Техническая спецификация белого светодиода LTW-008ZDCG - InGaN белый - 20мА - 3.6В - 120мВт

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны технические характеристики высокоэффективного белого светоизлучающего диода (СИД), предназначенного для применения в технологии поверхностного монтажа (SMT). Устройство использует полупроводниковый материал нитрида индия-галлия (InGaN) для получения белого света, который фильтруется через желтую линзу. Светодиоды поставляются на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что обеспечивает полную совместимость с автоматическим оборудованием для установки компонентов. Продукт классифицируется как "зеленый" и соответствует директиве RoHS, что означает отсутствие свинца. Основное назначение - приложения, требующие надежного и стабильного белого освещения в компактном форм-факторе.

2. Глубокий анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность (Pd):120 мВт. Это максимальное количество мощности, которое корпус светодиода может рассеять в виде тепла, не превышая его тепловых пределов.
• Пиковый прямой ток (I_FP):100 мА. Это максимально допустимый мгновенный прямой ток, обычно указываемый для импульсных условий (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для предотвращения перегрева.
• Постоянный прямой ток (I_F):30 мА. Это максимальный рекомендуемый постоянный прямой ток для надежной долгосрочной работы.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Приложение обратного напряжения, превышающего это значение, может вызвать пробой и повредить светодиодный переход. Работа при постоянном обратном напряжении запрещена.
• Диапазон рабочих температур (T_opr):от -30°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором светодиод предназначен для корректной работы.
• Диапазон температур хранения (T_stg):от -40°C до +100°C. Диапазон температур для хранения в нерабочем состоянии.
• Условия пайки оплавлением:Выдерживает 260°C в течение 10 секунд, что соответствует типичным профилям бессвинцовой пайки оплавлением (например, J-STD-020D).

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измеряются при стандартных условиях испытаний: Ta=25°C и I_F= 20 мА, если не указано иное.

• Сила света (I_V):Диапазон от минимального значения 860 мкд до типичного 1720 мкд. Это измеряет воспринимаемую мощность света, излучаемого в определенном направлении. Фактическое значение сортируется (см. раздел 3). Измерение следует кривой чувствительности глаза CIE.
• Угол обзора (2θ_1/2):110 градусов. Это полный угол, при котором сила света падает до половины своего максимального значения (на оси). Указывает на относительно широкую диаграмму направленности.
• Цветовые координаты (x, y):Типичные значения на диаграмме цветности CIE 1931: x=0.295, y=0.280, определяющие белую точку цвета. К этим координатам применяется допуск ±0.01.
• Прямое напряжение (V_F):Диапазон от 2.9В до 3.6В при 20мА. Это падение напряжения на светодиоде при работе. Фактические значения сортируются (см. раздел 3).
• Стойкость к ЭСР:2000В (модель человеческого тела, HBM). Определяет чувствительность устройства к электростатическому разряду, указывая на стандартный уровень защиты. Настоятельно рекомендуется обращаться с соблюдением мер предосторожности от ЭСР (браслеты, заземленное оборудование).

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения постоянства цвета и производительности при производстве светодиоды сортируются по ключевым параметрам.

3.1 Сортировка по прямому напряжению (V_F)

Светодиоды классифицируются по группам (V0-V6) в зависимости от их прямого напряжения при I_F= 20 мА. Каждая группа имеет диапазон 0.1В, от V0 (2.9-3.0В) до V6 (3.5-3.6В). Внутри каждой группы применяется допуск ±0.10В. Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды с близко совпадающими падениями напряжения для схем с параллельным включением и равномерным распределением тока.

3.2 Сортировка по силе света (I_V)

Светодиоды сортируются (S, T, A, B, C, D) в соответствии с их силой света при I_F= 20 мА. Группы варьируются от S (860-1000 мкд) до D (1580-1720 мкд). Для каждой группы указан допуск ±10%. Это позволяет выбирать светодиоды для приложений, требующих определенных уровней яркости или однородности между несколькими светодиодами.

