دیتاشیت قطعه LED - بازنگری چرخه عمر نسخه 2 - تاریخ انتشار 1393/09/14 - سند فنی انگلیسی

1. مرور کلی محصول

این سند فنی، مشخصات جامع و دستورالعمل‌هایی را برای یک قطعه LED خاص ارائه می‌دهد. تمرکز اصلی بر فاز تثبیت‌شده چرخه عمر محصول است که در حال حاضر در بازنگری 2 قرار دارد. این بازنگری نشان‌دهنده طراحی محصولی بالغ و پایدار است که از زمان انتشار اولیه، به‌روزرسانی‌ها و بهبودهای لازم را پشت سر گذاشته است. محصول برای دسترسی بلندمدت طراحی شده است، همانطور که دوره "همیشگی" آن نشان می‌دهد، و آن را برای پروژه‌هایی مناسب می‌سازد که به عرضه یکنواخت و ثبات طراحی در دوره‌های طولانی نیاز دارند. مزیت اصلی در قابلیت اطمینان و تضمین مجموعه مشخصات ثابت آن نهفته است که برای یکنواختی تولید و پیش‌بینی‌پذیری عملکرد محصول حیاتی است.

بازار هدف این قطعه شامل کاربردهای روشنایی عمومی، الکترونیک مصرفی، چراغ‌های نشانگر و سیستم‌های توکار مختلفی است که به یک منبع نور استاندارد و قابل اطمینان نیاز دارند. طراحی آن پارامترهای عملکردی یکنواخت را در اولویت قرار می‌دهد تا خروجی نور و ویژگی‌های الکتریکی یکسان را در دسته‌های تولید بزرگ تضمین کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

در حالی که گزیده PDF ارائه‌شده بر فراداده‌های چرخه عمر متمرکز است، یک دیتاشیت کامل برای یک قطعه LED معمولاً شامل پارامترهای فنی دقیق زیر می‌شود. این تحلیل بر اساس مشخصات استاندارد صنعت برای چنین قطعاتی است.

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و رنگی

خواص نورسنجی، خروجی نور و کیفیت آن را تعریف می‌کنند. پارامترهای کلیدی شامل شار نوری، اندازه‌گیری شده بر حسب لومن (lm)، که نشان‌دهنده کل توان ادراک‌شده نور ساطع‌شده است. دمای رنگ مرتبط (CCT)، اندازه‌گیری شده بر حسب کلوین (K)، مشخص می‌کند که نور گرم، خنثی یا سفید سرد به نظر می‌رسد. برای LEDهای رنگی، طول موج غالب ارائه می‌شود که بر حسب نانومتر (nm) اندازه‌گیری می‌شود. شاخص نمود رنگ (CRI) پارامتر مهم دیگری است، به ویژه برای LEDهای سفید، که نشان می‌دهد منبع نور تا چه حد رنگ‌های واقعی اجسام را در مقایسه با یک منبع نور طبیعی آشکار می‌کند. مقادیر معمول برای LEDهای سفید عمومی از 70 تا 90+ CRI متغیر است. زاویه دید، مشخص‌شده بر حسب درجه، توزیع زاویه‌ای شدت نور را توصیف می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی برای طراحی مدار اساسی هستند. ولتاژ مستقیم (Vf) افت ولتاژ دو سر LED هنگام کار در جریان مشخص‌شده آن است. این پارامتر معمولاً در یک جریان آزمایش استاندارد (مثلاً 20mA، 150mA) ارائه می‌شود و می‌تواند یک بازه داشته باشد (مثلاً 2.8V تا 3.4V). جریان مستقیم (If) جریان عملیاتی توصیه‌شده برای دستیابی به شار نوری نامی و طول عمر است. تجاوز از حداکثر جریان مستقیم می‌تواند به شدت طول عمر LED را کاهش دهد. ولتاژ معکوس (Vr) حداکثر ولتاژی است که LED می‌تواند در بایاس معکوس بدون آسیب دیدن تحمل کند. اتلاف توان به صورت Vf * If محاسبه می‌شود و باید مدیریت شود تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.

