Техническая документация SMD LED LTST-C21RKGKT - 3.2x1.6x1.9мм - 2.4В - 75мВт - Зеленый - Английский

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны технические характеристики высокопроизводительного светоизлучающего диода (LED) для поверхностного монтажа (SMD). Продукт представляет собой чип-светодиод с верхним излучением, использующий сверхъяркий полупроводниковый материал фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP) и излучающий зеленый свет. Он разработан для современных процессов электронной сборки, обладает совместимостью с автоматическим оборудованием для установки компонентов и инфракрасной (IR) пайкой оплавлением. Устройство соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), что классифицирует его как экологичный продукт. Поставляется в стандартной для отрасли 8-миллиметровой ленте на катушках диаметром 7 дюймов для эффективного крупносерийного производства.

1.1 Ключевые преимущества

• Высокая яркость: Использует передовую технологию AlInGaP для превосходной силы света.
• Готовность к современному производству: Полностью совместима с автоматизированными системами монтажа и бессвинцовыми профилями пайки оплавлением.
• Стандартизированная упаковка: Соответствует стандартам EIA (Electronic Industries Alliance) для упаковки в ленту и катушку, обеспечивая широкую совместимость.
• Соответствие экологическим нормам: Соответствует требованиям RoHS, что делает его пригодным для мировых рынков со строгими экологическими нормами.
• Гибкость дизайна: Водо-прозрачная линза обеспечивает нейтральный внешний вид, который может гармонировать с различными дизайнами изделий.

2. Углубленный анализ технических параметров

Все параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C, если не оговорено иное. Понимание этих параметров имеет решающее значение для надежного проектирования схем и достижения ожидаемых характеристик.

2.1 Абсолютные максимальные рабочие параметры

Эти предельные значения определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется, и для надежной эксплуатации ее следует избегать.

• Рассеиваемая мощность (Pd): 75 мВт. Максимальная общая мощность, которую устройство может рассеивать в виде тепла.
• Пиковый прямой ток (IFP): 80 мА. Максимально допустимый ток в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Используется для кратковременных вспышек высокой интенсивности.
• Постоянный прямой ток (IF): 30 мА. Максимальный постоянный прямой ток для работы в установившемся режиме.
• Обратное напряжение (VR): 5 В. Максимальное напряжение, которое может быть приложено к светодиоду в обратном направлении.
• Диапазон рабочих температур: -30°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором устройство предназначено для работы.
• Диапазон температур хранения: -40°C до +85°C. Диапазон температур для нерабочего хранения.
• Infrared Soldering Condition: 260°C в течение 10 секунд. Максимальное тепловое воздействие профиля при оплавлении.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Это типичные параметры производительности в стандартных условиях испытаний (IF = 20mA).

• Сила света (Iv): 28.0 - 180.0 mcd (милликандела). Воспринимаемая яркость источника света, измеряемая человеческим глазом (кривая МКО). Широкий диапазон регулируется с помощью системы сортировки.
• Угол обзора (2θ_1/2): 70 градусов (типично). Полный угол, при котором сила света составляет половину от силы света при 0 градусах (на оси). Это определяет ширину луча.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P): 574 нм (типичное значение). Длина волны, на которой спектральное распределение мощности максимально.
• Доминирующая длина волны (λ_d): 567.5 - 576.5 нм. Единичная длина волны, которая визуально соответствует цвету светодиода, полученная из диаграммы цветности CIE. Это ключевой параметр для спецификации цвета.
• Полуширина спектральной линии (Δλ): 15 нм (типичное значение). Спектральная ширина, измеренная на половине максимальной интенсивности (полная ширина на половине максимума - FWHM). Меньшее значение указывает на более монохроматический свет.
• Прямое напряжение (V_F): 1.80 - 2.40 В. Падение напряжения на светодиоде при работе на указанном прямом токе (20 мА).
• Обратный ток (I_R): 10 мкА (макс.) при V_R = 5V. Небольшой ток утечки, протекающий при обратном смещении прибора.

