Светодиоды SMD: основные характеристики и внешний вид

Светодиоды SMD: основные характеристики и внешний вид

В переводе с полного английского названия элемента SMD LED – это чип, который монтируется на поверхность печатной платы. Как правило, подложка крепится на рабочее основание с помощью специального клея. Самым известным примером осветительного прибора – светодиодная лента.

SMD LED на гибкой плате Источник alicdn.com

Устройство SMD LED отличается плоской формой подложки и контактов, которые плотно прилегают к изнаночной стороны основания для одного или группы кристаллов. Чтобы определить с какой стороны находится анод или катод, нужно обратить внимание на один из трех признаков:

• угловой срез на корпусе находится рядом с катодом;
• площадка теплоотвода с изнаночной стороны подложки смещена в сторону анода;
• могут присутствовать нанесенные краской символы в виде П, Т или треугольника, что развернуты в сторону анода (чаша дном, Т ножкой, фигура углом).

Обозначение анода и катода Источник svetilov.ru

Четырехугольная основа светодиода выполняет дополнительно функцию теплоотвода. На мощных элементах устанавливается линза овальной либо сферической формы. Она изготавливается из пластика или из стекла. На низковольтных образцах чаще оптическое покрытие представлено люминофором.

Характеристики светодиодов кроме прочего зависят от габаритов элемента. По этому признаку проводится условная классификация изделий. Отображается это в маркировке в виде 4-х чисел, где указаны параметры площадки в мм. В таблице представлены основные характеристики востребованных видов SMD LED:

Тип	Число кристаллов	Размер* (в мм)	Мощность (в Вт)	Ток (в мА)	Светопоток (в Лм)
2835	1	2,8*3,5*0,8	0,2-1	60-300	20-100
3014	1	3*1,4*0,75	0,1-0,12	30	9-13
3520	1	3,5*2*1,4	0,02-0,06	20	5-7
5050	3-4	5*5*1,6	0,02	60-80	18-20
5630	1	5,6*3*0,75	0,2-0,4	150	58
5730	1-2	0,75	0,5-1	150-300	50-158

*В размере указаны длина, ширина и высота светодиода.

Если сравнивать отдельные характеристики разных типов элементов, то кратко можно выделить такие превосходства:

• 0805, 1206 – компактность;
• 2835 – увеличенная площадь контактов, что положительно сказывается на теплоотведении, интенсивности светоотдачи, сроке службы;
• 3528, 5050 – востребованность;
• 3014 – цветопередача;
• 5730 – яркость свечения.

Выяснить размер светодиода типа SMD или иного вида можно двумя способами. Обычно параметр указан на печатной плате рядом местом крепления элемента. Второй вариант – снять замеры с помощью линейки либо штангенциркуля. Остальное определяется по внешним признакам: форма и тип линзы, количество кристаллов, цвет свечения.

Обозначение диода на печатной плате Источник a.d-cd.net

Определение напряжения

Далее рассмотрим – как узнать на сколько вольт рассчитан светодиод. В зависимости от исполнения того или иного образца номинальные показатели различаются. В частности, у элементов с белым, синим и сине-зеленым свечением это 3-3,8 В, с красным, желтым, оранжевым, зеленым – от 1,8 до 2,1 В. Более детально значения выглядят так:

Цвет	Рабочее напряжение (в В)
Красный	1,63-2,03
Оранжевый	2,03-2,1
Желтый

Как разобрать светодиодную лампу и правильно её отремонтировать

Из таблицы видно, что светодиоды могут иметь даже в пределах одного спектра широкий диапазон значений рабочего напряжения. Поэтому нужно знать фактический показатель для конкретного образца. Определить это можно тремя способами.

