دیتاشیت LED دو رنگ SMD از جنس AlInGaP - ابعاد پکیج - سبز 2.0 ولت / نارنجی 2.0 ولت - توان 75 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند جزئیات مشخصات فنی یک دیود نورافشان (LED) با روشنایی بالا و دو رنگ از نوع دستگاه نصب سطحی (SMD) را تشریح می‌کند. این قطعه دو تراشه نیمه‌هادی مجزا از جنس AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) را در یک پکیج واحد جای داده است که امکان انتشار نور سبز و نارنجی را فراهم می‌کند. این قطعه برای سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار و تکنیک‌های مدرن لحیم‌کاری طراحی شده است و آن را برای تولید الکترونیکی در حجم بالا مناسب می‌سازد.

مزایای اصلی این محصول شامل رعایت مقررات زیست‌محیطی (RoHS)، استفاده از فناوری پیشرفته AlInGaP برای دستیابی به روشنایی برتر و قالب پکیج استانداردی است که سازگاری گسترده‌ای با تجهیزات نصب و لحیم‌کاری صنعتی تضمین می‌کند. بازارهای هدف اصلی آن شامل الکترونیک مصرفی، نشانگرهای صنعتی، نورپردازی داخلی خودرو و کاربردهای مختلف سیگنالینگی است که در آنها به نشانگری دو رنگ و قابل اطمینان نیاز است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

این ریتینگ‌ها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا پایین‌تر از آنها تضمین نشده است.

• توان اتلافی (P_d):75 میلی‌وات برای هر تراشه رنگی در دمای محیط (T_a) برابر با 25 درجه سانتی‌گراد. تجاوز از این مقدار خطر تنش گرمایی بیش از حد را به همراه دارد.
• جریان مستقیم:حداکثر جریان مستقیم DC پیوسته (I_F) 30 میلی‌آمپر است. یک جریان مستقیم پیک بالاتر معادل 80 میلی‌آمپر تنها در شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مجاز است.
• کاهش ریت جریان:حداکثر جریان مستقیم DC مجاز با نرخ خطی 0.4 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. این یک ملاحظه طراحی حیاتی برای محیط‌های با دمای بالا است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ بایاس معکوس بالاتر از این مقدار می‌تواند باعث شکست پیوندگاه شود.
• محدوده‌های دمایی:این قطعه می‌تواند در محدوده دمایی وسیع 55- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد کار کرده و نگهداری شود.
• تحمل لحیم‌کاری:LED می‌تواند لحیم‌کاری موجی یا مادون قرمز در دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه، یا لحیم‌کاری فاز بخار در دمای 215 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 دقیقه را تحمل کند که استحکام آن برای فرآیندهای استاندارد ریفلو SMT را تأیید می‌کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

این پارامترها تحت شرایط آزمایش استاندارد (T_a=25°C, I_F=20 mA) اندازه‌گیری شده و عملکرد قطعه را تعریف می‌کنند.

• شدت نورانی (I_V):یک معیار کلیدی برای روشنایی. تراشه سبز دارای شدت نورانی معمول 35.0 میلی‌کاندلا (حداقل 18.0 میلی‌کاندلا) است، در حالی که تراشه نارنجی به طور قابل توجهی روشن‌تر بوده و شدت نورانی معمول آن 90.0 میلی‌کاندلا (حداقل 28.0 میلی‌کاندلا) است. شدت نورانی با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با پاسخ فوتوپیک چشم انسان (منحنی CIE) اندازه‌گیری می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):تقریباً 130 درجه برای هر دو رنگ. این زاویه دید گسترده نشان‌دهنده یک الگوی تابش منتشر است که برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت مشاهده از طیف وسیعی از زوایا دارند مناسب است.
• طول موج:طول موج غالب معمول (λ_d) تراشه سبز 571 نانومتر است، با طول موج تابش پیک (λ_p) در 574 نانومتر. تراشه نارنجی در طول موج غالب معمول λ_dمعادل 605 نانومتر و طول موج پیک λ_pمعادل 611 نانومتر تابش می‌کند. عرض نیم‌عرض طیفی (Δλ) برای رنگ سبز تقریباً 15 نانومتر و برای نارنجی 17 نانومتر است که خلوص رنگ را تعریف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً برای هر دو رنگ در جریان 20 میلی‌آمپر 2.0 ولت است، با حداکثر 2.4 ولت. این ولتاژ پایین با منابع تغذیه رایج در سطح منطقی سازگار است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در بایاس معکوس 5 ولت که نشان‌دهنده کیفیت خوب پیوندگاه است.
• ظرفیت خازنی (C):معمولاً 40 پیکوفاراد در بایاس 0 ولت و فرکانس 1 مگاهرتز. این پارامتر برای کاربردهای سوئیچینگ فرکانس بالا مرتبط است.