3. Объяснение системы бининга

Для обеспечения стабильности цвета и яркости при производстве светодиоды сортируются по бинам на основе измеренных характеристик. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям приложения к однородности.

3.1 Биннинг по силе света

Сортировка выполнена при испытательном токе 20 мА. Допуск внутри каждого бина составляет +/-15%.

• Бин N: 28.0 - 45.0 мкд
• Bin P: 45.0 - 71.0 мкд
• Bin Q: 71.0 - 112.0 mcd
• Bin R: 112.0 - 180.0 мкд

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны

Сортировка при испытательном токе 20 мА. Допуск для каждого бина составляет +/- 1 нм.

• Bin C: 567.5 - 570.5 nm
• Bin D: 570,5 - 573,5 нм
• Бин E: 573,5 - 576,5 нм

Комбинирование бинов интенсивности и длины волны (например, RC, QD) обеспечивает точную спецификацию для согласованности цвета и яркости в сборке.

4. Анализ рабочих характеристик

Хотя в техническом описании приведены конкретные графические кривые, следующий анализ основан на стандартном поведении светодиодов и предоставленных параметрах.

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

Светодиод демонстрирует типичную диодную ВАХ. Прямое напряжение (V_F) имеет заданный диапазон от 1.80V до 2.40V при токе 20mA. V_F имеет отрицательный температурный коэффициент, что означает его незначительное снижение с ростом температуры перехода. Для стабильной работы настоятельно рекомендуется использовать для питания светодиода источник постоянного тока, а не источник постоянного напряжения, чтобы предотвратить тепловой разгон.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Сила света приблизительно пропорциональна прямому току в рабочем диапазоне. Однако эффективность (люмен на ватт) может снижаться при очень высоких токах из-за увеличения тепловыделения. Работа на рекомендованном для испытаний токе 20 мА или ниже обеспечивает оптимальную эффективность и долговечность.

4.3 Температурная зависимость

Работа светодиодов зависит от температуры. При повышении температуры p-n-перехода:

• Световой поток уменьшается: Световой поток будет снижаться. Конкретный коэффициент снижения мощности индивидуален для каждого изделия.
• Снижение прямого напряжения: Как отмечено в вольт-амперной характеристике.
• Смещение длины волны: Доминирующая длина волны может незначительно смещаться, обычно в сторону более длинных волн (красное смещение) с повышением температуры.

Правильное управление тепловым режимом на печатной плате (достаточная площадь меди, возможные тепловые переходные отверстия) крайне важно для поддержания производительности и надежности, особенно при работе в условиях высокой температуры окружающей среды или вблизи максимальных номинальных значений тока.

5. Mechanical & Packaging Information

5.1 Габаритные размеры устройства

Корпус выполнен в стандартном SMD-формате. Ключевые размеры включают габариты корпуса и конфигурацию выводов, подходящие для автоматизированного монтажа. Все размерные допуски, если не указано иное, обычно составляют ±0,10 мм. Конструкторы должны обращаться к подробному механическому чертежу для точного проектирования посадочного места.

5.2 Идентификация полярности

Катод обычно обозначается визуальным маркером на корпусе светодиода, например, выемкой, зеленой точкой или срезанным углом линзы. При установке необходимо соблюдать правильную полярность, чтобы устройство функционировало.

5.3 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок для пайки

Рекомендуемый посадочный рисунок (land pattern) обеспечивает надежное паяное соединение, правильное выравнивание и достаточную механическую прочность. Соблюдение данной разводки помогает предотвратить эффект "надгробия" (приподнимание компонента одним концом) во время оплавления и обеспечивает хороший тепловой контакт с печатной платой.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 Профиль инфракрасной пайки оплавлением

Устройство совместимо с бессвинцовыми (Pb-free) процессами пайки. Предоставлен рекомендуемый профиль оплавления, соответствующий стандартам JEDEC. Ключевые параметры включают:

• Предварительный нагрев: 150-200°C
• Время предварительного нагрева: Максимум 120 секунд.
• Пиковая температура: Максимум 260°C.
• Время выше ликвидуса: Устройство должно подвергаться воздействию пиковой температуры не более 10 секунд. Операцию оплавления следует выполнять не более двух раз.

