دیتاشیت قطعه LED - فاز چرخه عمر نسخه 2 - مستندات فنی

1. مرور کلی محصول

این سند فنی، مشخصات جامع و راهنمایی‌های لازم برای یک قطعه دیود نورافشان (LED) را ارائه می‌دهد. تمرکز اصلی این نسخه بازنگری شده، مستندسازی فاز چرخه عمر و داده‌های اداری مرتبط با آن است. LEDها قطعات نیمه‌هادی هستند که انرژی الکتریکی را به نور مرئی تبدیل می‌کنند و به دلیل بازدهی بالا، طول عمر طولانی و ابعاد فشرده، کاربرد گسترده‌ای در زمینه‌هایی از چراغ‌های نشانگر و نور پس‌زمینه گرفته تا روشنایی عمومی و چراغ‌های خودرو دارند.

مزیت اصلی این قطعه، مدیریت استاندارد چرخه عمر آن است که ثبات و قابلیت ردیابی را در بین دسته‌های تولیدی مختلف تضمین می‌کند. این امر برای تولیدکنندگان و طراحانی که به عملکرد قابل اعتماد و قابل پیش‌بینی قطعه در طول عمر محصول نیاز دارند، حیاتی است. بازار هدف شامل تولیدکنندگان تجهیزات صنعتی، سازندگان الکترونیک مصرفی و ارائه‌دهندگان راه‌حل‌های روشنایی است که بر قابلیت اطمینان قطعه و مستندات آن تأکید دارند.

2. اطلاعات چرخه عمر و بازنگری

محتوای PDF ارائه شده نشان‌دهنده وضعیت ثابت چرخه عمر در چندین ورودی است.

2.1 فاز چرخه عمر

فاز چرخه عمر برای این قطعه به عنوان «بازنگری» مستند شده است. این نشان می‌دهد که طراحی محصول، مشخصات یا فرآیند تولید آن دستخوش یک تغییر رسمی شده است. فاز بازنگری معمولاً پس از انتشار اولیه می‌آید و شامل به‌روزرسانی‌هایی است که به طور اساسی شکل، ابعاد یا عملکرد اصلی محصول را تغییر نمی‌دهند، اما ممکن است شامل بهبودهایی در عملکرد، مواد یا وضوح مستندات باشند.بازنگری. این نشان می‌دهد که طراحی محصول، مشخصات یا فرآیند تولید آن دستخوش یک تغییر رسمی شده است. فاز بازنگری معمولاً پس از انتشار اولیه می‌آید و شامل به‌روزرسانی‌هایی است که به طور اساسی شکل، ابعاد یا عملکرد اصلی محصول را تغییر نمی‌دهند، اما ممکن است شامل بهبودهایی در عملکرد، مواد یا وضوح مستندات باشند.

2.2 شماره بازنگری

شماره بازنگری به صورت «2» مشخص شده است. این شناسه عددی، دنباله تغییرات رسمی اعمال شده بر مستندات محصول و/یا خود محصول را ردیابی می‌کند. بازنگری 2 نشان می‌دهد که این، دومین تکرار مستند شده اصلی از زمان انتشار اولیه است.2. این شناسه عددی، دنباله تغییرات رسمی اعمال شده بر مستندات محصول و/یا خود محصول را ردیابی می‌کند. بازنگری 2 نشان می‌دهد که این، دومین تکرار مستند شده اصلی از زمان انتشار اولیه است.

2.3 جزئیات انتشار و انقضا

تاریخ انتشار این بازنگری به صورت2014-12-01 18:09:04.0ثبت شده است. دوره انقضا به عنوانبرای همیشهذکر شده است. این ترکیب نشان می‌دهد که در حالی که این بازنگری خاص در یک تاریخ ثابت منتشر شده، اما داده‌ها و مشخصات فنی موجود در آن برای اهداف اطلاعاتی، تاریخ منسوخ شدن برنامه‌ریزی شده‌ای ندارند. با این حال، برای تولید و تأمین فعال، وضعیت «برای همیشه» معمولاً به اعتبار اطلاعات دیتاشیت اشاره دارد، نه در دسترس بودن قطعه برای خرید، که تابع سیاست‌های چرخه عمر محصول سازنده است.

3. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

در حالی که بخش ارائه شده از PDF محدود به داده‌های اداری است، یک دیتاشیت استاندارد LED از این نوع شامل بخش‌های فنی زیر خواهد بود. در ادامه، توضیحی دقیق و عینی از پارامترهای متداول ارائه می‌شود.

3.1 مشخصات نورسنجی

پارامترهای نورسنجی، ویژگی‌های خروجی نور را همان‌گونه که توسط چشم انسان درک می‌شود، توصیف می‌کنند.

• شار نوری:که با واحد لومن (lm) اندازه‌گیری می‌شود، مقدار کل نور مرئی ساطع شده از منبع است. مقدار لومن بالاتر نشان‌دهنده خروجی نور روشن‌تر است. این پارامتر اغلب در حین تولید در محدوده‌های خاصی دسته‌بندی (بینینگ) می‌شود.
• شدت نور:که با واحد میلی‌کاندلا (mcd) اندازه‌گیری می‌شود، روشنایی LED را در یک جهت خاص توصیف می‌کند. این پارامتر به زاویه دید وابسته است.
• طول موج غالب / دمای رنگ مرتبط (CCT):برای LEDهای رنگی، طول موج غالب (بر حسب نانومتر، nm) رنگ درک شده را تعریف می‌کند (مثلاً 630 نانومتر برای قرمز). برای LEDهای سفید، CCT (بر حسب کلوین، K) سایه سفید را تعریف می‌کند، مانند 2700K (سفید گرم) یا 6500K (سفید سرد).
• شاخص نمود رنگ (CRI):برای LEDهای سفید، CRI (Ra) توانایی منبع نور در آشکارسازی وفادارانه رنگ‌های اجسام در مقایسه با یک منبع نور طبیعی را اندازه‌گیری می‌کند. CRI بالاتر (نزدیک به 100) برای کاربردهایی که دقت رنگ حیاتی است، بهتر است.
• زاویه دید:زاویه‌ای که در آن شدت نور، نصف شدت نور در زاویه 0 درجه (مستقیماً روی محور) است. زاویه وسیع‌تر (مثلاً 120 درجه)، نور پخش‌شده بیشتری ایجاد می‌کند.

3.2 پارامترهای الکتریکی

این پارامترها شرایط کار و محدودیت‌های الکتریکی LED را تعریف می‌کنند.

• ولتاژ مستقیم (Vf):افت ولتاژ دو سر LED هنگامی که جریان از آن عبور می‌کند. این مقدار با جنس LED (مثلاً حدود 2 ولت برای قرمز، حدود 3.2 ولت برای آبی/سفید) تغییر می‌کند و در یک جریان آزمایش خاص مشخص می‌شود. این یک پارامتر کلیدی برای طراحی درایور است.
• جریان مستقیم (If):جریان DC پیوسته توصیه شده برای کار، که معمولاً بر حسب میلی‌آمپر (mA) بیان می‌شود. تجاوز از حداکثر جریان نامی می‌تواند به شدت طول عمر را کاهش دهد یا باعث خرابی فوری شود.
• ولتاژ معکوس (Vr):حداکثر ولتاژی که LED می‌تواند در بایاس معکوس بدون آسیب تحمل کند. LEDها معمولاً تحمل ولتاژ معکوس بسیار پایینی دارند (اغلب 5 ولت).
• توان تلف شده:توان الکتریکی که به گرما و نور تبدیل می‌شود و از حاصل ضرب Vf * If محاسبه می‌شود. مدیریت حرارتی مؤثر برای دفع این گرما مورد نیاز است.

3.3 مشخصات حرارتی

عملکرد و طول عمر LED به شدت به دما حساس است.