Первый предполагает использование блока питания, который можно регулировать, начиная с нулевого значения. При этом нужно контролировать силу тока. После подключения диода к БП напряжение постепенно повышается. При номинальном значении свечение элемента будет максимально ярким. Если превысить искомое напряжение, то исходный цвет, как правило, меняется.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое SMD-светодиоды

SMD светодиодов имеют множество применений, таких как декоративная подсветка, освещение, автомобильная промышленность и т.д. Ниже мы подробно рассмотрим различные виды SMD светодиодов.

1. Индикаторные

Индикаторные светодиоды - это наиболее распространенный вид SMD светодиодов, который используется для индикации различных состояний. Они бывают разных цветов, таких как красный, зеленый, синий, желтый, белый и т. д. Их размеры обычно составляют 3 мм, 5 мм и 10 мм, а мощность варьируется от 60 до 200 милливатт.

2. Осветительные

Осветительные SMD светодиоды используются для создания направленного света. Они обычно имеют размеры от 2 до 5 мм, и их мощность может составлять от 1 до 3 ватт. Эти светодиоды могут быть использованы для создания общего освещения или для подсветки определенных объектов.

3. Ультраяркие

Ультраяркие SMD светодиоды являются наиболее мощными и яркими из всех видов светодиодов. Их мощность может достигать 10 ватт, а световой поток - до 150 люмен на ватт. Они используются для освещения больших пространств и могут быть установлены на потолке или на стенах.

4. Двухцветные

Двухцветные SMD светодиоды позволяют изменять цвет свечения путем изменения тока. Это достигается благодаря использованию двух разных кристаллов в одном корпусе. Такие светодиоды идеально подходят для создания динамических эффектов и изменения цвета освещения.

5. Трехцветные

Трехцветные SMD светодиоды также позволяют изменять цвет света путем изменения тока, но в отличие от двухцветных светодиодов, они используют три разных кристалла. Это позволяет получить более широкий спектр цветов и создавать более сложные эффекты.

6. RGB светодиоды

RGB SMD светодиоды представляют собой комбинацию трех одноцветных светодиодов в одном корпусе, что позволяет получать любой цвет путем смешивания основных цветов. Они идеально подходят для создания красочных световых шоу и декоративной подсветки.

7. Светодиоды с повышенной яркостью

Светодиоды с повышенной яркостью используются в тех случаях, когда необходимо получить высокую яркость при минимальном потреблении энергии. Они могут иметь световой поток до 250 люмен, что значительно больше, чем у обычных светодиодов.

Какие характеристики имеют SMD-светодиоды

Светодиоды для поверхностного монтажа (SMD) широко используются в лентах, линейках и лампах. Рассмотрим наиболее популярные в настоящее время.

Чип 3528 , или 1210 в дюймовом измерении создан по образу и подобию классического 5 миллиметрового 20 миллиамперного светодиода мощностью 0,06 Вт. По современным меркам этот, разработанный достаточно давно, светодиод считается слабым и не очень эффективным. Лента с 60 и 120 диодами на метр потребляют 4,8 и 9,6 ватта соответственно и используются для декоративной подсветки. Встречаются в продаже ленты с 240 диодами на метр - как правило на 24 вольта мощностью 19,2 ватта. Также светодиод 3528 часто используют в дешевых лампах и разнообразных светильников.

Чип 5050 , также маркируемый с учетом длины выводов как 5055 или 5060 представляет собой три кристалла 3528 в одном корпусе. Каждый кристалл снабжен отдельным выводом, что позволяет более гибко управлять освещенностью или цветами в RGB варианте. Лента с 30 диодами на метр используется для декоративной подсветки, поскольку не намного мощнее бюджетной 3528. 60 диодная 14 ваттная лента уже может использоваться для локального освещения.

Чипы 3014 и 3020 относительно новые разработки. При мощности сопоставимой с 3528 имеют лучшую эффективность и теплоотводящую способность. Качественные светодиоды работают хорошо, а вот дешевые, по отзывам некоторых покупателей, могут быстро деградировать со временем. В настоящее время не очень распространены.

