Светодиодные устройства для поверхностного монтажа | Полное руководство по технологиям отображения

Светодиод SMD имеет внешние контакты для пайки, которые крепятся к поверхности печатной платы. Полупроводниковый кристалл размещается внутри корпуса; обычно это не просто чип, установленный непосредственно на плату дисплея.

SMD и сквозной монтаж описывают разные способы установки. В светодиодах со сквозным монтажом выводы вставляются через отверстия в печатной плате. В SMD-корпусах используются контактные площадки, а также поддерживается автоматическая установка и пайка оплавлением. Ни один из этих способов монтажа сам по себе не гарантирует более высокую эффективность, более длительный срок службы или лучшее рассеивание тепла.

Корпус объединяет светоизлучающий кристалл, электрические соединения, опорную конструкцию и оптическую защиту. Ниже описаны распространенные конструкции; в керамических, микросхемных и перевернутых кристаллах могут использоваться другие материалы или отсутствовать отдельные элементы.

Полупроводниковый кристалл излучает свет при прохождении тока через его переход. К распространенным материальным системам относятся:

• Нитрид индия-галлия (InGaN): Используется для многих источников синего и зеленого света. Для белого света обычно требуется преобразование длины волны или смешивание цветов.
• Фосфид алюминия, галлия и индия (AlInGaP): Используется для многих красных, янтарных и желтых излучателей.

В качестве конкретного примера синего цвета, в техническом описании микросхемы APG1608QBC/G компании Kingbright указан источник InGaN.

Во многих корпусах используется металлическая выводная рамка; в других — другая подложка. Её функции включают в себя:

• Обеспечение электрических соединений между кристаллом и внешними контактами.
• Обеспечение пути передачи тепла к паяным соединениям и печатной плате, иногда через специальную термопрокладку.

Фактический путь теплопередачи зависит от конструкции корпуса.

В корпусах с проволочным соединением используются тонкие проволоки для подключения контактов кристалла к выводам корпуса. Золото — один из возможных материалов, но не обязательное требование. В некоторых конструкциях с перевернутым кристаллом проволочные соединения отсутствуют: в примечании к применению OSRAM OSLON PURE 1010 описан пример без проволочного соединения.

Силиконовая инкапсуляция может защитить кристалл и помочь контролировать распределение света. В корпусах могут использоваться куполообразная, плоская, эпоксидная или другая оптическая структура. Силикон не застрахован от повреждений или старения: следуйте рекомендациям производителя по обращению, очистке, температуре и совместимости материалов.

Многие белые светодиоды сочетают синий излучатель с люминофорами, которые преобразуют часть света в более длинные волны. Полученный в результате спектр выглядит белым; выбор люминофора влияет на цветовую температуру и цветопередачу. RGB-светодиоды также могут смешивать цвета для получения белого, как объясняется в разделе « Основы светодиодов» Министерства энергетики США.

Приведенная ниже технологическая схема сравнивает отдельно упакованные SMD-эмиттеры, припаянные к печатной плате дисплея, с COB-кристаллами, собранными непосредственно на общей подложке. Это упрощенная иллюстрация; не во всех конструкциях используются соединительные провода.

Упаковка SMD-компонентов обеспечивает компактную сборку и повторяемость производственных процессов. Преимущества зависят от выбранного компонента, печатной платы, драйвера, оптики и условий эксплуатации.

Поверхностный монтаж поддерживает установку компонентов и пайку оплавлением. Он может сократить объем ручной сборки, но не приводит к автоматическому уменьшению количества компонентов схемы. Драйверы, ограничение тока, защита и тепловая схема по-прежнему должны соответствовать требованиям конкретного применения.

Небольшие корпуса позволяют размещать излучатели на близком расстоянии друг от друга. В дисплеях прямого обзора разрешение зависит от шага пикселя и размеров экрана, а не просто от маркировки корпуса. Шаг пикселя — это расстояние между центрами соседних пикселей; он отличается от физической ширины корпуса светодиода.

