فهرست مطالب
- 1. توضیحات
- 1.1 توضیحات کلی
- 1.2 ویژگیها
- 1.3 کاربرد
- 1.4 ابعاد بستهبندی
- 1.5 پارامترهای محصول
- 1.5.1 مشخصات الکتریکی و نوری (Ts=25°C)
- 1.5.2 حداکثر مقادیر مجاز مطلق (Ts=25°C)
- 1.6 منحنیهای مشخصه نوری نمونه
- 2. بستهبندی
- 2.1 مشخصات بستهبندی
- 2.1.1 ابعاد نوار حامل
- 2.1.2 ابعاد قرقره
- 2.1.3 مشخصات فرم برچسب
- 2.2 بستهبندی مقاوم در برابر رطوبت
- 2.3 جعبه مقوایی
- 2.4 موارد و شرایط آزمایش قابلیت اطمینان
- 2.5 معیارهای قضاوت آسیب
- 3. دستورالعمل لحیمکاری بازجریانی SMT
- 3.1 پروفایل حرارتی لحیمکاری بازجریانی SMT
- 4. اقدامات احتیاطی جابجایی
- 4.1 دستورالعملهای جابجایی و نگهداری
- 5. ملاحظات کاربرد و طراحی
- 5.1 محدودیت جریان
- 5.2 مدیریت حرارت
- 5.3 طراحی نوری
- 5.4 قطبیت و جایگذاری
- اصطلاحات مشخصات LED
- عملکرد نوربرقی
- پارامترهای الکتریکی
- مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان
- بسته بندی و مواد
- کنترل کیفیت و دسته بندی
- آزمون و گواهینامه
1. توضیحات
این سند مشخصات فنی جامع و دستورالعملهای جابجایی را برای یک دیود نورافشان نارنجی (LED) سطحنصب با فرمفاکتور بستهبندی نوع 1206 ارائه میدهد.
1.1 توضیحات کلی
این قطعه یک LED تکرنگ با نوردهی نارنجی است. منبع نور بر پایه یک تراشه نیمههادی نارنجی است که در یک بستهبندی فشرده سطحنصب محصور شده است. ابعاد فیزیکی بستهبندی به طول 3.2 میلیمتر، عرض 1.6 میلیمتر و ارتفاع 0.7 میلیمتر میباشد که آن را برای طراحیهای PCB با چگالی بالا مناسب میسازد.
1.2 ویژگیها
- زاویه دید بسیار گسترده.
- کاملاً سازگار با فرآیندهای مونتاژ استاندارد فناوری نصب سطحی (SMT) و لحیمکاری بازجریانی.
- سطح حساسیت به رطوبت (MSL) در سطح 3 رتبهبندی شده است.
- مطابق با دستورالعملهای محدودیت مواد خطرناک (RoHS).
1.3 کاربرد
- شاخص وضعیت و توان در دستگاههای الکترونیکی.
- نور پسزمینه برای کلیدها، دکمهها و نمادها.
- کاربردهای نشانگر عمومی در لوازم الکترونیکی مصرفی، کنترلهای صنعتی و فضای داخلی خودرو.
1.4 ابعاد بستهبندی
طرح مکانیکی و الگوی پد لحیم توصیهشده برای چیدمان PCB حیاتی هستند. بدنه بستهبندی LED مستطیلی شکل بوده و دارای دو پایانه آند/کاتد در پایین است. قطبیت توسط علامتی در سطح بالا یا پایین نشان داده میشود (معمولاً یک نقطه سبز یا گوشه پخخورده). الگوی پد لحیم توصیهشده تشکیل مناسب اتصال لحیم و پایداری مکانیکی در حین بازجریان را تضمین میکند. تمام واحدهای ابعادی بر حسب میلیمتر بوده و تلرانس استاندارد ±0.2mm است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شود. ابعاد کلیدی شامل طول کلی 3.20mm، عرض 1.60mm و ارتفاع 0.70mm میباشند.
1.5 پارامترهای محصول
1.5.1 مشخصات الکتریکی و نوری (Ts=25°C)
این پارامترها در شرایط استاندارد آزمایش میشوند (جریان مستقیم، IF=20mA؛ ولتاژ معکوس، VR=5V). محصول در دستههای متعددی برای ولتاژ مستقیم (VF) و شدت روشنایی (IV) ارائه میشود که انعطافپذیری طراحی و سازگاری در تولید را ممکن میسازد.
- پهنای باند نیمه طیفی (Δλ):معمولاً 15nm، که خلوص رنگ نارنجی را تعریف میکند.