3.3 Сортировка по цветовым координатам (Цветовые ранги)

В документе представлена подробная таблица цветовых рангов (например, A52, A53, BE1, BG3), определяющая конкретные четырехугольники или треугольники на диаграмме цветности CIE 1931. Каждый "ранг" определяет допустимые границы координат (x, y) для белого светового потока. Такая точная сортировка критически важна для приложений, где первостепенное значение имеет постоянство цвета, например, для подсветки или вывесок. Допуск измерения для этих координат составляет ±0.01.

4. Анализ характеристических кривых

4.1 Относительная интенсивность в зависимости от длины волны

Рисунок 1 в спецификации показывает спектральное распределение мощности (СРМ) излучаемого света. Для белого светодиода на основе синего чипа InGaN с желтым люминофором кривая обычно показывает доминирующий пик в синей области (около 450-460 нм) от чипа и более широкий пик или горб в желто-зеленой области (около 550-600 нм), генерируемый люминофором. Комбинация этих спектров приводит к восприятию белого света. Полная ширина кривой охватывает примерно от 400 нм до 750 нм, покрывая видимый спектр.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры и допуски

Светодиод соответствует стандартному контуру SMD-корпуса EIA. Все критические размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.05 мм, если не указано иное. Ключевые механические определения включают:

• Расстояние A:Вертикальное расстояние между нижней частью контактной площадки и отражателем. Минимум 0.05 мм.
• Допуск B:Допуск совмещения между левой и правой контактными площадками. Максимум 0.03 мм.
• Расстояние C:Боковое расстояние между контактной площадкой и стенкой отражателя. Минимум 0.05 мм.

Эти размеры имеют решающее значение для проектирования контактных площадок на печатной плате и обеспечения правильного формирования паяного соединения и вывода света.

5.2 Размеры упаковки на ленте и катушке

Подробные чертежи определяют размеры несущей ленты (размер гнезда, шаг и т.д.) и размеры катушки (диаметр 7 дюймов). Упаковка соответствует спецификации EIA-481-1-B. Ключевые примечания включают: 2000 штук на катушке, допускается максимум два последовательно отсутствующих компонента, указаны длины начальной и конечной ленты (минимум 20 см в начале, 50 см в конце).

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль оплавления припоя

Светодиод совместим с процессами пайки оплавлением инфракрасным (ИК) излучением и в паровой фазе. Рекомендуется использовать профиль бессвинцовой пайки оплавлением, соответствующий J-STD-020D. Критическим параметром является способность устройства выдерживать пиковую температуру 260°C в течение 10 секунд. Соблюдение рекомендуемых скоростей нагрева, выдержки и охлаждения необходимо для предотвращения теплового удара и обеспечения надежных паяных соединений.

6.2 Очистка

Если необходима очистка после пайки, следует использовать только определенные химические вещества, чтобы избежать повреждения корпуса светодиода. В спецификации рекомендуется погружение в этиловый или изопропиловый спирт при нормальной температуре на время менее одной минуты. Использование неуказанных химических жидкостей запрещено.

6.3 Хранение и чувствительность к влажности

Продукт имеет уровень чувствительности к влажности (MSL) 3 согласно JEDEC J-STD-020.

• Запечатанная упаковка:Хранить при ≤30°C и ≤90% относительной влажности. Срок годности составляет один год при хранении в оригинальной влагозащищенной упаковке с осушителем.
• Вскрытая упаковка:Хранить при ≤30°C и ≤60% относительной влажности. Компоненты должны быть припаяны в течение 168 часов (7 дней) после вскрытия упаковки и воздействия окружающей среды.
• Прогрев (сушка):Если индикаторная карта влажности стала розовой (указывает на >10% относительной влажности) или срок хранения 168 часов превышен, рекомендуется прогрев при 60°C в течение не менее 48 часов перед повторной герметизацией или использованием.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Этот белый SMD светодиод подходит для широкого спектра применений, требующих компактного и эффективного белого освещения, включая, но не ограничиваясь:

• Индикаторы состояния и подсветка в потребительской электронике (например, бытовая техника, аудиооборудование).
• Панельные индикаторы и подсветка переключателей в промышленных системах управления.
• Общее освещение в портативных устройствах.
• Декоративное освещение и вывески.

