Техническая спецификация (Datasheet) светодиода T-1 3/4 для сквозного монтажа - желто-зеленый 572нм - 20мА - 75мВт

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики светодиода для сквозного монтажа в корпусе T-1 3/4 (приблизительно 5 мм). Устройство предназначено для индикации состояния и сигнализации в широком спектре электронного оборудования. В нем используется полупроводниковый чип на основе AlInGaP (фосфида алюминия-индия-галлия) для генерации света в желто-зеленом спектре с пиком на длине волны 572 нм. Светодиод заключен в зеленую рассеивающую линзу, которая способствует расширению угла обзора и смягчению светового потока. Данный тип корпуса является отраслевым стандартом, что позволяет осуществлять гибкий монтаж на печатные платы (ПП) или панели с использованием традиционных методов пайки.

Ключевые преимущества данного светодиода включают его соответствие директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), что указывает на отсутствие свинца. Он обеспечивает баланс высокой силы света и низкого энергопотребления, что делает его пригодным как для устройств с батарейным питанием, так и для работающих от сети. Его конструкция совместима с уровнями управления интегральных схем (ИС), упрощая требования к интерфейсу в цифровых системах.

Целевые рынки для данного компонента обширны и включают в себя средства связи, компьютерную периферию, бытовую электронику, бытовую технику и системы промышленной автоматики. Его основная функция — обеспечение четкой и надежной визуальной обратной связи о состоянии системы, индикации питания или режимов работы.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные режимы эксплуатации

Эти параметры определяют границы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы.

• Рассеиваемая мощность (Pd):Максимум 75 мВт. Это общая электрическая мощность, которая может быть безопасно преобразована в тепло и свет корпусом светодиода при температуре окружающей среды (TA) 25°C.
• Постоянный прямой ток (IF):Максимальный непрерывный ток 30 мА.
• Пиковый прямой ток:Максимум 60 мА, но только в импульсном режиме (скважность ≤ 1/10, длительность импульса ≤ 10 мс). Это позволяет кратковременно превышать номинальный ток для достижения более высокой мгновенной яркости, например, в стробоскопических или мигающих приложениях.
• Допустимое снижение параметров (Derating):Максимально допустимый постоянный прямой ток должен линейно снижаться от номинального значения 30 мА при 25°C на 0,57 мА за каждый градус Цельсия повышения температуры окружающей среды выше 50°C. Это критически важно для управления тепловым режимом в условиях высоких температур.
• Диапазон рабочих температур:От -40°C до +85°C. Устройство рассчитано на работу в этом широком температурном диапазоне.
• Диапазон температур хранения:От -40°C до +100°C.
• Температура пайки выводов:260°C максимум в течение 5 секунд, измеренная на расстоянии 2,0 мм (0,079") от корпуса светодиода. Это определяет допустимые параметры процесса ручной или волновой пайки.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные рабочие параметры, измеренные при TA=25°C и IF=20 мА, что является стандартным условием испытаний.

• Сила света (Iv):От 85 до 400 мкд (милликандел), типичное значение 180 мкд. Этот широкий диапазон регулируется системой сортировки (см. раздел 4). Измерение проводится с использованием датчика с фильтром, соответствующим кривой спектральной чувствительности человеческого глаза (МКО). К границам диапазонов применяется допуск испытаний ±15%.
• Угол обзора (2θ1/2):40 градусов (типичное значение). Это полный угол, при котором сила света падает до половины значения, измеренного на центральной оси. Зеленая рассеивающая линза способствует формированию этого умеренно широкого угла обзора.
• Длина волны пикового излучения (λP):575 нм (типичное значение). Это длина волны в наивысшей точке спектральной кривой излучения светодиода.
• Доминирующая длина волны (λd):От 566 до 578 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая определяет цвет и выводится из цветовой диаграммы МКО. Целевое значение — 572 нм.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):11 нм (типичное значение). Этот параметр указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света; меньшее значение указывает на более монохроматический источник.
• Прямое напряжение (VF):От 2,1 до 2,4 В (типично 2,4 В) при IF=20 мА. Это падение напряжения на светодиоде при работе.
• Обратный ток (IR):Максимум 100 мкА при приложении обратного напряжения (VR) 5 В.Важное примечание:Данное условие испытания предназначено только для определения характеристик. Светодиод является диодом и не предназначен для работы при обратном смещении; приложение обратного напряжения может его повредить.