- ولتاژ مستقیم (VF):در محدوده 1.8V تا 2.3V قرار دارد و به چندین دسته (B1, B2, C1, C2, D1) تقسیم میشود.
- طول موج غالب (λD):رنگ درکشده را تعریف میکند. دو دسته موجود است: E00 (620-625nm) و F00 (625-630nm)، که هر دو در طیف نارنجی/نارنجی-قرمز قرار دارند.
- شدت روشنایی (IV):خروجی نور، بر حسب میلیکندلا (mcd) اندازهگیری میشود. در دستههای متعدد از 1AQ (100-130 mcd) تا 1GW (220-250 mcd) در جریان 20mA موجود است.
- زاویه دید (2θ1/2):140 درجه بسیار گسترده، که دید از زوایای متعدد را تضمین میکند.
- جریان معکوس (IR):حداکثر 10μA در بایاس معکوس 5V.
- مقاومت حرارتی (RΘJ-S):مقاومت حرارتی اتصال به نقطه لحیم 450°C/W است که پارامتری کلیدی برای مدیریت حرارت محسوب میشود.
1.5.2 حداکثر مقادیر مجاز مطلق (Ts=25°C)
اینها محدودیتهای تنشی هستند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. عملیات باید در محدوده این مقادیر حفظ شود.
- اتلاف توان (Pd):72 mW
- جریان مستقیم پیوسته (IF):30 mA
- جریان مستقیم پیک (IFP):60 mA (پالسی، چرخه کاری 1/10، پهنای پالس 0.1ms)
- تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان (HBM):2000V
- دمای عملیاتی (Topr):-40°C تا +85°C
- دمای نگهداری (Tstg):-40°C تا +85°C
- حداکثر دمای اتصال (Tj):95°C
یادداشت طراحی:دمای اتصال نباید از حداکثر مقدار مجاز آن تجاوز کند. جریان عملیاتی باید پس از در نظر گرفتن دمای واقعی بستهبندی در کاربرد تعیین شود تا عملکرد مطمئن بلندمدت تضمین گردد.
1.6 منحنیهای مشخصه نوری نمونه
این نمودارها رابطه بین پارامترهای کلیدی را نشان میدهند که برای طراحی مدار و پیشبینی عملکرد ضروری هستند.
- ولتاژ مستقیم در برابر جریان مستقیم:ویژگی غیرخطی I-V دیود را نشان میدهد. ولتاژ با افزایش جریان افزایش مییابد و شکل منحنی بستگی به دسته خاص VF دارد.
- شدت نسبی در برابر جریان مستقیم:نشان میدهد که چگونه خروجی نور با جریان راهاندازی افزایش مییابد، که معمولاً در جریانهای بالاتر به دلیل گرمایش و افت بازده به صورت زیرخطی است.
- شدت نسبی در برابر دمای پین / دمای محیط:اثر خاموشی حرارتی را نشان میدهد، که در آن خروجی روشنایی با افزایش دمای LED کاهش مییابد. این موضوع برای کاربردها در محیطهای با دمای بالا بسیار حیاتی است.
- جریان مستقیم در برابر طول موج غالب:جابجایی جزئی در طول موج اوج تابش با تغییر جریان راهاندازی را نشان میدهد.
- شدت نسبی در برابر طول موج:نمودار طیف تابش، که توزیع شدت در طولموجها را نشان میدهد و حول طول موج غالب (مثلاً ~610nm) متمرکز است.
- نمودار الگوی تابش:یک نمودار قطبی که زاویه دید گسترده 140 درجهای را به صورت بصری نشان میدهد و تابش نزدیک به لامبرت را تأیید میکند.
2. بستهبندی
الایدیها در بستهبندی استاندارد صنعتی برای مونتاژ خودکار SMT عرضه میشوند.
2.1 مشخصات بستهبندی
2.1.1 ابعاد نوار حامل
قطعات در نوار حامل برجستهدار قرار دارند. ابعاد نوار (اندازه حفره، پله، عرض) به گونهای مشخص شدهاند که با فیدرهای استاندارد تجهیزات Pick-and-Place خودکار سازگار باشند.
2.1.2 ابعاد قرقره
نوار حامل بر روی یک قرقره پیچیده میشود. ابعاد قرقره (قطر، اندازه هاب، عرض فلنج) تعیین کننده تعداد قطعات در هر قرقره و سازگاری با فیدرهای دستگاه مونتاژ است.
