مشخصات فنی LED 3.2x1.25x1.1 میلی‌متری سبز 3.0 ولت 105 میلی‌وات - برگه داده و راهنمای طراحی

1. نمای کلی محصول

این LED سبز SMD برای نشان‌دهی نوری عمومی و کاربردهای نمایشگر طراحی شده است. دارای بسته‌بندی فشرده 3.2×1.25×1.1 میلی‌متر (با طرح پایه استاندارد PLCC-2) است و از یک تراشه سبز با راندمان بالا استفاده می‌کند. این LED زاویه دید گسترده ۱۴۰ درجه را ارائه می‌دهد که آن را برای نور پس‌زمینه و نشانگرها مناسب می‌سازد. با حداکثر توان اتلافی ۱۰۵ میلی‌وات و جریان پیشرو ۳۰ میلی‌آمپر، عملکرد قابل اعتمادی را در محدوده دمای کاری ۴۰- تا ۸۵+ درجه سانتی‌گراد ارائه می‌دهد. این قطعه مطابق با استاندارد RoHS بوده و دارای سطح حساسیت به رطوبت ۳ (MSL-3) است.

2. پارامترهای فنی - تحلیل عمیق

2.1 مشخصات الکتریکی و نوری (در دمای Ts=۲۵ درجه سانتی‌گراد، IF=۲۰ میلی‌آمپر)

این LED در جریان پیشرو ۲۰ میلی‌آمپر مشخصه‌یابی می‌شود. پارامترهای کلیدی عبارتند از:

• ولتاژ پیشرو (VF):این قطعه در چندین بسته ولتاژی موجود است: G1 (2.8-2.9 ولت)، G2 (2.9-3.0 ولت)، H1 (3.0-3.1 ولت)، H2 (3.1-3.2 ولت)، I1 (3.2-3.3 ولت)، I2 (3.3-3.4 ولت)، J1 (3.4-3.5 ولت). VF معمولی برای بسته میانی (H1) 3.0 ولت است. این دسته‌بندی به طراحان امکان می‌دهد تا ولتاژ دقیق را برای بهینه‌سازی مقاومت سری یا تطبیق جریان انتخاب کنند.
• طول موج غالب (λD):تابش سبز حول ۵۲۰ نانومتر متمرکز است، با بسته‌های D20 (517.5-520 نانومتر)، E10 (520-522.5 نانومتر)، E20 (522.5-525 نانومتر)، F10 (525-527.5 نانومتر)، F20 (527.5-530 نانومتر). این کنترل دقیق طول موج، سازگاری رنگ را در بین دسته‌های تولید تضمین می‌کند.
• شدت نورانی (IV):چندین بسته روشنایی مشخص شده است: 1AU (260-330 میلی‌کاندلا)، 1AV (330-430 میلی‌کاندلا)، 1CG (430-560 میلی‌کاندلا)، 1CL (560-700 میلی‌کاندلا)، 1CM (700-900 میلی‌کاندلا). بالاترین بسته (1CM) خروجی نورانی عالی را برای کاربردهای با دید بالا ارائه می‌دهد.
• پهنای باند نیمه طیفی:۳۰ نانومتر (معمولی)، نشان‌دهنده رنگ سبز نسبتاً خالص.
• زاویه دید (2θ1/2):۱۴۰ درجه، امکان پوشش نورانی گسترده را فراهم می‌کند.
• جریان معکوس (IR):حداکثر ۱۰ میکروآمپر در ولتاژ معکوس ۵ ولت، تضمین‌کننده نشتی کم در بایاس معکوس.
• مقاومت حرارتی (RTHJ-S):۴۵۰ درجه سانتی‌گراد بر وات (معمولی)، برای مدیریت حرارتی در طرح‌های پرقدرت مهم است.