Линза или защитный слой предохраняют внутренние компоненты и формируют выходной сигнал, но не могут предотвратить все физические повреждения. На приведенной ниже схеме показан белый светодиод с чипом, люминофором, соединительным проводом, оптическим покрытием, тепловой структурой и печатной платой. Она представляет собой одну из конструкций, а не все SMD-светодиоды.

Угол обзора варьируется в зависимости от компонента и используемых производителем определений измерений. Например, компания Kingbright указывает полный угол обзора в 130 градусов при половинной интенсивности для APG1608QBC/G . Кривая угловой интенсивности компонента не гарантирует равномерного цвета по всей поверхности дисплея, и в этом случае могут потребоваться рассеиватели или вторичная оптика.

В многокристальных корпусах могут содержаться RGB-излучатели, несколько белых излучателей или другие их комбинации. Примером трехцветного SMD-чипа является CLY6D-FKC от Cree LED , предназначенного для полноцветной рекламы. На иллюстрации ниже сравнивается COB-источник света с платой, содержащей несколько отдельных SMD-излучателей; на ней не показано несколько чипов внутри одного SMD-корпуса.

Светодиоды излучают свет без движущихся частей, но паяные соединения, герметики и внутренние контакты все же могут быть повреждены ударами, изгибом платы или термическими циклами. Надежность требует надлежащих условий сборки и эксплуатации.

Контекст приведенного ниже графика: он сравнивает форматы мобильной рекламы, а не компоненты SMD: печатные панели на грузовиках, цифровые светодиодные грузовики или прицепы, буксируемые рекламные щиты, дисплеи на велосипедах/рюкзаках и оклеенные автомобили. Цифровой контент можно изменять электронным способом; печатная графика требует физической замены. Указанные показатели видимости, стоимости и налоговая декларация являются общими утверждениями, а не проверенными техническими характеристиками или ценами на экраны SMD.

Выберите излучатель, соответствующий поставленной задаче. Индикатор, белая подсветка, пиксель RGB-дисплея и инфракрасный источник — это разные устройства, даже если каждое из них предназначено для поверхностного монтажа.

Смартфоны:

• Индикаторы состояния в моделях, которые их включают.
• Вспышка фотоаппарата или фонарик.
• Подсветка на моделях с ЖК-экранами; OLED-экраны не нуждаются в светодиодной подсветке.

Телевизоры и мониторы: ЖК-дисплеи со светодиодной подсветкой, включая многие модели QLED, используют светодиоды в качестве источника света за ЖК-экраном. Это отличает их от видеостен со светодиодной подсветкой прямого обзора.

носимых:

• Индикаторы.
• Подсветка там, где это необходимо в конструкции ЖК-дисплея.
• Излучатели для отдельных оптических функций в фитнес-трекерах.

В играх: RGB-подсветка может появляться в:

• Клавиатуры.
• Мышей.
• Консоли.
• Компоненты ПК.

Садоводство: Производители предлагают спектральные варианты для различных применений в растениеводстве; ассортимент продукции Lumileds для садоводства включает в себя специально разработанные комплекты.

Медицинское оборудование: Специализированные излучатели могут использоваться в:

• Хирургическое освещение.
• Смотровые лампы.
• Специально разработанное оборудование для фототерапии.

УФ-отверждение: Подходящие источники ультрафиолетового излучения могут отверждать совместимые вещества:

• Чернила.
• Смолы.
• Клеи.

Применение инфракрасного излучения:

• Подсветка камеры.
• Сигнализация с дистанционным управлением.

Длина волны, выходная мощность и требования к устройству зависят от конкретного применения; обычные светодиоды RGB для дисплеев не являются заменой. В обзоре специализированных продуктов Lumileds выделены вспышки для камер, дисплеи, ИК- и УФ-излучатели.

Коды размеров SMD-светодиодов являются полезными подсказками, но они не представляют собой полную спецификацию.

