Техническая документация на SMD светодиод 3014 белый - Габариты 3.0x1.4x0.8мм - Напряжение 2.4-3.6В - Мощность 0.093Вт

1. Обзор продукта

Настоящий документ содержит полные технические характеристики светодиода для поверхностного монтажа (SMD) в корпусе 3014, предназначенного для верхнего излучения. Основной цвет свечения — белый, достигаемый за счёт комбинации кристалла из материала InGaN и желтоватой смолы-заливки. Устройство предназначено для применения в качестве индикаторов общего назначения и для подсветки, где важны надёжность и простота монтажа.

Ключевые преимущества данного светодиода включают компактный корпус P-LCC-2, который обеспечивает высокую плотность монтажа на печатной плате. Он оснащён внутренним отражателем и белым корпусом для увеличения светового потока и направленности. Устройство полностью соответствует современным экологическим и производственным стандартам: не содержит свинца, соответствует директивам RoHS и REACH, а также не содержит галогенов. Оно предварительно кондиционировано в соответствии со стандартом JEDEC J-STD-020D уровня 3 по чувствительности к влаге, что гарантирует надёжность в процессах пайки оплавлением.

Целевой рынок охватывает широкий спектр электронных устройств, требующих индикации состояния, подсветки или общего освещения. Его конструкция делает его подходящим как для потребительской, так и для промышленной электроники.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эксплуатационные ограничения устройства определены при стандартных условиях окружающей среды (Ta=25°C). Превышение этих значений может привести к необратимому повреждению.

• Обратное напряжение (VR):5 В. Это максимальное напряжение, которое может быть приложено в обратном направлении к выводам светодиода.
• Прямой ток (IF):30 мА. Максимальный постоянный ток, рекомендуемый для надёжной работы.
• Пиковый прямой ток (IFP):60 мА. Допустим только в импульсном режиме со скважностью 1/10 на частоте 1 кГц.
• Рассеиваемая мощность (Pd):93 мВт. Максимальная мощность, которую может рассеять корпус, не превышая предельную температуру перехода.
• Температура перехода (Tj):115 °C. Максимально допустимая температура полупроводникового перехода.
• Рабочая температура (Topr):от -40 °C до +85 °C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором гарантируется работа устройства.
• Температура хранения (Tstg):от -40 °C до +90 °C.
• Электростатический разряд (ESD):Выдерживает 2000 В (модель человеческого тела), что указывает на умеренную чувствительность к статике.
• Температура пайки:Устройство выдерживает пайку оплавлением с пиковой температурой 260°C в течение 10 секунд или ручную пайку при 350°C в течение 3 секунд на каждый вывод.

2.2 Электрооптические характеристики

Ключевые параметры производительности измеряются при Ta=25°C и прямом токе (IF) 20 мА, что является стандартным условием тестирования.

• Сила света (Iv):Диапазон от минимальных 2240 мкд до максимальных 3550 мкд, с типичным значением в этом диапазоне. Допуск по силе света составляет ±11%.
• Угол обзора (2θ1/2):Полный угол, при котором сила света составляет половину от пиковой, обычно равен 120 градусам, что указывает на широкую диаграмму направленности, подходящую для рассеянного освещения.
• Прямое напряжение (VF):Диапазон от 2.40 В до 3.60 В при токе 20 мА. Допуск для прямого напряжения указан как ±0.1В. Этот параметр критически важен для проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток (IR):Максимум 10 мкА при приложении обратного напряжения 5В, что указывает на хорошие диодные характеристики.
• Допуск координат цветности:Допуск цветовой точки на диаграмме CIE составляет ±0.01, что важно для цветовой однородности в приложениях с использованием нескольких светодиодов.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения единообразия яркости и цвета светодиоды сортируются по корзинам на основе измеренных параметров.

3.1 Сортировка по силе света

Светодиоды классифицируются на две основные корзины на основе их силы света, измеренной при IF=20мА:

• Код корзины BB:Диапазон силы света от 2240 мкд до 2800 мкд.
• Код корзины CA:Диапазон силы света от 2800 мкд до 3550 мкд.

Допуск ±11% применяется внутри каждой корзины. Такая сортировка позволяет разработчикам выбирать светодиоды, соответствующие требуемому уровню яркости в их приложении.

