دیتاشیت قطعه LED - نسخه‌بندی چرخه حیات 2 - تاریخ انتشار 2014-12-05 - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند فنی، مشخصات جامع و راهنمای کاربردی برای یک قطعه دیود نورافشان (LED) ارائه می‌دهد. عملکرد اصلی این قطعه، تبدیل انرژی الکتریکی به نور مرئی با بازدهی و قابلیت اطمینان بالا است. این قطعه برای ادغام در طیف گسترده‌ای از سیستم‌های الکترونیکی که نیاز به روشنایی، نشانگر یا نور پس‌زمینه دارند، طراحی شده است.

مزیت اصلی این LED در عملکرد پایدار و کیفیت یکنواخت آن است که توسط فاز چرخه حیات مستند شده آن نشان داده می‌شود. این قطعه برای طول عمر بالا و کارکرد پایدار تحت شرایط مشخص شده مهندسی شده و برای کاربردهایی که تعمیر و نگهداری در آنها دشوار است یا قابلیت اطمینان بلندمدت در آنها حیاتی است، مناسب می‌باشد. بازار هدف شامل الکترونیک مصرفی، روشنایی خودرو، نشانگرهای صنعتی و تجهیزات روشنایی عمومی است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

اگرچه مقادیر عددی خاصی برای پارامترهایی مانند ولتاژ مستقیم، شار نوری یا طول موج در این بخش ارائه نشده است، اما یک دیتاشیت استاندارد LED این ویژگی‌های حیاتی را به تفصیل شرح می‌دهد. بخش‌های زیر پارامترهای متداول موجود در چنین اسنادی را توضیح می‌دهند.

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و رنگی

ویژگی‌های نورسنجی، خروجی نور LED را تعریف می‌کنند. پارامترهای کلیدی شامل شار نوری (اندازه‌گیری شده بر حسب لومن، lm) است که نشان‌دهنده کل توان نور درک شده منتشر شده است. طول موج غالب یا دمای رنگ مرتبط (CCT) رنگ نور را تعریف می‌کند که برای LEDهای سفید از سفید گرم تا سفید سرد و برای LEDهای تک‌رنگ مانند قرمز، سبز یا آبی، رنگ‌های خاص را شامل می‌شود. شاخص نمود رنگ (CRI) برای LEDهای سفید بسیار مهم است و نشان می‌دهد نور تا چه حد رنگ‌های واقعی اشیاء را در مقایسه با یک منبع نور طبیعی به درستی نشان می‌دهد.

2.2 پارامترهای الکتریکی

پارامترهای الکتریکی برای طراحی مدار حیاتی هستند. ولتاژ مستقیم (Vf) افت ولتاژ دو سر LED هنگام کار در جریان مشخص شده آن است. جریان مستقیم (If) جریان کاری توصیه شده است که معمولاً به عنوان یک مقدار DC پیوسته ارائه می‌شود. تجاوز از حداکثر جریان مستقیم می‌تواند منجر به تخریب سریع یا خرابی فاجعه‌بار شود. ولتاژ معکوس (Vr) حداکثر ولتاژی را مشخص می‌کند که LED می‌تواند در جهت بایاس غیرهادی تحمل کند.

2.3 ویژگی‌های حرارتی

عملکرد LED به شدت به دمای پیوند وابسته است. مقاومت حرارتی (Rth j-a) از پیوند نیمه‌هادی به محیط اطراف یک رقم کلیدی است. مقاومت حرارتی پایین‌تر نشان‌دهنده دفع حرارت بهتر است. حداکثر دمای پیوند (Tj max) نباید تجاوز کند تا قابلیت اطمینان بلندمدت تضمین شود. مدیریت حرارتی مناسب، که اغلب شامل یک هیت‌سینک می‌شود، برای حفظ خروجی نور و طول عمر ضروری است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

به دلیل تغییرات تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌هایی (بین) مرتب می‌شوند تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی تضمین شود.

3.1 دسته‌بندی طول موج/دمای رنگ

LEDها بر اساس طول موج غالب (برای LEDهای رنگی) یا دمای رنگ مرتبط (برای LEDهای سفید) دسته‌بندی می‌شوند. این امر اطمینان می‌دهد که تمام LEDهای یک مجموعه ظاهر رنگی تقریباً یکسانی دارند که برای کاربردهایی مانند نور پس‌زمینه نمایشگر یا روشنایی معماری حیاتی است.

3.2 دسته‌بندی شار نوری

دسته‌های شار نوری، LEDها را بر اساس خروجی نور آنها در یک جریان آزمایش استاندارد گروه‌بندی می‌کنند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی خاصی را برآورده می‌کنند و یکنواختی در آرایه‌های چند LED را تضمین می‌کند.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

دسته‌های ولتاژ مستقیم، LEDها را بر اساس Vf آنها در یک جریان آزمایش مشخص شده دسته‌بندی می‌کنند. تطابق دسته‌های Vf می‌تواند طراحی درایور را ساده‌تر کند، به ویژه برای LEDهایی که به صورت سری متصل شده‌اند، زیرا به حفظ توزیع یکنواخت جریان کمک می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (I-V)

منحنی I-V رابطه بین ولتاژ مستقیم اعمال شده و جریان حاصل از طریق LED را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است و با افزایش ولتاژ مستقیم از یک آستانه، جریان به شدت افزایش می‌یابد. این منحنی برای انتخاب روش محدودکننده جریان مناسب (مانند مقاومت یا درایور جریان ثابت) ضروری است.