• دمای اتصال (Tj):دمای محل پیوند p-n روی تراشه نیمه‌هادی. حداکثر دمای مجاز Tj یک محدودیت حیاتی است؛ تجاوز از آن باعث تخریب سریع می‌شود.
• مقاومت حرارتی (Rth j-s یا Rth j-a):که با واحد درجه سانتی‌گراد بر وات (°C/W) اندازه‌گیری می‌شود، نشان می‌دهد که گرما چقدر مؤثر از اتصال به یک نقطه مرجع (نقطه لحیم یا هوای محیط) منتقل می‌شود. مقدار کمتر به معنای دفع حرارت بهتر است.
• محدوده دمای کاری:محدوده دمای محیطی که در آن LED برای کارکرد مطمئن مشخص شده است.
• محدوده دمای نگهداری:محدوده دمایی برای نگهداری ایمن دستگاه هنگامی که روشن نیست.

4. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

به دلیل تغییرات ذاتی در تولید نیمه‌هادی‌ها، LEDها پس از تولید مرتب (دسته‌بندی) می‌شوند تا یکنواختی تضمین شود.

4.1 دسته‌بندی طول موج/دمای رنگ

LEDها در محدوده‌های تنگ طول موج یا CCT گروه‌بندی می‌شوند (مثلاً 450-455 نانومتر، 5000K-5300K). این امر یکنواختی رنگ را در یک دسته تولید تضمین می‌کند که برای کاربردهایی که از چندین LED در کنار هم استفاده می‌کنند حیاتی است.

4.2 دسته‌بندی شار نوری

LEDها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده‌شان در دسته‌های شار (بین) مرتب می‌شوند (مثلاً 100-105 لومن، 105-110 لومن). این به طراحان اجازه می‌دهد تا یک درجه روشنایی مناسب برای کاربرد و هدف هزینه‌ای خود انتخاب کنند.

4.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

دسته‌بندی بر اساس ولتاژ مستقیم (مثلاً 3.0-3.2 ولت، 3.2-3.4 ولت) به طراحی مدارهای درایور کارآمد کمک می‌کند، به ویژه هنگامی که چندین LED به صورت سری متصل می‌شوند، زیرا عدم تعادل جریان را به حداقل می‌رساند.

5. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینش عمیق‌تری از رفتار LED در شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

5.1 منحنی جریان بر حسب ولتاژ (I-V)

این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. ولتاژ آستانه مورد نیاز برای روشن کردن LED و چگونگی افزایش Vf با جریان را نشان می‌دهد. این منحنی برای انتخاب مقاومت‌های محدودکننده جریان یا طراحی درایورهای جریان ثابت ضروری است.

5.2 مشخصات دمایی

نمودارها معمولاً نشان می‌دهند که شار نوری و ولتاژ مستقیم با افزایش دمای اتصال چگونه تغییر می‌کنند. شار نوری عموماً با افزایش دما کاهش می‌یابد (خاموشی حرارتی)، در حالی که Vf کمی کاهش می‌یابد. این نمودارها برای پیش‌بینی عملکرد در محیط‌های حرارتی واقعی و غیرایده‌آل حیاتی هستند.

5.3 توزیع طیفی توان (SPD)

برای LEDهای سفید، نمودار SPD شدت نسبی نور را در سراسر طیف مرئی نشان می‌دهد. این نمودار قله‌های LED پمپ آبی و انتشار گسترده فسفر را آشکار می‌کند و به درک بصری ویژگی‌های CCT و CRI کمک می‌کند.

6. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

مشخصات فیزیکی، ادغام صحیح در محصول نهایی را تضمین می‌کنند.

6.1 نقشه ابعاد

یک نمودار دقیق که ابعاد دقیق LED، شامل طول، عرض، ارتفاع و هر گونه انحنای لنز را نشان می‌دهد. این برای طراحی جای پای PCB و اطمینان از فاصله مکانیکی حیاتی است.

