دیتاشیت قطعه LED - نسخه ۲ - اطلاعات چرخه عمر - سند فنی فارسی

۱. مرور کلی محصول

این دیتاشیت فنی، اطلاعات جامعی را برای یک قطعه LED ارائه می‌دهد که بر مدیریت چرخه عمر و تاریخچه بازنگری آن متمرکز است. ساختار این سند به گونه‌ای طراحی شده که داده‌های واضح و قابل اجرا را برای مهندسان و متخصصان تدارکات، به منظور یکپارچه‌سازی و تأیید صلاحیت فراهم کند. اطلاعات اصلی حول محور انتشار رسمی و وضعیت بازنگری قطعه می‌چرخد که نشان‌دهنده محصولی پایدار، بالغ و با مشخصات تعریف‌شده است.

مزیت اصلی این قطعه، در چرخه عمر مستند و کنترل‌شده آن نهفته است. وضعیت "نسخه: ۲" نشان می‌دهد که طراحی اولیه مورد بازبینی و احتمالاً بهینه‌سازی قرار گرفته و قابلیت اطمینان یا ثبات عملکرد بهتری نسبت به نسخه اولیه ارائه می‌دهد. تعیین "دوره انقضا: دائمی" یک اطلاعات حیاتی است که نشان می‌دهد این نسخه خاص، تاریخ از رده خارج شدن برنامه‌ریزی‌شده‌ای ندارد و برای دسترسی بلندمدت در نظر گرفته شده است. این امر برای محصولاتی که به زنجیره تأمین پایدار و عمر خدماتی طولانی نیاز دارند، ضروری است.

بازار هدف برای چنین قطعه‌ای با مستندات کامل، شامل روشنایی صنعتی، کاربردهای خودرویی، الکترونیک مصرفی و تابلوهای علائم است که در آن‌ها عملکرد یکنواخت، قابلیت اطمینان و تأمین بلندمدت از اهمیت بالایی برخوردارند. تاریخ انتشار رسمی، یک نقطه مرجع واضح برای ردیابی تغییرات محصول و فرآیندهای تضمین کیفیت فراهم می‌کند.

۲. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

در حالی که بخش ارائه‌شده PDF بر فراداده‌های چرخه عمر متمرکز است، یک دیتاشیت کامل برای قطعه LED حاوی پارامترهای فنی دقیق خواهد بود. بخش‌های زیر نمایانگر داده‌های معمولی و حیاتی مورد نیاز برای طراحی داخلی (Design-in) هستند.

۲.۱ ویژگی‌های نورسنجی و رنگی

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

• شار نوری:این پارامتر که بر حسب لومن (lm) اندازه‌گیری می‌شود، نشان‌دهنده کل توان نور ساطع‌شده ادراک‌شده است. مقادیر معمول از میلی‌لومن برای LEDهای نشانگر تا صدها لومن برای LEDهای پرتوان روشنایی متغیر است. دیتاشیت باید مقادیر حداقل، معمول و حداکثر را در جریان آزمایش و دمای تعریف‌شده مشخص کند.
• طول موج غالب / دمای رنگ مرتبط (CCT):برای LEDهای رنگی، طول موج غالب (بر حسب نانومتر) رنگ ادراک‌شده را تعریف می‌کند (مثلاً ۶۳۰ نانومتر برای قرمز). برای LEDهای سفید، CCT (بر حسب کلوین، مثلاً ۳۰۰۰K، ۴۰۰۰K، ۶۵۰۰K) تعیین می‌کند که نور به صورت گرم، خنثی یا سفید سرد به نظر برسد.
• شاخص نمود رنگ (CRI):برای LEDهای سفید، CRI (Ra) توانایی آشکارسازی وفادارانه رنگ‌های اجسام در مقایسه با یک منبع نور ایده‌آل را اندازه‌گیری می‌کند. CRI بالای ۸۰ برای روشنایی عمومی خوب است، در حالی که مقادیر بالای ۹۰ برای کاربردهای با وفاداری بالا مورد نیاز است.
• زاویه دید:زاویه‌ای که در آن شدت نورانی نصف شدت حداکثری است (اغلب به صورت ۲θ½ گزارش می‌شود). زوایای رایج ۱۲۰ درجه یا ۱۸۰ درجه برای پراکندگی گسترده، یا زوایای باریک‌تر مانند ۳۰ درجه برای پرتوهای متمرکز هستند.

۲.۲ پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی برای طراحی مدار و مدیریت حرارتی حیاتی هستند.

