دیتاشیت سری 65-21 ال‌ای‌دی مینی تاپ ویو - قرمز درخشان - 20 میلی‌آمپر - زاویه دید 120 درجه - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

سری 65-21 نماینده خانواده‌ای از دیودهای نوری (ال‌ای‌دی) فشرده، نصب سطحی و با دید از بالا است. این قطعات برای کاربردهایی طراحی شده‌اند که نیازمند زاویه دید گسترده و کوپلینگ نوری کارآمد هستند. مدل اصلی شرح داده شده در این سند، نور قرمز درخشان ساطع می‌کند که با استفاده از تراشه نیمه‌هادی آل‌گااین‌پی (AlGaInP) محصور شده در رزین شفاف آب‌مانند به دست می‌آید. طراحی منحصر به فرد پکیج، جهت نصب از بالا به پایین را ارائه می‌دهد که در آن نور از طریق برد مدار چاپی (PCB) ساطع می‌شود و آن را به ویژه برای استفاده با لوله‌های نوری و موج‌برها مناسب می‌سازد.

مزایای کلیدی این سری شامل مناسب بودن برای فرآیندهای مونتاژ خودکار مانند لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز، در دسترس بودن روی نوار و قرقره برای تولید انبوه و مطابقت با استانداردهای زیست‌محیطی RoHS و بدون سرب است. زاویه دید گسترده 120 درجه‌ای، دید خوبی از زوایای مختلف را تضمین می‌کند که برای کاربردهای نشانگر و نور پس‌زمینه حیاتی است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات حداکثر مطلق

محدودیت‌های عملیاتی دستگاه در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. تجاوز از این مقادیر ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس فراتر از این حد، خطر شکست پیوند را به همراه دارد.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):50 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC است که ال‌ای‌دی می‌تواند به طور پیوسته تحمل کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این ریتینگ جریان پالسی (در چرخه وظیفه 1/10، فرکانس 1 کیلوهرتز) شرایط اضافه جریان کوتاه‌مدت را مجاز می‌سازد که برای مالتی‌پلکسینگ یا پالس‌دهی روشنایی مفید است.
• توان تلف شده (P_d):110 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که پکیج می‌تواند به صورت گرما دفع کند و از ولتاژ و جریان مستقیم محاسبه می‌شود.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان:2000 ولت. این ریتینگ مدل بدن انسان نشان‌دهنده سطح متوسطی از حساسیت ESD است؛ رعایت احتیاط‌های مناسب در جابجایی ضروری است.
• دمای عملیاتی (T_opr):40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس. دستگاه برای محدوده دمایی صنعتی ریتینگ شده است.
• دمای نگهداری (T_stg):40- درجه تا 90+ درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری:برای لحیم‌کاری ریفلو، دمای پیک 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه مشخص شده است. برای لحیم‌کاری دستی، حد مجاز 350 درجه سلسیوس به مدت 3 ثانیه است.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکی

عملکرد در Ta=25 درجه سلسیوس و جریان تست استاندارد (I_F) معادل 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شود.

• شدت نور (I_v):از حداقل 72 میلی‌کاندلا تا حداکثر 180 میلی‌کاندلا متغیر است، با یک مقدار معمول در این محدوده. تلرانس ±11٪ اعمال می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمول). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار پیک خود کاهش می‌یابد.
• طول موج پیک (λ_p):632 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):از 616.5 نانومتر تا 634.5 نانومتر متغیر است، با تلرانس ±1 نانومتر. این پارامتر رنگ درک شده (قرمز درخشان) را تعریف می‌کند.
• پهنای باند طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمول). این عرض طیف ساطع شده در نصف حداکثر توان آن است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):در 20mA از 1.75 ولت تا 2.35 ولت متغیر است، با تلرانس ±0.1 ولت.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس 5 ولت اعمال شود.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، ال‌ای‌دی‌ها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (باین) مرتب می‌شوند.

3.1 باینینگ طول موج غالب (گروه A)

این پارامتر نقطه رنگ را تعریف می‌کند. باین‌ها با برچسب E4 تا E7 مشخص می‌شوند که هر کدام محدوده‌ای 6 نانومتری را پوشش می‌دهند (مثلاً E4: 616.5-622.5 نانومتر، E5: 620.5-626.5 نانومتر). این امکان را به طراحان می‌دهد تا ال‌ای‌دی‌هایی با سایه‌های قرمز بسیار خاص برای کاربرد خود انتخاب کنند.

3.2 باینینگ شدت نور

این پارامتر خروجی روشنایی را تعریف می‌کند. باین‌ها عبارتند از Q1 (72-90 میلی‌کاندلا)، Q2 (90-112 میلی‌کاندلا)، R1 (112-140 میلی‌کاندلا) و R2 (140-180 میلی‌کاندلا). کدهای باین بالاتر نشان‌دهنده روشنایی بیشتر است.