6.2 طراحی چیدمان پد

الگوی توصیه شده پد مسی روی PCB برای لحیم‌کاری. این شامل اندازه، شکل و فاصله پدها برای اطمینان از اتصالات لحیم قابل اعتماد، هدایت حرارتی مناسب و جلوگیری از پدیده "قبرستانی شدن" در حین رفلو است.

6.3 شناسایی قطبیت

نشانه‌گذاری واضح پایه‌های آند (+) و کاتد (-). این اغلب با یک شکاف، یک گوشه بریده شده، یک پایه بلندتر (برای نوع سوراخ‌دار) یا یک پد علامت‌گذاری شده روی بدنه دستگاه نشان داده می‌شود. قطبیت نادرست مانع از روشن شدن LED خواهد شد.

7. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

7.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک نمودار زمان-دما که پروفیل رفلو توصیه شده، شامل پیش‌گرم، خیساندن، دمای اوج رفلو و نرخ‌های خنک‌سازی را مشخص می‌کند. رعایت این پروفیل (معمولاً با دمای اوج حدود 260 درجه سانتی‌گراد برای چند ثانیه) برای جلوگیری از آسیب حرارتی به بسته‌بندی LED یا تراشه داخلی آن حیاتی است.

7.2 احتیاط‌ها و نحوه کار

• حساسیت به تخلیه الکترواستاتیک (ESD): LEDها اغلب به ESD حساس هستند و باید با احتیاط‌های مناسب (ایستگاه‌های کاری زمین شده، مچ‌بند) جابجا شوند.
• اجتناب از تنش مکانیکی: به لنز فشار وارد نکنید.
• تمیزکاری: در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، از حلال‌های سازگار استفاده کنید.

7.3 شرایط نگهداری

در یک محیط خشک و خنثی (معمولاً<40°C و<رطوبت نسبی 60%) و در محدوده دمای مشخص شده نگهداری شود. دستگاه‌های حساس به رطوبت ممکن است در صورت باز شدن بسته‌بندی و قرار گرفتن در معرض رطوبت محیط فراتر از عمر مفید آن، نیاز به پخت (بیکینگ) قبل از استفاده داشته باشند.

8. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

8.1 مشخصات بسته‌بندی

جزئیات نحوه عرضه LEDها: نوع قرقره (مثلاً 12mm، 16mm)، عرض نوار، فاصله جیب‌ها و تعداد در هر قرقره (مثلاً 2000 عدد). این اطلاعات برای برنامه‌ریزی ماشین‌های اتوماتیک برداشت و قراردادن (پیک اند پلیس) ضروری است.

8.2 برچسب‌گذاری و ردیابی

اطلاعات روی برچسب قرقره، شامل شماره قطعه، تعداد، کد تاریخ، شماره دسته و کدهای دسته‌بندی (بین). این امر ردیابی تا دسته تولید را تضمین می‌کند.

8.3 قوانین شماره مدل

توضیح ساختار شماره قطعه، که معمولاً ویژگی‌های کلیدی مانند اندازه بسته‌بندی، رنگ، دسته شار، دسته ولتاژ و دمای رنگ را کدگذاری می‌کند. درک این ساختار امکان سفارش دقیق را فراهم می‌کند.

9. توصیه‌های کاربردی

9.1 سناریوهای کاربردی متداول

• روشنایی عمومی:لامپ‌ها، لوله‌ها، پنل‌ها. نیاز به شار نوری بالا، CRI خوب و CCT مناسب دارد.
• نور پس‌زمینه:برای نمایشگرهای LCD در تلویزیون‌ها، مانیتورها و تابلوها. نیاز به روشنایی و رنگ یکنواخت دارد.
• روشنایی خودرو:چراغ‌های داخلی، چراغ‌های روز (DRL)، چراغ ترمز. نیاز به قابلیت اطمینان بالا و استانداردهای رنگ خاص دارد.
• چراغ‌های نشانگر:وضعیت روشن/خاموش روی لوازم الکترونیکی مصرفی و خانگی. نیازمندی شار نوری کمتری دارد.