• ولتاژ مستقیم (Vf):افت ولتاژ دو سر LED هنگام کار در جریان مستقیم مشخص‌شده آن. این مقدار با ماده نیمه‌هادی متفاوت است (مثلاً ~۲.۰ ولت برای قرمز، ~۳.۲ ولت برای آبی/سفید) و معمولاً یک محدوده تلرانس دارد (مثلاً ۳.۰ ولت تا ۳.۴ ولت). کار کردن بالاتر از حداکثر Vf می‌تواند به LED آسیب برساند.
• جریان مستقیم (If):جریان کاری DC پیوسته توصیه‌شده. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. تجاوز از ریتینگ حداکثر مطلق منجر به استهلاک سریع‌تر لومن و خرابی فاجعه‌بار می‌شود.
• ولتاژ معکوس (Vr):حداکثر ولتاژی که LED می‌تواند در بایاس معکوس تحمل کند. این مقدار معمولاً کم است (مثلاً ۵ ولت) زیرا LEDها برای مسدود کردن ولتاژ معکوس طراحی نشده‌اند. در سناریوهای AC یا قطبیت معکوس، اغلب به مدارهای محافظ (مانند یک دیود موازی) نیاز است.
• اتلاف توان:این پارامتر که به صورت Vf * If محاسبه می‌شود، حرارت تولیدشده درون چیپ LED را تعیین می‌کند و نیازمندی‌های طراحی حرارتی را هدایت می‌کند.

۲.۳ مشخصات حرارتی

عملکرد و عمر LED به شدت تحت تأثیر دما قرار دارد.

• دمای اتصال (Tj):دمای خود چیپ نیمه‌هادی. این پارامتر حیاتی‌ترین دما برای قابلیت اطمینان است. دیتاشیت حداکثر Tj مجاز را مشخص می‌کند (مثلاً ۱۲۵°C یا ۱۵۰°C).
• مقاومت حرارتی (Rth j-s یا Rth j-c):این پارامتر که بر حسب °C/W اندازه‌گیری می‌شود، نشان می‌دهد که حرارت چقدر مؤثر از اتصال LED به یک نقطه مرجع (معمولاً نقطه لحیم یا بدنه) جریان می‌یابد. مقدار کمتر به معنای دفع حرارت بهتر است. این پارامتر برای محاسبه هیت‌سینک لازم ضروری است.
• محدوده دمای نگهداری:محدوده دمایی برای نگهداری LED بدون اعمال برق.

۳. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

به دلیل تغییرات تولید، LEDها بر اساس عملکرد دسته‌بندی می‌شوند تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی تضمین شود.

• دسته‌بندی طول موج / CCT:LEDها بر اساس طول موج غالب یا CCT در محدوده‌های تنگ‌تری گروه‌بندی می‌شوند (مثلاً گام‌های ۲.۵ نانومتر یا ۱۰۰ کلوین). این امر یکنواختی رنگ در یک آرایه را تضمین می‌کند.
• دسته‌بندی شار نوری:LEDها بر اساس خروجی نور در شرایط آزمایش استاندارد مرتب می‌شوند. یک سیستم رایج از کدها استفاده می‌کند (مثلاً P1, P2, P3) که هر گام نشان‌دهنده تفاوت تقریبی ۵ تا ۱۰ درصدی در شار است.
• دسته‌بندی ولتاژ مستقیم:مرتب‌سازی بر اساس Vf به طراحی مدارهای درایور کارآمد کمک می‌کند، به ویژه برای رشته‌های سری، تا تطابق جریان تضمین شود.

دیتاشیت باید کدهای دسته و محدوده پارامترهای متناظر آن‌ها را به وضوح تعریف کند.

۴. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینش عمیق‌تری نسبت به مشخصات تک‌نقطه‌ای ارائه می‌دهند.

• منحنی جریان-ولتاژ (I-V):رابطه بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است و یک ولتاژ زانو را نمایش می‌دهد. این منحنی برای انتخاب مقاومت‌های محدودکننده جریان یا طراحی درایورهای جریان ثابت حیاتی است.
• شار نوری نسبی در مقابل دمای اتصال:این نمودار معمولاً نشان می‌دهد که خروجی نور با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. شیب نمودار حساسیت حرارتی را نشان می‌دهد.
• شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که خروجی نور چگونه با جریان افزایش می‌یابد، اما اغلب با بازدهی کاهشی و حرارت افزایش‌یافته در جریان‌های بالاتر همراه است.
• توزیع طیفی توان (SPD):نموداری که توان تابشی را در مقابل طول موج ترسیم می‌کند. برای LEDهای سفید، قله پمپ آبی و تابش گسترده‌تر فسفر را نشان می‌دهد. این نمودار کلیدی برای درک کیفیت رنگ و CRI است.
• توزیع شدت زاویه‌ای:یک نمودار قطبی که نشان می‌دهد شدت نور چگونه با زاویه دید تغییر می‌کند و الگوی پرتو را تعریف می‌کند.