Чип 2835 похож на 3528 только размерами - смотрите не перепутайте! Это современный эффективный диод по мощности примерно равный 5050. На рынке представлен лентами плотностью 60 и 120 светодиодов на метр. Часто используется в мощных линейках и лампах.

Чипы 5630 и 5730 ещё более мощные современные светодиоды мощностью 0,5 Ватта. Наиболее распространены ленты плотностью 60 диодов на метр.

Чип 7020 современный, достаточно редкий, продается в основном на алюминиевых линейках 50 см 36 диодов.

Небольшая сравнительная таблица:

Чип	Ток, мА	Мощн. мВт	Люмен	Теплоконтакт
3528	20	60	6-8	плохой
5050	60	200	16-18	плохой
3014	30	100	6-11	нормальный
3020	20	60	8-10
2835	60	200	20-24	хороший
5630	150	500	40-55	хороший
5730	150	500	40-55	хороший
7020	150	500	40-60	хороший

На рынке также могут встречаться другие типоразмеры диодов. Общая рекомендация при их выборе - чем позднее чип разработан, тем он эффективнее по светоотдаче и лучше отводит тепло. Если возможности по отводу тепла ограничены лучше использовать менее мощные чипы.

Как отличаются SMD-светодиоды от других типов светодиодов

Прежде чем вдаваться в подробности, вспомним основы — из чего вообще состоят светодиоды. Архитектура различных видов этих модулей приблизительно одинаковая: они состоят из кристаллического полупроводника, люминесцентного покрытия, линзы и контактов.

Кристаллические полупроводники — основной элемент, который отвечает за выделение света. Раньше на месте этих полупроводников были электролюминесцентные металлы, вроде галия или кремния. В современном светодиоде эти металлы заменены на кристаллические чипы с сапфировой подложкой.

Люминесцентное покрытие отвечает за яркость светодиода и силу его свечения. Изначальная сила света у полупроводников небольшая: свечение получатся немного тусклым и слишком слабым, для подсветки акрила или скроллерных бумаг его не хватит. Именно поэтому кристаллы покрывают тонким слоем люминофора — он поглощает излучение от кристалла, преобразует его в привычный глазу белый цвет и воспроизводит этот свет с большей силой.

Линза необходима для правильного рассеивания и распределения света, созданного полупроводником. От неё зависит как общая яркость светодиода, так и угол свечения. В современных светодиодах линзы обычно делают из акрила или прозрачного эпоксида с усиливающими оптические свойства добавками.

Контакты необходимы для запитывания светодиодов. Они состоят из катода — «минусового» контакта, и анода — «плюсового» контакта. Полюса контактов обязательно нужно учитывать при подключении модуля, ведь иначе неправильно подключённый светодиод в лучшем случае перегорит, а в худшем выбьет всю сеть.

Также в некоторых случаях полупроводники покрываются специальным фотохромным лаком : он используется тогда, когда цвет от светодиода необходимо скорректировать. Например, в старых японских светодиодах использовались полупроводники из кремния, нитрида и цинка. Длина волны излучения от таких полупроводников находилась между 450 и 500 нм — другими словами, они светились синими. Чтобы исправить этот синий цвет, производители покрывали их составом на основе иттрий-алюминиевого граната: при проходе через него длина волны изменялась до широкого спектра, а свет становился белым.

На этом сходства среди светодиодных модулей LED закончились. Переходим к их отличиям.

Какие факторы влияют на внешний вид SMD-светодиодов

SMD означает Surface Mounted Device, что с английского переводится как компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа. Эта технология изготовления электронных компонентов на печатной плате. Основным отличием технологии от традиционной (сквозного монтажа в отверстия) выступает то, что компоненты монтируются без отверстий и только со стороны токопроводящей дорожки. Их приклеивают, а затем припаивают.

Особенности SMD-светодиодов

Первые LED-светильники производились с применением обычных светодиодов. Они оснащены аксиальными (проволочными) достаточно длинными выводами, которые предназначены для монтажа в отверстия в плате.

