение с учётом циркадных ритмов.