2.1.3 مشخصات فرم برچسب
هر قرقره حاوی برچسبی با اطلاعات حیاتی است: شماره قطعه، تعداد، شماره سری ساخت، کد تاریخ و سطح حساسیت به رطوبت (MSL 3).
2.2 بستهبندی مقاوم در برابر رطوبت
با توجه به رتبه MSL 3، LEDها همراه با یک ماده خشککننده و کارت نشانگر رطوبت در داخل یک کیسه محافظ رطوبت بستهبندی میشوند. کیسه مهر و موم شده تا قطعات را در برابر رطوبت محیط در طول نگهداری و حملونقل محافظت کند. پس از باز کردن کیسه، قطعات باید در طول عمر تعیینشده (معمولاً 168 ساعت برای MSL 3 در شرایط کارخانه<30°C/60%RH) استفاده شوند یا بر اساس دستورالعملها مجدداً خشکگردانی شوند.
2.3 جعبه مقوایی
کیسههای محافظ رطوبت مهر و موم شده در جعبههای مقوایی برای حملونقل و نگهداری بستهبندی میشوند تا حفاظت فیزیکی فراهم کنند.
2.4 موارد و شرایط آزمایش قابلیت اطمینان
محصول تحت یک سری آزمایشهای قابلیت اطمینان قرار میگیرد تا عملکرد تحت تنشهای محیطی مختلف تضمین شود. آزمایشهای معمول ممکن است شامل موارد زیر باشد (بر اساس استانداردهای صنعتی استنتاج شده):
- طول عمر نگهداری در دمای بالا:در معرض حداکثر دمای نگهداری برای یک دوره طولانی قرار میگیرد.
- چرخه حرارتی:در معرض چرخههای مکرر بین حداکثر و حداقل دما قرار میگیرد.
- مقاومت در برابر رطوبت:در شرایط دمایی و رطوبت بالا آزمایش میشود.
- مقاومت در برابر حرارت لحیم:در معرض چندین چرخه لحیمکاری بازجریانی قرار میگیرد تا شرایط تعمیر شبیهسازی شود.
- حساسیت ESD:بر اساس مدل بدن انسان (HBM) آزمایش میشود تا رتبه 2000V تأیید گردد.
2.5 معیارهای قضاوت آسیب
این بخش معیارهای بازرسی بصری و عملکردی پس از آزمایش قابلیت اطمینان را تعریف میکند. معیارهای شکست معمولاً شامل خرابی فاجعهبار (نوردهی نداشتن)، جابجایی قابل توجه پارامتر (مانند افت شدت روشنایی > 50%، تغییر VF > ±0.2V) یا آسیب فیزیکی قابل مشاهده مانند ترک، تغییر رنگ یا لایهلایه شدن هستند.
3. دستورالعمل لحیمکاری بازجریانی SMT
لحیمکاری صحیح برای قابلیت اطمینان حیاتی است. این قطعه برای فرآیندهای لحیمکاری بازجریانی بدون سرب (Pb-free) طراحی شده است.
3.1 پروفایل حرارتی لحیمکاری بازجریانی SMT
پروفایل دمایی بازجریان توصیهشده باید رعایت شود تا از آسیب حرارتی جلوگیری شود. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر هستند:
- منطقه پیشگرم / خیساندن:افزایش تدریجی دما برای فعالسازی فلاکس و یکنواخت کردن دمای برد، معمولاً بین 150°C تا 200°C.
- منطقه بازجریان:حداکثر دمای تجربه شده توسط بدنه LED نباید از حد مجاز (اغلب 260°C برای مدت زمان کوتاه، مثلاً 10 ثانیه) تجاوز کند. زمان بالاتر از دمای مایع (TAL) نیز کنترل میشود.
- منطقه خنکسازی:نرخ خنکسازی کنترلشده برای جامدسازی اتصالات لحیم و به حداقل رساندن تنش حرارتی.
توصیه میشود از کمترین دمای پیک ممکن و کوتاهترین زمان بالاتر از دمای مایع که همچنان اتصالات لحیم مطمئن ایجاد میکند استفاده شود. گرمای بیش از حد میتواند باعث تغییر رنگ اپوکسی، شکست اتصال سیم داخلی یا تخریب تراشه شود.
4. اقدامات احتیاطی جابجایی
4.1 دستورالعملهای جابجایی و نگهداری
- محافظت ESD:اگرچه برای 2000V HBM رتبهبندی شده است، با رعایت اقدامات احتیاطی استاندارد ESD (ایستگاه کاری زمینشده، مچبند) جابجا کنید تا از آسیب پنهان جلوگیری شود.
