دیتاشیت فنی سری 67-31A ال‌ای‌دی پاور تاپ ویو - بسته‌بندی P-LCC-3 - حداکثر 3.95 ولت - 110 میلی‌وات - آبی

1. مرور کلی محصول

سری 67-31A نماینده‌ای از خانواده ال‌ای‌دی‌های پاور تاپ ویو است که در یک بسته‌بندی سطح‌نصب فشرده P-LCC-3 طراحی شده‌اند. این قطعه برای ارائه خروجی شار نوری بالا با زاویه دید گسترده مهندسی شده و آن را به ویژه برای کاربردهای نیازمند روشنایی یکنواخت و عملکرد نشانگر مناسب می‌سازد. این سری در انواع رنگ‌های نارنجی ملایم، قرمز و زرد در دسترس است و مدل خاص شرح داده شده در این سند دارای یک چیپ InGaN آبی است که در رزین شفاف بی‌رنگ کپسوله شده است.

مزایای اصلی این سری ال‌ای‌دی شامل قابلیت جریان بالا، ساختار مستحکم مناسب برای جایگذاری خودکار و سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو و موج است. طراحی آن شامل یک رفلکتور داخلی است که بازده کوپلینگ نور را بهینه می‌کند، ویژگی‌ای حیاتی برای کاربردهای لایت پایپ و نور پس‌زمینه. نیازمندی جریان پایین، سازگاری آن را برای دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل که بهره‌وری انرژی در آن‌ها بسیار مهم است، بیشتر افزایش می‌دهد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این قطعه برای کارکرد قابل اطمینان در محدوده‌های حداکثر مطلق زیر مشخص شده است، که در دمای محیط (T_A) برابر 25 درجه سلسیوس اندازه‌گیری شده‌اند. تجاوز از این مقادیر ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت - حداکثر ولتاژی که می‌توان در جهت معکوس به پایانه‌های ال‌ای‌دی اعمال کرد.
• جریان مستقیم (I_F):30 میلی‌آمپر - حداکثر جریان مستقیم DC پیوسته توصیه شده برای کارکرد عادی.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر - حداکثر جریان مستقیم پالسی مجاز، که در چرخه کاری 1/10 و فرکانس 1 کیلوهرتز مشخص شده است.
• اتلاف توان (P_d):110 میلی‌وات - حداکثر توانی که قطعه می‌تواند تلف کند.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان:150 ولت - ولتاژ تحمل ESD مدل بدن انسان، که نشان‌دهنده حساسیتی است که نیازمند رعایت احتیاط‌های استاندارد در هنگام جابجایی است.
• دمای کارکرد (T_opr):40- تا 85+ درجه سلسیوس - محدوده دمای محیط برای کارکرد قابل اطمینان.
• دمای نگهداری (T_stg):40- تا 90+ درجه سلسیوس - محدوده دمای محیط برای نگهداری ایمن.
• دمای لحیم‌کاری (T_sol):رفلو: حداکثر 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه؛ لحیم‌کاری دستی: حداکثر 350 درجه سلسیوس به مدت 3 ثانیه.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

پارامترهای کلیدی عملکرد تحت شرایط آزمایش استاندارد I_F= 30 میلی‌آمپر و T_A= 25 درجه سلسیوس تعریف شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (I_V):از حداقل 285 میلی‌کاندلا تا حداکثر 715 میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار معمول مشخص نشده که نشان‌دهنده مدیریت عملکرد از طریق سیستم باینینگ است.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمول). این زاویه دید گسترده یک ویژگی تعیین‌کننده است که توسط طراحی بسته‌بندی و رفلکتور داخلی امکان‌پذیر شده و توزیع نور گسترده و یکنواخت را تضمین می‌کند.
• طول موج پیک (λ_P):468 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):464.5 تا 476.5 نانومتر. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و معادل رنگ نور ساطع شده است. تلرانس ±1 نانومتر اعمال می‌شود.
• پهنای باند طیفی (Δλ):35 نانومتر (معمول). این عرض طیف ساطع شده را در نصف حداکثر توان آن (FWHM) تعریف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.75 تا 3.95 ولت. افت ولتاژ دو سر ال‌ای‌دی هنگامی که با جریان 30 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود. تلرانس ±0.1 ولت ذکر شده است.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R= 5 ولت.