3. توضیح سیستم باینینگ

LEDها بر اساس شدت نورانی و طول موج غالب در سطل‌های (بین) مختلف دسته‌بندی می‌شوند تا یکنواختی در خطوط تولید تضمین شود. طراحان می‌توانند بین‌های خاصی را مشخص کنند تا ظاهر یکنواختی در محصولات خود داشته باشند.

3.1 باینینگ شدت نورانی

برای تراشهسبز، بین‌ها از M (18.0-28.0 میلی‌کاندلا) تا Q (71.0-112.0 میلی‌کاندلا) متغیر است. برای تراشهنارنجی، بین‌ها از N (28.0-45.0 میلی‌کاندلا) تا R (112.0-180.0 میلی‌کاندلا) متغیر است. یک تلرانس ±15% در هر بین اعمال می‌شود.

3.2 باینینگ طول موج غالب (فقط سبز)

LEDهای سبز به طور بیشتر بر اساس طول موج غالب باین می‌شوند: بین C (567.5-570.5 نانومتر)، بین D (570.5-573.5 نانومتر) و بین E (573.5-576.5 نانومتر)، با تلرانس ±1 نانومتر برای هر بین. این امکان تطابق رنگ دقیق در کاربردهای حساس را فراهم می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (شکل 1، شکل 6)، منحنی‌های معمول برای چنین قطعاتی روابط زیر را نشان می‌دهند:

• منحنی I-V:رابطه نمایی بین ولتاژ مستقیم و جریان را نشان می‌دهد. این منحنی یک زانوی مشخص در اطراف ولتاژ مستقیم معمول V_Fمعادل 2.0V خواهد داشت.
• شدت نورانی در مقابل جریان مستقیم:شدت نورانی به طور کلی در محدوده کاری نرمال (تا جریان DC نامی) به صورت خطی با جریان افزایش می‌یابد.
• شدت نورانی در مقابل دمای محیط:شدت نورانی معمولاً با افزایش دما به دلیل کاهش بازده کوانتومی داخلی کاهش می‌یابد. ضریب کاهش 0.4 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد برای جبران الکتریکی این اثر استفاده می‌شود.
• توزیع طیفی:نموداری از توان تابشی نسبی در مقابل طول موج که یک پیک منفرد در λ_p(574 نانومتر برای سبز، 611 نانومتر برای نارنجی) با عرض نیم‌عرض مشخص شده نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج و پلاریته

این قطعه مطابق با طرح کلی پکیج SMD استاندارد EIA است. انتساب پایه‌ها به وضوح تعریف شده است: پایه‌های 1 و 3 برای تراشه سبز هستند، در حالی که پایه‌های 2 و 4 برای تراشه نارنجی هستند. لنز شفاف (واتر کلیر) است. تمام تلرانس‌های ابعادی ±0.10 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

5.2 طراحی پیشنهادی پد لحیم

یک الگوی لند پیشنهادی ارائه شده است تا تشکیل اتصال لحیم قابل اطمینان، تراز مناسب و استحکام مکانیکی کافی در حین و پس از فرآیند ریفلو تضمین شود. رعایت این الگو برای بازده تولید بسیار حیاتی است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل‌های لحیم‌کاری ریفلو

پروفایل‌های پیشنهادی مفصلی برای هر دو فرآیند لحیم استاندارد (SnPb) و بدون سرب (SnAgCu) با استفاده از ریفلو مادون قرمز (IR) ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل زون‌های پیش‌گرم، زمان بالاتر از نقطه مایع، دمای پیک (حداکثر 240 درجه سانتی‌گراد توصیه می‌شود) و نرخ‌های خنک‌سازی است. این پروفایل‌ها برای جلوگیری از شوک حرارتی و اطمینان از اتصالات لحیم قابل اطمینان بدون آسیب به پکیج LED ضروری هستند.

6.2 نگهداری و جابجایی

• نگهداری:LEDها باید در شرایطی نگهداری شوند که دما از 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی از 70% تجاوز نکند. قطعاتی که از بسته‌بندی مهر و موم شده رطوبتی خارج شده‌اند باید ظرف یک هفته ریفلو شوند یا در صورت نگهداری طولانی‌تر، قبل از استفاده پخت (بیک) شوند.
• تمیزکاری:در صورت لزوم، تمیزکاری باید فقط با حلال‌های مشخص شده مانند الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق و به مدت کمتر از یک دقیقه انجام شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی آسیب برسانند.
• احتیاط‌های ESD:این قطعه نسبت به تخلیه الکترواستاتیک حساس است. رویه‌های جابجایی شامل استفاده از مچ‌بندهای زمین‌شده، زیراندازهای ضد استاتیک و اطمینان از زمین‌شدن صحیح تمام تجهیزات است.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

LEDها بر روی ریل‌هایی با قطر 7 اینچ و در نوار استاندارد صنعتی 8 میلی‌متری عرضه می‌شوند. هر ریل حاوی 3000 قطعه است. مشخصات نوار و ریل مطابق با استاندارد ANSI/EIA 481-1-A-1994 است. نکات کلیدی بسته‌بندی شامل موارد زیر است: پاکت‌های خالی مهر و موم شده‌اند، حداقل مقدار سفارش برای باقیمانده‌ها 500 قطعه است و حداکثر دو قطعه مفقود متوالی در هر ریل مجاز است.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این LED دو رنگ برای نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه دکمه‌ها یا آیکون‌ها، نورپردازی داشبورد خودرو، نمایشگرهای لوازم خانگی مصرفی و سیگنال‌های پنل کنترل صنعتی که در آنها دو وضعیت مجزا (مانند روشن/آماده به کار، فعال/هشدار) نیاز به نشان‌دادن با رنگ دارند، ایده‌آل است.

8.2 ملاحظات طراحی مدار

روش راه‌اندازی:LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت هنگام راه‌اندازی چندین LED به صورت موازی،توصیه اکید می‌شودکه از یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه به صورت سری با هر LED استفاده شود (مدل مدار A). راه‌اندازی LEDها به صورت موازی بدون مقاومت‌های جداگانه (مدل مدار B) توصیه نمی‌شود، زیرا تغییرات کوچک در مشخصه ولتاژ مستقیم (V_F) بین LEDهای منفرد می‌تواند منجر به عدم تعادل جریان قابل توجه و روشنایی ناهموار شود.

مقدار مقاومت سری (R_s) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_s= (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F، که در آن I_Fجریان کاری مورد نظر (مثلاً 20 میلی‌آمپر) است.

9. مقایسه و تمایز فنی

عوامل کلیدی تمایز این LED،قابلیت دو رنگ بودن در یک پکیج SMD فشرده واحدو استفاده ازفناوری AlInGaPاست. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaP استاندارد، AlInGaP بازده نورانی به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان ورودی می‌شود. ادغام دو تراشه در مقایسه با استفاده از دو LED تک رنگ جداگانه، فضای برد را ذخیره کرده و مونتاژ را ساده می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم هر دو تراشه سبز و نارنجی را همزمان در حداکثر جریان DC خود (هر کدام 30 میلی‌آمپر) راه‌اندازی کنم؟

پ: خیر. حداکثر توان اتلافی مطلق برای هر تراشه 75 میلی‌وات است. در جریان 30 میلی‌آمپر و ولتاژ مستقیم معمول V_Fمعادل 2.0 ولت، توان هر تراشه 60 میلی‌وات است که در محدوده مجاز است. با این حال، راه‌اندازی همزمان هر دو با حداکثر توان، 120 میلی‌وات گرمای کل را در یک پکیج بسیار کوچک تولید می‌کند که احتمالاً از قابلیت اتلاف حرارتی کلی قطعه و PCB فراتر می‌رود. برای این کار به منحنی‌های کاهش دمایی مراجعه کرده و جریان‌های راه‌اندازی پایین‌تر یا عملکرد پالسی را برای هر دو رنگ به صورت همزمان در نظر بگیرید.

س: چرا برای هر LED در اتصال موازی به یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه نیاز است؟

پ: ولتاژ مستقیم (V_F) LEDها به طور طبیعی دارای تغییراتی است، حتی درون یک بین یکسان. در یک اتصال موازی بدون مقاومت‌های جداگانه، LEDی که ولتاژ مستقیم V_Fکمی پایین‌تری دارد، جریان نامتناسبی بیشتری می‌کشد، روشن‌تر و داغ‌تر می‌شود و به طور بالقوه منجر به خرابی شده و جریان بیشتری را به LEDهای باقی‌مانده در یک اثر آبشاری منتقل می‌کند. مقاومت‌های سری اطمینان حاصل می‌کنند که جریان عمدتاً توسط مقدار مقاومت و ولتاژ منبع تنظیم می‌شود که سیستم را بسیار پایدارتر و قابل اطمینان‌تر می‌سازد.