3.3 باینینگ ولتاژ مستقیم (گروه B)

این پارامتر ال‌ای‌دی‌ها را بر اساس ویژگی‌های الکتریکی گروه‌بندی می‌کند. باین‌ها عبارتند از 0 (1.75-1.95 ولت)، 1 (1.95-2.15 ولت) و 2 (2.15-2.35 ولت). تطابق باین‌های ولتاژ می‌تواند طراحی مقاومت محدودکننده جریان در مدارهای موازی را ساده‌تر کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ضروری برای طراحی را ارائه می‌دهد.

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

منحنی رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. در نقطه کار توصیه شده 20 میلی‌آمپر، ولتاژ مستقیم در محدوده باینینگ 1.75 تا 2.35 ولت قرار می‌گیرد. طراحان باید از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت برای محدود کردن جریان استفاده کنند، زیرا افزایش کوچک در ولتاژ می‌تواند باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب جریان شود.

4.2 شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که خروجی نور تقریباً به صورت خطی با جریان تا حداکثر جریان پیوسته مجاز افزایش می‌یابد. کارکرد بالاتر از 20mA روشنایی بیشتری به دست می‌دهد اما همچنین اتلاف توان و دمای پیوند را افزایش می‌دهد که بر طول عمر تأثیر می‌گذارد.

4.3 شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط

شدت نور با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. منحنی کاهش ریتینگ را نشان می‌دهد که برای کاربردهای عملیاتی در محیط‌های با دمای بالا حیاتی است. خروجی ال‌ای‌دی در 25 درجه سلسیوس مشخص شده است؛ در دمای 85 درجه سلسیوس، خروجی به طور قابل توجهی کمتر خواهد بود.

4.4 منحنی کاهش جریان مستقیم

این نمودار حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط تعریف می‌کند. با افزایش دما، حداکثر جریان ایمن برای جلوگیری از گرمای بیش از حد کاهش می‌یابد. در دمای 85 درجه سلسیوس، حداکثر جریان کمتر از ریتینگ حداکثر مطلق 50mA در 25 درجه سلسیوس است.

4.5 توزیع طیفی

طیف یک منحنی گاوسی باریک است که حول 632 نانومتر (پیک) با پهنای باند 20 نانومتر متمرکز شده است که انتشار تک‌رنگ قرمز درخشان را تأیید می‌کند.

4.6 الگوی تابش

نمودار قطری زاویه دید 120 درجه‌ای را نشان می‌دهد. توزیع شدت نسبتاً لامبرتی (شبیه کسینوس) است که ظاهر یکنواختی در سراسر مخروط دید گسترده ارائه می‌دهد که برای نشانگرها ایده‌آل است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد کلی پکیج

پکیج SMD دارای ابعاد طول، عرض و ارتفاع خاصی (بر حسب میلی‌متر) است که تلرانس معمول آن ±0.1 میلی‌متر می‌باشد مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. نقشه جزئیات شکل دید از بالا، پروفیل جانبی و الگوی لند PCB توصیه شده (فوت‌پرینت) برای لحیم‌کاری را تشریح می‌کند.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً علامت‌گذاری شده است، اغلب توسط یک شکاف، علامت سبز رنگ یا اندازه پد متفاوت در پایین پکیج. قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ رعایت شود.

5.3 مشخصات نوار و قرقره

قطعه روی نوار حامل برای ماشین‌های برداشت و جایگذاری خودکار عرضه می‌شود. ابعاد کلیدی شامل اندازه جیب (برای نگهداری ال‌ای‌دی)، عرض نوار، پیتچ (فاصله بین جیب‌ها) و قطر قرقره است. قرقره استاندارد حاوی 2000 قطعه است.

5.4 بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت

قرقره‌ها در کیسه‌های ضد رطوبت آلومینیومی همراه با جاذب رطوبت مهر و موم می‌شوند تا از جذب رطوبت جلوگیری شود که برای جلوگیری از "ترکیدن" (ترک خوردن پکیج) در طول لحیم‌کاری ریفلو حیاتی است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

پروفیل توصیه شده شامل مرحله پیش‌گرم، ناحیه خیس‌اندن، ناحیه ریفلو با دمای پیک حداکثر 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه و مرحله خنک‌کننده کنترل شده است. پروفیل باید با حداکثر ریتینگ Tsol مطابقت داشته باشد.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه نباید از 350 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان تماس باید به 3 ثانیه برای هر پد محدود شود. در صورت امکان از هیت‌سینک استفاده کنید.