3. توضیح سیستم باینینگ

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

3.1 باینینگ طول موج غالب (گروه A)

رنگ دقیق (فام) ال‌ای‌دی را تعریف می‌کند. باین‌ها با برچسب A9 تا A12 مشخص می‌شوند که هر کدام محدوده‌ای 3 نانومتری را درون مشخصه کلی 464.5-476.5 نانومتر پوشش می‌دهند.

3.2 باینینگ شدت نور

خروجی روشنایی را تعریف می‌کند. باین‌ها با برچسب‌های T1، T2، U1 و U2 مشخص می‌شوند که مقادیر حداقل و حداکثر میلی‌کاندلا صعودی دارند. این امکان انتخاب روشنایی مناسب برای کاربرد را فراهم می‌کند.

3.3 باینینگ ولتاژ مستقیم (گروه M)

مشخصه الکتریکی را تعریف می‌کند. باین‌ها با برچسب M5 تا M8 مشخص می‌شوند که هر کدام محدوده‌ای 0.3 ولتی را درون مشخصه کلی 2.75-3.95 ولت پوشش می‌دهند. این برای طراحی مدار، به ویژه هنگام راه‌اندازی چندین ال‌ای‌دی به صورت سری، مفید است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکترواپتیکال معمول اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، چنین منحنی‌هایی معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):رابطه بین ولتاژ مستقیم (V_F) و جریان مستقیم (I_F) را نشان می‌دهد. ماهیت نمایی دیود را نشان می‌دهد و نیاز به مقاومت‌های محدودکننده جریان را هنگامی که ولتاژ از آستانه روشن شدن فراتر می‌رود، برجسته می‌کند.
• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان راه‌اندازی افزایش می‌یابد، که معمولاً در محدوده کاری مشخص شده رابطه‌ای تقریباً خطی دارد.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:کاهش درجه‌بندی خروجی نور را با افزایش دمای اتصال نشان می‌دهد. این برای مدیریت حرارتی در کاربردهای با توان بالا یا دمای محیط بالا حیاتی است.
• توزیع توان طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که پیک را در حدود 468 نانومتر و پهنای باند 35 نانومتری نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی و قطبیت

ال‌ای‌دی از بسته‌بندی P-LCC-3 (حامل چیپ با پایه پلاستیکی) استفاده می‌کند. نقشه ابعادی طول، عرض، ارتفاع و موقعیت پایه‌ها را مشخص می‌کند. یک نشانگر قطبیت (معمولاً یک شکاف یا کاتد علامت‌گذاری شده) به وضوح نشان داده شده تا جهت‌گیری صحیح در هنگام مونتاژ تضمین شود. یک طرح پد لحیم توصیه شده ارائه شده تا لحیم‌کاری مناسب و پایداری مکانیکی تضمین شود.

5.2 بسته‌بندی ریل و نوار

قطعه بر روی نوار و ریل برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شود. ابعاد نوار حامل مشخص شده و مقدار استاندارد بارگذاری شده 2000 قطعه در هر ریل است. ابعاد ریل نیز برای جابجایی توسط ماشین‌های پیک اند پلیس ارائه شده است. بسته‌بندی شامل اقدامات مقاوم در برابر رطوبت است: قطعات در یک کیسه ضد رطوبت آلومینیومی همراه با یک ماده خشک‌کننده و یک کارت نشانگر رطوبت بسته‌بندی می‌شوند تا از آسیب جذب رطوبت قبل از لحیم‌کاری جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

این ال‌ای‌دی برای فرآیندهای لحیم‌کاری استاندارد درجه‌بندی شده است.

• لحیم‌کاری رفلو:حداکثر دمای پیک 260 درجه سلسیوس برای مدت زمان حداکثر 10 ثانیه.
• لحیم‌کاری دستی:دمای نوک هویه نباید از 350 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان تماس به 3 ثانیه برای هر پایه محدود شود.
• ملاحظات:یک هشدار حیاتی ارائه شده است: یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی حتماً باید به صورت سری با ال‌ای‌دی استفاده شود. مشخصه نمایی I-V به این معنی است که افزایش کوچکی در ولتاژ می‌تواند باعث افزایش بزرگ و مخربی در جریان شود. در تمام مراحل جابجایی و مونتاژ باید روش‌های صحیح جابجایی ESD رعایت شود.