3. Спецификация системы сортировки

Для обеспечения стабильности производства светодиоды сортируются по диапазонам характеристик. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям к интенсивности и цвету.

3.1 Сортировка по силе света

Диапазоны определяются кодом (EF0, GH0, JK0) с минимальным и максимальным значениями силы света при IF=20 мА. К границам каждого диапазона применяется допуск ±15%.

• EF0:85 - 140 мкд
• GH0:140 - 240 мкд
• JK0:240 - 400 мкд

Код классификации Iv наносится на каждую упаковочную пачку для обеспечения прослеживаемости.

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны

Диапазоны длин волн определяются кодами от H06 до H11, каждый из которых охватывает диапазон 2 нм. К границам каждого диапазона применяется допуск ±1 нм.

• H06:566,0 - 568,0 нм
• H07:568,0 - 570,0 нм
• H08:570,0 - 572,0 нм
• H09:572,0 - 574,0 нм
• H10:574,0 - 576,0 нм
• H11:576,0 - 578,0 нм

4. Анализ рабочих характеристик

Хотя в спецификации приведены ссылки на конкретные графические кривые (например, Рис.1 для спектрального пика, Рис.6 для угла обзора), предоставленные данные позволяют проанализировать ключевые зависимости.

Зависимость силы света от тока (I-Iv):Для светодиодов AlInGaP сила света, как правило, пропорциональна прямому току в рабочем диапазоне. Работа светодиода на максимальном непрерывном токе (30 мА) даст более высокую интенсивность, чем при испытательном условии 20 мА, но необходимо учитывать тепловые эффекты и снижение эффективности. Пиковый ток (60 мА) позволяет достичь еще более высокой пиковой яркости в приложениях с импульсным управлением.

Температурная зависимость:Спецификация по допустимому снижению параметров (0,57 мА/°C выше 50°C) является прямым индикатором тепловых ограничений. По мере роста температуры перехода максимально допустимый ток уменьшается для предотвращения перегрева. Кроме того, прямое напряжение (VF) светодиода обычно имеет отрицательный температурный коэффициент, то есть слегка уменьшается с ростом температуры. Световой выход также, как правило, уменьшается с увеличением температуры перехода.

Спектральные характеристики:Доминирующая длина волны (λd) 572 нм помещает этот светодиод в желто-зеленую область, которая близка к пику чувствительности человеческого глаза при дневном зрении. Это делает его высокоэффективным с точки зрения воспринимаемой яркости на единицу излучаемой мощности. Полуширина спектра 11 нм указывает на относительно узкую полосу излучения, характерную для технологии AlInGaP, что приводит к насыщенному цвету.

5. Механические данные и упаковка

5.1 Габаритные размеры

Устройство соответствует стандартному профилю корпуса T-1 3/4 с радиальными выводами. Ключевые размерные примечания включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах, общий допуск составляет ±0,25 мм, если не указано иное.
• Максимальный выступ смолы под фланцем составляет 1,0 мм.
• Расстояние между выводами измеряется в точке их выхода из корпуса, что критически важно для разводки печатной платы.
• Выводная рамка светодиода имеет особенность конструкции для резки, вероятно, для механической стабильности во время сборки или как часть производственного процесса.

5.2 Определение полярности

Для радиальных светодиодов сквозного монтажа катод (отрицательный вывод) обычно идентифицируется по плоскому срезу на ободке линзы, более короткому выводу или выемке на фланце. В спецификации подразумевается стандартная отраслевая практика; более длинный вывод обычно является анодом (+). Разработчики должны проверять полярность во время сборки, чтобы предотвратить обратное подключение.