۵. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

ابعاد فیزیکی دقیق برای چیدمان PCB و مونتاژ مورد نیاز است.

• ابعاد بسته‌بندی:نقشه مکانیکی دقیق با تمام ابعاد حیاتی (طول، عرض، ارتفاع، شکل لنز) و تلرانس‌ها. بسته‌بندی‌های رایج شامل ۲۸۳۵، ۳۵۳۵، ۵۰۵۰ و غیره هستند که اعداد اغلب نشان‌دهنده طول و عرض بر حسب دهم میلی‌متر هستند (مثلاً ۲.۸mm x ۳.۵mm).
• چیدمان پد (Footprint):الگوی لند PCB توصیه‌شده، شامل اندازه، شکل و فاصله پدها. رعایت این الگو، لحیم‌کاری و هدایت حرارتی مناسب را تضمین می‌کند.
• شناسایی قطبیت:نشانه واضح روی بسته LED (مانند یک شکاف، یک گوشه بریده، یک نقطه سبز یا یک پایه آند بلندتر) برای نشان دادن آند (+) و کاتد (-). قطبیت نادرست مانع روشن شدن LED خواهد شد.

۶. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح، قابلیت اطمینان را تضمین و از آسیب جلوگیری می‌کند.

• پروفیل لحیم‌کاری ریفلو:یک نمودار زمان-دما که پیش‌گرم، خیس‌اندن، دمای اوج ریفلو و نرخ‌های خنک‌سازی توصیه‌شده را مشخص می‌کند. دمای اوج نباید از حداکثر دمای لحیم‌کاری LED تجاوز کند (اغلب حدود ۲۶۰°C به مدت ۱۰ ثانیه).
• دستورالعمل لحیم‌کاری دستی:در صورت مجاز بودن، دستورالعمل‌هایی برای دمای هویه، اندازه نوک و حداکثر زمان لحیم‌کاری برای هر پایه.
• حساسیت به تخلیه الکترواستاتیک (ESD):اکثر LEDها به ESD حساس هستند. مدیریت آن‌ها باید از احتیاط‌های استاندارد ESD پیروی کند: استفاده از ایستگاه‌های کاری زمین‌شده، مچ‌بند و ظروف رسانا.
• تمیزکاری:توصیه‌هایی برای مواد شوینده پس از لحیم‌کاری، در صورت وجود، که با ماده لنز LED سازگار هستند.
• شرایط نگهداری:معمولاً LEDها باید در محیطی خشک، تاریک و در دمای اتاق نگهداری شوند. برخی ممکن است نیاز به مدیریت دستگاه حساس به رطوبت (MSD) مطابق با استانداردهای IPC/JEDEC داشته باشند، با دستورالعمل پخت در صورت تجاوز از حد مجاز مواجهه با رطوبت.

۷. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

اطلاعات برای لجستیک و تدارکات.

• فرمت بسته‌بندی:توضیح نحوه عرضه LEDها (مثلاً روی نوار و قرقره، در تیوب یا سینی). شامل ابعاد قرقره، فاصله حفره‌ها و جهت‌گیری است.
• تعداد در هر بسته:مقادیر استاندارد در هر قرقره (مثلاً ۲۰۰۰ عدد)، تیوب یا سینی.
• برچسب‌گذاری و ردیابی:توضیح اطلاعات روی برچسب بسته‌بندی، که ممکن است شامل شماره قطعه، کد دسته، شماره دسته، کد تاریخ و مقدار باشد.
• سیستم شماره‌گذاری قطعات:رمزگشایی شماره مدل محصول، که معمولاً ویژگی‌های کلیدی مانند اندازه بسته، رنگ، دسته شار، دسته ولتاژ و CCT (برای LEDهای سفید) را کدگذاری می‌کند.

۸. توصیه‌های کاربردی

راهنمایی برای پیاده‌سازی موفق.

