دیتاشیت قطعه LED - بازنگری 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 بازنگری، مستندسازی فاز رسمی چرخه عمر و به‌روزرسانی پارامترهای فنی برای انعکاس استانداردهای تولید فعلی و ویژگی‌های عملکردی است. LEDها قطعات نیمه‌هادی‌ای هستند که انرژی الکتریکی را به نور مرئی تبدیل می‌کنند و به دلیل بازدهی بالا، طول عمر طولانی و قابلیت اطمینان، کاربرد گسترده‌ای در زمینه‌هایی از چراغ‌های نشانگر و نور پس‌زمینه گرفته تا روشنایی عمومی و نورپردازی خودرو دارند.

مزیت اصلی این قطعه در طراحی استانداردشده آن نهفته است که عملکرد یکنواختی را در طول تولید انبوه تضمین می‌کند. این قطعه برای سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار فناوری نصب سطحی (SMT) طراحی شده و برای ادغام در محصولات الکترونیکی مدرن مناسب است. بازار هدف شامل الکترونیک مصرفی، سیستم‌های کنترل صنعتی، فضای داخلی خودرو و کاربردهای تابلوهای علائم است که در آنها به روشنایی قابل اطمینان و کم‌مصرف نیاز است.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

اگرچه بخش ارائه‌شده PDF محدود است، یک دیتاشیت فنی دقیق برای قطعه LED معمولاً شامل بخش‌های پارامتری حیاتی زیر می‌باشد. مقادیر زیر نشان‌دهنده محدوده‌های استاندارد صنعتی برای یک بسته‌بندی رایج SMD LED با توان متوسط است؛ مقادیر خاص در دیتاشیت کامل تعریف می‌شوند.

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و رنگی

خصوصیات نورسنجی، خروجی نور و کیفیت آن را تعریف می‌کنند. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• شار نوری (Φ_v):کل نور مرئی ساطع‌شده از منبع که بر حسب لومن (lm) اندازه‌گیری می‌شود. مقادیر معمول برای یک قطعه استاندارد بسته به رنگ و جریان راه‌اندازی می‌تواند از 20 تا 120 لومن متغیر باشد.
• طول موج غالب (λ_D):رنگ نور درک‌شده که بر حسب نانومتر (nm) اندازه‌گیری می‌شود. برای LEDهای سفید، این پارامتر با دمای رنگ مرتبط (CCT) جایگزین می‌شود.
• دمای رنگ مرتبط (CCT):برای LEDهای سفید، این پارامتر ظاهر رنگ نور را توصیف می‌کند، از سفید گرم (مثلاً 2700K-3000K) تا سفید سرد (مثلاً 5000K-6500K).
• شاخص نمود رنگ (CRI):معیاری از دقت منبع نور در نمایش رنگ‌های اجسام در مقایسه با یک منبع نور طبیعی. کاربردهای روشنایی عمومی معمولاً به CRI برابر یا بالاتر از 80 نیاز دارند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

پارامترهای الکتریکی برای طراحی مدار و اطمینان از عملکرد قابل اطمینان حیاتی هستند.

• ولتاژ مستقیم (V_F):افت ولتاژ دو سر LED هنگامی که در یک جریان مستقیم مشخص نور ساطع می‌کند. این مقدار با رنگ و ماده نیمه‌هادی متفاوت است (مثلاً ~2.0 ولت برای قرمز، ~3.2 ولت برای آبی/سفید). محدوده معمول برای یک LED سفید 2.8 تا 3.4 ولت است.
• جریان مستقیم (I_F):جریان کاری توصیه‌شده که معمولاً برای اندازه‌های مختلف بسته‌بندی 20mA، 60mA یا 150mA است. تجاوز از حداکثر جریان نامی می‌تواند باعث آسیب دائمی شود.
• ولتاژ معکوس (V_R):حداکثر ولتاژی که می‌توان در جهت معکوس اعمال کرد بدون آنکه به LED آسیب برسد، که معمولاً حدود 5 ولت است.

2.3 ویژگی‌های حرارتی

عملکرد و طول عمر LED به شدت به دمای اتصال وابسته است.