5.3 Спецификация упаковки

Светодиоды поставляются в антистатических упаковочных пакетах. Доступно несколько вариантов фасовки в пакет: 1000, 500, 200 или 100 штук. Эти пакеты затем объединяются в коробки:

• Внутренняя коробка:Содержит 15 упаковочных пакетов. При использовании пакетов по 1000 штук это составляет 15 000 штук.
• Внешняя коробка:Содержит 8 внутренних коробок, что в сумме составляет 120 000 штук для полной поставки при использовании пакетов по 1000 штук. Последняя упаковка в партии отгрузки может быть неполной.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Хранение

Для длительного хранения температура окружающей среды не должна превышать 30°C, а относительная влажность — 70%. Светодиоды, извлеченные из оригинальных герметичных влагозащитных пакетов, должны быть использованы в течение трех месяцев. Для длительного хранения вне оригинальной упаковки их следует хранить в герметичном контейнере с осушителем или в эксикаторе, продуваемом азотом, чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать "вспучивание" ("popcorning") во время пайки.

6.2 Очистка

Если очистка необходима после пайки, следует использовать только спиртосодержащие растворители, такие как изопропиловый спирт (IPA). Агрессивные химические вещества могут повредить эпоксидную линзу.

6.3 Формовка выводов

Если выводы необходимо согнуть для монтажа, это должно быть сделанодопайки и при комнатной температуре. Изгиб должен производиться на расстоянии не менее 3 мм от основания линзы светодиода. Основание светодиода не должно использоваться в качестве точки опоры при изгибе, так как это может создать нагрузку на внутренние проводящие соединения или эпоксидное уплотнение. При установке на плату используйте минимальное усилие фиксации, чтобы избежать механических напряжений.

6.4 Процесс пайки

Минимальный зазор 2 мм должен соблюдаться между точкой пайки и основанием линзы светодиода. Линза никогда не должна погружаться в припой.

• Паяльник:Максимальная температура 350°C, максимальное время 3 секунды на вывод (только одноразовая пайка).
• Волновая пайка:Предварительный нагрев до максимум 100°C в течение до 60 секунд. Температура волны припоя максимум 260°C, с максимальным временем погружения 5 секунд. Светодиод должен быть расположен так, чтобы волна припоя не приближалась к основанию линзы ближе чем на 2 мм.
• Важное предупреждение:Чрезмерная температура или время могут расплавить или деформировать эпоксидную линзу, ухудшить свойства внутренних материалов и привести к катастрофическому отказу. Инфракрасная (ИК) пайка оплавлением явно указана как непригодная для данного типа корпуса для сквозного монтажа.

7. Применение и рекомендации по проектированию

7.1 Проектирование схемы управления

Светодиод — это устройство, управляемое током. Его яркость контролируется током, а не напряжением. Чтобы обеспечить равномерную яркость при управлении несколькими светодиодами, особенно включенными параллельно,настоятельно рекомендуетсяиспользовать индивидуальный токоограничивающий резистор, включенный последовательно с каждым светодиодом (Схема A).

Использование одного резистора для нескольких светодиодов, включенных параллельно (Схема B), не рекомендуется. Небольшие различия в характеристиках прямого напряжения (VF) между светодиодами приведут к значительной разнице в токе, протекающем через каждую ветвь, что вызовет неравномерную яркость. Последовательный резистор служит для стабилизации тока и компенсации колебаний напряжения питания и VF светодиода.

Значение резистора (R) можно рассчитать по закону Ома: R = (Vcc - VF) / IF, где Vcc — напряжение питания, VF — прямое напряжение светодиода (для надежного проектирования используйте максимальное значение из спецификации), а IF — желаемый прямой ток (например, 20 мА).

