مشخصات فنی LED سفید PLCC-2 - ابعاد 3.5x2.75x1.1mm - ولتاژ 3.12V - توان 0.238W

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک سری دیودهای نورافشان سفید (LED) در بسته‌بندی سطح‌نصب PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) را ارائه می‌دهد. این LEDها با استفاده از یک تراشه LED آبی در ترکیب با پوشش فسفر برای تولید نور سفید ساخته شده‌اند. آن‌ها برای کاربردهای روشنایی و نشانگر عمومی طراحی شده‌اند که نیازمند عملکرد قابل اطمینان و سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار استاندارد هستند.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

مزایای اصلی این سری LED از طراحی بسته‌بندی و ویژگی‌های عملکردی آن ناشی می‌شود:

• بسته‌بندی:بسته‌بندی استاندارد PLCC-2 سازگاری با طیف گسترده‌ای از خطوط مونتاژ SMT و فرآیندهای لحیم‌کاری را تضمین می‌کند.
• زاویه دید:دارای زاویه دید بسیار وسیع 120 درجه (معمول) است که توزیع نور یکنواختی را فراهم می‌کند.
• متناسب با اتوماسیون:روی نوار و قرقره عرضه می‌شود تا امکان مونتاژ سریع Pick-and-Place فراهم شود.
• انطباق محیط زیستی:محصول مطابق با RoHS است و استانداردهای بین‌المللی محیط زیستی را رعایت می‌کند.
• مدیریت رطوبت:با سطح حساسیت به رطوبت (MSL) سطح ۳ طبقه‌بندی شده است که نیازمند رعایت رویه‌های خاص مدیریتی شرح داده شده در بخش بسته‌بندی است.

1.2 کاربردهای هدف و بازار

این LEDها برای انواع کاربردهای روشنایی و نشانگر داخلی مناسب هستند. حوزه‌های کلیدی کاربرد شامل موارد زیر است:

• نشانگرهای وضعیت نوری روی دستگاه‌های الکترونیکی و پنل‌های کنترل.
• نور پس‌زمینه برای نمایشگرهای اطلاعاتی داخلی و تابلوها.
• روشنایی عمومی در کاربردهای لوله‌ای نوری.
• روشنایی تزئینی یا کاربردی عمومی که در آن نور سفید مورد نیاز است.

توجه مهم:دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که این محصولبرای کاربردهای نوار انعطاف‌پذیر مناسب نیست. طراحان باید صلبیت مکانیکی بسته‌بندی PLCC-2 را در نظر بگیرند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی عملکرد LED که در شرایط آزمایش استاندارد Ts=25°C اندازه‌گیری شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 ویژگی‌های الکترو-نوری

جدول زیر معیارهای حیاتی عملکرد برای گونه‌های مختلف دمای رنگ مرتبط (CCT) این محصول را خلاصه می‌کند. تمام مقادیر در جریان مستقیم (IF) برابر 60mA اندازه‌گیری شده‌اند.

جدول: ویژگی‌های الکتریکی و نوری (Ts=25°C)

• ولتاژ مستقیم (VF):از 3.0V (حداقل) تا 3.4V (حداکثر) متغیر است، با مقدار معمول 3.12V. این پارامتر برای طراحی مدار درایور به منظور اطمینان از تنظیم جریان مناسب حیاتی است.
• شار نوری (Φ):بسته به دسته CCT کمی تغییر می‌کند. برای اکثر دسته‌های سفید (E40, E50, A57, E65)، شار نوری 26.5 لومن (معمول) با محدوده 26-28 لومن است. دسته سفید گرم (E30) خروجی معمول کمی پایین‌تری معادل 25.5 لومن (محدوده 24-28 لومن) دارد.
• زاویه دید (2θ1/2):120 درجه (معمول). این زاویه‌ای را تعریف می‌کند که در آن شدت نور به نصف مقدار اوج خود کاهش می‌یابد.
• شاخص نمود رنگ (CRI):حداقل 80، با مقدار معمول 81.5. این نشان‌دهنده کیفیت خوب نمود رنگ برای روشنایی عمومی است.
• مقاومت حرارتی (RθJ-S):55 درجه سانتی‌گراد بر وات (معمول). این مقاومت در برابر جریان حرارت از پیوند نیمه‌هادی تا نقطه لحیم است. این یک پارامتر کلیدی برای طراحی مدیریت حرارتی است.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (VR) برابر 5V.