Профиль должен быть охарактеризован для конкретной конструкции печатной платы, компонентов, припойной пасты и используемой печи.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка:

• Температура паяльника: Максимум 300°C.
• Время пайки: Не более 3 секунд на вывод.
• Попытки: Пайку следует выполнять только один раз. Избегайте повторного нагрева.

Рекомендуется использовать паяльник с регулировкой температуры и тонким жалом.

6.3 Очистка

Если требуется очистка после пайки:

• Используйте только указанные чистящие средства. Неуказанные химические вещества могут повредить эпоксидную линзу или корпус.
• Рекомендуемые растворители — этиловый спирт или изопропиловый спирт при нормальной комнатной температуре.
• Время погружения должно составлять менее одной минуты.

6.4 Storage & Handling

• Меры предосторожности от ESD: Светодиоды чувствительны к электростатическому разряду (ESD). При обращении используйте антистатические браслеты, коврики и правильно заземленное оборудование.
• Влагопроницаемость: В соответствии с отраслевыми стандартами, устройство, вероятно, чувствительно к влаге. Если оригинальный герметичный влагозащитный пакет был вскрыт:
  • Хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности ≤60%.
  • Рекомендуется завершить IR reflow в течение одной недели после вскрытия.
  • Для более длительного хранения вне оригинальной упаковки храните в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе.
  • Devices stored out of bag for >1 week should be baked at approximately 60°C for at least 20 hours before soldering to remove absorbed moisture and prevent "popcorning" during reflow.

7. Packaging & Ordering Information

7.1 Спецификации на ленту и катушку

• Размер катушки: Диаметр 7 дюймов.
• Ширина ленты: 8 мм.
• Количество на катушке: 3000 штук (стандартная полная катушка).
• Минимальное количество в упаковке: 500 штук для остаточных количеств.
• Стандарт упаковки: Соответствует спецификациям ANSI/EIA-481.
• Покровная лента: Пустые ячейки для компонентов герметизируются покровной лентой.
• Отсутствующие компоненты: Согласно спецификации допускается не более двух последовательно отсутствующих ламп (пустых гнезд).

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Этот светодиод подходит для широкого спектра применений, требующих компактного, яркого зеленого индикатора, включая, но не ограничиваясь:

• Индикаторы состояния и питания на потребительской электронике (маршрутизаторы, зарядные устройства, бытовая техника).
• Подсветка клавиш на клавиатурах или панелях управления.
• Индикаторы состояния панели дисплея.
• Автомобильное внутреннее освещение (некритичные функции, подлежит дальнейшей квалификации).
• Портативные электронные устройства.

Предназначен для обычного электронного оборудования. Для применений, требующих исключительной надежности, где отказ может поставить под угрозу безопасность (авиация, медицина, системы безопасности на транспорте), обязательны специальные консультации и квалификация.

8.2 Соображения по проектированию схем

• Ограничение тока: ВСЕГДА используйте последовательный токоограничивающий резистор или специальную схему драйвера светодиодов с постоянным током. Его значение рассчитывается по закону Ома: R = (V_supply - V_F) / I_F. Используйте максимальное значение V_F из технического описания (2.40V), чтобы гарантировать, что ток не превысит пределов даже для компонента с низким V_F .
• Параллельное подключение: Избегайте прямого параллельного подключения светодиодов. Незначительные различия в V_F могут вызвать дисбаланс тока, при котором один светодиод забирает большую часть тока и выходит из строя преждевременно. Используйте отдельные токоограничивающие резисторы для каждого светодиода или многоканальный драйвер постоянного тока.
• Последовательное подключение: Последовательное подключение светодиодов обеспечивает одинаковый ток через каждый прибор, что предпочтительно для равномерной яркости. Убедитесь, что напряжение питания достаточно для суммы всех падений напряжения V_F плюс запас для стабилизатора тока.
• Тепловой менеджмент: Для непрерывной работы при высоких токах или в условиях повышенной температуры окружающей среды следует учитывать разводку печатной платы. Наличие небольшой медной площадки под тепловым контактом светодиода (при его наличии) или подключение катодных контактов к более обширной медной плоскости способствует отводу тепла.
• Защита от обратного напряжения: Хотя светодиод может выдерживать обратное напряжение до 5 В, в цепях, где возможна обратная полярность (например, в модулях, устанавливаемых пользователем), рекомендуется предусмотреть защиту, такую как последовательный диод или шунтирующий диод, подключенный параллельно светодиоду.