2.3 ویژگی‌های حرارتی

عملکرد و طول عمر LED به شدت به مدیریت دما وابسته است. دمای اتصال (Tj) دمای خود تراشه نیمه‌هادی است. حفظ Tj زیر حداکثر مقدار نامی آن (اغلب 125°C) بسیار مهم است. مقاومت حرارتی از اتصال به نقطه لحیم (Rth j-sp) یا به محیط (Rth j-a) میزان انتقال مؤثر گرما از تراشه را کمّی می‌کند. مقدار مقاومت حرارتی پایین‌تر نشان‌دهنده قابلیت دفع حرارت بهتر است. هیت‌سینک مناسب و طراحی PCB برای مدیریت عملکرد حرارتی، به ویژه برای LEDهای پرقدرت، ضروری است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی اندازه‌گیری شده در طول تولید در دسته‌هایی (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی طول موج/دمای رنگ

LEDها بر اساس طول موج غالب (برای LEDهای تک‌رنگ) یا دمای رنگ مرتبط (برای LEDهای سفید) دسته‌بندی می‌شوند. این امر اطمینان می‌دهد که LEDهای یک دسته ظاهر رنگی تقریباً یکسانی خواهند داشت. دسته‌ها توسط بازه‌های خاص طول موج یا CCT تعریف می‌شوند (مثلاً 450-455nm، 6000-6500K). استفاده از LEDهای یک دسته در یک محصول واحد برای جلوگیری از تفاوت‌های رنگ قابل مشاهده حیاتی است.

3.2 دسته‌بندی شار نوری

خروجی شار نوری نیز دسته‌بندی می‌شود. LEDها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده آن‌ها در یک جریان آزمایش استاندارد در گروه‌هایی مرتب می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی خاص را برآورده می‌کنند و یکنواختی در مجموعه‌های چند LED را تضمین می‌کند.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم دسته‌بندی می‌شود تا LEDهای با ویژگی‌های Vf مشابه گروه‌بندی شوند. این برای طراحی‌هایی که از چندین LED به صورت سری استفاده می‌کنند مهم است، زیرا به حفظ توزیع جریان یکنواخت کمک می‌کند و طراحی درایور را با کاهش بازه ولتاژی که درایور باید پوشش دهد، ساده می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

4.1 منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (I-V)

منحنی I-V رابطه بین ولتاژ مستقیم و جریان عبوری از LED را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است. زیر ولتاژ آستانه، جریان بسیار کمی جریان می‌یابد. هنگامی که از آستانه فراتر رود، جریان با افزایش کمی در ولتاژ به سرعت افزایش می‌یابد. این منحنی برای طراحی درایورهای جریان ثابت ضروری است که برای LEDها به درایورهای ولتاژ ثابت ترجیح داده می‌شوند تا خروجی نور پایدار را تضمین کنند و از فرار حرارتی جلوگیری کنند.

4.2 وابستگی به دما

نمودارها معمولاً نشان می‌دهند که شار نوری و ولتاژ مستقیم چگونه با دمای اتصال تغییر می‌کنند. شار نوری عموماً با افزایش دما کاهش می‌یابد. ولتاژ مستقیم معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد. درک این روابط برای طراحی سیستم‌هایی که عملکرد خود را در محدوده دمای عملیاتی حفظ می‌کنند حیاتی است.

3.3 توزیع طیفی توان (SPD)

نمودار SPD شدت نسبی نور ساطع شده در هر طول موج را ترسیم می‌کند. برای LEDهای سفید، طیف گسترده ایجاد شده توسط پوشش فسفر روی تراشه LED آبی را نشان می‌دهد. این نمودار برای درک کیفیت رنگ، CRI و قله‌های طیفی خاص LED کلیدی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

بسته‌بندی فیزیکی، نصب قابل اطمینان و اتصال الکتریکی را تضمین می‌کند.

5.1 نقشه ابعادی

یک نقشه دقیق تمام ابعاد حیاتی را ارائه می‌دهد: طول، عرض، ارتفاع، شکل لنز و فاصله پایه‌ها. تلرانس برای هر بعد مشخص شده است. این نقشه برای ایجاد جای پای دقیق PCB و اطمینان از تناسب مناسب در مجموعه نهایی ضروری است.

5.2 طراحی چیدمان پد

الگوی زمین PCB توصیه‌شده (جای پای) ارائه شده است که شامل اندازه، شکل و فاصله پدها می‌شود. پیروی از این توصیه تشکیل اتصال لحیم خوبی را در طول رفلو تضمین می‌کند و استحکام مکانیکی و هدایت حرارتی کافی را فراهم می‌کند.