2.2 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا فراتر از آن تضمین نمی‌شود.

• توان تلف شده (PD):238 میلی‌وات. کل توان الکتریکی تبدیل شده به گرما و نور نباید از این مقدار تجاوز کند.
• جریان مستقیم (IF):70 میلی‌آمپر (پیوسته).
• جریان مستقیم پیک (IFP):140 میلی‌آمپر. این فقط تحت شرایط پالسی مجاز است (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1ms).
• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند باعث شکست شود.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):2000 ولت (مدل بدن انسان). اگرچه بازده در این سطح بیش از 90٪ است، اما حفاظت ESD در حین جابجایی همچنان مورد نیاز است.
• محدوده‌های دمایی:
  • عملیاتی (TOPR): 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
  • ذخیره‌سازی (TSTG): 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد.
  • پیوند (TJ): 110 درجه سانتی‌گراد (حداکثر). دمای واقعی پیوند در حین کار باید محاسبه و زیر این حد نگه داشته شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی دسته‌بندی می‌شوند تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی تضمین شود. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربرد را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم و شار نوری

در IF=60mA، LEDها برای ولتاژ مستقیم (VF) و شار نوری (Φ) دسته‌بندی می‌شوند.

• دسته‌های ولتاژ مستقیم (H1, H2, I1, I2):این‌ها محدوده‌های ولتاژ را نشان می‌دهند: به ترتیب 3.0-3.1V، 3.1-3.2V، 3.2-3.3V و 3.3-3.4V.
• دسته شار نوری (QIA):این دسته مربوط به محدوده شار نوری 26-28 لومن است.

3.2 دسته‌بندی دمای رنگ مرتبط (CCT)

نور سفید توسط مختصات رنگ‌سنجی آن روی نمودار CIE 1931 تعریف می‌شود. دیتاشیت دسته‌های خاصی را با مرزهای مختصات مربوطه (x1,y1 تا x4,y4) که یک چهارضلعی روی نمودار تشکیل می‌دهند، ارائه می‌دهد.

• E30:سفید گرم (2780-3110K)
• E40:سفید خنثی (3770-4330K)
• E50:سفید سرد (4660-5360K)
• A57:سفید سرد ANSI (5350-6050K)
• E65:سفید روز (6050-6950K)

تلرانس اندازه‌گیری معمول برای مختصات رنگ ±0.005 است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینشی از رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

4.1 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (منحنی IV)

منحنی ارائه شده رابطه بین ولتاژ مستقیم (VF) و جریان مستقیم (IF) را نشان می‌دهد. این یک منحنی غیرخطی معمول برای دیود است. ولتاژ با افزایش جریان افزایش می‌یابد و شیب نشان‌دهنده مقاومت دینامیک LED است. طراحان از این منحنی برای انتخاب ولتاژ/جریان درایو مناسب برای دستیابی به روشنایی مطلوب در حالی که در محدوده توان باقی می‌مانند، استفاده می‌کنند.

4.2 شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور (شدت نسبی) با جریان مستقیم اعمال شده تغییر می‌کند. معمولاً خروجی با جریان افزایش می‌یابد اما ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی و افت کارایی، اشباع شود یا کارایی کمتری داشته باشد. این نمودار برای تعیین جریان عملیاتی بهینه برای کارایی و طول عمر ضروری است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد و نقشه‌های بسته‌بندی

LED در یک بسته‌بندی PLCC-2 قرار دارد. ابعاد کلیدی (همه بر حسب میلی‌متر، تلرانس ±0.05mm مگر خلاف آن ذکر شده) شامل موارد زیر است:

• طول کلی: 3.50 میلی‌متر
• عرض کلی: 2.75 میلی‌متر
• ارتفاع کلی: 1.10 میلی‌متر
• ابعاد پایه‌ها: عرض‌های پد خاص و فاصله‌ها در نمودار الگوی لحیم‌کاری (شکل 1-5) به تفصیل شرح داده شده است.