- حساسیت به رطوبت:به شدت به الزامات جابجایی MSL 3 پایبند باشید. پس از باز کردن کیسه محافظ رطوبت، قطعات را در طول عمر تعیینشده استفاده کنید. در صورت تجاوز از این زمان، قبل از بازجریان، طبق روشهای توصیهشده (مثلاً 125°C به مدت 24 ساعت) خشکگردانی کنید.
- تنش مکانیکی:از اعمال نیروی مکانیکی مستقیم یا ارتعاش به لنز LED خودداری کنید، زیرا ممکن است به ساختار داخلی آسیب برساند.
- تمیزکاری:در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیمکاری، از حلالهای سازگار که به لنز اپوکسی یا علامتگذاری بستهبندی آسیب نمیرسانند استفاده کنید. از تمیزکاری اولتراسونیک که میتواند باعث ایجاد ریزترک شود خودداری کنید.
- نگهداری:کیسههای بازنشده را در محیطی خنک و خشک نگهداری کنید. از قرار گرفتن در معرض نور مستقیم خورشید یا گازهای خورنده خودداری کنید.
5. ملاحظات کاربرد و طراحی
5.1 محدودیت جریان
LED یک وسیله جریانمحور است. همواره از یک مقاومت سری محدودکننده جریان یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید. مقدار مقاومت را میتوان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (منبع تغذیه - VF_LED) / IF. توان نامی مقاومت را به درستی انتخاب کنید. برای افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان، در نظر بگیرید LED را زیر حداکثر جریان مجاز مطلق آن راهاندازی کنید، مثلاً در 20mA به جای 30mA.
5.2 مدیریت حرارت
اگرچه کوچک است، این LED گرما دفع میکند. مقاومت حرارتی 450°C/W به این معنی است که دمای اتصال به طور قابل توجهی بالاتر از دمای PCB در جریانهای بالاتر خواهد بود. اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس در زیر و اطراف پدهای لحیم LED روی PCB وجود دارد تا به عنوان هیتسینک عمل کند. این موضوع به ویژه در کاربردهای با دمای محیطی بالا یا هنگام راهاندازی با جریان >20mA اهمیت دارد.
5.3 طراحی نوری
زاویه دید 140 درجهای، روشنایی گسترده و منتشر فراهم میکند. برای کاربردهایی که نیازمند پرتو متمرکزتر هستند، میتوان از لنزهای خارجی یا لولههای نوری استفاده کرد. رنگ نارنجی برای نشانگرهای هشدار یا وضعیت موثر است و دید بالایی دارد.
5.4 قطبیت و جایگذاری
قطبیت نادرست مانع از نوردهی LED میشود. همواره در حین مونتاژ و بازرسی، علامتگذاری قطبیت (مثلاً نقطه سبز در سمت کاتد) را با چاپ ابریشم PCB تأیید کنید. اطمینان حاصل کنید که طراحی پد لحیم با الگوی توصیهشده مطابقت دارد تا از ایجاد پایهسنگ قبری یا اتصالات لحیم ضعیف جلوگیری شود.
اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
عملکرد نوربرقی
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| بازده نوری | لومن/وات | خروجی نور در هر وات برق، بالاتر به معنای صرفهجویی بیشتر انرژی است. | مستقیماً درجه بازده انرژی و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری | لومن | کل نور ساطع شده از منبع، معمولاً "روشنی" نامیده میشود. | تعیین میکند که نور به اندازه کافی روشن است یا نه. |
| زاویه دید | درجه، مثل 120 درجه | زاویهای که شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده روشنایی و یکنواختی تأثیر میگذارد. |
| دمای رنگ | کلوین، مثل 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایین زرد/گرم، مقادیر بالا سفید/سرد. | جو روشنایی و سناریوهای مناسب را تعیین میکند. |
| شاخص نمود رنگ | بدون واحد، 100-0 | توانایی ارائه دقیق رنگهای جسم، Ra≥80 خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای پرتقاضا مانند مراکز خرید، موزهها استفاده میشود. |
| تلرانس رنگ | مراحل بیضی مکآدام، مثل "5 مرحله" | متریک سازگاری رنگ، مراحل کوچکتر به معنای رنگ سازگارتر است. | رنگ یکنواخت را در سراسر همان دسته LEDها تضمین میکند. |
| طول موج غالب | نانومتر، مثل 620 نانومتر (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. | فام قرمز، زرد، سبز LEDهای تکرنگ را تعیین میکند. |
| توزیع طیفی | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت در طول موجها را نشان میدهد. | بر نمود رنگ و کیفیت رنگ تأثیر میگذارد. |
پارامترهای الکتریکی
| اصطلاح | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم | Vf | حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". | ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع میشوند. |