س: عبارت "لنز واتر کلیر" برای ظاهر رنگ به چه معناست؟

پ: یک لنز واتر کلیر (غیر منتشر) نور را به صورت داخلی پراکنده نمی‌کند. این امر منجر به ظاهری متمرکزتر و "نقطه‌داغ" هنگام مشاهده مستقیم در محور می‌شود که اغلب ساختار تراشه قابل مشاهده است. این لنز حداکثر شدت نورانی محوری را فراهم می‌کند اما در مقایسه با یک لنز منتشر (شیری) که نور را برای زاویه دید گسترده‌تر و یکنواخت‌تر با ساختار تراشه کمتر قابل مشاهده پراکنده می‌کند، "نقطه شیرین" باریک‌تری برای مشاهده ارائه می‌دهد.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک نشانگر وضعیت دوگانه برای یک دستگاه قابل حمل. رنگ سبز نشان‌دهنده "شارژ کامل" و رنگ نارنجی نشان‌دهنده "در حال شارژ" است. دستگاه توسط یک ریل 3.3 ولتی تغذیه می‌شود.

مراحل طراحی:

1. انتخاب جریان:یک جریان راه‌اندازی انتخاب کنید. برای قابلیت مشاهده خوب و طول عمر، جریان 15 میلی‌آمپر انتخاب می‌شود که به خوبی زیر حداکثر 30 میلی‌آمپر است.

2. محاسبه مقاومت:

- برای سبز: R_{s_green}= (3.3V - 2.0V) / 0.015 A = 86.7 Ω. از یک مقاومت استاندارد 86.6 Ω (1%) یا 91 Ω (5%) استفاده کنید.

- برای نارنجی: R_{s_orange}= (3.3V - 2.0V) / 0.015 A = 86.7 Ω. از همان مقدار استفاده کنید.

3. مدار:آند سبز (پایه 1 یا 3) را از طریق یک ترانزیستور/MOSFET که توسط سیگنال منطقی "شارژ شده" کنترل می‌شود، به ریل 3.3 ولت متصل کنید، با مقاومت 87Ω به صورت سری. آند نارنجی (پایه 2 یا 4) را به طور مشابه، کنترل شده توسط سیگنال "در حال شارژ"، متصل کنید. تمام کاتدها را به زمین متصل کنید.

4. لایه‌بندی:الگوی پد لحیم پیشنهادی را دنبال کنید. اطمینان حاصل کنید که PCB در اطراف پدهای LED مساحت مسی کافی برای عمل به عنوان هیت‌سینک دارد، به ویژه اگر هر دو LED به طور مختصر در طول انتقال وضعیت روشن باشند.

12. معرفی اصل فناوری

AlInGaP یک ترکیب نیمه‌هادی III-V است که در ناحیه فعال LEDهای با روشنایی بالا که در طیف قرمز، نارنجی، زرد و سبز تابش می‌کنند، استفاده می‌شود. با تنظیم نسبت‌های آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفر، گاف انرژی ماده می‌تواند به طور دقیق مهندسی شود که مستقیماً طول موج (رنگ) نور منتشر شده را تعیین می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوندگاه p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. بازده این بازترکیب تابشی در AlInGaP بسیار بالا است که منجر به کارایی نورانی برتر در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر می‌شود. پکیج دو رنگ، دو تراشه نیمه‌هادی مستقل قابل آدرس‌دهی از این نوع را در خود جای داده است که بر روی یک فریم سربی نصب شده و در یک لنز اپوکسی شفاف کپسوله شده‌اند.

13. روندها و تحولات صنعت

صنعت اپتوالکترونیک به دنبال دستیابی به بازده بالاتر (لومن بیشتر بر وات)، بهبود بازآفرینی رنگ و کوچک‌سازی بیشتر ادامه می‌دهد. در حالی که AlInGaP بر طیف مرئی با طول موج بلند تسلط دارد، فناوری InGaN (ایندیم گالیم نیترید) برای LEDهای آبی، سبز و سفید رایج است. روندهای مرتبط با این محصول شامل افزایش پذیرش فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب (که توسط پروفایل ارائه شده مورد توجه قرار گرفته است)، تقاضا برای ردپای پکیج کوچک‌تر با حفظ یا افزایش توان نوری، و ادغام عملکردهای پیچیده‌تر (مانند ICهای تعبیه شده برای LEDهای RGB قابل آدرس‌دهی) در پکیج‌های LED است. تأکید بر قابلیت اطمینان و آزمایش استاندارد برای کاربردهای خودرویی و صنعتی نیز رویه‌های سخت‌گیرانه‌تر باینینگ و صلاحیت‌یابی را برای قطعاتی مانند این LED دو رنگ به پیش می‌راند.