• مقاومت حرارتی (R_θJCیا R_θJA):مقاومت در برابر جریان حرارت از اتصال LED به بدنه (JC) یا هوای محیط (JA). مقدار کمتر نشان‌دهنده دفع حرارت بهتر است. مقدار معمول R_θJAبرای یک بسته‌بندی SMD ممکن است 100-200 درجه سانتی‌گراد بر وات باشد.
• حداکثر دمای اتصال (T_J):بالاترین دمای مجاز در اتصال نیمه‌هادی که اغلب 125°C یا 150°C است. کار کردن در دمای پایین‌تر از این مقدار برای قابلیت اطمینان بلندمدت ضروری است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی در تولید، LEDها در دسته‌های مختلف (بین) دسته‌بندی می‌شوند.

• دسته‌بندی طول موج/دمای رنگ:LEDها بر اساس طول موج غالب یا CCT گروه‌بندی می‌شوند. یک طرح دسته‌بندی معمول برای LEDهای سفید ممکن است گام‌هایی به اندازه 100K یا 200K در محدوده CCT داشته باشد (مثلاً 3000K، 3200K، 3500K).
• دسته‌بندی شار نوری:LEDها بر اساس خروجی نورشان در یک جریان آزمایش استاندارد مرتب می‌شوند. دسته‌ها با مقادیر حداقل و حداکثر لومن تعریف می‌شوند (مثلاً دسته A: 80-90 لومن، دسته B: 90-100 لومن).
• دسته‌بندی ولتاژ مستقیم:دسته‌بندی بر اساس V_Fدر یک جریان خاص به طراحی مدارهای درایور کارآمد و دستیابی به روشنایی یکنواخت در رشته‌های موازی کمک می‌کند. دسته‌های رایج ممکن است در گام‌های 0.1 ولتی باشند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی برای درک عملکرد در شرایط مختلف ضروری هستند.

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):این نمودار رابطه بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است و یک ولتاژ آستانه را قبل از افزایش سریع جریان نشان می‌دهد. این منحنی برای انتخاب مقاومت‌های محدودکننده جریان یا طراحی درایورهای جریان ثابت حیاتی است.
• ویژگی‌های دمایی:نمودارها معمولاً نشان می‌دهند که شار نوری و ولتاژ مستقیم چگونه به عنوان تابعی از دمای اتصال تغییر می‌کنند. خروجی نور عموماً با افزایش دما کاهش می‌یابد (خاموشی حرارتی)، در حالی که ولتاژ مستقیم کمی کاهش می‌یابد.
• توزیع طیفی توان (SPD):نموداری از شدت نسبی نور ساطع‌شده در هر طول موج. برای LEDهای سفید (تبدیل‌شده با فسفر)، این نمودار پیک LED پمپ آبی و طیف انتشار گسترده‌تر فسفر را نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

داده‌های مکانیکی دقیق، طراحی PCB و مونتاژ صحیح را تضمین می‌کنند.

• ابعاد بسته‌بندی:نقشه‌های دقیق با ابعاد حیاتی مانند طول، عرض، ارتفاع و فاصله پایه‌ها. یک بسته‌بندی SMD رایج مانند 2835 دارای ابعاد اسمی 2.8mm x 3.5mm است.
• طرح پد (Footprint):الگوی پد مسی توصیه‌شده روی PCB برای لحیم‌کاری. این شامل اندازه، شکل و فاصله پدها برای اطمینان از تشکیل صحیح اتصال لحیم و استحکام مکانیکی است.
• شناسایی قطبیت:نشانه واضح روی بسته‌بندی LED (اغلب یک شکاف، گوشه بریده یا علامت سبز در سمت کاتد) برای نشان دادن آند و کاتد جهت اتصال الکتریکی صحیح.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح برای جلوگیری از آسیب بسیار مهم است.