• مدارهای کاربردی معمول:نمونه‌های شماتیک، مانند یک مدار مقاومت سری ساده برای نشانگرهای کم‌توان یا یک مدار درایور جریان ثابت برای کاربردهای روشنایی.
• طراحی مدیریت حرارتی:توصیه حیاتی در مورد طراحی PCB برای دفع حرارت: استفاده از وایاهای حرارتی، مساحت مسی کافی و احتمالاً یک هیت‌سینک خارجی. هدف حفظ دمای اتصال به میزان قابل توجهی پایین‌تر از حداکثر ریتینگ آن برای اطمینان از عمر طولانی است.
• ملاحظات طراحی نوری:نکاتی در مورد اپتیک ثانویه (لنزها، دیفیوزرها) و تأثیر زاویه دید ذاتی LED.
• درایوینگ جریان:تأکید بر استفاده از منبع جریان ثابت به جای منبع ولتاژ ثابت برای عملکرد و طول عمر بهینه. بحث در مورد روش‌های دیمر (PWM در مقابل آنالوگ).

۹. مقایسه و تمایز فنی

در حالی که یک دیتاشیت واحد ممکن است مستقیماً مقایسه نکند، مشخصات آن موقعیت رقابتی را القا می‌کند.

• بازدهی (lm/W):نسبت لومن بر وات بالاتر نشان‌دهنده بازده انرژی بهتر است که یک تمایزدهنده کلیدی بازار محسوب می‌شود.
• یکنواختی رنگ (بیضی‌های مک‌آدام):دسته‌بندی تنگ‌تر (مثلاً بیضی‌های مک‌آدام ۲ یا ۳ گامی) حداقل تفاوت رنگ قابل مشاهده بین LEDها را تضمین می‌کند که یک ویژگی ممتاز است.
• عمر (L70/B50):تعداد ساعاتی تا زمانی که خروجی لومن به ۷۰٪ مقدار اولیه (L70) برای درصد معینی از نمونه‌ها (مثلاً B50 = ۵۰٪ نمونه‌ها) کاهش یابد. عمر نامی طولانی‌تر (مثلاً ۵۰۰۰۰ ساعت) نشان‌دهنده قابلیت اطمینان بالاتر است.
• استحکام:دمای اتصال حداکثر بالاتر، سطح مقاومت بهتر در برابر رطوبت یا تحمل ESD برتر می‌تواند در محیط‌های خشن مزیت باشد.

۱۰. پرسش‌های متداول (سوالات پرتکرار)

پاسخ به سوالات رایج طراحی بر اساس پارامترهای فنی.

• سوال: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از منبع تغذیه ۵ ولت راه‌اندازی کنم؟پاسخ: خیر، مستقیماً نمی‌توان. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید. مقدار مقاومت به صورت R = (ولتاژ منبع - Vf LED) / If مورد نظر محاسبه می‌شود. اطمینان حاصل کنید که ریتینگ توان مقاومت کافی است.
• سوال: چرا روشنایی LED در کاربرد من به مرور زمان کاهش می‌یابد؟پاسخ: شایع‌ترین علت، دمای اتصال بیش از حد به دلیل هیت‌سینک ناکافی است. طراحی حرارتی خود را مرور کنید تا اطمینان حاصل کنید Tj در محدوده مجاز است. استهلاک لومن توسط دمای بالا تسریع می‌شود.
• سوال: آیا می‌توانم چندین LED را به صورت سری وصل کنم؟پاسخ: بله، اما درایور باید ولتاژی بالاتر از مجموع مقادیر Vf تک‌تک LEDها در جریان کاری فراهم کند. همچنین، اطمینان حاصل کنید که تمام LEDهای رشته از یک دسته Vf هستند تا تعادل جریان برقرار شود، یا از درایوری استفاده کنید که تغییرات را جبران می‌کند.
• سوال: تفاوت بین شار نوری (لومن) و شدت نورانی (کاندلا) چیست؟پاسخ: شار نوری کل خروجی نور در تمام جهات است. شدت نورانی، خروجی نور در یک جهت خاص است. یک LED با زاویه دید باریک می‌تواند شدت (cd) بالا اما شار کل (lm) متوسطی داشته باشد.

۱۱. مطالعات موردی کاربردی

مثال‌های فرضی بر اساس کاربردهای معمول.