3.2 Сортировка по координатам цветности

Цвет белого света определяется его координатами на диаграмме цветности CIE 1931. В документации приведена подробная таблица кодов корзин (например, SB, J5, J6, K5, K6, L5, L6, M5, M6) с соответствующими минимальными и максимальными значениями координат x и y. Например, корзина с кодом J5 охватывает координаты от (0.2800, 0.2566) до (0.2800, 0.2666). Такая точная сортировка необходима для приложений, где критически важна цветовая однородность нескольких светодиодов, например, в подсветке дисплеев или архитектурном освещении. Допуск для этих координат составляет ±0.01.

4. Анализ характеристических кривых

Документация включает несколько характеристических кривых, которые дают более глубокое понимание поведения светодиода в различных условиях.

4.1 Спектральное распределение

Типичная кривая спектрального распределения показывает относительную интенсивность излучаемого света на разных длинах волн. Для белого светодиода она обычно показывает широкий пик в синей области (от кристалла InGaN) и более широкий вторичный пик в жёлто-зелёной области (от люминофора). Пиковая длина волны (λp) является ключевым параметром. Кривая сравнивается со стандартной кривой чувствительности глаза V(λ).

4.2 Диаграмма направленности

Диаграмма излучения (относительная интенсивность в зависимости от угла) визуально представляет угол обзора 120 градусов, показывая, как интенсивность света уменьшается от центра (ось 0 градусов) к краям.

4.3 Зависимость прямого тока от прямого напряжения

Эта кривая иллюстрирует нелинейную зависимость между током, протекающим через светодиод, и падением напряжения на нём. Она необходима для проектирования схемы управления, так как небольшое изменение напряжения может привести к большому изменению тока. Кривая обычно показывает экспоненциальный рост.

4.4 Зависимость цветности от прямого тока

Этот график показывает, как координаты цвета (x, y) могут смещаться при изменении рабочего тока. Понимание этой зависимости важно для приложений, где используется диммирование или модуляция тока, так как это может повлиять на цветовую однородность.

4.5 Зависимость относительной силы света от прямого тока

Эта кривая демонстрирует, как световой поток увеличивается с ростом тока управления. Обычно она линейна в определённом диапазоне, но насыщается при более высоких токах. Работа за пределами линейной области неэффективна и увеличивает нагрев.

4.6 Зависимость максимально допустимого прямого тока от температуры

Эта кривая снижения номинальных параметров критически важна для надёжности. Она показывает максимальный прямой ток, который может выдержать светодиод, в зависимости от температуры окружающей среды (или корпуса). С ростом температуры максимально допустимый ток уменьшается, чтобы предотвратить перегрев перехода сверх его предела в 115°C. Этот график необходимо учитывать при любом проектировании для работы в условиях повышенных температур.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод поставляется в стандартном корпусе 3014. Ключевые размеры (в мм, с типичным допуском ±0.1 мм, если не указано иное) включают:

• Общая длина: 3.0 мм
• Общая ширина: 1.4 мм
• Общая высота: 0.8 мм
• Размеры и расстояние между контактными площадками для проектирования посадочного места на печатной плате.

Чертёж с размерами необходим для создания правильного посадочного места на печатной плате, чтобы обеспечить качественную пайку и выравнивание.

5.2 Определение полярности

Вид сверху обычно указывает маркировку катода, что важно для правильной ориентации при сборке. Неправильная полярность не позволит светодиоду светиться и может подвергнуть его обратному напряжению.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль пайки оплавлением

Предоставлен рекомендуемый температурный профиль для бессвинцовой пайки оплавлением. Ключевые фазы включают:

• Предварительный нагрев:Нагрев от окружающей температуры до 150-200°C с максимальной скоростью 3°C/сек, выдержка 60-120 секунд.
• Оплавление:Температура выше 217°C должна поддерживаться в течение 60-150 секунд, с пиковой температурой не выше 260°C, выдерживаемой максимум 10 секунд.
• Охлаждение:Охлаждение от температуры выше 255°C с максимальной скоростью 6°C/сек.

Пайка оплавлением не должна выполняться на одном и том же устройстве более двух раз.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, температура жала паяльника должна быть менее 350°C, а время контакта с каждым выводом не должно превышать 3 секунд. Рекомендуется маломощный паяльник (≤25Вт) с интервалом не менее 2 секунд между пайкой каждого вывода для охлаждения.