4.2 وابستگی به دما

نمودارها معمولاً نشان می‌دهند که شار نوری و ولتاژ مستقیم با افزایش دمای پیوند چگونه تغییر می‌کنند. شار نوری عموماً با افزایش دما کاهش می‌یابد، پدیده‌ای که به افت حرارتی معروف است. ولتاژ مستقیم نیز با افزایش دما کمی کاهش می‌یابد. درک این روابط برای طراحی سیستم‌هایی که در محیط‌های حرارتی مختلف کار می‌کنند، حیاتی است.

4.3 توزیع طیفی توان

برای LEDهای سفید، نمودار توزیع طیفی توان (SPD) شدت نور منتشر شده در هر طول موج در سراسر طیف مرئی را نشان می‌دهد. این نمودار قله‌های LED پمپ آبی و انتشار گسترده فسفر را آشکار می‌سازد. SPD معیارهای کیفیت رنگ مانند CRI و CCT را تعیین می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

پکیج فیزیکی، تراشه نیمه‌هادی را محافظت کرده و اتصالات الکتریکی و مسیری برای دفع حرارت فراهم می‌کند.

5.1 نقشه ابعادی

یک نقشه مکانیکی دقیق، طول، عرض، ارتفاع و تلرانس‌های دقیق پکیج را مشخص می‌کند. این شامل ابعاد حیاتی برای طراحی جای پای PCB، مانند فاصله پدها و فاصله قطعه است.

5.2 چیدمان پد و طراحی پد لحیم‌کاری

الگوی زمین PCB توصیه شده (جای پای قطعه) ارائه شده است که اندازه، شکل و فاصله پدهای مسی را نشان می‌دهد. رعایت این طراحی، تشکیل صحیح اتصال لحیم در حین رفلو و اتصال مکانیکی قابل اطمینان را تضمین می‌کند.

5.3 شناسایی قطبیت

روش شناسایی ترمینال‌های آند (+) و کاتد (-) به وضوح نشان داده شده است، معمولاً از طریق یک علامت روی پکیج (مانند یک شکاف، یک نقطه، یک خط سبز یا یک پایه کوتاه‌تر). قطبیت صحیح برای عملکرد ضروری است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل دمایی رفلو توصیه شده ارائه شده است که شامل پیش‌گرم، خیساندن، دمای اوج رفلو و نرخ‌های خنک‌سازی است. دمای اوج و زمان بالای مایع (TAL) باید به شدت کنترل شود تا از آسیب به پکیج LED یا اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود.

6.2 احتیاط‌ها و نحوه کار

LEDها به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند. کار با آنها باید در ایستگاه‌های کاری محافظت شده در برابر ESD با استفاده از تجهیزات زمین شده انجام شود. از اعمال تنش مکانیکی روی لنز خودداری کنید. با حلال‌هایی که ممکن است به لنز اپوکسی آسیب برسانند، تمیز نکنید.

6.3 شرایط نگهداری

LEDها باید در محیطی خشک و خنک نگهداری شوند، معمولاً در محدوده دمایی و رطوبتی مشخص شده (مثلاً <30°C، <60% RH). آنها اغلب در کیسه‌های حساس به رطوبت همراه با جاذب‌های رطوبت ارسال می‌شوند و در صورت باز ماندن کیسه برای مدت طولانی، ممکن است قبل از استفاده نیاز به پخت داشته باشند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

قطعه بر روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شود. ابعاد قرقره، عرض نوار، اندازه حفره و جهت قطعه روی نوار مطابق با استانداردهای صنعتی (مانند EIA-481) مشخص شده است.

7.2 اطلاعات برچسب

برچسب قرقره حاوی اطلاعات حیاتی است: شماره قطعه، تعداد، شماره دسته/بچ، کد تاریخ و کدهای دسته‌بندی برای شار نوری، رنگ و ولتاژ.