2.2 حداکثر رتبه‌بندی‌های مطلق

این LED نباید فراتر از این محدودیت‌ها کار کند تا از آسیب جلوگیری شود:

• اتلاف توان (Pd): ۱۰۵ میلی‌وات
• جریان پیشرو (IF): ۳۰ میلی‌آمپر (پیوسته)
• جریان پیشرو پیک (IFP): ۶۰ میلی‌آمپر (پالس، چرخه کاری ۱/۱۰، عرض پالس ۰٫۱ میلی‌ثانیه)
• ESD (HBM): ۱۰۰۰ ولت
• دمای کاری (Topr): ۴۰- تا ۸۵+ درجه سانتی‌گراد
• دمای نگهداری (Tstg): ۴۰- تا ۸۵+ درجه سانتی‌گراد
• دمای اتصال (Tj): ۹۵ درجه سانتی‌گراد

باید مراقب بود که اتلاف توان از حداکثر رتبه‌بندی تجاوز نکند. جریان پیشرو باید بر اساس دمای واقعی اتصال کاهش یابد، که باید زیر ۹۵ درجه سانتی‌گراد باقی بماند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

LED بر اساس سه پارامتر دسته‌بندی می‌شود: ولتاژ پیشرو (VF)، طول موج غالب (λD) و شدت نورانی (IV). این به مشتریان امکان می‌دهد تا قطعاتی با مشخصات دقیق برای عملکرد ثابت در آرایه‌ها یا واحدهای نور پس‌زمینه سفارش دهند.

دسته‌های ولتاژ:G1, G2, H1, H2, I1, I2, J1. هر دسته محدوده 0.1 ولت را پوشش می‌دهد و تنظیم دقیق جریان را امکان‌پذیر می‌کند.

دسته‌های طول موج:D20, E10, E20, F10, F20. هر دسته ۲٫۵ نانومتر را پوشش می‌دهد و سازگاری رنگ را در یک دسته تولید تضمین می‌کند.

دسته‌های شدت:1AU, 1AV, 1CG, 1CL, 1CM. این دسته‌ها از ۲۶۰ تا ۹۰۰ میلی‌کاندلا را شامل می‌شوند و طیف گسترده‌ای از نیازهای روشنایی را پوشش می‌دهند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 ولتاژ پیشرو در مقابل جریان پیشرو

منحنی I-V معمولی نشان می‌دهد که در IF=۲۰ میلی‌آمپر، VF حدود ۳٫۰ ولت است. با افزایش جریان، ولتاژ به صورت غیرخطی بالا می‌رود. در جریان‌های بالا، مدیریت حرارتی دقیق به دلیل خودگرمایی ضروری است.

4.2 جریان پیشرو در مقابل شدت نسبی

شدت نورانی نسبی با جریان پیشرو افزایش می‌یابد اما به دلیل گرمایش اتصال به صورت خطی نیست. در IF=۳۰ میلی‌آمپر، شدت تقریباً ۱٫۵ برابر شدت در IF=۲۰ میلی‌آمپر است (بر اساس منحنی معمولی).

4.3 دمای پایه در مقابل شدت نسبی و جریان پیشرو

با گرم شدن LED، شدت نسبی کاهش می‌یابد. مقاومت حرارتی ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد بر وات بدان معناست که در ۲۰ میلی‌آمپر، افزایش دمای اتصال نسبت به محیط کم است. با این حال، در حداکثر جریان و دمای محیط، اتصال می‌تواند به حد ۹۵ درجه سانتی‌گراد نزدیک شود که نیاز به هیت‌سینک یا کاهش رتبه دارد.

4.4 جریان پیشرو در مقابل طول موج غالب

طول موج غالب با جریان کمی تغییر می‌کند. به طور معمول، LEDهای سبز در جریان‌های بالا تغییر به آبی کوچکی نشان می‌دهند. این جابجایی در محدوده چند نانومتر است که برای اکثر کاربردهای نشانگر قابل قبول است.

4.5 شدت نسبی در مقابل طول موج

توزیع طیفی یک پیک واحد در حدود ۵۲۰ نانومتر با پهنای نیمه ۳۰ نانومتر را نشان می‌دهد که تابش سبز خالص را تأیید می‌کند. هیچ پیک ثانویه‌ای وجود ندارد.