У светодиодов типа SMD есть только небольшие контактные площадки, которыми устройства монтируются прямо на плату. Это планарные (плоские) выводы, не требующие отверстий в плате. Ввиду простоты такого монтажа после появления SMD-компонентов его доверили роботизированным системам, которые делают все автоматически. Это сделало изготовление осветительных приборов более экономичным.

Еще одним преимуществом SMD-светодиодов стала возможность изготовления миниатюрных, но мощных диодов. Это связано с улучшенным отводом тепла от кристаллов. Они почти лежат на плате, а еще имеют короткие и массивные выводы. Этим и обусловлена возможность эффективного отвода тепла от мощных кристаллов. Хотя многие из них все-таки нуждаются в подборе и расчете радиатора . Снаружи для защиты от окружающей среды их заливают компаундом, часто с добавлением люминофора, который выравнивает цветовую характеристику диода.



Характеристики и виды SMD-светодиодов

Первое, с чем стоит разобраться, – это маркировка SMD-светодиодов. В общем виде в обозначении присутствует аббревиатура SMD и 4 цифры, например, SMD 3528. Это один из самых распространенных типоразмеров SMD-светодиодов. В данной маркировке отражаются только размеры в миллиметрах: 3528 означает 3,5х2,8 мм. Соответственно, SMD 5050 имеет размеры 5,0х5,0 мм, а SMD 5730 – 5,7х3,0 мм.



Различия наблюдаются и в отношении ряда других параметров. Самые значимые характеристики SMD-светодиодов приведены в таблице.

Как выбрать SMD-светодиоды с нужными характеристиками

Эта аббревиатура от «surface mounted device», что означает «прибор, монтируемый на поверхность». Следовательно, диод smd – это устройство в маленьком корпусе, с вмонтированным в него светоизлучающим кристаллом, установленное на печатную плату методом поверхностного монтажа. Светодиодные чипы этого типа имеют до трех диодов, к каждому из которых прикреплена схема. Выводы сделаны в форме полосок из металла, поэтому световые диоды подключаются непосредственно к плате (не нужны «ножки» для крепления). Монтаж осуществляется либо вручную, либо автоматизированным способом.

Алгоритм изготовления СМД:

• выращивание кристалла методом металлоорганической эпитаксии, т. е. наращением кристаллических слоев на подложку. Эпитаксия осуществляется пиролизом (термическим разложением) металлоорганики, содержащей определенные химические элементы;
• планарная обработка выращенного кристалла, подразумевающая его травление, создание контактов, разрезание на несколько тысяч отдельных чипов;
• биннирование (сортировка) чипов на группы по таким критериям: длине волны, напряжению, световому потоку;
• изготовление светодиода с нужными параметрами и характеристиками. Это последний этап, на котором делают корпус изделия, монтируют выводы, наносят люминофор (при необходимости).

Если конструкция полупроводникового прибора предусматривает линзы, то их производству также уделяют повышенное внимание. Они должны хорошо пропускать свет, быть температурно-стабильными, иметь долгий срок службы. Их изготавливают из пластика, силикона, эпоксидной смолы.

Преимущества СМД световых полупроводников:

• малая потребляемая мощность (энергоэффективность);
• отсутствие ртути в составе материалов;
• малые габариты;
• долговечность (до 50 тысяч часов непрерывной работы);
• стойкость к механическим повреждениям, вибрации, перепадам температуры;
• мгновенный ответ при включении;
• усиленный теплоотвод;
• возможность монтажа на любую поверхность;
• разнообразный модельный ряд, что позволяет использовать их в любой сфере: в быту, в промышленности, для уличного освещения, дизайнерской подсветки и т. д. По востребованности на рынке SMD-диоды занимают лидирующие позиции.