5.3 شناسایی قطبیت

نشانه‌های واضح آند و کاتد را نشان می‌دهند. نشانگرهای متداول شامل یک شکاف روی بسته‌بندی، یک نقطه سبز در سمت کاتد، یا طول‌های پایه متفاوت است. قطبیت صحیح برای عملکرد LED ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

کار و لحیم‌کاری صحیح برای قابلیت اطمینان حیاتی است.

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل دمای رفلو توصیه‌شده ارائه شده است که شامل مراحل پیش‌گرم، خیساندن، رفلو و خنک‌سازی است. پارامترهای کلیدی عبارتند از: دمای اوج (معمولاً برای چند ثانیه از 260°C تجاوز نمی‌کند)، زمان بالای مایع (TAL) و نرخ افزایش دما. رعایت این پروفیل از شوک حرارتی و آسیب به بسته‌بندی LED و تراشه داخلی جلوگیری می‌کند.

6.2 احتیاط‌ها و نحوه کار

LEDها به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند. کار باید در ایستگاه‌های کاری محافظت‌شده در برابر ESD با استفاده از ابزارهای زمین‌شده انجام شود. از اعمال تنش مکانیکی روی لنز خودداری کنید. با حلال‌هایی که ممکن است به لنز سیلیکونی یا بسته‌بندی اپوکسی آسیب برسانند تمیز نکنید.

6.3 شرایط نگهداری

LEDها باید در محیطی خشک، تاریک و با دمای و رطوبت کنترل‌شده نگهداری شوند، معمولاً مطابق با سطح حساسیت رطوبت (MSL) درج‌شده روی بسته‌بندی. این از جذب رطوبت که می‌تواند باعث "ترکیدن" (ترک خوردن بسته‌بندی) در طول لحیم‌کاری رفلو شود جلوگیری می‌کند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

قطعه روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شود. ابعاد قرقره، عرض نوار، اندازه حفره و جهت قطعه روی نوار مشخص شده است. تعداد در هر قرقره نیز ارائه می‌شود (مثلاً 2000 عدد در هر قرقره).

7.2 برچسب‌گذاری و شماره قطعه

شماره قطعه به گونه‌ای ساختار یافته است که ویژگی‌های کلیدی را کدگذاری می‌کند. یک ساختار معمولی ممکن است شامل موارد زیر باشد: کد سری، رنگ/دمای رنگ، دسته شار نوری، دسته ولتاژ و کد بسته‌بندی. درک این ساختار امکان سفارش دقیق مشخصات مورد نیاز را فراهم می‌کند.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

مدارهای کاربردی پایه شامل یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان هنگام استفاده از منبع ولتاژ ثابت است. برای عملکرد بهینه، به ویژه با چندین LED یا LEDهای پرقدرت، استفاده از یک درایور IC جریان ثابت اختصاصی LED توصیه می‌شود. اغلب نمودارهای مدار برای هر دو پیکربندی گنجانده می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

ملاحظات کلیدی طراحی شامل مدیریت حرارتی (مساحت مسی PCB، وایاهای حرارتی، هیت‌سینک احتمالی)، طراحی نوری (انتخاب لنز، پخش‌کننده‌ها) و طراحی الکتریکی (انتخاب درایور، روش تنظیم نور، محافظت در برابر قطبیت معکوس و ولتاژ بیش از حد) است. اطمینان از عملکرد LED در محدوده حداکثر مطلق آن برای قابلیت اطمینان بسیار مهم است.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با بازنگری‌های قبلی یا محصولات جایگزین، بازنگری 2 این قطعه LED ممکن است بهبودهایی در چند زمینه ارائه دهد. این بهبودها می‌تواند شامل بازده نوری بالاتر (لومن بیشتر بر وات)، یکنواختی رنگ بهتر از طریق دسته‌بندی دقیق‌تر، داده‌های قابلیت اطمینان بهبودیافته از آزمایش‌های عمر طولانی‌تر، یا طراحی بسته‌بندی مستحکم‌تر باشد. وضعیت چرخه عمر "همیشگی" آن را از محصولات پایان عمر (EOL) یا محصولات جدید و آزمون‌نشده متمایز می‌کند، زیرا ثبات عرضه بلندمدت ارائه می‌دهد که عاملی حیاتی برای کاربردهای صنعتی و خودرویی است.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: "LifecyclePhase: Revision 2" به چه معناست؟
ج: نشان می‌دهد که این دومین بازنگری اصلی دیتاشیت/مشخصات محصول است. طراحی محصول پایدار و بالغ است و به‌روزرسانی‌ها احتمالاً بر روی مشخصات تصحیح‌شده، داده‌های آزمایشی بهبودیافته یا دستورالعمل‌های روشن‌شده بر اساس تجربه میدانی متمرکز است.

