سند چرخه عمر قطعه LED - بازنگری 3 - تاریخ انتشار 2014-12-11 - مشخصات فنی انگلیسی

1. مرور کلی محصول

این سند مربوط به یک بازنگری خاص از قطعه LED است که با عنوان بازنگری 3 شناسایی می‌شود. فاز چرخه عمر به عنوان "بازنگری" تعیین شده است که نشان‌دهنده نسخه به‌روزرسانی شده محصول است. تاریخ انتشار این بازنگری به عنوان 11 دسامبر 2014، ساعت 19:03:32 ثبت شده است. دوره انقضا به عنوان "برای همیشه" علامت‌گذاری شده است که نشان می‌دهد این سند و داده‌های محصول مرتبط با آن، مادامی که توسط بازنگری جدیدتری جایگزین نشوند، به طور نامحدود معتبر باقی می‌مانند. این قطعه برای ادغام در مجموعه‌های الکترونیکی مختلف که نیاز به انتشار نور قابل اطمینان دارند، طراحی شده است.

مزیت اصلی این قطعه در تاریخچه بازنگری مستند و پایدار آن نهفته است که قابلیت ردیابی و ثبات را برای فرآیندهای طراحی و تولید فراهم می‌کند. این محصول بازارها و کاربردهایی را هدف قرار می‌دهد که در آن‌ها در دسترس بودن بلندمدت قطعه و ثبات مشخصات حیاتی است، مانند روشنایی صنعتی، روشنایی داخلی خودرو، تابلوهای تبلیغاتی و الکترونیک مصرفی.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

در حالی که گزیده ارائه شده بر روی داده‌های اداری متمرکز است، یک سند فنی جامع برای یک LED به طور معمول شامل دسته‌های پارامتری زیر می‌شود که برای مهندسان طراحی ضروری هستند.

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و رنگی

پارامترهای کلیدی نورسنجی، خروجی نور و کیفیت آن را تعریف می‌کنند. شار نوری، که با واحد لومن (lm) اندازه‌گیری می‌شود، نشان‌دهنده کل توان درک شده نور منتشر شده است. دمای رنگ مرتبط (CCT)، که با واحد کلوین (K) اندازه‌گیری می‌شود، ظاهر رنگ نور سفید را توصیف می‌کند که از سفید گرم (3000-2700K) تا سفید سرد (6500-5000K) متغیر است. مختصات رنگی (x, y روی نمودار CIE 1931) نقطه رنگ را به طور دقیق تعریف می‌کند. شاخص نمود رنگ (CRI) توانایی منبع نور را در آشکارسازی وفادارانه رنگ‌های اشیاء در مقایسه با یک منبع نور طبیعی اندازه‌گیری می‌کند، که مقادیر بالاتر (نزدیک به 100) بهتر هستند. طول موج غالب یا طول موج اوج، رنگ LEDهای تک‌رنگ را تعریف می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی برای طراحی مدار حیاتی هستند. ولتاژ مستقیم (Vf) افت ولتاژ دو سر LED هنگام کار در جریان مستقیم مشخص شده (If) است. این مقدار به طور معمول برای LEDهای سفید و آبی رایج بین 3.6 تا 2.8 ولت متغیر است. جریان مستقیم (If) جریان عملیاتی توصیه شده است که اغلب برای LEDهای پرقدرت 20 میلی‌آمپر، 60 میلی‌آمپر، 150 میلی‌آمپر یا بیشتر است. حداکثر مقادیر مجاز برای ولتاژ معکوس (Vr)، جریان مستقیم و اتلاف توان نباید بیش‌تر شود تا از آسیب دائمی جلوگیری شود. رتبه حساسیت تخلیه الکترواستاتیک (ESD) (مانند کلاس 1C، 2kV HBM) نشان‌دهنده استحکام قطعه در برابر الکتریسیته ساکن است.

2.3 ویژگی‌های حرارتی

عملکرد و طول عمر LED به شدت تحت تأثیر دما قرار دارد. دمای اتصال (Tj) دمای در خود تراشه نیمه‌هادی است. مقاومت حرارتی از اتصال به نقطه لحیم (Rth_j-sp) یا از اتصال به محیط (Rth_j-a) میزان مؤثر بودن هدایت گرما از تراشه را کمّی می‌کند. مقادیر مقاومت حرارتی پایین‌تر مطلوب هستند. حداکثر دمای مجاز اتصال (Tj_max) یک حد بحرانی است؛ کار کردن بالاتر از این دما به شدت خروجی نوری و عمر عملیاتی را کاهش می‌دهد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

فرآیند تولید LED تغییرات طبیعی ایجاد می‌کند. سیستم دسته‌بندی، LEDها را با ویژگی‌های مشابه گروه‌بندی می‌کند تا ثبات در محصولات نهایی تضمین شود.