Какие материалы используются для производства SMD-светодиодов

Определенные преимущества можно получить, используя многокристальные матричные СД в SMD-корпусах для обоих типов ретрофитных ламп — с оптической системой и без нее. В обычных грибовидных (тип А) и свечеобразных лампах (тип В) один СД технологии CAS при сопоставимой цене может заменить несколько небольших СД средней мощности. Это позволяет применять светодиодные аналоги ламп накаливания в более широком диапазоне классов мощности, чем это имеет место в настоящее время.

В ретрофитных лампах типа MR16 (стандартный типоразмер галогенных ламп с отражателем) СД технологии CAS могут использоваться для создания точного двойника такой одиночной галогенной лампы, причем без наличия раздражающего эффекта в виде множественных теней. Тем не менее в этом случае проектирование оптики является достаточно сложной задачей. Размер линзы при большем по размеру источнике света должен быть пропорционально больше, чем тот, что использовался для меньших источников. Таким образом, необходимо иметь всего одну, а не три или четыре линзы, но диаметр оптики должен соответствовать источнику света (рис. 5). С другой стороны, линза больших размеров требует дополнительного пространства внутри лампы MR16, а оно весьма ограничено.

Рис. 5. Один СД технологии CAS заменяет от трех до четырех СД средней мощности в лампах MR16

Также количество СД-чипов в CAS схоже с уже существующими конструкциями, поэтому требования к прямому падению напряжения и мощности здесь совместимы с уже имеющимися драйверами. В настоящее время имеется достаточное разнообразие СД CAS в различных классах мощности, так что на них могут быть легко реализованы все типичные ретрофитные решения. Но есть еще один дополнительный фактор, который часто упускается при разработке ламп такого типа. Когда дело доходит до их массового производства, то именно расходы на монтаж составляют значительную часть от общего уровня себестоимости продукции. Так что там, где это возможно, должна использоваться автоматизированная сборка. Сегодня все больше и больше ретрофитных ламп разработаны с использованием SMD-разъемов на СД-плате, что, естественно, несколько увеличивает перечень элементов, но зато дает весомый положительный результат с точки зрения экономии общих затрат и обеспечения дополнительной надежности сборки. Это главная причина, почему весьма вероятен тот факт, что именно SMD-компоненты, в конечном счете, будут превалировать над полуавтоматической сборкой СД технологии CoB во всех приложениях с большими объемами выпуска.

Как влияет температура на работу SMD-светодиодов

Какова максимальная рабочая температура светодиодных чипов и температурный диапазон источника питания?

Максимальная рабочая температура светодиодных чипов. Максимальная рабочая температура светодиодных чипов обычно составляет от 85°C до 105°C, в зависимости от типа светодиода и спецификаций производителя. Если взять в качестве примера светодиоды Lumileds, то их номинальная рабочая температура составляет от -40 до 105°C.

Максимальная рабочая температура источников питания светодиодов. Максимальная рабочая температура источников питания светодиодов обычно составляет от 60°C до 85°C. Различные марки и модели источников питания для светодиодов могут иметь разные температурные характеристики. Если взять в качестве примера Inventronics EUM, его номинальная рабочая температура составляет от -40 до 80°C.

Какова температура корпуса светодиодного драйвера для обеспечения безопасности и гарантии?

Обратившись к данным, мы можем получить следующие данные.

Температура рабочего корпуса для обеспечения безопасности Tc -40°C – +90°C, что означает, что допускается температура корпуса источника питания ниже 90°C.

Температура рабочего корпуса по гарантии Tc -40°C – +80°C, что означает, что температура корпуса источника питания ниже 80°C допускается, и в случае неисправности производитель источника питания предоставит гарантию.

Проверив кривую зависимости срока службы от температуры корпуса, мы можем обнаружить, что срок службы источника питания значительно сокращается, когда температура превышает 80 ℃.

В чем разница между эффективностью и эффективностью светодиодных фонарей?