9. Technical Comparison & Differentiation

По сравнению с более старыми светодиодными технологиями, такими как стандартные зеленые светодиоды на основе GaP (фосфида галлия), данное устройство на основе AlInGaP предлагает значительные преимущества:

• Более высокая яркость: Материал AlInGaP обеспечивает существенно более высокую световую отдачу, что приводит к большему световому потоку при том же входном токе.
• Лучшая чистота цвета: Спектральная полуширина относительно узкая (типично 15 нм), что обеспечивает более насыщенный и чистый зеленый цвет по сравнению с альтернативами с более широким спектром.
• Совместимость с современными технологическими процессами: Упаковка и материалы специально разработаны для совместимости с бессвинцовыми высокотемпературными процессами инфракрасной оплавления, что крайне важно для современного производства, соответствующего директиве RoHS.
• Стандартизация: Корпус стандарта EIA и формат поставки на катушке обеспечивают беспроблемную интеграцию в автоматизированные сборочные линии, сокращая время настройки и ошибки установки по сравнению с нестандартными или компонентами, поставляемыми насыпью.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

10.1 В чем разница между Пиковой длиной волны и Доминирующей длиной волны?

Пиковая длина волны (λ_P) это физическая длина волны, на которой светодиод излучает максимальную оптическую мощность. Доминирующая длина волны (λ_d) это перцептивное цветовое соответствие — та единственная длина волны, которую человеческий глаз воспринимает как тот же цвет, что и смешанное излучение светодиода. Для монохроматических светодиодов, таких как этот зелёный, они часто близки, но λ_d является ключевым параметром для спецификации цвета при проектировании.

10.2 Могу ли я питать этот светодиод без токоограничивающего резистора, если напряжение моего источника питания составляет ровно 2.0В?

Нет, это не рекомендуется и сопряжено с риском. Прямое напряжение (V_F) варьируется от 1.80В до 2.40В. Если у вас источник питания 2.0В и светодиод с V_F 1.85В, небольшая разница в 0.15В вызовет протекание большого, неконтролируемого тока (ограниченного только динамическим сопротивлением светодиода и паразитным сопротивлением цепи), который, вероятно, превысит максимальный ток и повредит светодиод. Всегда используйте механизм ограничения тока.

10.3 Почему существует система бининга, и какой бин мне следует выбрать?

Производственные отклонения вызывают незначительные различия в цвете и яркости. Биннинг сортирует светодиоды на группы для обеспечения однородности. Выбирайте бин в зависимости от вашего применения:

• Для одиночных индикаторов обычно подходит любой бин.
• Для нескольких светодиодов, которые должны выглядеть одинаково (например, ряд индикаторов состояния), указывайте одинаковый бин по интенсивности и длине волны (например, все "QD"), чтобы обеспечить визуальную однородность.
• Для получения максимальной яркости укажите группу с наивысшей интенсивностью (R). Для получения определённого оттенка зелёного укажите соответствующую группу длины волны (C, D или E).

10.4 В техническом описании указана рассеиваемая мощность 75 мВт. Как это рассчитать?

Рассеиваемая мощность (P_d) в светодиоде рассчитывается в основном как: P_d ≈ V_F * I_F. Например, при максимальном непрерывном токе (I_F = 30мА) и типичное V_F 2,1В, P_d = 0,030А * 2,1В = 63мВт, что ниже максимальных 75мВт. Всегда используйте максимальное V_F для расчёта наихудшего случая: 0,030А * 2,40В = 72мВт. Это оставляет небольшой запас прочности. Убедитесь, что ваши рабочие условия, включая температуру окружающей среды, допускают такую рассеиваемую мощность без перегрева.