6.3 ملاحظات نگهداری و جابجایی

• محافظت در برابر ESD:از ایستگاه‌های کاری و مچ‌بندهای اتصال به زمین استفاده کنید.
• حساسیت به رطوبت:کیسه ضد رطوبت را تا زمان آمادگی برای استفاده باز نکنید. اگر کیسه باز شد، قطعات را در طول عمر مفید مشخص شده استفاده کنید یا مطابق با روش‌های مناسب آن‌ها را بازپخت کنید.
• شرایط نگهداری:کیسه‌های بازنشده را در دمای 30 درجه سلسیوس یا کمتر و رطوبت نسبی 90٪ یا کمتر نگهداری کنید.

7. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

• نشانگرهای نوری:چراغ‌های وضعیت روی لوازم الکترونیکی مصرفی، تجهیزات صنعتی و داشبورد خودرو.
• کوپلینگ لوله/راهنمای نوری:انتشار دید از بالا و از طریق PCB برای تزریق نور به راهنمای‌های نوری اکریلیک یا پلی‌کربنات برای نور پس‌زمینه دکمه‌ها یا روشنایی پنل ایده‌آل است.
• نور پس‌زمینه:برای LCDها، صفحه‌کلیدها، سوئیچ‌ها و پنل‌های ممبران.
• روشنایی تزئینی عمومی:در تابلوها، نورپردازی تاکیدی و تبلیغات روشن.
• روشنایی داخلی خودرو:نور پس‌زمینه داشبورد، روشنایی سوئیچ و غیره.

7.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• محدود کردن جریان اجباری است:باید از یک مقاومت سری خارجی یا درایور جریان ثابت استفاده شود. ولتاژ مستقیم دارای تلرانس و ضریب دمایی منفی است، به این معنی که با گرم شدن پیوند کاهش می‌یابد. بدون محدودیت جریان، فرار حرارتی می‌تواند رخ دهد و منجر به خرابی سریع شود.
• مدیریت حرارتی:اگرچه پکیج کوچک است، اتلاف توان (تا 110 میلی‌وات) گرما تولید می‌کند. اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB (پدهای تخلیه حرارتی) برای هدایت گرما وجود دارد، به ویژه هنگام کار در جریان‌های بالا یا محیط‌های گرم.
• طراحی نوری:برای کاربردهای لوله نوری، فاصله بین ال‌ای‌دی و نقطه ورودی راهنمای نوری و همچنین هندسه راهنما باید بهینه‌سازی شود تا راندمان کوپلینگ به حداکثر برسد.
• باینینگ برای ثبات:برای کاربردهایی که نیاز به رنگ و روشنایی یکنواخت در چندین ال‌ای‌دی دارند، باین‌های تنگ (مثلاً یک باین طول موج غالب و یک باین شدت نور) را مشخص کنید.

8. مقایسه و تمایز فنی

سری 65-21 از طریق ترکیب خاصی از ویژگی‌های خود متمایز می‌شود:

• در مقابل ال‌ای‌دی‌های دید از کنار استاندارد:انتشار دید از بالا و از طریق PCB یک مزیت متمایز برای کاربردهای لوله نوری است، زیرا به ال‌ای‌دی اجازه می‌دهد به صورت صاف روی برد مستقیماً زیر راهنما نصب شود و طراحی مکانیکی را ساده می‌کند.
• در مقابل ال‌ای‌دی‌های زاویه دید باریک:زاویه دید 120 درجه‌ای دید بسیار گسترده‌تری ارائه می‌دهد و آن را برای نشانگرهای پنل جلویی که موقعیت دید ثابت نیست، برتر می‌سازد.
• در مقابل پکیج‌های غیرقابل اتوماسیون:پکیج SMT و در دسترس بودن روی نوار و قرقره، آن را برای خطوط مونتاژ خودکار مدرن و پرسرعت بسیار مناسب می‌سازد و هزینه تولید را در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های ترو-هول کاهش می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را مستقیماً از منبع تغذیه منطقی 3.3 ولت یا 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. شما همیشه باید از یک مقاومت سری محدودکننده جریان استفاده کنید. مقدار مقاومت به صورت R = (V_منبع- V_F) / I_Fمحاسبه می‌شود. برای یک طراحی محافظه‌کارانه که اطمینان حاصل کند جریان از 20 میلی‌آمپر تجاوز نمی‌کند، از حداکثر V_Fاز دیتاشیت (2.35 ولت) استفاده کنید.

س: اگر ال‌ای‌دی را به جای 20mA در 30mA کار کنم چه اتفاقی می‌افتد؟

ج: شدت نور بیشتر خواهد شد، اما اتلاف توان و دمای پیوند افزایش می‌یابد. شما باید منحنی کاهش ریتینگ را بررسی کنید تا مطمئن شوید 30mA در حداکثر دمای محیط شما ایمن است. قابلیت اطمینان بلندمدت ممکن است کاهش یابد.