4.6 الگوی تابش

LED با توزیع شبه لمبرتی تابش می‌کند، به طوری که شدت در زاویه ۷۰ درجه از محور نوری به نصف می‌رسد. این پرتو عریض آن را برای نور پس‌زمینه یا تابلوهای نمایشی ایده‌آل می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

LED در بسته‌ای به ابعاد 3.20×1.25×1.10 میلی‌متر قرار دارد. نمای بالا یک شکل مستطیلی با دو ترمینال (آند و کاتد) را نشان می‌دهد که علامت‌گذاری شده‌اند. نمای پایین طرح پد را نشان می‌دهد: یک پد 1.20×0.60 میلی‌متر برای ترمینال ۱ (کاتد) و یک پد 1.20×0.45 میلی‌متر برای ترمینال ۲ (آند). الگوی پد لحیم‌کاری توصیه‌شده 5.00×2.00 میلی‌متر برای اتلاف حرارتی مناسب و پایداری مکانیکی است. قطبیت با یک علامت‌گذار روی بسته مشخص می‌شود.

5.2 قطبیت و الگوهای لحیم‌کاری

علامت‌گذاری قطبیت در شکل‌های ۱-۴ نشان داده شده است. کاتد معمولاً با یک بریدگی یا نقطه مشخص می‌شود. الگوی لحیم‌کاری توصیه‌شده (شکل ۱-۵) اتصال حرارتی و الکتریکی خوبی را تضمین می‌کند. ابعاد دارای تلرانس ۰٫۲± میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن ذکر شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری بازروی SMT

پروفایل بازروی استاندارد (بر اساس JEDEC J-STD-020) شامل:

• پیش‌گرمایش: ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۶۰-۱۲۰ ثانیه
• زمان بالای ۲۱۷ درجه سانتی‌گراد (TL): ۶۰-۱۵۰ ثانیه
• دمای پیک (TP): ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد، با حداکثر ۱۰ ثانیه بالای ۲۵۵ درجه سانتی‌گراد
• سرمایش: حداکثر ۶ درجه سانتی‌گراد بر ثانیه
• زمان کل از ۲۵ درجه سانتی‌گراد تا پیک: حداکثر ۸ دقیقه

لحیم‌کاری بازروی نباید بیش از دو بار انجام شود. اگر بیش از ۲۴ ساعت بین دو مرحله فاصله بیفتد، LED ممکن است رطوبت جذب کرده و آسیب ببیند. اگر شرایط نگهداری نقض شود، پخت در ۶۰±۵ درجه سانتی‌گراد به مدت ۲۴ ساعت توصیه می‌شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی و بازکاری

لحیم‌کاری دستی با هویه باید به ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد برای کمتر از ۳ ثانیه محدود شود. فقط یک بار بازکاری مجاز است. برای بازکاری، هویه دو سر توصیه می‌شود تا از تنش حرارتی جلوگیری شود.

6.3 احتیاط‌های حمل‌ونقل

از نصب روی PCBهای تاب‌دار خودداری کنید. در حین یا پس از لحیم‌کاری نیروی مکانیکی اعمال نکنید. سرمایش سریع پس از لحیم‌کاری مجاز نیست. LED حساس به ESD است (کلاس 1، 1000 ولت HBM)، بنابراین در حین حمل‌ونقل و مونتاژ باید از محافظت مناسب ESD استفاده کرد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 بسته‌بندی نوار و قرقره

LEDها در نوار حامل با ۳۰۰۰ قطعه در هر قرقره (قطر ۷ اینچ) عرضه می‌شوند. ابعاد نوار: عرض 8.00 میلی‌متر، گام 4.00 میلی‌متر. قرقره دارای قطر ۱۷۸ میلی‌متر، قطر توپی ۶۰ میلی‌متر و سوراخ دوک ۱۳٫۰ میلی‌متر است. یک برچسب شامل شماره قطعه، شماره مشخصات، شماره دسته، کد دسته (برای فلاکس، رنگی، ولتاژ، طول موج)، تعداد و کد تاریخ است.

7.2 کیسه مانع رطوبت و جعبه

هر قرقره در یک کیسه مانع رطوبت همراه با ماده خشک‌کننده و کارت نشانگر رطوبت مهر و موم می‌شود. سپس کیسه برای حمل‌ونقل در یک جعبه مقوایی بسته‌بندی می‌شود. شرایط نگهداری: قبل از باز کردن کیسه، تا ۱ سال در دمای ≤۳۰ درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤۷۵٪ نگهداری شود. پس از باز کردن، ظرف ۱۶۸ ساعت در دمای ≤۳۰ درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤۶۰٪ استفاده شود. در صورت نشان دادن نشانگر رطوبت از قرار گرفتن در معرض هوا یا تجاوز از زمان نگهداری، پخت در ۶۰±۵ درجه سانتی‌گراد به مدت ≥۲۴ ساعت الزامی است.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 کاربردهای معمول

• نشانگرهای نوری روی دستگاه‌های الکترونیکی (مانند LEDهای وضعیت، نور پس‌زمینه دکمه)
• نور پس‌زمینه سوئیچ‌ها و نمادها در محصولات خودرویی یا مصرفی
• نور پس‌زمینه تابلوهای نمایشی و عمومی
• نورپردازی تزئینی در جاهایی که اندازه کوچک و زاویه عریض مورد نیاز است

8.2 ملاحظات طراحی

• محدودکننده جریان:همیشه از یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان به ≤۳۰ میلی‌آمپر استفاده کنید. بدون مقاومت، تغییرات جزئی ولتاژ می‌تواند تغییرات جریان زیادی ایجاد کرده و باعث آسیب شود.
• مدیریت حرارتی:برای حداکثر جریان یا دمای محیط بالا، ناحیه مسی PCB را برای هیت‌سینک در نظر بگیرید. مقاومت حرارتی ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد بر وات نیاز به چیدمان دقیق برای نگه داشتن دمای اتصال زیر ۹۵ درجه سانتی‌گراد دارد.
• محافظت محیطی:از قرار گرفتن در معرض ترکیبات گوگرد (>100PPM)، برم (>900PPM)، کلر (>900PPM) و VOCهایی که ممکن است از چسب‌ها یا مواد پوشش‌دهنده خارج شوند، خودداری کنید. این موارد می‌توانند باعث تغییر رنگ و کاهش خروجی نور شوند.
• عملکرد موازی:اگر چندین LED به صورت موازی استفاده می‌شوند، هر کدام باید مقاومت سری خود را داشته باشند تا جریان متعادل شود.

9. مقایسه فنی

در مقایسه با LEDهای سبز استاندارد در بسته‌های مشابه PLCC-2، این قطعه زاویه دید گسترده (۱۴۰ درجه) و چندین دسته روشنایی تا ۹۰۰ میلی‌کاندلا را ارائه می‌دهد. دسته‌بندی دقیق طول موج (۲٫۵± نانومتر در هر دسته) سازگاری رنگ برتر را تضمین می‌کند که برای مجموعه‌های چند LED حیاتی است. مقاومت حرارتی پایین ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد بر وات (معمولی) برای یک بسته 3.2x1.25 میلی‌متری رقابتی است و امکان جریان‌های محرک بالاتر را در صورت هیت‌سینک مناسب فراهم می‌کند. علاوه بر این، رتبه MSL-3 و انطباق با RoHS آن را برای مونتاژ SMT خودکار مناسب می‌سازد.

10. سوالات متداول

سوال ۱: جریان کاری توصیه‌شده برای این LED چقدر است؟
پاسخ: جریان تست معمول ۲۰ میلی‌آمپر است که تعادل خوبی بین روشنایی و حاشیه حرارتی ایجاد می‌کند. حداکثر مطلق جریان پیوسته ۳۰ میلی‌آمپر است، اما دمای اتصال باید زیر ۹۵ درجه سانتی‌گراد نگه داشته شود.

سوال ۲: آیا می‌توانم از این LED در برنامه مدولاسیون عرض پالس (PWM) استفاده کنم؟
پاسخ: بله، جریان پیک می‌تواند تا ۶۰ میلی‌آمپر با چرخه کاری ۱/۱۰ و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه باشد. برای PWM با چرخه کاری بالاتر، اطمینان حاصل کنید که جریان متوسط ≤۳۰ میلی‌آمپر است.