Во многих корпусах светодиодных ламп номинальные размеры указываются в десятых долях миллиметра. В других семействах используются коды, основанные на дюймах. Всегда проверяйте чертеж корпуса и рекомендуемую схему расположения контактных площадок; совпадение внешних размеров не гарантирует совместимость посадочного места или полярности.

Примерами распространенных метрик являются:

• 3528: Приблизительно 3.5 × 2.8 мм.
• 5050: Приблизительно 5.0 × 5.0 мм.
• 2016: Приблизительно 2.0 × 1.6 мм.

Для сравнения, корпус 0603, обозначенный в дюймовом формате, имеет приблизительные размеры 1.6 × 0.8 мм, как показано в ассортименте Kingbright 0603. Не следует воспринимать это как 0.6 × 0.3 мм без проверки системы наименования.

Категории частично совпадают: корпус с верхним излучением может также быть мощным или содержать несколько кристаллов. Направление излучения, материал корпуса, размеры и электрические характеристики описывают различные свойства. COB приведен ниже для сравнения с корпусированными SMD-устройствами.

Стандартные светодиоды с верхним излучением отводят свет от платы. В некоторых используется пластиковый выводной корпус (PLCC); в других — кристаллическая или керамическая конструкция. Возможна плоская оптическая поверхность, поэтому видимый купол не требуется для того, чтобы компонент считался SMD-светодиодом.

«Вид сверху» описывает основное направление излучения относительно печатной платы. Используйте диаграмму направленности излучения, указанную в техническом описании, для оценки углового излучения, а не предполагайте, что все корпуса с видом сверху дают одинаковый луч.

Типичные размеры и области применения:

• 0201 / 0402 / 0603: Небольшие семейства индикаторов; уточните, использует ли поставщик коды, основанные на дюймах.
• 0805 / 1206: Более крупные индикаторы в виде микросхем, с которыми проще работать во время прототипирования.
• 3528: Используется в индикаторных и осветительных приборах; номинальные характеристики могут различаться.
• 5050: Может быть RGB или белым. Lumileds' LUXEON 5050 Это семейство продуктов с белым светом, поэтому код не означает «три RGB-чипа».
• 5630: Площадь осветительного прибора; сравните фактическую мощность и номинальный ток.
• 5730: Ещё один след, не доказательство большей эффективности, чем у 5630.

На сохранившемся изображении обозначены пакеты 2835, 5730, 3030, 3535 и 5050; это не масштабный чертеж и не рейтинг характеристик.

Светодиоды с боковым излучением направляют свой основной свет приблизительно параллельно печатной плате, а не перпендикулярно ей. Их оптическая геометрия подходит для краевого освещения и сборок с ограниченными ресурсами. Внешний корпус не определяет точную ориентацию внутреннего кристалла.

Направление света:

• Вдоль плоскости доски, примерно под углом 90 градусов к ее нормали.
• Полезен для ввода света в световод с торцевой подсветкой.

Размеры и типы:

• Размеры и коды деталей могут различаться. Серия QBLP615 от QT Brightek Это один из задокументированных примеров вида сбоку.

Приложения включают в себя:

• Совместимые конструкции подсветки ЖК-дисплеев.
• Подсветка калькулятора.
• Индикаторы на приборной панели или световоды.
• Другая компактная электроника.

Боковые излучения не означают высокую мощность и не требуют печатной платы с металлическим сердечником. Выбирайте плату и радиатор, исходя из рассеиваемой мощности, теплового сопротивления, температуры окружающей среды и тока. Для более мощных конструкций необходима оценка тепловых характеристик независимо от направления излучения.

Направление света: Многие мощные устройства излучают свет вверх; вторичная оптика является необязательной и зависит от области применения.

Упакованные SMD-светодиоды

• Может содержать один или несколько кристаллов и специальную термопрокладку.
• Коды корпусов не определяют класс мощности: семейства 2835 и 3030 также включают устройства средней мощности.
• Подходящие модели используются в светильниках и автомобильном освещении.