7.2 Защита от электростатического разряда (ЭСР)

Светодиод подвержен повреждению от электростатического разряда. Во время обращения и сборки необходимо принимать меры предосторожности:

• Персонал должен носить заземляющие браслеты или антистатические перчатки.
• Все оборудование, рабочие столы и стеллажи для хранения должны быть правильно заземлены.
• Для нейтрализации статического заряда, который может накапливаться на пластиковой линзе из-за трения, можно использовать ионизатор.
• Внедрить программу контроля ЭСР с обучением и сертификацией для персонала, работающего в зоне сборки.

7.3 Типичные сценарии применения

Данный светодиод хорошо подходит как для внутренней и наружной сигнализации (где эффективны его яркость и цвет), так и для общего электронного оборудования. Конкретные области применения включают:

• Индикаторы питания/состояния:Световые индикаторы включения/выключения, режима ожидания или работы на приборах, компьютерах и сетевом оборудовании.
• Панельные индикаторы:Подсветка переключателей, кнопок или надписей на панелях управления.
• Бытовая электроника:Индикаторные лампы на аудио/видео оборудовании, зарядных устройствах и игрушках.
• Промышленные системы управления:Индикация состояния на станках, датчиках и измерительных приборах.

8. Техническое сравнение и соображения

По сравнению со старыми технологиями, такими как зеленые светодиоды на основе GaP (фосфида галлия), этот желто-зеленый светодиод AlInGaP предлагает значительно более высокую световую отдачу и силу света, обеспечивая более яркое свечение при том же токе управления. Длина волны 572 нм обеспечивает отличную видимость, поскольку она близко соответствует пику чувствительности человеческого глаза при дневном зрении.

При выборе светодиода для приложения разработчики должны учитывать компромисс между углом обзора и осевой интенсивностью. Угол обзора 40 градусов у данного светодиода предлагает хороший компромисс, обеспечивая достаточно широкий конус обзора при сохранении хорошей яркости на оси. Для приложений, требующих чрезвычайно широкого угла обзора, более подходящей была бы другая форма линзы (например, корпус с плоской вершиной или боковым излучением).

Корпус для сквозного монтажа имеет преимущества при прототипировании, ручной сборке и в приложениях, требующих высокой механической прочности паяного соединения. Однако для крупносерийной автоматизированной сборки, как правило, предпочтительнее корпуса для поверхностного монтажа (SMD) из-за более высокой скорости установки и экономии места на плате.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с выхода цифровой логики 5В?

О: Нет. Типичное прямое напряжение составляет 2,4 В. Подключение его напрямую к 5В вызовет чрезмерный ток, который разрушит светодиод. Вы должны использовать последовательный токоограничивающий резистор. Для питания 5В и целевого тока 20 мА резистор примерно (5В - 2,4В) / 0,02А = 130 Ом будет отправной точкой (используйте ближайшее стандартное значение, например, 120 или 150 Ом).

В: Что означает спецификация "допустимого снижения параметров" (derating) для моего проекта?

О: Если ваше приложение работает при температуре окружающей среды выше 50°C, вы должны уменьшить максимальный непрерывный ток. Например, при температуре окружающей среды 70°C (на 20°C выше контрольной точки 50°C) вы должны уменьшить ток на 20°C * 0,57 мА/°C = 11,4 мА. Следовательно, максимальный безопасный непрерывный ток при 70°C составит 30 мА - 11,4 мА = 18,6 мА.

В: Почему существует отдельный рейтинг "пикового" тока?

О: Светодиод может выдерживать более высокий ток в коротких импульсах, потому что выделяемое тепло не успевает повысить температуру перехода до опасного уровня. Это полезно для создания очень ярких вспышек или для схем мультиплексирования, где несколько светодиодов управляются последовательно.

В: Как интерпретировать коды сортировки при заказе?

О: Вы должны указать желаемый диапазон силы света (например, GH0 для 140-240 мкд) и диапазон доминирующей длины волны (например, H08 для 570-572 нм), чтобы гарантировать, что полученные светодиоды будут иметь одинаковую яркость и цвет. Если для вашего приложения цвет не критичен, может быть приемлем более широкий диапазон длин волн, что потенциально более экономично.