9.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:مهم‌ترین عامل برای طول عمر. از مساحت کافی مس روی PCB (پدهای حرارتی) استفاده کنید، برای کاربردهای پرتوان PCBهای با هسته فلزی (MCPCB) را در نظر بگیرید و جریان هوای خوبی را تضمین کنید.
• مدار درایور:از یک درایور جریان ثابت برای خروجی نور پایدار و جلوگیری از فرار حرارتی استفاده کنید. هرگز یک LED را مستقیماً از یک منبع ولتاژ بدون محدودیت جریان راه‌اندازی نکنید.
• طراحی نوری:اپتیک ثانویه (لنزها، پخش‌کننده‌ها) را برای دستیابی به الگوی پرتو و ظاهر مطلوب در نظر بگیرید.

10. مقایسه و تمایز فنی

هنگام مقایسه با قطعات LED مشابه، تمایزدهنده‌های کلیدی بر اساس یک دیتاشیت متداول ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• بازده نوری بالاتر (لومن بر وات):ارائه نور بیشتر به ازای هر واحد توان الکتریکی، منجر به صرفه‌جویی در انرژی می‌شود.
• یکنواختی رنگ برتر (دسته‌بندی تنگ‌تر):کاهش تغییرات رنگ در یک دسته تولید، منجر به کیفیت زیبایی‌شناختی بهتر در چراغ‌های چند LED می‌شود.
• مقاومت حرارتی پایین‌تر:با امکان خروج مؤثرتر گرما از اتصال، امکان استفاده از جریان درایو بالاتر یا طول عمر طولانی‌تر را فراهم می‌کند.
• داده‌های قابلیت اطمینان بهبودیافته:پشتیبانی شده توسط گزارش‌های آزمایش گسترده LM-80 یا پیش‌بینی‌های طول عمر L70/B50 طولانی‌تر، که اطمینان لازم برای کاربردهای بلندمدت را فراهم می‌کند.

11. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

1. س: چرا LED من کمنورتر از حد انتظار است؟ج: دلایل محتمل شامل کارکرد در جریان پایین‌تر از حد توصیه شده، دمای اتصال بالا (هدایت حرارتی ضعیف)، یا استفاده از LED از یک دسته شار پایین‌تر از آنچه در طراحی مشخص شده است، می‌باشد.
2. س: آیا می‌توانم LED را مستقیماً با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟ج: خیر. شما باید از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت برای محدود کردن جریان استفاده کنید. ولتاژ مستقیم یک مشخصه است، نه یک ریتینگ. اعمال مستقیم 3.3 ولت به یک LED با Vf=3.2 ولت می‌تواند باعث عبور جریان بیش از حد و آسیب دیدن آن شود.
3. س: منظور از انقضای «برای همیشه» برای دیتاشیت چیست؟ج: به این معنی است که اطلاعات این نسخه از سند برای مراجعه دائماً معتبر در نظر گرفته می‌شود. این امر تضمین نمی‌کند که قطعه برای خرید به طور نامحدود در دسترس خواهد بود؛ آن تابع اعلان‌های توقف تولید (EOL) سازنده است.
4. س: چگونه شماره بازنگری را تفسیر کنم؟ج: بازنگری 2 نشان می‌دهد که این، دومین نسخه رسمی سند است. تغییرات از بازنگری 1 می‌تواند شامل اصلاح اشتباهات تایپی، به‌روزرسانی روش‌های آزمایش یا اصلاح محدودیت‌های مشخصات باشد. همیشه برای کار طراحی از آخرین بازنگری استفاده کنید.