11. Practical Design & Usage Examples

11.1 Пример 1: Простая индикаторная схема на 5 В

Цель: Питание одного светодиода от источника постоянного тока 5 В при I_F = 20 мА. Расчет: Предположим наихудший случай V_F = 2.40 В._R = 5 В - 2.40 В = 2.60 В._R / I_F = 2.60 В / 0.020 А = 130 Ом. Выбор компонентов: Выберите ближайшее стандартное значение резистора, например, 130 Ом или 150 Ом. Резистор 150 Ом обеспечит ток I_F ≈ (5В - 2.40В)/150 Ом = 17.3 мА, что безопасно и обеспечивает достаточную яркость. Допустимая мощность резистора: P_{резистор} = I² * R = (0.020)² * 150 = 0.06 Вт. Стандартного резистора на 1/8 Вт (0.125 Вт) или 1/4 Вт более чем достаточно.

11.2 Пример 2: Управление несколькими светодиодами от источника питания 12V

Цель: Питание трёх светодиодов, соединённых последовательно, от источника 12 В при токе I_F = 20 мА. Расчет: Общее падение напряжения на светодиодах V_F (наихудший случай, максимум): 3 * 2.40V = 7.20V._R = 12V - 7.20V = 4.80V. Преимущество: Последовательное соединение гарантирует одинаковый ток через все три светодиода, обеспечивая равномерную яркость даже если их V_F значения различаются. Требуется только один токоограничивающий резистор, что повышает эффективность по сравнению с тремя отдельными резисторами.

12. Введение в технологии

12.1 Принцип работы полупроводника AlInGaP

AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) — это полупроводниковый материал из группы соединений III–V, используемый в основном для светодиодов высокой яркости красного, оранжевого, жёлтого и зелёного свечения. Путем точной регулировки соотношения алюминия, индия, галлия и фосфора в кристаллической решётке в процессе эпитаксиального роста инженеры могут «настраивать» ширину запрещённой зоны материала. Энергия запрещённой зоны определяет длину волны (цвет) света, излучаемого при рекомбинации электронов и дырок в p-n-переходе. По сравнению с более старыми материалами, AlInGaP обеспечивает более высокую квантовую эффективность и термическую стабильность для цветов в спектре от жёлтого до красного, что приводит к созданию более ярких и надёжных устройств. Зелёное свечение в данном конкретном случае достигается за счёт смещения состава в сторону более высокой энергии запрещённой зоны.

13. Тенденции в отрасли

13.1 Эволюция индикаторных светодиодов

Тенденция в SMD индикаторных светодиодах продолжает двигаться в направлении:

• Повышение эффективности: Разработка новых полупроводниковых материалов и структур чипов (таких как flip-chip designs) для получения большего количества люменов на ватт, что снижает энергопотребление при заданной яркости.
• Миниатюризация: Компоненты становятся меньше (например, метрические размеры 0402, 0201) для экономии ценного места на печатной плате во всё более компактных устройствах, таких как носимые гаджеты и ультратонкие смартфоны.
• Enhanced Reliability & Robustness: Улучшенные материалы и процессы корпусирования для выдерживания более высоких температур оплавления, суровых условий окружающей среды и обеспечения лучшей влагостойкости.
• Интегрированные решения: Развитие светодиодов со встроенными токоограничивающими резисторами или микросхемами драйверов ("драйверы в корпусе") для упрощения схемотехники и сокращения количества компонентов.
• Расширение цветового охвата: Продолжающиеся исследования материалов, таких как нитрид галлия (GaN) на различных подложках, и технологии квантовых точек для достижения более чистых и насыщенных зеленых и голубых цветов, что ценно для полноцветных дисплеев и систем освещения.

Устройства, подобные описанному здесь, с их соответствием директиве RoHS, совместимостью с оплавлением и высокой яркостью, представляют собой современный стандарт для применения в качестве универсальных индикаторов.