10. Пример практического применения

Сценарий:Проектирование панели индикации состояния для промышленного контроллера, работающего в среде с температурой до 60°C. На панели три светодиода: Питание (горит постоянно), Неисправность (мигает) и Активность (пульсирует во время связи). Система использует микроконтроллер на 3,3В для управления.

Этапы проектирования:

1. Выбор тока:Из-за температуры окружающей среды 60°C применяется допустимое снижение параметров. Температура выше 50°C составляет 10°C. Снижение тока = 10°C * 0,57 мА/°C = 5,7 мА. Максимальный непрерывный ток = 30 мА - 5,7 мА = 24,3 мА. Для надежности и долговечности выбран целевой ток 15 мА, обеспечивающий хорошую яркость при соблюдении всех ограничений.
2. Расчет резистора:Используя Vcc = 3,3В, VF(max) = 2,4В, IF = 15 мА. R = (3,3В - 2,4В) / 0,015А = 60 Ом. Выбран стандартный резистор 62 Ом.
3. Метод управления:Каждый светодиод подключен между выводом GPIO микроконтроллера (настроенным как выход) и землей, со своим последовательным резистором 62 Ом. Светодиод "Неисправность" мигает под управлением программного обеспечения. Светодиод "Активность" пульсирует с более высокой частотой для создания отличного визуального эффекта, оставаясь в пределах ограничения скважности 1/10 при использовании импульсов выше 30 мА.
4. Сортировка:Для обеспечения единообразного внешнего вида укажите диапазон силы света GH0 и диапазон длины волны H08 или H09, чтобы гарантировать, что все три светодиода будут близки по яркости и оттенку.
5. Разводка платы:Отверстия на печатной плате размещаются в соответствии с размером расстояния между выводами. Вокруг корпуса светодиода сохраняется запретная зона радиусом не менее 2 мм для предотвращения подъема припоя во время волновой пайки.

11. Введение в принцип работы технологии

Данный светодиод основан на полупроводниковом материале AlInGaP, выращенном на подложке. При приложении прямого напряжения к p-n переходу электроны и дырки инжектируются в активную область, где они рекомбинируют. Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны света (цвет) определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, которая задается путем регулировки соотношений алюминия, индия, галлия и фосфора во время роста кристалла. Излучение желто-зеленого цвета 572 нм достигается при определенном составе AlInGaP. Зеленая рассеивающая эпоксидная линза выполняет несколько функций: она герметизирует и защищает хрупкий полупроводниковый чип и проводящие соединения, действует как преломляющий элемент для формирования светового пучка (создавая угол обзора 40 градусов) и содержит частицы рассеивателя для рассеивания света, делая излучающую поверхность более равномерной и менее ослепляющей.

12. Отраслевые тенденции и контекст

Хотя светодиоды для сквозного монтажа, такие как этот корпус T-1 3/4, остаются важными для ремонта, любительского и некоторых промышленных рынков, доминирующим трендом в производстве электроники является переход к технологии поверхностного монтажа (SMT). SMD светодиоды предлагают значительные преимущества в скорости автоматизированной сборки, экономии места на плате и меньшей высоте. Однако компоненты для сквозного монтажа ценятся за их механическую прочность, простоту ручной пайки и переделки, а также за лучшее тепловое соединение с платой через выводы. Что касается технологии материалов, AlInGaP остается стандартом для высокоэффективных красных, оранжевых, янтарных и желто-зеленых светодиодов. Для настоящего зеленого и синего цветов преобладающей технологией является InGaN (нитрид индия-галлия). Основное внимание в разработке по-прежнему уделяется увеличению световой отдачи (люмен на ватт), улучшению цветовой стабильности и постоянства в течение срока службы и при изменении температуры, а также повышению надежности в жестких условиях окружающей среды.