• پروفیل لحیم‌کاری ریفلو:یک نمودار زمان-دما که فازهای پیش‌گرم، خیس‌اندن، ریفلو و خنک‌سازی را مشخص می‌کند. دمای اوج نباید از حداکثر تحمل LED تجاوز کند (اغلب 260 درجه سانتی‌گراد برای چند ثانیه) تا از آسیب به لنز پلاستیکی یا اتصالات داخلی جلوگیری شود.
• ملاحظات احتیاطی:از اعمال تنش مکانیکی روی لنز خودداری کنید. از فلاکس بدون کلرید و نیازی به شستشو استفاده کنید. پس از لحیم‌کاری با روش‌های اولتراسونیک تمیز نکنید. در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، اطمینان حاصل کنید که دمای نوک هویه کنترل شده است.
• شرایط نگهداری:LEDها باید در یک محیط خشک و ضد استاتیک با دما و رطوبت کنترل‌شده (مثلاً <40°C، <60% RH) نگهداری شوند تا از جذب رطوبت و اکسیداسیون پایه‌ها جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

اطلاعات برای لجستیک و تدارکات.

• مشخصات بسته‌بندی:معمولاً روی نوار برجسته و قرقره سازگار با ماشین‌های Pick-and-Place خودکار عرضه می‌شود. اندازه قرقره (مثلاً 7 اینچ، 13 اینچ) و تعداد در هر قرقره (مثلاً 2000 عدد، 4000 عدد) مشخص می‌شود.
• اطلاعات برچسب‌گذاری:برچسب قرقره شامل شماره قطعه، تعداد، شماره سری ساخت، کد تاریخ و اطلاعات دسته‌بندی است.
• قانون شماره‌گذاری قطعه:شماره مدل، ویژگی‌های کلیدی مانند اندازه بسته‌بندی، رنگ، CCT، دسته شار نوری و دسته ولتاژ را کدگذاری می‌کند (مثلاً LED2835-W-50-80-C1).

8. پیشنهادات کاربردی

راهنمایی برای پیاده‌سازی مؤثر.

• مدارهای کاربردی معمول:اتصال سری با یک مقاومت محدودکننده جریان برای منابع تغذیه DC با ولتاژ پایین، یا راه‌اندازی توسط یک درایور جریان ثابت اختصاصی LED برای عملکرد و بازده بهینه، به ویژه در آرایه‌های چند LED یا کاربردهای متصل به برق شهر.
• ملاحظات طراحی:اطمینان از وجود هیت‌سینک کافی روی PCB (ویاهای حرارتی، مساحت مس) برای مدیریت دمای اتصال. طراحی نوری (لنزها، دیفیوزرها) را برای الگوی پرتو مطلوب در نظر بگیرید. هنگام طراحی رشته‌های موازی، تغییرات ولتاژ مستقیم را در نظر بگیرید تا از عدم تعادل جریان جلوگیری شود.

9. مقایسه فنی

این قطعه، به عنوان یک LED SMD استانداردشده، از طریق تعادل عملکرد، هزینه و قابلیت اطمینان خود تمایز ایجاد می‌کند. در مقایسه با LEDهای Through-Hole، امکان مینیاتوری‌سازی و مونتاژ خودکار را فراهم می‌کند. در مقابل بسته‌بندی‌های قدیمی‌تر LED، معمولاً بازده نوری بالاتر (لومن بر وات) و مدیریت حرارتی بهتری را به دلیل وجود پد حرارتی آشکار در برخی طراحی‌ها ارائه می‌دهد. بازنگری خاص چرخه عمر (بازنگری: 2) نشان‌دهنده پالایش مستمر محصول است که احتمالاً شامل بهبودهایی در مواد (مثلاً لنز سیلیکونی مقاوم‌تر) یا اپی‌تکسی نیمه‌هادی برای بازدهی بالاتر یا یکنواختی رنگ بهتر در مقایسه با بازنگری‌های قبلی است.

10. پرسش‌های متداول

پاسخ‌ها بر اساس پرسش‌های معمول پارامترهای فنی.

