Стремление к миниатюризации электронных устройств привело к созданию безвыводных радиоэлементов. Эта тенденция не обошла и светодиоды – SMD-приборы значительно потеснили обычные выводные во многих областях, а в осветительной практически выдавили их с рынка.
Что такое SMD-светодиод
SMD-светодиод относится к категории Surface Mounted Device – прибор, монтируемый на поверхность. Если у обычных выводных (true hole) элементов для установки на плату требуется просверлить отверстие и припаять ножки с обратной стороны, то радиодетали SMD припаиваются прямо к дорожкам, расположенным на верхней плоскости печатной платы.
Принципиально светоизлучающий элемент в формате SMD устроен так же, как и его выводной прототип. На керамической подложке закреплен p-n переход из полупроводника, обладающего выраженным эффектом свечения при приложении прямого напряжения. Сверху он закрыт линзой из прозрачного компаунда. При необходимости сверху наносится слой люминофора. Главное отличие – отсутствие гибких выводов. Для пайки непосредственно к полигонам печатной платы предусмотрены контактные площадки.
Достоинства и недостатки светодиодов SMD
В целом плюсы перевешивают – в итоге готовые изделия имеют меньшие размеры, массу и себестоимость.
Существует миф о неремонтопригодности электронной аппаратуры, произведенной с применением SMD-элементов. Но это только миф. Работоспособность такой техники вполне можно восстанавливать, для этого потребуется небольшое дополнительное оборудование, а также повышенный опыт и квалификация мастера.
Виды и типы SMD
Условно почти все светодиоды делят на две глобальные категории:
- предназначенные для освещения;
- предназначенные для индикации состояния электронных устройств.
Для первой категории SMD-элементы практически полностью вытеснили выводные, во второй – оставили им узкую нишу. Поэтому для излучающих элементов поверхностного монтажа можно применить ту же классификацию.
Линия раздела проходит по техническим характеристикам:
- для осветительных элементов важен световой поток и требуется цвет, близкий к естественному;
- индикаторным элементам важны не столько цвет и яркость, сколько контрастность к окружающему фону.
Поэтому для индикации можно использовать LED со свечением p-n перехода, а для освещения – только с люминофорным покрытием. Хотя это тоже достаточно условно – никто не запрещает для индикации применять приборы с люминофором и белым свечением.
Все это относится к LED оптического, видимого диапазона. Как отдельный тип светодиодов SMD надо упомянуть приборы со спектром излучения, лежащим за пределами восприятия человеческого глаза. К таким относятся ультрафиолетовые и инфракрасные излучатели. Первые применяются для создания компактных источников УФ-излучения. Их используют для детекторов валют, для поиска биологических следов и т.д. Вторые применяются в системах передачи сигналов – в пультах дистанционного управления бытовой аппаратурой, в системах охранной сигнализации и т.п. Эти светодиоды также выпускаются в формате SMD.
Также надо упомянуть LED-матрицы для систем освещения, произведенные по самой прогрессивной на сегодняшний день технологии COB. Вопреки бытующему мнению, этот принцип производства вовсе не противоречит формату SMD. И COB-светодиоды производятся, в том числе, в виде Surface Mounted Device.
Размеры SMD-светодиодов
Тип светодиода обозначается габаритами его корпуса. Так, распространенный типоразмер LED 5050 означает, что светоизлучающий элемент помещен в оболочку длиной и шириной 5,0 мм.
Маркировка обозначает только размер корпуса. Электрические и оптические характеристики у LED даже одного типоразмера могут отличаться в зависимости от типа и количества установленных кристаллов, поэтому для однозначного определения параметров надо использовать технические спецификации на светодиоды.