7.3 سیستم شماره قطعه

شماره قطعه یک کد است که محصول را به طور منحصر به فرد شناسایی می‌کند. این کد معمولاً ویژگی‌های کلیدی مانند اندازه پکیج، رنگ، دسته شار نوری، دسته دمای رنگ و دسته ولتاژ مستقیم را رمزگذاری می‌کند. درک این نامگذاری برای سفارش صحیح ضروری است.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

مدارهای درایو متداول شامل مقاومت‌های سری ساده برای کاربردهای کم‌توان و درایورهای جریان ثابت برای کاربردهای پرتوان یا دقیق است. اغلب نمودارها و محاسبات برای انتخاب مقاومت محدودکننده جریان بر اساس ولتاژ تغذیه و جریان LED مورد نظر ارائه می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

عوامل کلیدی طراحی شامل مدیریت حرارتی (مساحت مسی PCB، هیت‌سینک‌ها)، طراحی نوری (لنزها، پخش‌کننده‌ها) و طراحی الکتریکی (سازگاری درایور، روش تنظیم نور، محافظت در برابر نوسانات و قطبیت معکوس) است.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر LED یا منابع نور جایگزین، این قطعه احتمالاً مزایایی در بازدهی (لومن بر وات)، طول عمر، اندازه فیزیکی و استحکام ارائه می‌دهد. تمایز خاص آن می‌تواند در جنبه خاصی مانند CRI بسیار بالا برای کاربردهای حساس به رنگ، پکیج با مقاومت حرارتی پایین برای کار با توان بالا یا یک فرم فاکتور منحصر به فرد برای طراحی‌های با محدودیت فضا باشد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: عبارت "LifecyclePhase: Revision 2" چه چیزی را نشان می‌دهد؟

پ: این نشان می‌دهد که این دومین نسخه بازنگری شده از مستندات فنی محصول است. بازنگری‌ها می‌توانند شامل به‌روزرسانی مشخصات، روش‌های آزمایش، کاربردهای توصیه شده یا داده‌های قابلیت اطمینان بر اساس مشخصه‌یابی مستمر محصول و بازخورد باشد.

س: مفهوم "Expired Period: Forever" چیست؟

پ: این معمولاً به این معنی است که سند تاریخ انقضای مشخصی ندارد و تا زمانی که توسط یک نسخه بازنگری شده جدیدتر جایگزین نشود، معتبر در نظر گرفته می‌شود. داده‌های فنی مرجع معتبر برای این نسخه خاص محصول باقی می‌مانند.

س: چگونه باید تاریخ انتشار را تفسیر کنم؟

پ: تاریخ انتشار (2014-12-05) نشان می‌دهد که این نسخه خاص از دیتاشیت چه زمانی به طور رسمی منتشر شده است. استفاده از آخرین نسخه بازنگری شده برای اطمینان از دقت طراحی مهم است.

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از یک منبع ولتاژ راه‌اندازی کنم؟

پ: خیر. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. اتصال مستقیم آنها به یک منبع ولتاژ بدون مکانیزم محدودکننده جریان، معمولاً منجر به جریان بیش از حد، گرمای زیاد و خرابی می‌شود. همیشه از یک مقاومت سری یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید.

11. مطالعات موردی کاربردی

مطالعه موردی 1: واحد نور پس‌زمینه برای یک نمایشگر LCD

یک آرایه از این LEDهای سفید برای تأمین نور پس‌زمینه یکنواخت استفاده شده است. چالش‌های کلیدی طراحی شامل دستیابی به روشنایی و دمای رنگ یکنواخت در سراسر پنل بود که با استفاده از LEDهای از دسته‌های تنگ شار نوری و CCT برطرف شد. مدیریت حرارتی با طراحی شاسی فلزی نمایشگر به عنوان هیت‌سینک حل شد.

مطالعه موردی 2: روشنایی داخلی خودرو

از این LED برای چراغ‌های مطالعه نقشه استفاده شده است. طراحی بر روی یک دمای رنگ سفید گرم خاص برای راحتی کاربر اولویت داد. قابلیت اطمینان تحت نوسانات دمایی گسترده و مقاومت در برابر لرزش حیاتی بود که توسط پکیج مستحکم قطعه و عملکرد پایدار آن در دماهای مختلف برآورده شد.

12. معرفی اصل کار

یک LED یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی 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 این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج (رنگ) نور منتشر شده توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود (مانند InGaN برای آبی/سبز، AlInGaP برای قرمز/کهربایی). LEDهای سفید معمولاً با پوشاندن یک تراشه LED آبی با یک فسفر زرد ایجاد می‌شوند؛ ترکیب نور آبی و زرد برای چشم انسان سفید به نظر می‌رسد.

13. روندها و تحولات فناوری

صنعت LED همچنان در حال تحول است. روندهای کلیدی شامل افزایش بازده نوری (لومن بیشتر بر وات)، بهبود کیفیت رنگ (CRI بالاتر و نمود رنگ دقیق‌تر) و کاهش هزینه است. کوچک‌سازی روند دیگری است که امکان کاربردهای جدید در دستگاه‌های فوق نازک را فراهم می‌کند. همچنین توسعه قابل توجهی در زمینه روشنایی هوشمند وجود دارد که حسگرها و قابلیت‌های ارتباطی را مستقیماً با ماژول‌های LED ادغام می‌کند. علاوه بر این، تحقیقات در مورد مواد جدید، مانند پروسکایت برای LEDها، با هدف دستیابی به بازدهی حتی بالاتر و ویژگی‌های انتشار نوین انجام می‌شود. حرکت جهانی به سوی پایداری و بهره‌وری انرژی همچنان یک محرک اصلی برای پذیرش و نوآوری LED است.