Важное примечание:В спецификации прямо указано, что эти светодиоды предназначены для обычного электронного оборудования. Для применений с особыми требованиями к надежности или там, где отказ может угрожать жизни или здоровью (авиация, медицинские приборы, системы безопасности), перед использованием необходимо проконсультироваться с производителем.

7.2 Вопросы проектирования

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор или схему драйвера постоянного тока. Не подключайте напрямую к источнику напряжения. Работайте при рекомендуемом постоянном прямом токе 30 мА или ниже.
• Тепловой менеджмент:Убедитесь, что печатная плата обеспечивает адекватный отвод тепла, особенно при работе на высоких токах или в условиях высокой температуры окружающей среды, чтобы оставаться в пределах лимита рассеиваемой мощности 120 мВт.
• Защита от ЭСР:Применяйте стандартные процедуры обращения с ЭСР во время сборки. Рассмотрите возможность добавления диодов подавления переходных напряжений (TVS) или другой защиты на печатной плате, если светодиод находится в открытом месте.
• Оптическое проектирование:Угол обзора 110° обеспечивает широкий луч. Для более сфокусированного света могут потребоваться вторичная оптика (линзы).

8. Техническое сравнение и отличия

Хотя прямое сравнение с другими моделями в данной спецификации не приводится, ключевые отличительные особенности этого светодиода можно выделить:

• Широкий угол обзора (110°):Обеспечивает более широкое освещение по сравнению со светодиодами с узким углом обзора, подходит для освещения площадей, а не точечного освещения.
• Детальная сортировка:Расширенная сортировка по V_F, I_V и цветовым координатам обеспечивает высокую однородность для приложений, требующих согласованной работы нескольких устройств.
• Надежная упаковка:Совместимость с автоматической установкой и стандартными профилями бессвинцовой пайки оплавлением (пик 260°C) облегчает крупносерийное и надежное производство.
• Технология InGaN:Обеспечивает эффективное генерирование белого света, характерное для современных конструкций высокоэффективных светодиодов.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 В чем разница между пиковым прямым током (100мА) и постоянным прямым током (30мА)?

Постоянный прямой ток (30мА) - это максимальный ток для непрерывной, установившейся работы. Пиковый прямой ток (100мА) - это гораздо более высокий ток, который светодиод может выдерживать только в течение очень коротких импульсов (длительность 0.1 мс) при низкой скважности (10%). Это полезно для таких применений, как мультиплексирование или ШИМ-диммирование, где кратковременные импульсы высокого тока обеспечивают более высокую мгновенную яркость без перегрева светодиода. Постоянное превышение номинального постоянного тока вызовет чрезмерный нагрев и быстрое ухудшение характеристик.

9.2 Как интерпретировать цветовые координаты (x=0.295, y=0.280)?

Эти координаты отображают цвет белого света на диаграмме цветности CIE 1931. Эта конкретная точка обычно соответствует "холодному белому" или "дневному белому" цвету с цветовой температурой в диапазоне 6000K-7000K. Допуск ±0.01 определяет небольшую область на диаграмме, в пределах которой должен находиться цвет любого отдельного светодиода из этой партии, обеспечивая однородность цвета.

9.3 Почему условия хранения такие строгие (MSL 3)? Что произойдет, если превысить срок хранения 168 часов?

Корпуса SMD-компонентов могут поглощать влагу из воздуха. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро превратиться в пар, вызывая внутреннее расслоение, растрескивание или "вздутие" пластикового корпуса (эффект "попкорна"), что может разрушить светодиод. MSL 3 и лимит 168 часов определяют безопасное время воздействия для конкретной скорости поглощения влаги данным корпусом. Если лимит превышен, прогрев (60°C в течение 48 часов) удаляет поглощенную влагу, возвращая компонент в сухое состояние, пригодное для пайки оплавлением.