5.2 شناسایی قطبیت و الگوی لحیم‌کاری

علامت‌گذاری واضح قطبیت برای نصب صحیح حیاتی است. کاتد (C، منفی) روی بسته‌بندی مشخص شده است. دیتاشیت شامل یک الگوی پد لحیم‌کاری توصیه شده (شکل 1-5) برای طراحی PCB است تا تشکیل صحیح اتصال لحیم و پایداری مکانیکی در حین ریفلو را تضمین کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 دستورالعمل‌های لحیم‌کاری ریفلو SMT

این LED برای تمام فرآیندهای مونتاژ استاندارد SMT مناسب است. با این حال، به دلیل رتبه MSL سطح 3 آن، اقدامات احتیاطی خاصی ضروری است:

• حساسیت به رطوبت:پس از باز شدن کیسه مهر و موم شده مانع رطوبت، قطعات باید در عرض 168 ساعت (7 روز) هنگامی که در شرایط ≤30°C/60% RH نگهداری می‌شوند، نصب شوند.
• پخت:اگر زمان قرارگیری در معرض هوا بیش از حد مجاز شود، قطعات باید قبل از استفاده پخت شوند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از ترک "پاپ کورن" در حین ریفلو جلوگیری شود. پروفایل‌های پخت استاندارد اعمال می‌شوند (مثلاً 125°C برای مدت زمان مشخص).
• پروفایل ریفلو:باید از یک پروفایل ریفلو استاندارد بدون سرب (یا با سرب) با حداکثر دمای پیک که از حداکثر مقادیر مجاز برای قطعه تجاوز نکند (به محدودیت‌های دمای بسته‌بندی و پیوند مراجعه کنید) استفاده شود. جرم حرارتی PCB و قطعات باید در نظر گرفته شود.

6.2 اقدامات احتیاطی عمومی در جابجایی

• از اعمال تنش مکانیکی روی لنز و پایه‌های LED خودداری کنید.
• در حین جابجایی و مونتاژ از روش‌های ایمن در برابر ESD استفاده کنید.
• با دستان برهنه لنز را لمس نکنید تا از آلودگی جلوگیری شود.
• تا زمان آماده‌سازی برای استفاده، در بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت اصلی نگهداری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

LEDها در بسته‌بندی استاندارد صنعتی برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند.

• نوار حامل:ابعاد نوار حامل برجسته‌دار که LEDهای منفرد را نگه می‌دارد مشخص شده است، از جمله اندازه حفره، گام و عرض نوار.
• ابعاد قرقره:مشخصات قرقره‌ای که نوار حامل روی آن پیچیده می‌شود، شامل قطر قرقره و اندازه هاب.
• مشخصات برچسب:فرمت برچسب قرقره، که معمولاً شامل شماره قطعه، مقدار، کد دسته و کد تاریخ است.

7.2 بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت و کارتن

قرقره‌ها در یک کیسه مهر و موم شده مانع رطوبت با یک ماده خشک‌کننده و کارت نشانگر رطوبت بسته‌بندی می‌شوند تا رتبه MSL حفظ شود. این کیسه‌ها سپس در جعبه‌های مقوایی برای حمل و نقل بسته‌بندی می‌شوند.

8. ملاحظات طراحی کاربرد

8.1 طراحی مدار درایور

با توجه به ویژگی‌های ولتاژ مستقیم (VF معمولاً 3.12V، حداکثر 3.4V در 60mA)، استفاده از یک درایور جریان ثابت به شدت به جای منبع ولتاژ ثابت توصیه می‌شود. این امر خروجی نور پایدار را تضمین کرده و LED را از فرار حرارتی محافظت می‌کند. درایور باید طوری طراحی شود که حداکثر جریان را به 70mA پیوسته محدود کند.