3.1 دسته‌بندی طول موج/دمای رنگ

LEDها بر اساس مختصات رنگی یا CCT خود در دسته‌ها (بین‌ها) مرتب می‌شوند. یک ساختار دسته‌بندی متداول روی نمودار CIE ممکن است توسط یک چهارضلعی یا بیضی کوچک تعریف شود. دسته‌های تنگ‌تر (مناطق کوچک‌تر) یکنواختی رنگ بهتری ارائه می‌دهند اما ممکن است بازده تولید پایین‌تر و هزینه بالاتری داشته باشند.

3.2 دسته‌بندی شار نوری

LEDها بر اساس خروجی نور آن‌ها در جریان آزمایش استاندارد (مثلاً If=20mA, T_sp=25°C) دسته‌بندی می‌شوند. دسته‌ها توسط مقادیر حداقل و/یا حداکثر شار نوری تعریف می‌شوند (مثلاً 9-8 لومن، 8-7 لومن). این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی خاص را برآورده می‌کنند.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

LEDها بر اساس افت ولتاژ مستقیم آن‌ها در یک جریان آزمایش مشخص مرتب می‌شوند. دسته‌های متداول ممکن است Vf @ 20mA: 3.4-3.2 ولت، 3.2-3.0 ولت باشند. دسته‌های Vf یکنواخت به طراحی مدارهای درایور پایدار و مدیریت توزیع توان در آرایه‌ها کمک می‌کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (I-V)

منحنی I-V غیرخطی است. زیر ولتاژ آستانه، جریان بسیار کمی جریان می‌یابد. هنگامی که Vf достиخ می‌شود، جریان با افزایش کمی در ولتاژ به سرعت افزایش می‌یابد. به همین دلیل است که LEDها معمولاً توسط یک منبع جریان ثابت، نه یک منبع ولتاژ ثابت، راه‌اندازی می‌شوند تا از فرار حرارتی جلوگیری شود. این منحنی با دما جابه‌جا می‌شود؛ Vf با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد.

4.2 ویژگی‌های دمایی

شار نوری با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. این رابطه اغلب در یک نمودار شار نوری نسبی در مقابل دمای اتصال نشان داده می‌شود. ولتاژ مستقیم (Vf) نیز یک ضریب دمایی منفی دارد. درک این منحنی‌ها برای طراحی مدیریت حرارتی به منظور حفظ روشنایی و ثبات رنگ حیاتی است.

4.3 توزیع طیفی توان

این نمودار شدت نسبی نور منتشر شده در هر طول موج را نشان می‌دهد. برای LEDهای سفید (معمولاً تراشه آبی + فسفر)، یک قله آبی از تراشه و یک انتشار زرد/قرمز گسترده‌تر از فسفر را نشان می‌دهد. SPD، CCT و CRI را تعیین می‌کند. این می‌تواند با جریان درایو و دما کمی جابه‌جا شود.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 نقشه ابعاد

یک نقشه مکانیکی دقیق تمام ابعاد حیاتی را ارائه می‌دهد: طول، عرض، ارتفاع، شکل و اندازه لنز، و فاصله پایه/پد. تلرانس‌ها مشخص شده‌اند. بسته‌بندی‌های متداول دستگاه نصب سطحی (SMD) شامل 2835، 3528، 5050 و غیره می‌شوند، که اعداد اغلب نشان‌دهنده طول و عرض در یک‌دهم میلی‌متر هستند (مثلاً 2835 به معنای 3.5 میلی‌متر × 2.8 میلی‌متر است).

5.2 طراحی چیدمان پد

طرح پایه (الگوی لند) توصیه شده برای طراحی PCB ارائه شده است، که شامل اندازه، شکل و فاصله پدها می‌شود. این امر تشکیل صحیح اتصال لحیم در طول فرآیند رفلو را تضمین می‌کند. طرح‌های پد حرارتی، در صورت وجود، به تفصیل شرح داده شده‌اند تا انتقال حرارت تسهیل شود.