• مطالعه موردی ۱: نوار LED خطی برای نورپردازی نمای معماری

  هدف طراحی:ایجاد یک نوار ۵ متری با ولتاژ ۲۴ ولت و ۶۰ LED در هر متر، که روشنایی یکنواخت و سفید گرم (۳۰۰۰K) ارائه دهد.
  پیاده‌سازی:LEDهایی با Vf برابر ۳.۰ ولت انتخاب می‌شوند. آن‌ها در گروه‌های سری-موازی چیده می‌شوند: ۸ LED به صورت سری (۸ * ۳.۰V = ۲۴V) در هر قطعه. سپس این قطعات به صورت موازی در طول نوار به هم متصل می‌شوند. یک درایور ولتاژ ثابت ۲۴ ولتی با ظرفیت جریان کافی، نوار را تغذیه می‌کند. از یک پوشش دیفیوزر برای ترکیب نقاط LED منفرد به یک خط نور پیوسته استفاده می‌شود. مدیریت حرارتی از طریق یک PCB با هسته فلزی (MCPCB) برای دفع حرارت در طول کامل نوار محقق می‌شود.

• مطالعه موردی ۲: تابلو خروج با قابلیت اطمینان بالا

  هدف طراحی:یک تابلو خروج قرمز رنگ که نیاز به بیش از ۱۰ سال کار مداوم با حداقل تعمیر و نگهداری دارد.
  پیاده‌سازی:LEDهای قرمز با بازدهی بالا و ریتینگ عمر L90 بسیار طولانی انتخاب می‌شوند. آن‌ها تنها در ۷۰٪ از حداکثر جریان نامی خود راه‌اندازی می‌شوند تا تنش حرارتی به شدت کاهش یافته و عمر عملیاتی افزایش یابد. درایور یک ماژول جریان ثابت ایزوله با کارایی بالا و محافظت در برابر موج‌های گذرا است. طراحی شامل هیت‌سینک کافی و پوشش کانوکشنال روی PCB برای محافظت محیطی است.

۱۲. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌های ماده نوع n در ناحیه فعال با حفره‌های ماده نوع p بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) از طریق فرآیندی به نام الکترولومینسانس آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع‌شده توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود (مثلاً فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم برای قرمز/نارنجی/زرد، نیترید گالیم ایندیم برای آبی/سبز/سفید). LEDهای سفید معمولاً با پوشش‌دهی یک چیپ LED آبی با فسفر زرد ایجاد می‌شوند؛ ترکیب نور آبی و زرد نور سفید تولید می‌کند. دمای رنگ و CRI با تغییر ترکیب فسفر تنظیم می‌شوند.

۱۳. روندها و تحولات فناوری

صنعت LED به دنبال تقاضا برای بازدهی بالاتر، کیفیت بهتر و کاربردهای جدید همچنان در حال تحول است.

• افزایش بازدهی (lm/W):بهبودهای مستمر در بازده کوانتومی داخلی (IQE)، بازده استخراج نور و فناوری فسفر، کارایی نورانی را بالاتر برده و مصرف انرژی برای همان خروجی نور را کاهش می‌دهد.
• بهبود کیفیت رنگ:توسعه فسفرها و ترکیبات LED چندرنگ (مانند RGB, RGBW, پمپ بنفش + فسفر چندگانه) برای دستیابی به CRI بسیار بالا (Ra >۹۵) و معیارهای عالی وفاداری رنگ مانند TM-30 (Rf, Rg).
• کوچک‌سازی و چگالی بالا:روند به سمت اندازه‌های بسته کوچک‌تر (مانند میکرو LEDها، بسته‌های در مقیاس چیپ) که امکان چگالی پیکسل بالاتر برای نمایشگرهای دید مستقیم با گام ریز و ماژول‌های روشنایی فشرده را فراهم می‌کند.
• روشنایی انسان‌محور:LEDهای سفید قابل تنظیم که می‌توانند به صورت پویا CCT و شدت را برای تقلید از چرخه‌های نور طبیعی روز تنظیم کنند و از ریتم‌های شبانه‌روزی و تندرستی پشتیبانی نمایند.
• قابلیت اطمینان و عمر:تمرکز بر درک و کاهش مکانیسم‌های خرابی (مانند خاموشی حرارتی فسفر، تخریب بسته) برای افزایش عمر مفید، به ویژه در شرایط کاری با دمای بالا.
• یکپارچه‌سازی هوشمند:ادغام الکترونیک کنترل، سنسورها و رابط‌های ارتباطی مستقیماً در ماژول‌های LED، که راه را برای سیستم‌های روشنایی هوشمند و متصل هموار می‌کند.