6.3 Хранение и обращение

• Светодиоды упакованы в влагозащитные пакеты. Пакет следует вскрывать непосредственно перед использованием.
• Рекомендуемые условия после вскрытия: <30°C и <60% относительной влажности.
• Если условия уровня чувствительности к влаге (MSL) были превышены или индикаторная карта показывает избыточную влажность, компоненты необходимо прогреть при 60°C ±5°C в течение 24 часов перед использованием.
• Не следует прикладывать механическое напряжение к корпусу светодиода во время нагрева или после пайки, а также допускать деформацию печатных плат.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации катушки и ленты

Светодиоды поставляются на тиснёной несущей ленте, намотанной на катушки. Стандартное количество на катушке: 250, 500, 1000 или 2000 штук. Предоставлены детальные размеры кармана ленты, шага и катушки для обеспечения совместимости с автоматическим монтажным оборудованием.

7.2 Расшифровка этикетки

Этикетка на катушке содержит ключевую информацию: номер продукта заказчика (CPN), номер продукта (P/N), количество в упаковке (QTY), ранг силы света (CAT), ранг доминирующей длины волны/оттенка (HUE), ранг прямого напряжения (REF) и номер партии (LOT No).

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

• Индикаторы состояния:Идеально подходят для переключателей, символов и оптических индикаторов в потребительской электронике, бытовой технике и промышленных панелях управления.
• Подсветка:Подходят для мобильных телефонов, клавиатур и световых рекламных вывесок благодаря малой толщине и широкому углу обзора.
• Общее освещение:Могут использоваться в качестве замены традиционных индикаторных ламп в помещениях и на улице.
• Связь со световодом:Конструкция корпуса хорошо подходит для ввода света в торцевые световоды для подсветки панелей.

8.2 Критически важные аспекты проектирования

• Ограничение тока:Внешний токоограничивающий резистор абсолютно обязателен. Экспоненциальная ВАХ означает, что небольшое изменение напряжения вызывает большое изменение тока, что может мгновенно разрушить светодиод ("перегорание"). Номинал резистора должен быть рассчитан на основе напряжения питания и прямого напряжения светодиода при требуемом рабочем токе.
• Тепловой режим:Хотя рассеиваемая мощность мала, правильная разводка печатной платы для отвода тепла важна, особенно при работе в условиях высокой температуры окружающей среды или при максимальном токе. Следует руководствоваться кривой снижения номинальных параметров.
• Защита от ЭСР:Несмотря на номинал 2000В HBM, следует соблюдать стандартные меры предосторожности от статического электричества при обращении и сборке.

9. Техническое сравнение и отличия

По сравнению с традиционными выводными светодиодами, данный SMD светодиод 3014 предлагает значительные преимущества:

• Размер и плотность:Компактные размеры 3.0x1.4мм позволяют достичь гораздо более высокой плотности монтажа на печатных платах.
• Стоимость сборки:Позволяет полностью автоматизировать установку и пайку оплавлением, сокращая время и стоимость сборки по сравнению с ручным монтажом.
• Производительность:Обычно обеспечивает более высокую световую отдачу и более стабильные оптические характеристики благодаря автоматизированному производству и сортировке.
• Надёжность:Твердотельная конструкция и дизайн для поверхностного монтажа, как правило, обеспечивают более высокую стойкость к ударам и вибрации.

В семействе SMD светодиодов корпус 3014 предлагает баланс между световым потоком, размером и стоимостью, занимая промежуточное положение между более мелкими корпусами, такими как 0402/0603 (меньший поток), и более крупными, такими как 2835/5050 (больший поток).

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какое сопротивление резистора мне нужно для питания 5В?

А: Используя закон Ома: R = (Vпитания - Vf) / If. Предполагая типичное Vf 3.0В и желаемый If 20мА: R = (5В - 3.0В) / 0.020А = 100 Ом. Для надёжного проектирования всегда используйте максимальное Vf из документации (3.6В), чтобы гарантировать, что ток не превысит пределы: R_мин = (5В - 3.6В) / 0.030А ≈ 47 Ом. Обычно используют значения от 68 до 100 Ом.