Эффективность светодиодных светильников снижается с повышением температуры, что приводит к уменьшению выходного люменов. Из-за этой характеристики светодиодным лампам обычно требуется система терморегулирования, чтобы поддерживать их в оптимальном температурном диапазоне. Подобно тому, как люминесцентные и газоразрядные источники света требуют для работы балластов, светодиодные фонари также требуют драйверов.

LM82, стандарт, используемый для измерения характеристик светодиодов, предоставляет данные, указывающие на то, что с повышением температуры светоотдача лампы снижается. Поэтому поддержание подходящей температуры имеет решающее значение для обеспечения оптимальной эффективности работы светодиодных светильников и обеспечения желаемого уровня освещенности.

Какова температура светодиодных ламп?

Температура светодиодных ламп включает в себя четыре основных аспекта: температура светодиодного чипа, температура драйвера, температура корпуса и температура окружающей среды. Ниже приводится введение в каждую температуру:

Температура светодиодного чипа: во время работы светодиодный чип выделяет тепло, и его накопление может привести к повышению температуры светодиода. Чрезмерная температура может повлиять на срок службы и производительность светодиода.

Температура корпуса лампы: Температура корпуса светодиодной лампы относится к температуре внешней поверхности лампы. Эта температура обычно указана только для справки, но, как правило, чем выше температура поверхности корпуса, тем выше будет температура шариков светодиодной лампы и драйвера, поэтому поставщики также будут обращать внимание на эту температуру.

Температура светодиодного драйвера: светодиодный драйвер также выделяет тепло во время работы, но доля его энергии относительно невелика. Поэтому температура светодиодного драйвера обычно ниже, чем температура шарика светодиодной лампы.

Температура окружающей среды: Температура окружающей среды также влияет на рабочую температуру светодиодных ламп. В условиях высокой температуры на эффект рассеивания тепла светодиодных ламп может повлиять, поэтому необходимо следить за работой ламп при высоких температурах.

Какие применения имеют SMD-светодиоды

Первыми в мире начали производить как раз выводные светодиоды DIP (Direct In-line Package). Сейчас они применяются в световых табло, в различных устройствах индикации, в приборных панелях, в осветительных приборах, в елочных гирляндах и световых городских украшениях.

Внешне этот вид диодов имеет форму колбочек различного вида (линза) с 2 или более внешними контактами: катод и анод.

Внутри самой линзы на катоде размещен полупроводниковый кристалл (обычно 1 штука), который. соединяется с анодом при помощи анодного проводка. Именно кристалл является источником свечения в светодиоде при проходе через него электрического тока.

Выходящие за края линзы катодный и анодный контакты образуют своего рода «ножки», которые нужно пропустить через специальные отверстия в индикаторной плате и припаять с противоположной стороны. DIP-светодиоды применяют для ручной или автоматической пайке.

Линза предназначена для фокусировки и направлении светового потока. Угол обзора в DIP диодах обычно небольшой. Линза также необходима для отвода тепла и защиты кристалла от внешних воздействий. Корпус ее по форме может быть разным: круглый, овальный, квадратный, цилиндрический, плоский, в виде шляпы. Диаметр: 3, 5, 8 и 10 мм. Наиболее популярными являются светодиоды с диаметром линзы 5 мм.

Линза выполняется из цветного или бесцветного пластика или стекла. Материал может быть матовым или полностью прозрачным.

Благодаря узконаправленному световому потоку светодиоды DIP довольно яркие, от 0,3 до 4 Кд (люмен) на 1 диод.

Напряжение питания 2,5-5В, при токе до 25мА.

В зависимости от кристалла DIP диоды могут быть как одноцветными, так и многоцветными, когда в одном корпусе совмещено несколько кристаллов разного цвета. Такие диоды часто применяют в производстве полноцветных.

Другой вариант применения DIP диодов для экранов: близко расположенные 3 цветных диода (красный, синий и зеленый), которые совместно формируют 1 пиксель экрана. Межпиксельное расстояние в таких экранах довольно большое и подходит только для уличного применения с большим расстоянием видимости.