س: چگونه کد/شماره قطعه را برای سفارش تفسیر کنم؟

ج: کد (مثلاً از توضیح برچسب: CAT/HUE/REF) انتخاب‌های باینینگ را مشخص می‌کند. شما بر اساس باین‌های مورد نیاز خود برای شدت نور (CAT)، طول موج غالب (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF) سفارش می‌دهید.

س: آیا هیت‌سینک مورد نیاز است؟

ج: معمولاً برای یک ال‌ای‌دی منفرد در 20mA مورد نیاز نیست. با این حال، اگر چندین ال‌ای‌دی نزدیک به هم قرار گرفته باشند یا در جریان‌های بالا/دمای محیط بالا کار کنند، گرمای جمعی ممکن است نیاز به مدیریت حرارتی روی PCB داشته باشد.

10. مثال عملی طراحی

سناریو:طراحی یک نشانگر وضعیت برای دستگاهی که توسط ریل 5 ولت تغذیه می‌شود. ال‌ای‌دی باید در جریان استاندارد 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی شود.

1. محاسبه مقاومت سری:با استفاده از V_Fمعمول 2.0 ولت برای تخمین: R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 اهم. برای مقاومت در برابر تغییرات V_F، از حداقل V_F(1.75 ولت) برای محاسبه حداکثر جریان استفاده کنید: I_max= (5V - 1.75V) / 150Ω ≈ 21.7mA، که ایمن است. یک مقاومت استاندارد 150 اهم، 1/10 وات مناسب است.
2. چیدمان PCB:ال‌ای‌دی را مطابق با الگوی لند توصیه شده قرار دهید. مقداری مساحت مس در اطراف پدها برای اتلاف حرارت در نظر بگیرید. اطمینان حاصل کنید که علامت‌گذاری قطبیت روی چاپ ابریشمی با نشانگر کاتد ال‌ای‌دی مطابقت دارد.
3. رابط نوری:در صورت استفاده از لوله نوری، فاصله و تراز را مدل کنید. یک فاصله هوای کوچک یا استفاده از ژل سیلیکون شفاف می‌تواند راندمان کوپلینگ نور را بهبود بخشد.

11. اصل عملکرد

این ال‌ای‌دی بر اساس یک تراشه نیمه‌هادی آل‌گااین‌پی (فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم) ساخته شده است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل پیوند دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. در مواد آل‌گااین‌پی، این بازترکیب انرژی را عمدتاً به صورت فوتون در بخش قرمز تا کهربایی طیف مرئی (تقریباً 590-650 نانومتر) آزاد می‌کند. ترکیب خاص لایه‌های آل‌گااین‌پی طول موج غالب را تعیین می‌کند که برای این نوع قرمز درخشان 632 نانومتر است. رزین اپوکسی شفاف آب‌مانند محافظ تراشه را فراهم می‌کند، پایداری مکانیکی ایجاد می‌کند و پرتو خروجی نور را شکل می‌دهد تا زاویه دید گسترده 120 درجه‌ای حاصل شود.

12. روندهای فناوری

ال‌ای‌دی‌های SMD مینیاتوری دید از بالا مانند سری 65-21 بخشی از روند گسترده‌تری در اپتوالکترونیک به سمت مینیاتوری‌سازی، کارایی بالاتر و یکپارچگی بیشتر با تولید خودکار هستند. تحولات کلیدی جاری در صنعت که بر چنین قطعاتی تأثیر می‌گذارند عبارتند از:

• افزایش کارایی:بهبودهای مستمر در علم مواد هدف تولید لومن بیشتر در هر وات (کارایی بالاتر) از همان اندازه تراشه را دنبال می‌کنند که امکان خروجی روشن‌تر یا مصرف توان کمتر را فراهم می‌کند.
• بهبود ثبات رنگ:پیشرفت‌ها در فرآیندهای رشد اپیتاکسیال و باینینگ همچنان تلرانس‌های طول موج غالب و شدت نور را کاهش می‌دهند و منابع نوری یکنواخت‌تری را در اختیار طراحان قرار می‌دهند.
• افزایش قابلیت اطمینان:تحقیقات در مورد مواد محافظ بهتر و تکنیک‌های بسته‌بندی منجر به طول عمر عملیاتی طولانی‌تر و مقاومت بهبود یافته در برابر چرخه‌های حرارتی، رطوبت و سایر تنش‌های محیطی می‌شود.
• یکپارچه‌سازی با درایورها:یک روند بازار، یکپارچه‌سازی مدارهای کنترلی (درایورهای جریان ثابت، کنترلرهای PWM) مستقیماً در پکیج‌های ال‌ای‌دی است که طراحی مدار کاربر نهایی را ساده می‌کند.