COB (чип на плате)

• Несколько кристаллов собраны на общей подложке.
• Белые светодиодные модули COB часто имеют общую излучающую область, покрытую люминофором; модули COB для дисплеев — это разные продукты.
• Оптическая и тепловая конструкция определяют полезный луч и выходную мощность.

МКОБ

• Поставщики используют этот термин для обозначения многочиповых или многоканальных схем COB.
• Это не является стандартизированной гарантией снижения температуры или уменьшения бликов.
• Сравните фактическую конструкцию, тепловые данные и фотометрические параметры.

Сводная таблица для быстрого сравнения

Приведенная таблица поясняет приведенную ниже иллюстрацию. Ее категории частично совпадают; размер упаковки сам по себе не определяет мощность или качество.

Выбирайте светодиод для поверхностного монтажа, руководствуясь его техническими характеристиками и условиями эксплуатации. Для получения полной картины также оцените модуль, драйвер, корпус и качество изображения:

• Световой поток: Сравнивайте интенсивность в канделах или световой поток в люменах при одинаковой силе тока и температуре. Отображение яркости в кд/м² — это измерение на системном уровне.
• Угол обзора: Проверьте кривые интенсивности и согласованность цветопередачи экрана в требуемых точках.
• Цвет: Укажите длины волн RGB или, для белого освещения, цветовую температуру и требования к цветопередаче.
• Footprint: Проверьте размеры, полярность, расположение контактных площадок и шаг пикселей для дисплеев.
• Электрические и тепловые пределы: Проверьте прямое напряжение, ток возбуждения, коэффициент заполнения импульса и охлаждение. Рекомендации Cree LED по управлению тепловым режимом объясняет путь распространения тепла от места соединения до окружающей среды.

EagerLED Мы поставляем светодиодные дисплеи; выбор готового экрана отличается от покупки отдельных светодиодных блоков. Для составления предложения по установке укажите размеры экрана, назначение (внутри или снаружи помещения), расстояние до экрана, доступ для обслуживания и требования к контенту. Перед заказом сравните образец модуля и его характеристики. Руководство по сравнению SMD и COB дисплеев В документе описываются варианты комплектации видеостен.

Корпусирование SMD широко используется в дисплеях, поскольку оно поддерживает компактные пиксели RGB и автоматизированную сборку. Однако это не обеспечивает повсеместного лидерства на рынке. COB и другие подходы также подходят для применения в дисплеях; правильный выбор зависит от шага пикселя, условий эксплуатации, обращения и технического обслуживания.

В цветовом пакете RGB три цвета расположены близко друг к другу, но равномерность цветопередачи определяется калибровкой, биннингом, настройками драйвера и оптической схемой. Оцените экран под предполагаемыми углами обзора. Указанный максимальный угол обзора не гарантирует неизменной яркости и цветопередачи во всем диапазоне.

Автоматизированная установка компонентов обеспечивает повторяемость производства, но качество сборки по-прежнему имеет значение. «Без свинца» означает состав материала, а не отсутствие электрических выводов или устойчивость к вибрации. В рекомендациях Kingbright по применению SMD-компонентов рассматриваются меры предосторожности при работе с влагой, пайке, механических нагрузках и электростатическом разряде.

Размеры корпуса влияют на конструкцию, но глубина корпуса, система охлаждения, блоки питания и доступ для обслуживания определяют толщину и вес конечного экрана. Телевизор с ЖК-дисплеем и светодиодный RGB-вывеска с прямой подсветкой не должны рассматриваться как одна и та же архитектура дисплея.

Обозначение SMD указывает способ монтажа светодиодного корпуса; в техническом описании указано, для чего он предназначен.

Подберите размеры, оптическую мощность, условия эксплуатации и тепловые требования в соответствии с требованиями конкретного применения. При выборе рекламных светодиодных экранов оцените весь модуль и корпус, а также сам светодиодный блок. Подтвердите технические характеристики у поставщика и протестируйте репрезентативный образец, а не выбирайте только по коду блока.