8.2 مدیریت حرارتی

با مقاومت حرارتی 55 درجه سانتی‌گراد بر وات، هیت سینک مؤثر مهم است، به ویژه هنگام کار در جریان‌های بالاتر یا در دمای محیط بالا. چیدمان PCB باید مساحت مسی کافی (پدهای حرارتی) متصل به نقاط لحیم LED برای دفع گرما فراهم کند. حداکثر دمای پیوند (110°C) نباید تجاوز کند. دمای واقعی پیوند را می‌توان با استفاده از فرمول زیر تخمین زد: Tj = Ts + (RθJ-S * PD)، که در آن Ts دمای نقطه لحیم و PD توان تلف شده (VF * IF) است.

8.3 طراحی نوری

زاویه دید 120 درجه‌ای این LEDها را برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی وسیع و پخش شده دارند به جای پرتو متمرکز، مناسب می‌سازد. برای کاربردهایی که نیاز به نور جهت‌دار بیشتری دارند، اپتیک ثانویه (لنزها) ضروری خواهد بود.

9. مقایسه و تمایز فنی

اگرچه بسیاری از LEDهای سفید PLCC-2 در بازار وجود دارند، این سری خود را از طریق ترکیبی از پارامترها متمایز می‌کند:

• عملکرد متعادل:تعادل خوبی از شار نوری (26-28 لومن)، CRI (>80) و زاویه دید وسیع در جریان درایو استاندارد 60mA ارائه می‌دهد.
• دسته‌بندی جامع:دسته‌بندی دقیق ولتاژ، شار نوری و چند CCT انعطاف‌پذیری لازم را به طراحان برای انتخاب قطعات برای کاربردهای حساس به رنگ و روشنایی می‌دهد.
• راهنمایی کاربرد واضح:هشدار صریح در برابر استفاده در نوارهای انعطاف‌پذیر یک تمایزدهنده حیاتی است که از خرابی‌های میدانی ناشی از تنش مکانیکی جلوگیری می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 جریان عملیاتی توصیه شده چیست؟

دیتاشیت LED را در IF=60mA مشخص کرده است و این یک نقطه عملیاتی معمول است. حداکثر جریان پیوسته مطلق 70mA است. برای طول عمر و کارایی بهینه، عملکرد در 60mA یا کمتر توصیه می‌شود. برای نیازهای روشنایی خاص باید به منحنی عملکرد در مقابل جریان مراجعه کرد.

10.2 چگونه دسته CCT صحیح را انتخاب کنم؟

دسته CCT (E30, E40, E50, A57, E65) را بر اساس "رنگ" نور سفید مورد نظر برای کاربرد خود انتخاب کنید - از گرم‌تر (زرد‌رنگ) تا خنک‌تر (آبی‌رنگ). دسته‌های مختصات رنگ‌سنجی یکنواختی رنگ را درون یک گروه انتخاب شده تضمین می‌کنند.

10.3 آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3V راه‌اندازی کنم؟

اتصال مستقیم به منبع 3.3V پرخطر است. ولتاژ مستقیم معمول 3.12V است، اما می‌تواند تا 3.4V بالا برود. یک منبع 3.3V ممکن است به طور قابل اطمینان همه واحدها، به ویژه آن‌هایی که در دسته‌های VF بالاتر هستند را روشن نکند و منجر به روشنایی ناسازگار شود. یک مدار درایور جریان ثابت راه‌حل صحیح است.

10.4 عواقب تجاوز از زمان قرارگیری در معرض رطوبت چیست؟

اگر حد مجاز قرارگیری در معرض MSL سطح 3 (168 ساعت) بدون پخت مناسب تجاوز شود، رطوبت جذب شده می‌تواند در حین فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا به سرعت تبخیر شود. این می‌تواند باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا ترک "پاپ کورن" بسته‌بندی پلاستیکی شود که منجر به خرابی فوری یا نهفته می‌شود.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت

یک مهندس در حال طراحی یک پنل کنترل است که نیازمند چندین نشانگر وضعیت سفید روشن و یکنواخت است. پنل در یک محیط داخلی در دمای اتاق کار می‌کند.