سوال ۳: چگونه دسته ولتاژ صحیح را برای طراحی خود انتخاب کنم؟
پاسخ: اگر به محدوده ولتاژ باریکی برای آینه‌سازی جریان یا اتصال سری نیاز دارید، یک دسته خاص (مانند H1 برای 3.0-3.1 ولت) انتخاب کنید. برای استفاده عمومی، ولتاژ 3.0 ولت معمولی (H1) توصیه می‌شود.

سوال ۴: عمر نگهداری پس از باز کردن کیسه مانع رطوبت چقدر است؟
پاسخ: ۱۶۸ ساعت در دمای ≤۳۰ درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤۶۰٪. اگر در این مدت استفاده نشد، قبل از بازروی حداقل ۲۴ ساعت در دمای ۶۰±۵ درجه سانتی‌گراد بپزید.

سوال ۵: آیا می‌توانم از این LED در فضای باز استفاده کنم؟
پاسخ: محدوده دمای کاری ۴۰- تا ۸۵+ درجه سانتی‌گراد است که برای بسیاری از کاربردهای خارج از خانه مناسب است. با این حال، این قطعه برای تماس مستقیم با آب رتبه‌بندی نشده است؛ ممکن است به پوشش محافظ اضافی نیاز باشد.

11. مثال طراحی عملی

مثال: نور پس‌زمینه یک کلید فشاری با دو LED به صورت موازی.

• روشنایی مورد نظر: تقریباً ۵۰۰ میلی‌کاندلا در هر LED (با استفاده از دسته 1CG یا 1CL).
• ولتاژ منبع تغذیه: ۵ ولت DC.
• ولتاژ پیشرو LED (معمولی): ۳٫۰ ولت در ۲۰ میلی‌آمپر.
• مقاومت سری: R = (5V - 3.0V) / 0.04A (دو LED موازی، هر کدام ۲۰ میلی‌آمپر) = ۵۰ اهم. مقاومت ۵۱ اهم، ۱/۴ وات را انتخاب کنید.
• بررسی حرارتی: در دمای محیط ۲۵ درجه سانتی‌گراد، افزایش دمای اتصال = 20mA * 3.0V * 450°C/W = 0.027W * 450 = 12.15°C. دمای اتصال = 37.15 درجه سانتی‌گراد، بسیار کمتر از ۹۵ درجه سانتی‌گراد. حتی در دمای محیط ۸۵ درجه سانتی‌گراد، دمای اتصال = 97.15 درجه سانتی‌گراد، کمی بیش از حد؛ استفاده از سطح پد بزرگتر برای کاهش مقاومت حرارتی یا کاهش جریان به ۱۸ میلی‌آمپر را در نظر بگیرید.

12. اصول عملکرد

LED یک دیود اتصال p-n است که از نیترید گالیوم (GaN) یا مواد نیمه‌هادی ترکیبی III-V مرتبط ساخته شده است و هنگامی که بایاس مستقیم می‌شود، نور سبز ساطع می‌کند. شکاف انرژی باند طول موج را تعیین می‌کند. در این مورد، طول موج غالب حدود ۵۲۰ نانومتر با شکاف انرژی تقریباً 2.38eV مطابقت دارد. قطعه در یک سیلیکون یا اپوکسی شفاف محصور شده است که استخراج نوری و محافظت مکانیکی را فراهم می‌کند. زاویه دید گسترده با استفاده از یک محصورکننده پراکنده یا طراحی بسته‌ای که نور ساطع شده را پخش می‌کند، به دست می‌آید.

13. روندهای توسعه

LEDهای سبز به دلیل تکنیک‌های بهتر رشد اپی‌تاکسی و طراحی تراشه، همچنان در بازده (لومن بر وات) بهبود می‌یابند. روندهای آینده برای LEDهای SMD در این اندازه شامل بهره‌وری نوری بالاتر، مقاومت حرارتی کاهش‌یافته و دسته‌های طول موج باریک‌تر برای ترکیب رنگ بهتر در کاربردهای RGB است. علاوه بر این، ادغام تراشه‌های محافظ ESD در داخل بسته برای بهبود استحکام رایج‌تر می‌شود. تقاضا برای LEDهای کوچک‌شده با روشنایی بالا برای دستگاه‌های پوشیدنی و IoT باعث نوآوری‌های بیشتر در بسته‌بندی و مدیریت حرارتی می‌شود.