7. آزمایش قابلیت اطمینان

محصول تحت مجموعه جامعی از آزمایش‌های قابلیت اطمینان با سطح اطمینان 90 درصد و درصد تحمل معیوبی لات (LTPD) 10 درصد قرار می‌گیرد. آزمایش‌های کلیدی شامل موارد زیر هستند:

• مقاومت در برابر لحیم‌کاری رفلو
• چرخه دمایی (40- تا 100+ درجه سلسیوس)
• شوک حرارتی (10- تا 100+ درجه سلسیوس)
• نگهداری در دمای بالا (100 درجه سلسیوس)
• نگهداری در دمای پایین (40- درجه سلسیوس)
• عمر کاری DC (30 میلی‌آمپر، 25 درجه سلسیوس)
• دمای بالا/رطوبت بالا (85 درجه سلسیوس/85% رطوبت نسبی)

این آزمایش‌ها استحکام دستگاه را تحت تنش‌های محیطی و عملیاتی مختلف تأیید می‌کنند.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• نشانگر و نور پس‌زمینه برای لوازم الکترونیکی مصرفی:تجهیزات صوتی/تصویری، ست‌تاپ‌باکس‌ها، کنسول‌های بازی.
• تجهیزات اداری و خانگی:پرینترها، روترها، لوازم خانگی، پنل‌های کنترل.
• نور پس‌زمینه تخت:برای LCDها، سوئیچ‌های ممبران و نمادهای روشن.
• کاربردهای لایت پایپ:زاویه دید گسترده و طراحی رفلکتور داخلی آن را برای کوپلینگ نور به داخل راهنماهای نور پلاستیکی برای نشانگر وضعیت یا نورپردازی تزئینی ایده‌آل می‌سازد.
• نشانگر عمومی:هر کاربرد نیازمند یک نشانگر وضعیت سطح‌نصب روشن و قابل اطمینان.

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری استفاده کنید. مقدار آن را بر اساس ولتاژ تغذیه (V_cc)، ولتاژ مستقیم ال‌ای‌دی (V_F - از مقدار حداکثر برای ایمنی استفاده کنید) و جریان مستقیم مورد نظر (I_F) محاسبه کنید. R = (V_cc - V_F) / I_F.
• مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان پایین است، در صورت کار در دمای محیط بالا یا جریان حداکثر، اطمینان حاصل کنید که مساحت مسی کافی در PCB یا تخلیه حرارتی مناسب وجود دارد تا خروجی نور و طول عمر حفظ شود.
• طراحی اپتیکال:برای کاربردهای لایت پایپ، ال‌ای‌دی باید دقیقاً در مقابل سطح ورودی پایپ قرار گیرد. زاویه دید گسترده به حداکثر کردن بازده کوپلینگ کمک می‌کند.

9. مقایسه و تمایز فنی

سری 67-31A از طریق چندین ویژگی کلیدی خود را متمایز می‌کند:

• بسته‌بندی:بسته‌بندی P-LCC-3 یک فوت‌پرینت استاندارد صنعتی مستحکم با خواص حرارتی و مکانیکی خوب در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های چیپ کوچکتر ارائه می‌دهد.
• زاویه دید:زاویه دید 120 درجه به طور قابل توجهی گسترده‌تر از بسیاری از ال‌ای‌دی‌های تاپ ویو استاندارد است که اغلب دارای زوایای 60-80 درجه هستند. این یک مزیت عمده برای کاربردهای نیازمند روشنایی ناحیه گسترده است.
• رفلکتور داخلی:این ویژگی اپتیکال یکپارچه، استخراج نور و جهت‌دهی آن را بهبود می‌بخشد و بازده را در طراحی‌های لایت پایپ و نور پس‌زمینه در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های فاقد چنین ویژگی‌ای افزایش می‌دهد.
• قابلیت جریان:درجه‌بندی جریان پیوسته 30 میلی‌آمپر، پتانسیل روشنایی بالاتری در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های نشانگر کم‌جریان درجه‌بندی شده برای 5-20 میلی‌آمپر فراهم می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: با منبع تغذیه 5 ولت باید از چه مقدار مقاومت استفاده کنم؟

پ: با استفاده از حداکثر V_F برابر 3.95 ولت برای طراحی محافظه‌کارانه و I_F برابر 30 میلی‌آمپر: R = (5V - 3.95V) / 0.03A = 35 اهم. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد (مثلاً 33 یا 39 اهم) استفاده کنید و درجه‌بندی توان را بررسی کنید.

س: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را با سیگنال PWM برای تنظیم نور راه‌اندازی کنم؟

پ: بله. ال‌ای‌دی را می‌توان به طور مؤثر با استفاده از PWM تنظیم نور کرد. اطمینان حاصل کنید که جریان پیک در پالس از درجه‌بندی 100 میلی‌آمپر I_FP تجاوز نکند و جریان متوسط از درجه‌بندی 30 میلی‌آمپر I_F.