10. Пример проектирования и использования

10.1 Проектирование панели индикаторов состояния

Сценарий:Проектирование панели управления с 10 однородными белыми светодиодными индикаторами состояния.

Шаги проектирования:

1. Установка тока:Выберите рабочую точку, например, I_F= 20 мА, для надежной работы и прямого использования данных сортировки из спецификации.
2. Расчет напряжения:Предположим, источник питания 5В (V_CC). Выберите светодиоды из одной группы V_F, например, V3 (3.2-3.3В). Используйте типичное значение (3.25В) для расчета. Требуемый последовательный резистор R = (V_CC- V_F) / I_F= (5 - 3.25) / 0.020 = 87.5 Ом. Можно использовать стандартный резистор 91 Ом или 82 Ом, слегка скорректировав ток.
3. Однородность яркости:Укажите светодиоды из одной группы I_V (например, группа C: 1440-1580 мкд), чтобы обеспечить одинаковую воспринимаемую яркость всех индикаторов.
4. Однородность цвета:Укажите светодиоды одного цветового ранга (например, A63), чтобы гарантировать, что все индикаторы излучают одинаковый оттенок белого, что критически важно для эстетической согласованности.
5. Разводка печатной платы:Следуйте рекомендуемым размерам контактных площадок из спецификации. Убедитесь, что конструкция площадок соблюдает минимальные расстояния (A, C) до корпуса/отражателя светодиода, чтобы предотвратить короткое замыкание и обеспечить правильное формирование паяного соединения.
6. Сборка:Используйте рекомендуемый профиль ИК-оплавления. Храните светодиоды в запечатанных пакетах до готовности к сборке. Если пакет вскрыт, завершите пайку всех 10 светодиодов в течение 168 часов.

11. Введение в принцип работы

Этот белый светодиод работает на принципе электролюминесценции в полупроводнике. Основой является чип из нитрида индия-галлия (InGaN), который излучает синий свет при рекомбинации электронов и дырок через его запрещенную зону при приложении прямого напряжения (обычно 2.9-3.6В). Для получения белого света чип, излучающий синий свет, покрывается слоем люминофора на основе алюмоиттриевого граната, легированного церием (YAG:Ce). Часть высокоэнергетических синих фотонов от чипа поглощается люминофором, который затем переизлучает свет с более низкой энергией (желтый) в процессе фотолюминесценции. Оставшийся непоглощенный синий свет смешивается с излучаемым желтым светом, и человеческий глаз воспринимает эту комбинацию как белый. Желтая линза дополнительно рассеивает и формирует окончательный световой поток.

12. Технологические тренды

Технология, описанная в данной спецификации, представляет собой зрелый и широко применяемый подход к генерации белого света с помощью светодиодов. Ключевые текущие тренды в более широкой светодиодной отрасли, связанные с такими компонентами, включают:

• Повышение эффективности (лм/Вт):Постоянное совершенствование конструкции чипов InGaN, эффективности люминофоров и архитектуры корпусов приводит к более высокой световой отдаче, что означает больше светового потока при той же потребляемой электрической мощности.
• Улучшение качества цвета:Разработка смесей из нескольких люминофоров (например, с добавлением красного люминофора) для повышения индекса цветопередачи (CRI), обеспечивая более точное и приятное воспроизведение цвета под светодиодным освещением.
• Миниатюризация:Стремление к уменьшению размеров устройств в потребительской электронике стимулирует создание светодиодов в еще более компактных корпусах при сохранении или увеличении светового потока.
• Повышенная надежность и срок службы:Достижения в области материалов (эпоксидные смолы, люминофоры, подложки) и конструкций теплового менеджмента увеличивают рабочий срок службы светодиодов (L70, L90), снижая долгосрочные затраты на обслуживание.
• Умное и сетевое освещение:Хотя это базовый компонент, экосистема движется в сторону светодиодов, которые являются неотъемлемой частью интеллектуальных систем, часто требующих совместимых драйверов для диммирования, настройки цвета и подключения.