12. مثال‌های کاربردی عملی

12.1 مورد طراحی: چراغ کاری میز

یک طراح یک چراغ مطالعه برای معماران طراحی می‌کند که نیاز به CRI بالا (Ra >90) برای نمایش رنگ دقیق، CCT سفید گرم (3000K) برای راحتی بصری و ابعاد فشرده دارد. او یک LED با توان متوسط با دسته شار مناسب انتخاب می‌کند. چالش طراحی، مدیریت حرارت در یک محفظه کوچک است. راه‌حل شامل استفاده از یک هیت‌سینک آلومینیومی یکپارچه در بازوی چراغ و یک درایور جریان ثابت تنظیم شده روی 80% حداکثر جریان LED برای افزایش طول عمر و کاهش بار حرارتی است، در حالی که همچنان اهداف خروجی لومن برآورده می‌شود.

12.2 مورد تولید: ساخت پنل نور

یک کارخانه پنل‌های نور LED را مونتاژ می‌کند. برای اطمینان از یکنواختی رنگ در سراسر پنل، آنها تمام LEDهای مورد نیاز برای یک خط تولید را از کدهای دسته طول موج و شار یکسان مطابق با جداول دسته‌بندی دیتاشیت تأمین می‌کنند. در حین مونتاژ، آنها دقیقاً پروفیل رفلو توصیه شده را دنبال می‌کنند تا از تنش حرارتی جلوگیری شود. آنها همچنین تست نوری اتوماتیک را برای تأیید شار نوری و مختصات رنگ هر پنل تمام شده در مقایسه با مقادیر مورد انتظار استخراج شده از مشخصات دیتاشیت اجرا می‌کنند.

13. معرفی اصل عملکرد

یک LED یک دستگاه حالت جامد نیمه‌هادی است. ساختار اصلی آن یک پیوند p-n ساخته شده از مواد نیمه‌هادی مرکب (مانند نیترید گالیم برای LEDهای آبی/سفید) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که یک الکترون با یک حفره بازترکیب می‌شود، به سطح انرژی پایین‌تری سقوط کرده و انرژی را به شکل یک فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. LEDهای سفید معمولاً با پوشش دادن یک تراشه LED آبی با فسفر زرد ایجاد می‌شوند؛ بخشی از نور آبی به زرد تبدیل می‌شود و مخلوط نور آبی و زرد به عنوان سفید درک می‌شود.

14. روندها و تحولات فناوری

صنعت LED با چندین روند عینی و واضح به تکامل خود ادامه می‌دهد:

• افزایش بازده:تحقیقات مداوم با هدف بهبود بازده کوانتومی داخلی (IQE) و بازده استخراج نور، سوق دادن بازده نوری به سطوح بالاتر و کاهش مصرف انرژی برای همان خروجی نور.
• بهبود کیفیت رنگ:توسعه سیستم‌های فسفر جدید و ترکیبات LED چندرنگ (مانند RGB، بنفش+فسفر) برای دستیابی به مقادیر CRI بالاتر و رنگ‌های اشباع‌شده‌تر برای کاربردهای تخصصی.
• کوچک‌سازی و یکپارچه‌سازی:توسعه اندازه‌های بسته‌بندی کوچک‌تر (مانند میکرو LED) و بسته‌بندی در مقیاس تراشه (CSP) برای کاربردهای فوق فشرده و با چگالی بالا مانند نمایشگرهای میکرو و فناوری‌های پوشیدنی.
• روشنایی هوشمند و متصل:یکپارچه‌سازی الکترونیک کنترل و پروتکل‌های ارتباطی (مانند DALI یا Zigbee) مستقیماً با ماژول‌های LED، امکان‌پذیر کردن سیستم‌های روشنایی هوشمند برای کاربردهای اینترنت اشیا.
• مدل‌سازی قابلیت اطمینان و طول عمر:آزمایش و مدل‌سازی پیچیده‌تر برای پیش‌بینی حفظ لومن و نرخ خرابی تحت شرایط تنش مختلف، ارائه داده‌های طول عمر دقیق‌تر برای کاربردهای حیاتی.