س: مفهوم "Expired Period: Forever" چیست؟
ج: این نشان می‌دهد که سازنده قصد دارد این نوع خاص قطعه را به طور نامحدود یا در آینده قابل پیش‌بینی تولید و پشتیبانی کند. برای منسوخ شدن برنامه‌ریزی نشده است و امنیت عرضه را برای پروژه‌های بلندمدت فراهم می‌کند.

س: چگونه باید تاریخ انتشار را تفسیر کنم؟
ج: تاریخ انتشار (2014-12-05) زمانی است که این بازنگری خاص (Rev. 2) سند صادر شده است. همیشه برای جدیدترین مشخصات به آخرین بازنگری مراجعه کنید.

س: آیا می‌توانم در طراحی خود LEDهای از دسته‌های مختلف را مخلوط کنم؟
ج: به شدت توصیه نمی‌شود، به ویژه برای دسته‌های رنگ و شار نوری. مخلوط کردن دسته‌ها می‌تواند منجر به تغییرات قابل مشاهده رنگ و روشنایی در محصول نهایی شود. برای نتایج یکنواخت، همیشه LEDهای یک دسته را مشخص و استفاده کنید.

11. مطالعه موردی کاربردی عملی

یک چراغ کاری طراحی‌شده برای محیط‌های اداری را در نظر بگیرید. طراحی به نور سفید یکنواخت و با CRI بالا نیاز دارد. با استفاده از این LED در بازنگری 2، تیم طراحی اقدامات زیر را انجام می‌دهد:
1. انتخاب یک دسته CCT خاص (مثلاً 4000K) و یک دسته CRI بالا (مثلاً >80) از کد سفارش.
2. طراحی یک PCB با پدهای حرارتی و مس‌ریزی کافی برای حفظ دمای اتصال زیر 105°C در محیط محصور چراغ.
3. استفاده از یک ماژول درایور جریان ثابت با رتبه مناسب برای کل ولتاژ مستقیم آرایه LED در جریان مورد نظر.
4. پیاده‌سازی المان‌های نوری (بازتاب‌دهنده‌ها یا پخش‌کننده‌ها) بر اساس زاویه دید LED برای دستیابی به الگوی پرتو مطلوب و حذف خیرگی.
تضمین چرخه عمر "همیشگی" به سازنده اجازه می‌دهد برای اجرای تولید چندساله چراغ بدون نگرانی از منسوخ شدن قطعه برنامه‌ریزی کند.

12. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از نیمه‌هادی نوع n در ناحیه فعال با حفره‌های نیمه‌هادی نوع p بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط گاف انرژی مواد نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود (مثلاً InGaN برای آبی/سبز، AlInGaP برای قرمز/کهربایی). LEDهای سفید معمولاً با پوشش دادن یک تراشه LED آبی با یک ماده فسفر ایجاد می‌شوند که بخشی از نور آبی را جذب کرده و آن را به عنوان طیف گسترده‌تری از نور زرد بازمی‌تاباند؛ ترکیب نور آبی و زرد به عنوان نور سفید درک می‌شود.

13. روندها و تحولات فناوری

صنعت روشنایی حالت جامد همچنان در حال تحول است. روندهای کلی شامل افزایش بازده نوری، کاهش هزینه هر لومن و بهبود کیفیت و یکنواختی رنگ است. کوچک‌سازی بسته‌بندی‌ها ادامه دارد و امکان نمایشگرها و روشنایی با چگالی بالاتر را فراهم می‌کند. همچنین روند قوی‌ای به سمت روشنایی هوشمند و متصل با حسگرها و کنترل‌های یکپارچه وجود دارد. علاوه بر این، تحقیق در مورد مواد نوظهور مانند پروسکایت‌ها و نقاط کوانتومی با هدف ایجاد LEDهایی با خلوص رنگ و بازده برتر در جریان است. دسترسی بلندمدت به محصولات بالغ مانند این قطعه بازنگری 2 همزمان با توسعه سریع فناوری‌های نسل بعدی وجود دارد که بر اساس نیازهای عملکرد، هزینه و ثبات عرضه، بخش‌های مختلف بازار را پوشش می‌دهند.