5.3 شناسایی قطبیت

نشانه‌های واضح آند (+) و کاتد (-) را نشان می‌دهند. این می‌تواند یک شکاف، یک نقطه، یک علامت سبز، یا طول/شکل پایه متفاوت باشد. قطبیت صحیح برای عملکرد مدار ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل دمایی رفلو توصیه شده ارائه شده است که شامل مناطق پیش‌گرم، خیساندن، رفلو و خنک‌سازی می‌شود. پارامترهای کلیدی عبارتند از: دمای اوج (معمولاً حداکثر 260-245 درجه سانتی‌گراد)، زمان بالای نقطه ذوب (TAL)، و نرخ افزایش دما. فراتر رفتن از این محدودیت‌ها می‌تواند به بسته پلاستیکی LED، اتصالات سیمی داخلی یا فسفر آسیب برساند.

6.2 ملاحظات احتیاطی

در طول جابه‌جایی باید احتیاط‌های ESD رعایت شود. از اعمال تنش مکانیکی بر روی لنز خودداری کنید. با حلال‌هایی که ممکن است به لنز سیلیکونی یا بدنه پلاستیکی آسیب برسانند، تمیز نکنید. اطمینان حاصل کنید که PCB تمیز است و باقی‌مانده فلاکس سازگار است.

6.3 شرایط نگهداری

LEDها باید در یک محیط خشک و تاریک در سطوح دمایی و رطوبتی توصیه شده (اغلب<30°C/85%RH) نگهداری شوند. آن‌ها معمولاً در کیسه‌های دستگاه حساس به رطوبت (MSD) همراه با جاذب رطوبت و کارت‌های نشانگر رطوبت ارسال می‌شوند. اگر در معرض رطوبت بالا قرار گیرند، ممکن است قبل از رفلو نیاز به پخت (بیکینگ) داشته باشند تا از "پف کردن" (popcorning) جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

قطعات بر روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند. ابعاد قرقره، عرض نوار، اندازه حفره و جهت‌گیری قطعات استاندارد شده است (مانند EIA-481). تعداد در هر قرقره مشخص شده است (مثلاً 2000 عدد/قرقره، 4000 عدد/قرقره).

7.2 توضیح برچسب

برچسب قرقره حاوی اطلاعاتی مانند شماره قطعه، تعداد، شماره دسته، کد تاریخ و کدهای دسته‌بندی برای شار نوری، رنگ و Vf است.

7.3 قوانین شماره‌گذاری مدل

شماره قطعه ویژگی‌های کلیدی را کدگذاری می‌کند. یک ساختار متداول ممکن است به این صورت باشد: کد سری - اندازه بسته‌بندی - دسته رنگ/شار نوری - دسته ولتاژ - دمای رنگ - گزینه ویژه. این امر شناسایی دقیق ویژگی‌های قطعه را ممکن می‌سازد.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

بر اساس مشخصات ضمنی آن (LED SMD متداول)، این قطعه برای واحدهای نور پس‌زمینه (BLU) در نمایشگرها، چراغ‌های نشانگر عمومی، روشنایی تزئینی، روشنایی داخلی خودرو (داشبورد، کلیدها) و تابلوهای تبلیغاتی مناسب است.

8.2 ملاحظات طراحی

همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت استفاده کنید. مدیریت حرارتی را در مراحل اولیه چیدمان PCB در نظر بگیرید؛ از وایاهای حرارتی و مساحت مسی کافی برای دفع حرارت استفاده کنید، به ویژه برای LEDهای با توان بالاتر. برای کاربردهای حساس به رنگ، دسته‌های رنگ تنگ را مشخص کنید و بازخورد از سنسورهای رنگ را در نظر بگیرید. تغییرات ولتاژ مستقیم و کاهش توان نوری ناشی از حرارت را در محاسبات روشنایی سیستم لحاظ کنید.

9. مقایسه فنی

در مقایسه با بازنگری‌های قبلی (مانند بازنگری 2)، بازنگری 3 ممکن است بهبودهایی مانند بازده نوری بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، ثبات رنگ بهتر (دسته‌بندی تنگ‌تر)، داده‌های قابلیت اطمینان بهبود یافته، یا بسته‌بندی به‌روزرسانی شده را ارائه دهد. دوره انقضای "برای همیشه" این سند نشان می‌دهد که نمایانگر یک نسخه محصول بالغ و پایدار با پشتیبانی بلندمدت است، برخلاف برخی قطعات با تحول سریع که برگه‌های اطلاعاتی آن‌ها به طور مکرر به‌روزرسانی یا منسوخ می‌شوند.