س: دما چگونه بر عملکرد تأثیر می‌گذارد؟

پ: شدت نور معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. ولتاژ مستقیم نیز با افزایش دما کمی کاهش می‌یابد. برای روشنایی ثابت، در محیط‌های سخت ممکن است مدیریت حرارتی و/یا فیدبک اپتیکال ضروری باشد.

س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

پ: طول موج پیک (468 نانومتر) قله فیزیکی طیف نور ساطع شده است. طول موج غالب (464.5-476.5 نانومتر) رنگ درک شده توسط چشم انسان است که از کل طیف محاسبه می‌شود. طول موج غالب برای نشانگر رنگ مرتبط‌تر است.

11. مثال موردی عملی

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک روتر شبکه با استفاده از لایت پایپ.

1. انتخاب:یک ال‌ای‌دی از سری 67-31A از باین شدت نور U1 یا U2 برای قابلیت دید بالا انتخاب کنید. یک باین طول موج غالب ثابت (مثلاً A10) برای رنگ یکنواخت در چندین واحد انتخاب کنید.

2. طراحی مدار:منطق داخلی روتر در 3.3 ولت کار می‌کند. با استفاده از V_F معمول 3.2 ولت و I_F برابر 20 میلی‌آمپر برای صرفه‌جویی در توان: R = (3.3V - 3.2V) / 0.02A = 5 اهم. یک مقاومت 5.1 اهمی مناسب خواهد بود.

3. چیدمان:ال‌ای‌دی را روی PCB مستقیماً در زیر نقطه ورود لایت پایپ قرار دهید. برای قابلیت اطمینان، طرح پد لحیم توصیه شده را دنبال کنید.

4. نتیجه:زاویه دید گسترده 120 درجه به طور کارآمد نور را به داخل پایپ کوپل می‌کند و یک نشانگر روشن و یکنواخت روشن ایجاد می‌کند که از زوایای مختلف به وضوح قابل مشاهده است و نیاز طراحی را با یک راه‌حل ساده و قابل اطمینان برآورده می‌سازد.

12. اصل کارکرد

ال‌ای‌دی بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک نیمه‌هادی کار می‌کند. جزء اصلی یک چیپ InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از آستانه روشن شدن دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال نیمه‌هادی تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص ماده InGaN انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، آبی. رزین اپوکسی شفاف بی‌رنگ کپسوله‌کننده از چیپ محافظت می‌کند، به عنوان یک لنز برای شکل‌دهی خروجی نور عمل می‌کند و در صورت نیاز به رنگ متفاوت (مانند نارنجی ملایم، قرمز، زرد ذکر شده) ممکن است حاوی فسفر باشد، اگرچه برای نسخه آبی، شفاف باقی می‌ماند.

13. روندهای فناوری

صنعت ال‌ای‌دی به سمت بازدهی بالاتر، فاکتورهای شکل کوچک‌تر و یکپارچگی بیشتر ادامه می‌دهد. روندهای مرتبط با دستگاه‌هایی مانند سری 67-31A شامل موارد زیر هستند:

• افزایش بازدهی:بهبودهای مستمر در علم مواد با هدف تولید لومن بیشتر در هر وات (کارایی) است که امکان خروجی روشن‌تر در جریان یکسان یا همان روشنایی با مصرف توان کمتر را فراهم می‌کند.
• کوچک‌سازی:در حالی که P-LCC-3 یک بسته‌بندی استاندارد است، یک روند موازی به سمت ال‌ای‌دی‌های بسته‌بندی در مقیاس چیپ (CSP) حتی کوچک‌تر برای کاربردهای با محدودیت فضا وجود دارد، اگرچه اغلب با مصالحه در زاویه دید و سهولت جابجایی همراه است.
• بهبود ثبات رنگ:پیشرفت‌ها در فرآیندهای رشد اپیتاکسیال و باینینگ منجر به توزیع طول موج و شدت تنگ‌تر می‌شود و نیاز به باینینگ انتخابی در کاربردهای با حجم بالا را کاهش می‌دهد.
• افزایش قابلیت اطمینان:بهبودها در مواد بسته‌بندی (اپوکسی، سیلیکون) و فناوری‌های اتصال دی، همچنان مرزهای محدوده دمای کارکرد و طول عمر را به ویژه تحت شرایط جریان بالا یا دمای بالا گسترش می‌دهند.