Соответствие размеров распространенных SMD светодиодов в таблице:
| Типоразмер | Длина сборки, мм | Ширина сборки, мм | Кол-во излучающих p-n переходов | Световой поток, лм | Номинальный ток, мА |
|---|---|---|---|---|---|
| 3528 | 3.5 | 2.8 | 1/3 | 0.6..50 | 20 |
| 5050 | 5.0 | 5.0 | 3/ 4 | 2..14 | 60/80 |
| 5630 | 5.6 | 3.0 | 1 | 57 | 150 |
| 7020 | 7.0 | 2.0 | 1 | 45..60 | 150 |
| 3020 | 3.0 | 2.0 | 1 | 8..10 | 20 |
| 2835 | 2.8 | 3.5 | 1 | 20/50/100 | 60/150/300 |
Размеры светодиодов, предназначенных для индикации, маркируются согласно международному стандарту EIA-96 в дюймах. Наиболее распространены корпуса 0603 и 1206.
| Обозначение типоразмера | Размер в дюймах | Метрические габариты, мм | Соответствие метрическому типоразмеру |
|---|---|---|---|
| 0603 | 0.063»x 0.031» | 1.6 x 0.8 | 1608 |
| 1206 | 0.126»x 0.063» | 3.2 x 1.6 | 3216 |
Здесь действует то же правило – в корпусах одного типоразмера могут быть выполнены светодиоды разного цвета свечения, разного рабочего тока и т.д. Поэтому полностью параметры по обозначению EIA не определить.
Маркировка SMD
Формат SMD возник в результате стремления к миниатюризации радиоэлектронных компонентов, поэтому место для нанесения на них информации о типе и технических характеристиках отсутствует. Если даже задаться такой целью, надписи будут слишком мелкими для комфортного считывания. Поэтому маркировка сводится лишь к обозначению выводов прибора. Это важно, потому что хотя LED и относятся к классу диодов, для запирания обратного тока малопригодны из-за низкой толерантности к обратному напряжению. Если обычный диод установить без соблюдения полярности, этот производственный брак легко выявить и исправить. Световой же излучатель после подачи питания с большой вероятностью выйдет из строя. Даже если проблема обнаруживается до подачи напряжения, миниатюрный индикаторный LED с помощью паяльного фена демонтировать проблематично – расплавить прозрачный пластиковый кожух, закрывающий p-n-переход, проще простого.
Поэтому при монтаже индикаторных LED надо обратить внимание на наличие мнемонического рисунка, обозначающего расположение анода или катода.
Элементы, предназначенные для освещения, обычно имеют на корпусе скос, прилив или выемку – в большинстве случаев она означает катод. Но нет гарантии, что производитель строго соблюдает это правило. Поэтому в случае сомнений лучше подстраховаться и проверить LED (хотя бы один из партии) мультиметром.
Упоминалось, что SMD-элемент ничем не отличается от обычного светодиода, за исключением безвыводного корпуса. Поэтому схема включения отличаться также не будет. Подавать питающее напряжение на LED надо через драйвер или ограничительный резистор с соблюдением полярности.
Светодиоды можно объединять в последовательные цепочки, которые потом параллельно соединять в матрицы. Такой комбинацией достигается нужная мощность при заданном напряжении питания.
При ремонте осветительных приборов с заменой излучающих элементов (одного или нескольких) во время работы плату следует оберегать от изгибов и механических напряжений. Все элементы формата SMD в таких условиях склонны к образованию микротрещин в корпусе, нарушению целостности пайки, невидимой глазу. В качестве итога такого ремонта можно получить несколько неисправных светодиодов вместо одного и потерю времени на поиск неисправности. Лучше вообще не снимать плату, но она установлена на радиаторе, имеющем большую массу и теплоемкость, поэтому для прогрева припоя потребуется паяльник или фен повышенной мощности. Если есть уверенность, что конкретный светодиод вышел из строя, его можно попытаться не отпаять, а выкусить. Но надо следить, чтобы не повредить механически печатные проводники. При обратной установке исправного элемента надо помнить, что LED чувствительны к перегреву и стараться избегать длительной пайки.
Тематическое видео:
При разработке самодельных осветительных устройств следует помнить о проблеме отведения тепла от LED. Плату всегда надо устанавливать на дополнительный радиатор достаточной площади, а для этого она должна иметь соответствующий конструктив (отсутствие элементов с обратной стороны, отверстия под винты для крепления и т.д.).
Несмотря на некоторые недостатки, формат электронных компонентов SMD прижился в радиоэлектронной промышленности. Вклад миниатюрных безвыводных элементов в удешевление электронной аппаратуры в последнее десятилетие весьма весом. Светодиоды также участвуют в этом процессе.