• س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از منبع تغذیه 5 ولت راه‌اندازی کنم؟پ: خیر. شما باید از یک مقاومت سری محدودکننده جریان یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید. مقدار مقاومت به صورت R = (ولتاژ منبع - V_F) / I_Fمحاسبه می‌شود. برای یک LED با Vf=3.2 ولت در جریان 20mA از منبع 5 ولت، R = (5 - 3.2) / 0.02 = 90 اهم.
• س: چرا LEDهای موازی به مقاومت‌های جداگانه نیاز دارند؟پ: به دلیل تغییرات طبیعی در V_F، LEDهایی که مستقیماً به صورت موازی متصل شده‌اند، جریان را به طور نابرابر تقسیم می‌کنند. یک LED با V_Fکمی پایین‌تر، جریان بیشتری می‌کشد که ممکن است منجر به گرمای بیش از حد و خرابی شود. مقاومت‌های جداگانه به متعادل‌سازی جریان‌ها کمک می‌کنند.
• س: "LifecyclePhase: Revision" به چه معناست؟پ: این نشان می‌دهد که محصول در یک وضعیت فعال و پشتیبانی‌شده قرار دارد که در آن مستندات و مشخصات ممکن است برای انعکاس بهبودهای جزئی، شفاف‌سازی‌ها یا تغییرات فرآیندی بدون تغییر شکل، تناسب یا عملکرد اصلی محصول به‌روزرسانی شوند.

11. مورد کاربردی عملی

مورد: نور پس‌زمینه برای نمایشگر پنل کنترل صنعتی.یک طراح به نور پس‌زمینه یکنواخت، قابل اطمینان و با طول عمر طولانی برای یک LCD 5 اینچی نیاز دارد. آنها این قطعه LED را در نوع سفید سرد (6500K) انتخاب می‌کنند. چندین LED در یک آرایه روی یک نوار PCB انعطاف‌پذیر در اطراف لبه‌های نمایشگر چیده می‌شوند و از اپتیک‌های نورپردازی کناری یا مستقیم پس‌زمینه استفاده می‌کنند. یک درایور جریان ثابت طراحی شده است تا 60mA را به هر رشته سری 6 LED (ولتاژ کل V_F~19.2V) ارائه دهد. ویاهای حرارتی، پدهای LED را به یک صفحه زمین بزرگ روی PCB اصلی برای دفع حرارت متصل می‌کنند. CRI بالا نمایش رنگ دقیق روی نمایشگر را تضمین می‌کند. وضعیت "بازنگری 2" اطمینان‌بخش بلوغ قطعه و پایداری تأمین آن برای این کاربرد صنعتی با طول عمر طولانی است.

12. معرفی اصول عملکرد

یک LED یک قطعه نیمه‌هادی حالت جامد است. این قطعه از یک تراشه ماده نیمه‌هادی تشکیل شده که با ناخالصی‌ها آلاییده شده تا یک پیوند p-n ایجاد کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n با حفره‌های ناحیه p در داخل پیوند بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) نور ساطع‌شده توسط شکاف انرژی ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. به عنوان مثال، ایندیوم گالیم نیترید (InGaN) برای LEDهای آبی و سبز استفاده می‌شود، در حالی که آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفید (AlGaInP) برای LEDهای قرمز و کهربایی استفاده می‌شود. LEDهای سفید معمولاً با پوشش‌دهی یک تراشه LED آبی یا فرابنفش با یک ماده فسفر ایجاد می‌شوند که بخشی از نور آبی را جذب کرده و آن را به صورت زرد یا طیف گسترده‌تری بازمی‌تاباند و در ترکیب نور سفید تولید می‌کند.

13. روندهای توسعه

صنعت LED با چندین روند مشخص همچنان در حال تکامل است. بازده (لومن بر وات) به طور پیوسته در حال افزایش است که مصرف انرژی برای روشنایی را کاهش می‌دهد. تمرکز قوی‌ای بر بهبود کیفیت رنگ، شامل مقادیر CRI بالاتر (90+) و یکنواختی رنگ دقیق‌تر (دسته‌بندی تنگ‌تر) وجود دارد. مینیاتوری‌سازی ادامه دارد و امکان کاربردهای جدید در دستگاه‌های فوق فشرده را فراهم می‌کند. روشنایی هوشمند و متصل، که LEDها را با سنسورها و کنترلرها ادغام می‌کند، زمینه‌ای در حال رشد است. علاوه بر این، تحقیقات در مورد مواد نوظهور مانند پروسکایت‌ها و نقاط کوانتومی با هدف دستیابی به بازدهی حتی بالاتر، نمود رنگ بهتر و هزینه‌های کمتر انجام می‌شود. این روند همچنین شامل افزایش قابلیت اطمینان و طول عمر تحت جریان‌های راه‌اندازی و دمای کاری بالاتر است.