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

А: Да, но осторожно. Диапазон прямого напряжения (2.4В-3.6В) означает, что некоторые светодиоды могут не загореться при 3.3В, если их Vf выше. Даже если загорятся, ток будет плохо стабилизирован без схемы управления. Для работы от 3.3В рекомендуется использовать источник постоянного тока или резистор очень малого номинала.

В: Как интерпретировать коды корзин по силе света BB и CA?

А: Корзина BB содержит светодиоды с меньшей яркостью (2240-2800 мкд), а корзина CA — более яркие светодиоды (2800-3550 мкд). Для однородного вида в массиве указывайте и используйте светодиоды из одной корзины.

В: В документации упоминается \"Смола с лёгким зеленоватым оттенком и точками.\" Влияет ли это на цвет света?

А: Желтоватый/зеленоватый оттенок смолы является частью системы преобразования цвета. Кристалл InGaN излучает синий свет, который возбуждает люминофоры в смоле, заставляя их излучать жёлтый свет. Комбинация даёт белый свет. Цвет самой смолы не является цветом излучаемого света.

11. Практические примеры проектирования и использования

Пример 1: Панель с несколькими светодиодными индикаторами состояния

Панель управления требует 10 однородных белых индикаторов. Для обеспечения единообразия разработчик должен:

1. Заказать все светодиоды из одной корзины по силе света (например, CA) и одной корзины по цветности (например, K5).

2. Использовать одинаковые токоограничивающие резисторы для каждого светодиода, рассчитанные с использованием максимального Vf.

3. Разместить на печатной плате дорожки одинаковой длины и тепловые развязки для каждой контактной площадки светодиода, чтобы минимизировать разброс параметров.

Пример 2: Подсветка небольшого дисплея

Четыре светодиода размещены вдоль края световода для подсветки ЖК-дисплея. Ключевые шаги:

1. Выбрать расположение светодиодов и угол обзора (120° подходит), чтобы обеспечить равномерное введение света в световод.

2. Рассмотреть возможность использования специализированной микросхемы драйвера светодиодов с постоянным током вместо отдельных резисторов, чтобы обеспечить одинаковую яркость и возможность диммирования с помощью ШИМ.

3. Убедиться, что рабочая температура внутри корпуса устройства не требует снижения прямого тока с использованием кривой \"Макс. допустимый прямой ток в зависимости от температуры\".

12. Принцип работы

Это твердотельный светоизлучающий диод. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее его характерное прямое напряжение (Vf), электроны и дырки рекомбинируют в полупроводниковом материале InGaN, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Первичное излучение кристалла находится в синей части спектра. Этот синий свет затем попадает на частицы люминофора, внедрённые в заливочную смолу. Люминофоры поглощают синий свет и переизлучают свет в более широком спектре, преимущественно в жёлтой области. Человеческий глаз воспринимает смесь прямого синего света и преобразованного люминофором жёлтого света как белый. Внутренний отражатель и белый корпус помогают направить больше излучаемого света из верхней части устройства, увеличивая общую силу света.

13. Технологические тренды

Развитие SMD светодиодов, таких как 3014, следует нескольким чётким отраслевым тенденциям:

Повышение эффективности:Постоянное совершенствование технологии эпитаксии полупроводников и люминофоров продолжает повышать световую отдачу (люмен на ватт), позволяя получать более яркий свет или снижать энергопотребление при том же размере корпуса.

Качество цвета:Достижения в области смесей люминофоров и конструкций кристаллов улучшают индекс цветопередачи (CRI) и позволяют более точно настраивать цветовую температуру белого света (CCT).

Миниатюризация и интеграция:Хотя корпус 3014 остаётся популярным, наблюдается тенденция к ещё более мелким корпусам со сравнимой мощностью, а также к интегрированным светодиодным модулям, объединяющим светодиод, драйвер и управляющую схему в одном корпусе.

Умное освещение:Более широкий рынок движется в сторону адресуемых и настраиваемых (CCT и диммирование) светодиодов, хотя это обычно требует более сложных корпусов, чем базовый индикаторный светодиод, описанный здесь.

Надёжность и стандартизация:Продолжающееся соблюдение и разработка стандартов для тестирования, сортировки и надёжности (таких как LM-80 для сохранения светового потока) предоставляют разработчикам более предсказуемые данные о долгосрочной производительности.