10. پرسش‌های متداول

10.1 عبارت "فاز چرخه عمر: بازنگری" به چه معناست؟

این نشان می‌دهد که این یک انتشار اولیه یا یک محصول منسوخ نیست، بلکه یک نسخه فعالانه نگهداری شده و به‌روزرسانی شده از مستندات و مشخصات قطعه است.

10.2 عبارت "دوره انقضا: برای همیشه" را چگونه باید تفسیر کنم؟

این سند تاریخ انقضای برنامه‌ریزی شده‌ای ندارد. مشخصات آن به طور نامحدود معتبر در نظر گرفته می‌شوند. با این حال، همیشه وجود یک بازنگری جدیدتر که ممکن است آن را جایگزین کند، بررسی کنید.

10.3 آیا می‌توانم LEDهای از دسته‌های مختلف را در محصول خود مخلوط کنم؟

مخلوط کردن دسته‌ها می‌تواند منجر به تفاوت‌های قابل مشاهده در روشنایی یا رنگ در یک محصول واحد شود که اغلب نامطلوب است. برای ظاهر یکنواخت، از LEDهای یک دسته شار نوری و رنگ یکسان استفاده کنید. برای نشانگرهای غیرحساس، مخلوط کردن ممکن است قابل قبول باشد.

10.4 چرا LED من کمنورتر از حد انتظار است؟

علل متداول عبارتند از: کار کردن در جریانی پایین‌تر از مقدار مشخص شده، دمای اتصال بالا به دلیل دفع حرارت ضعیف، تغییرات ولتاژ مستقیم که بر جریان در یک مدار ساده درایور مقاومتی تأثیر می‌گذارد، یا کاهش طبیعی لومن در طول زمان.

11. مورد کاربردی عملی

مورد طراحی: آرایه نشانگر پنل

یک پنل کنترل به 20 LED نشانگر سفید چیده شده در یک شبکه نیاز دارد. با استفاده از اطلاعات دسته‌بندی، طراح تمام LEDها را از یک دسته شار نوری یکسان (مثلاً 9-8 لومن) و یک دسته رنگ بیضی مک‌آدام 3 مرحله‌ای یکسان انتخاب می‌کند تا روشنایی و رنگ یکنواخت تضمین شود. یک IC درایور جریان ثابت برای تأمین 20 میلی‌آمپر به هر LED انتخاب می‌شود، که در یک پیکربندی سری-موازی که دسته ولتاژ مستقیم (3.4-3.2 ولت) را در نظر می‌گیرد، چیده شده‌اند. چیدمان PCB شامل یک پد تخلیه حرارتی زیر هر LED است که از طریق وایاهای حرارتی به یک صفحه زمین متصل شده است تا گرما مدیریت شود. پروفیل رفلو از بخش 6.1 در دستگاه پیک و پلیس برنامه‌ریزی شده است.

12. معرفی اصول 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 توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود (مانند InGaN برای آبی/سبز، AlInGaP برای قرمز/کهربایی). LEDهای سفید معمولاً با پوشاندن 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. ترکیبات مختلف فسفر، ته‌رنگ‌های سفید مختلف (CCT) را ایجاد می‌کنند.

13. روندهای توسعه

صنعت LED به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) ادامه می‌دهد و به مقادیر بیش از 200 لومن بر وات در آزمایشگاه‌ها دست یافته است. تمرکز قوی بر بهبود کیفیت رنگ وجود دارد، با LEDهای با CRI بالا (CRI>90, R9>50) که برای روشنایی با کیفیت بالا رایج‌تر می‌شوند. کوچک‌سازی با اندازه‌های بسته‌بندی هرچه کوچک‌تر برای کاربردهای با چگالی بالا ادامه دارد. LEDهای هوشمند و متصل با درایورها و مدارهای کنترل یکپارچه، بخش رو به رشدی هستند. علاوه بر این، تحقیق در مورد مواد نوظهور مانند پروسکایت برای LEDها و پیشرفت‌ها در فناوری میکرو-LED برای نمایشگرهای نسل بعدی، نشان‌دهنده جهت‌های آینده مهمی هستند. قابلیت اطمینان و طول عمر تحت شرایط عملیاتی مختلف، همچنان حوزه‌هایی برای مطالعه و بهبود مستمر باقی می‌مانند.