• انتخاب قطعه:این LED PLCC-2 به دلیل زاویه دید وسیع (اطمینان از قابلیت مشاهده از زوایای مختلف)، سازگاری با SMT (سهولت مونتاژ) و روشنایی خوب انتخاب شده است.
• طراحی مدار:یک مدار جریان ثابت ساده با استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با یک رگولاتور ولتاژ طراحی شده است. مقدار مقاومت بر اساس ولتاژ تغذیه (مثلاً 5V)، جریان هدف (60mA) و حداکثر VF مورد انتظار (3.4V) محاسبه می‌شود: R = (Vsupply - VF_max) / IF = (5 - 3.4) / 0.06 ≈ 26.7Ω. یک مقاومت 27Ω انتخاب شده است.
• مدیریت حرارتی:از آنجایی که پنل در چرخه کاری کم و دمای محیط کار می‌کند و توان هر LED کم است (~0.2W)، مساحت مسی استاندارد PCB برای دفع گرما کافی است. دمای پیوند تأیید شده است که به خوبی در محدوده مجاز قرار دارد.
• نتیجه:محصول نهایی دارای نشانگرهای قابل اطمینان و با روشنایی یکنواخت است که تولید انبوه آن آسان است.

12. اصل عملکرد

این LED سفید بر اساس اصل تبدیل فسفر عمل می‌کند. جزء اصلی یک تراشه نیمه‌هادی است که هنگام عبور جریان الکتریکی از آن نور آبی ساطع می‌کند (الکترولومینسانس). این نور آبی سپس به یک لایه از ماده فسفر که در داخل بسته‌بندی رسوب داده شده است، هدایت می‌شود. فسفر بخشی از نور آبی را جذب کرده و آن را به عنوان نور با طول موج بلندتر (زرد، قرمز) بازمی‌تاباند. ترکیب نور آبی باقی‌مانده و نور تبدیل شده زرد/قرمز توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود. ترکیب خاص فسفرها دمای رنگ مرتبط (CCT) و شاخص نمود رنگ (CRI) نور سفید ساطع شده را تعیین می‌کند.

13. روندهای فناوری

روند کلی در فناوری LEDهای SMD، از جمله دستگاه‌هایی مانند این نوع PLCC-2، همچنان بر چند حوزه کلیدی متمرکز است:

• افزایش کارایی (لومن بر وات):بهبودهای مستمر در طراحی تراشه، کارایی فسفر و معماری بسته‌بندی با هدف ارائه خروجی نور بیشتر (لومن) برای همان توان ورودی الکتریکی (وات).
• بهبود کیفیت و یکنواختی رنگ:پیشرفت در فناوری فسفر و فرآیندهای دسته‌بندی دقیق‌تر منجر به مقادیر CCR بالاتر و کنترل دقیق‌تر نقطه رنگ می‌شود که نیازهای کاربردهای روشنایی با کیفیت بالا را برآورده می‌کند.
• افزایش قابلیت اطمینان و طول عمر:تحقیق در مورد مواد بسته‌بندی بهتر، روش‌های اتصال تراشه و مدیریت حرارتی، طول عمر عملیاتی را افزایش داده و خروجی نور را در طول زمان حفظ می‌کند (نگهداری لومن).
• کوچک‌سازی و یکپارچه‌سازی:در حالی که PLCC-2 یک استاندارد باقی می‌ماند، روندی به سمت فوت‌پرینت‌های بسته‌بندی کوچک‌تر و بسته‌بندی‌های در مقیاس تراشه (CSP) برای کاربردهای با محدودیت فضا، و همچنین ماژول‌های یکپارچه ترکیب‌کننده چندین LED و درایور وجود دارد.