Małe, niedrogie, produkowane w miliardach egzemplarzy i w większości przypadków niezastąpione: diody elektroluminescencyjne montowane bezpośrednio na płytce drukowanej. Wykorzystywane są zarówno jako optyczne urządzenia sygnalizacyjne, jak i - przy znacznie wyższej mocy wyjściowej - jako bezpośrednie źródło światła, na przykład jako lampy LED.
W naszym poradniku przedstawiamy rodzaje, konstrukcje i funkcje komponentów LED SMD oraz wskazówki dotyczące ich zakupu.
Diody LED SMD to jedne z najmniejszych źródeł światła w technologii LED. Skrót SMD oznacza Surface Mounted Device, czyli element montowany bezpośrednio na powierzchni płytki drukowanej. Zamiast klasycznych połączeń przewodowych, ich styki lutowane są bezpośrednio do ścieżek obwodu. Obudowa pełni często funkcję radiatora, wspomagając odprowadzanie ciepła.
Dostępne są warianty z soczewkami rozpraszającymi lub przezroczystymi, a także modele wyposażone w długie przewody przyłączeniowe. Moduły SMD mogą zawierać wiele diod LED, których źródłem światła są różne luminofory, co pozwala uzyskać zarówno białą, jak i kolorową emisję.
Montaż przeprowadzany jest zwykle przez automatyczne systemy precyzyjnego osadzania i lutowania. W porównaniu do tradycyjnych diod z wyprowadzeniami radialnymi, ręczne lutowanie komponentów SMD wymaga większej precyzji.
Jak każda dioda, typy SMD są również diodami ze złączem P-N. Przy polaryzacji w kierunku przewodzenia emitują światło zamiast ciepła, charakterystycznego dla standardowych diod.
Jeśli złącze P-N jest spolaryzowane do przodu, niektóre otwory P łączą się z elektronami w obszarze N, a niektóre elektrony z obszaru N łączą się z otworami z obszaru P. Każda rekombinacja emituje światło lub fotony.
Diody LED mają zazwyczaj jedną polaryzację i dlatego nie działają, jeśli są podłączone do odwrotnego napięcia.
1 Płytka drukowana
2 Radiator
3 Warstwa fosforu
4 Optyka
5 Układ LED
6 Przewód łączący
Płytka drukowana (1) stanowi bazę, do której bezpośrednio przylutowane są elementy diody LED (4/5). Układ LED (5) odpowiada za kontrolę emisji światła. Obudowę stanowi optyka (4) – kryształ, który może zawierać kąty załamania światła zwiększające rozproszenie wiązki oraz filtry wpływające na odcień barwy.
Aby zapobiec przegrzewaniu się miniaturowej diody, co mogłoby prowadzić do uszkodzeń, pasywny radiator (2) odprowadza ciepło generowane w trakcie pracy. Dodatkowo przewód łączący (6) transportuje ciepło powstające wskutek przepływu prądu, ograniczając jego kumulację wewnątrz diody.
Wskazówka: Ryzyko przegrzania jest największym wrogiem wszystkich miniaturowych komponentów elektronicznych, w tym miniaturowych diod w formacie SMD. Dlatego też lampy nigdy nie powinny być umieszczane obok elementów przewodzących ciepło.
Istnieje wiele rodzajów diod LED SMD, a ich obudowy oznaczane są numerami określającymi wymiary i poziom jasności. Numer identyfikacyjny diody LED zazwyczaj odpowiada rozmiarowi samego chipa SMD, podanemu w dziesiątych częściach milimetra. Na przykład model 5730 ma długość 5,7 mm i szerokość 3,0 mm.
Wśród popularnych wariantów wyróżnia się typ 3528, który należy do najczęściej stosowanych elementów tego rodzaju. Był jednym z pierwszych modeli dostępnych na rynku, jednak jego jasność w białej wersji nie przekracza 3.000 milikandeli, a w przypadku kolorowych diod spada poniżej 500 milikandeli.
Aby spojrzeć na to z perspektywy: zwykła żarówka domowa ma natężenie światła 1000 milikandeli lub jednej kandeli. Ciepłobiałe diody LED SMD 5050 zapewniają na przykład jasność do 7000 milikandeli. Modele te są jednymi z pierwszych chipów o wyższej mocy wyjściowej i bardzo dobrze nadają się do ogólnych celów oświetleniowych lub jako lampy sygnalizacyjne do jasnych środowisk.
Nowoczesne diody LED SMD, takie jak typy 5630 i 5730, oferują ciepłą lub chłodną białą jasność do 12 000 milikandeli przy niskim zużyciu energii. Dlatego nadają się do stosowania w obszarach, w których wymagana jest wysoka skuteczność świetlna.
Diody LED SMD 2835 i 3014 mają najdłuższą żywotność i oferują jasność do 4500 milikandeli. Ten typ jest dość często stosowany w taśmach LED zarówno do celów oświetleniowych, jak i czysto dekoracyjnych. Najjaśniejsze diody LED SMD osiągają natężenie światła 36 000 milikandeli i więcej.
Diody LED SMD są przetwarzane głównie w maszynach do umieszczania SMD ze zintegrowaną stacją lutowania rozpływowego. Umieszczane są na długich taśmach, zawierających tysiące elementów w określonych odstępach. Maszyny pobierają je kolejno z dużą prędkością.
Komponenty są podawane do maszyny jeden po drugim z dużą prędkością. W produkcji prototypów i małych serii zastosowanie takich robotów jest nieopłacalne. Dlatego w sprzedaży, obok pojedynczych komponentów w postaci tzw. tape cuts, dostępne są również opakowania zbiorcze, np. zestawy 100 sztuk na krótkich odcinkach taśmy.
Oprócz rodzaju opakowania, ważną rolę odgrywają również dane techniczne. Wybór jest łatwiejszy, jeśli znany jest numer identyfikacyjny diody LED.
W przeciwnym razie, typowe kryteria dla diod LED, takie jak rozmiar, pobór prądu, napięcie zasilania, kolor, natężenie światła, muszą być spełnione
Czy dostępne są również wielokolorowe diody LED SMD?
Tak, w tych diodach umieszczone są trzy lub cztery elementy świecące w jednej obudowie. Trójkolorowe warianty emitują czerwony, zielony i niebieski, co pozwala na uzyskanie dowolnej barwy światła poprzez regulację jasności poszczególnych składników. Czterokolorowe wersje dodatkowo zawierają białą lub nawet źródło światła UV, którego promieniowanie przypomina naturalne dzienne oświetlenie.
Jaką rolę odgrywa kąt wiązki?
Określa on stożkowy rozkład światła, uwzględniany przy obliczaniu jego natężenia. W praktyce im węższy kąt, tym większa intensywność strumienia świetlnego. Standardowe diody SMD mają kąt 120°, ale dostępne są również wersje o wartościach 15° i 170°. Mniejszy kąt uzyskuje się dzięki kształtowi soczewki umieszczonej nad luminoforem.
Co należy wziąć pod uwagę przy zasilaniu diod LED SMD?
Podobnie jak inne diody, modele SMD są wrażliwe na zbyt wysokie napięcie. Najlepiej sprawdza się źródło prądu stałego, dostosowane do konkretnego modelu. Jeśli to niemożliwe, konieczne jest zastosowanie rezystora ograniczającego.
Jeśli czerwona lub żółta dioda LED ma zostać zastąpiona niebieską diodą LED, czy rezystor statecznika również wymaga wymiany?
Tak, w przeciwnym razie nowa dioda nie osiągnie pełnej jasności. Niebieskie, zielone i białe warianty wymagają napięcia około 3,2 V, podczas gdy czerwone i żółte działają przy 2,0 V. Przed dobraniem odpowiedniego rezystora warto zmierzyć napięcie na płytce za pomocą multimetru.
Jeśli dostępne jest 5 V, to wcześniejsza czerwona lub żółta dioda o poborze 20 mA była zasilana przez rezystor 150 Ω. W przypadku niebieskiej, która wymaga 3,2 V, optymalny opór powinien wynosić około 90 Ω.