| جریان مستقیم | If | مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. | معمولاً درایو جریان ثابت، جریان روشنایی و طول عمر را تعیین میکند. |
| حداکثر جریان پالس | Ifp | جریان اوج قابل تحمل برای دورههای کوتاه، برای تاریکی یا فلاش استفاده میشود. | عرض پالس و چرخه وظیفه باید به شدت کنترل شود تا از آسیب جلوگیری شود. |
| ولتاژ معکوس | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. | مدار باید از اتصال معکوس یا جهش ولتاژ جلوگیری کند. |
| مقاومت حرارتی | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از تراشه به لحیم، پایینتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به اتلاف حرارت قویتر دارد. |
| مقاومت ESD | V (HBM)، مثل 1000V | توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، بالاتر به معنای کمتر آسیبپذیر است. | اقدامات ضد استاتیک در تولید لازم است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان
| اصطلاح | متریک کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| دمای اتصال | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی داخل تراشه LED. | هر کاهش 10°C ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ خیلی زیاد باعث افت نور، تغییر رنگ میشود. |
| افت لومن | L70 / L80 (ساعت) | زمانی که روشنایی به 70% یا 80% مقدار اولیه کاهش یابد. | مستقیماً "عمر خدمت" LED را تعریف میکند. |
| نگهداری لومن | % (مثل 70%) | درصد روشنایی باقیمانده پس از زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در طول استفاده بلندمدت است. |
| تغییر رنگ | Δu′v′ یا بیضی مکآدام | درجه تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنههای روشنایی تأثیر میگذارد. |
| پیری حرارتی | تخریب ماده | تخریب ناشی از دمای بالا در بلندمدت. | ممکن است باعث افت روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
بسته بندی و مواد
| اصطلاح | انواع رایج | توضیح ساده | ویژگیها و کاربردها |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC، PPA، سرامیک | ماده محفظه محافظ تراشه، ارائه رابط نوری/حرارتی. | EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانیتر. |
| ساختار تراشه | جلو، تراشه معکوس | چینش الکترود تراشه. | تراشه معکوس: اتلاف حرارت بهتر، کارایی بالاتر، برای توان بالا. |
| پوشش فسفر | YAG، سیلیکات، نیترید | تراشه آبی را میپوشاند، مقداری را به زرد/قرمز تبدیل میکند، به سفید مخلوط میکند. | فسفرهای مختلف بر کارایی، CCT و CRI تأثیر میگذارند. |
| عدسی/اپتیک | مسطح، میکروعدسی، TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
کنترل کیفیت و دسته بندی
| اصطلاح | محتوای دستهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دسته لومن | کد مثل 2G، 2H | گروهبندی بر اساس روشنایی، هر گروه مقادیر حداقل/حداکثر لومن دارد. | روشنایی یکنواخت را در همان دسته تضمین میکند. |
| دسته ولتاژ | کد مثل 6W، 6X | گروهبندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | تسهیل تطبیق درایور، بهبود بازده سیستم. |
| دسته رنگ | بیضی مکآدام 5 مرحلهای | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، اطمینان از محدوده باریک. | یکنواختی رنگ را تضمین میکند، از رنگ ناهموار در داخل وسایل جلوگیری میکند. |
| دسته CCT | 2700K، 3000K و غیره | گروهبندی بر اساس CCT، هر کدام محدوده مختصات مربوطه را دارد. | الزامات CCT صحنه مختلف را برآورده میکند. |
آزمون و گواهینامه
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمون نگهداری لومن | روشنایی بلندمدت در دمای ثابت، ثبت افت روشنایی. | برای تخمین عمر LED استفاده میشود (با TM-21). |
| TM-21 | استاندارد تخمین عمر | عمر را تحت شرایط واقعی بر اساس دادههای LM-80 تخمین میزند. | پیشبینی علمی عمر ارائه میدهد. |
| IESNA | انجمن مهندسی روشنایی | روشهای آزمون نوری، الکتریکی، حرارتی را پوشش میدهد. | پایه آزمون شناخته شده صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهی محیط زیست | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | شرط دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهی بازده انرژی | گواهی بازده انرژی و عملکرد برای محصولات روشنایی. | در خریدهای دولتی، برنامههای یارانه استفاده میشود، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |