دیتاشیت LED قرمز PLCC مدل RF-RSRB14TS-BB - ابعاد 2.2x1.4x1.3mm - ولتاژ 1.8-2.4V - توان 72mW - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات کامل یک دیود نورافشان (LED) قرمز طراحی‌شده برای کاربردهای فناوری نصب سطحی (SMT) را ارائه می‌دهد. این قطعه از ماده نیمه‌هادی AIGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفید) رشد‌یافته بر روی یک زیرلایه برای تولید نور قرمز با بازدهی بالا استفاده می‌کند. پکیج اصلی آن یک حامل تراشه با پایه پلاستیکی (PLCC) با ابعاد فشرده 2.2 میلی‌متر طول، 1.4 میلی‌متر عرض و 1.3 میلی‌متر ارتفاع است. این LED برای تولید انبوه مهندسی شده و هدف آن کاربردهایی است که به عملکردی قابل اطمینان و یکنواخت در محیط‌های مونتاژ خودکار نیاز دارند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این LED چندین ویژگی کلیدی ارائه می‌دهد که آن را برای ساخت الکترونیک مدرن مناسب می‌سازد. این قطعه دارای زاویه دید بسیار وسیعی است که توزیع یکنواخت نور را تضمین می‌کند. کاملاً با فرآیندهای استاندارد مونتاژ SMT و ریفلو لحیم‌کاری سازگار است و تولید انبوه را تسهیل می‌کند. روی نوار و قرقره برای تجهیزات پیک و پلیس خودکار عرضه می‌شود. سطح حساسیت رطوبتی (MSL) دستگاه سطح 2 است که نشان‌دهنده نیاز به اقدامات احتیاطی استاندارد در جابجایی است. با دستورالعمل‌های زیست‌محیطی RoHS و REACH مطابقت دارد. قابل توجه است که برنامه آزمایش صلاحیت محصول از استاندارد AEC-Q101 پیروی می‌کند که آن را برای بررسی در کاربردهای درجه خودرویی، به ویژه برای روشنایی داخلی خودرو، مناسب می‌سازد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

عملکرد LED تحت شرایط آزمایش خاص، معمولاً در دمای محیط (Ts) 25 درجه سانتی‌گراد و جریان آزمایش استاندارد (IF) 20mA مشخص شده است.

2.1 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

ولتاژ مستقیم (VF) در 20mA از حداقل 1.8V تا حداکثر 2.4V متغیر است، با یک مقدار معمولی که بسته به دسته خاص متفاوت است. جریان معکوس (IR) تضمین می‌شود که هنگام اعمال ولتاژ معکوس (VR) 5V کمتر از 10µA باشد. شدت نور (IV) محدوده وسیعی از حداقل 530 میلی‌کاندلا (mcd) تا حداکثر 1000 mcd دارد. طول موج غالب (WD)، که رنگ درک‌شده را تعریف می‌کند، در طیف قرمز بین 627.5nm تا 635nm قرار می‌گیرد. دستگاه زاویه دید بسیار وسیعی (2θ1/2) به میزان 120 درجه (معمولی) ارائه می‌دهد. مقاومت حرارتی از پیوندگاه تا نقطه لحیم (RTHJ-S) به صورت معمولی 300°C/W مشخص شده است.

2.2 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. حداکثر جریان مستقیم پیوسته (IF) 30mA است. یک جریان مستقیم پیک (IFP) 100mA تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 10ms) مجاز است. حداکثر ولتاژ معکوس (VR) 5V است. اتلاف توان کل (PD) نباید از 72mW تجاوز کند. دستگاه می‌تواند یک تخلیه الکترواستاتیک (ESD) 2000V را با استفاده از مدل بدن انسان (HBM) تحمل کند، با بازدهی بیش از 90%. محدوده دمای کاری (TOPR) از 40- درجه سانتی‌گراد تا +100 درجه سانتی‌گراد است، که با محدوده دمای نگهداری (TSTG) یکسان است. حداکثر دمای مجاز پیوندگاه (TJ) 120 درجه سانتی‌گراد است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی اندازه‌گیری شده در IF=20mA در دسته‌ها (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم به شش دسته (B1, B2, C1, C2, D1, D2) تقسیم می‌شود که هر کدام محدوده 0.1 ولتی از 1.8-1.9V تا 2.3-2.4V را پوشش می‌دهند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با تلرانس ولتاژ تنگ‌تر برای تطبیق جریان در مدارهای سری یا موازی انتخاب کنند.

3.2 دسته‌بندی شدت نور

شدت نور در سه دسته دسته‌بندی می‌شود: K1 (530-650 mcd)، K2 (650-800 mcd) و L1 (800-1000 mcd). این امکان انتخاب بر اساس سطوح روشنایی مورد نیاز برای کاربرد را فراهم می‌کند.

3.3 دسته‌بندی طول موج غالب

طول موج غالب، که سایه رنگ قرمز را تعیین می‌کند، در سه دسته مرتب می‌شود: F2 (627.5-630 nm)، G1 (630-632.5 nm) و G2 (632.5-635 nm). این امر ثبات رنگ دقیق درون یک مجموعه را تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف را نشان می‌دهد.

4.1 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (منحنی IV)

شکل 1-6 رابطه بین ولتاژ مستقیم و جریان مستقیم را نشان می‌دهد. منحنی غیرخطی است، که برای یک دیود معمولی است. ولتاژ با افزایش جریان افزایش می‌یابد و شیب خاص آن به ویژگی‌های نیمه‌هادی بستگی دارد. طراحان از این منحنی برای تعیین افت ولتاژ در جریان‌های کاری متفاوت از شرایط آزمایش استفاده می‌کنند.

4.2 جریان مستقیم در مقابل شدت نور نسبی

شکل 1-7 نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور (شدت نسبی) با جریان مستقیم تغییر می‌کند. به طور کلی، خروجی نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد، اما رابطه ممکن است کاملاً خطی نباشد، به ویژه در جریان‌های بالاتر که بازده می‌تواند به دلیل گرمایش کاهش یابد.

4.3 وابستگی دمایی

شکل‌های 1-8 و 1-9 به ترتیب اثر دمای نقطه لحیم (Ts) بر شار نوری نسبی و جریان مستقیم را نشان می‌دهند. بازده LED معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد. شکل 1-10 نشان می‌دهد که چگونه ولتاژ مستقیم با افزایش دما کاهش می‌یابد، که یک ضریب دمایی منفی رایج در نیمه‌هادی‌ها است.

4.4 الگوی تابش و طیف

شکل 1-11 یک نمودار تابش (پلات قطبی) است که توزیع زاویه‌ای شدت نور را نشان می‌دهد و زاویه دید وسیع 120 درجه‌ای را تأیید می‌کند. شکل 1-12 تغییر طول موج غالب با جریان مستقیم را نشان می‌دهد که برای این سیستم ماده معمولاً ناچیز است. شکل 1-13 توزیع توان طیفی را ارائه می‌دهد که پیک باریک مشخصه یک LED تک‌رنگ را حول طول موج غالب نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد و تلرانس‌های پکیج

پکیج LED دارای اندازه بدنه 2.2mm (طول) x 1.4mm (عرض) x 1.3mm (ارتفاع) است. تمام تلرانس‌های ابعادی ±0.20mm است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. سند شامل نمای بالا، کنار و پایین (شکل‌های 1-1، 1-2، 1-3) است که طرح فیزیکی را به تفصیل نشان می‌دهد.

5.2 شناسایی قطبیت و طراحی پد

شکل 1-4 قطبیت را نشان می‌دهد. کاتد معمولاً علامت‌گذاری شده است، اغلب توسط یک شکاف، یک نقطه یا یک علامت سبز روی پکیج. شکل 1-5 ابعاد توصیه‌شده پد لحیم (الگوی لند) را برای طراحی PCB ارائه می‌دهد تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری صحیح و پایداری مکانیکی در حین ریفلو انجام می‌شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 دستورالعمل‌های لحیم‌کاری ریفلو SMT

یک بخش اختصاصی دستورالعمل‌های لحیم‌کاری ریفلو SMT را تشریح می‌کند. در حالی که جزئیات مشخص پروفایل دمایی (پیش‌گرم، خیساندن، پیک ریفلو، خنک‌سازی) در این گزیده ارائه نشده است، تأکید می‌کند که محصول برای تمام فرآیندهای SMT مناسب است. کاربران باید به توصیه‌های سازنده خمیر لحیم مراجعه کنند و اطمینان حاصل کنند که پروفایل از حداکثر مقادیر دمایی دستگاه، به ویژه حد دمای پیوندگاه 120 درجه سانتی‌گراد، تجاوز نمی‌کند.

6.2 اقدامات احتیاطی در جابجایی

اقدامات احتیاطی عمومی در جابجایی فهرست شده است. به دلیل رتبه MSL سطح 2، دستگاه باید در مدت زمان مشخصی پس از باز کردن بسته خشک استفاده شود یا قبل از لحیم‌کاری مطابق با دستورالعمل‌های استاندارد IPC/JEDEC پخته شود. اقدامات حفاظتی ESD در حین جابجایی ضروری است، همانطور که توسط رتبه 2000V HBM مشخص شده است. باید مراقبت شود تا از اعمال تنش مکانیکی بر روی لنز و پایه‌ها اجتناب شود.

7. بسته‌بندی و قابلیت اطمینان

7.1 مشخصات بسته‌بندی

LEDها روی نوار حامل برجسته‌دار که روی قرقره پیچیده شده‌اند عرضه می‌شوند. دیتاشیت شامل ابعاد جیب نوار حامل، قطر قرقره و اندازه هاب برای سازگاری با فیدرهای استاندارد SMT است. یک فرم مشخصات برچسب، ردیابی با اطلاعاتی مانند شماره قطعه، مقدار و کد تاریخ را تضمین می‌کند.

7.2 بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت و جعبه‌بندی

دستگاه‌ها در کیسه‌های مانع رطوبت با سیلیکاژل و کارت‌های نشانگر رطوبت بسته‌بندی می‌شوند تا یکپارچگی MSL سطح 2 را در حین ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل حفظ کنند. این کیسه‌ها سپس در جعبه‌های مقوایی برای ارسال بسته‌بندی می‌شوند.

7.3 موارد آزمایش قابلیت اطمینان و شرایط

محصول تحت یک سری آزمایش‌های قابلیت اطمینان بر اساس دستورالعمل‌های AEC-Q101 قرار می‌گیرد. در حالی که آزمایش‌ها و شرایط خاص (مانند عمر کاری دمای بالا، چرخه دمایی، آزمایش رطوبت) در این گزینه به تفصیل نیامده است، گنجاندن آنها نشان می‌دهد که محصول تحت صلاحیت‌سنجی دقیقی قرار گرفته است تا عملکرد بلندمدت در محیط‌های سخت مانند فضای داخلی خودرو تضمین شود.

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربرد اصلی اعلام شدهروشنایی داخلی خودرواست. این شامل نور پس‌زمینه داشبورد، چراغ‌های نشانگر، روشنایی سوئیچ، نورپردازی محیطی و نمایشگرهای کنسول مرکزی می‌شود. صلاحیت AEC-Q101 آن را به یک کاندید برای چنین کاربردهایی تبدیل می‌کند. همچنین ممکن است در الکترونیک مصرفی عمومی، تابلوها و نشانگرهایی که به یک LED قرمز SMT قابل اطمینان نیاز دارند استفاده شود.

8.2 ملاحظات طراحی

محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت استفاده کنید. حداکثر جریان پیوسته 30mA است؛ کار کردن در 20mA یا کمتر برای طول عمر استاندارد است.
مدیریت حرارتی:با مقاومت حرارتی 300°C/W، اتلاف توان باید مدیریت شود. در 20mA و VF معمولی 2.1V، توان 42mW است. اطمینان حاصل کنید که طراحی PCB تخلیه حرارتی کافی را فراهم می‌کند، به ویژه اگر از چندین LED استفاده می‌شود یا در جریان‌های بالاتر کار می‌کند.
طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه‌ای بسیار وسیع است. برای نور متمرکز، ممکن است به اپتیک ثانویه (لنز) نیاز باشد. الگوی شدت تابشی باید برای نیازهای یکنواختی بررسی شود.
انتخاب دسته‌بندی:برای کاربردهایی که نیاز به ظاهر یکنواخت دارند، دسته‌های تنگ برای طول موج غالب و شدت نور مشخص کنید. برای کاربردهای حساس به هزینه، دسته‌های وسیع‌تر ممکن است قابل قبول باشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای قرمز استاندارد، این دستگاه مزایای خاصی ارائه می‌دهد:
ماده (AIGaInP):در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر، بازدهی بالا و ثبات رنگ خوبی در برابر دما و جریان ارائه می‌دهد.
پکیج (PLCC 2.2x1.4):یک پکیج محکم و رایج که پایداری مکانیکی و اتلاف حرارت خوبی را در مقایسه با پکیج‌های کوچک‌مقیاس تراشه ارائه می‌دهد.
صلاحیت خودرویی (AEC-Q101):این یک تمایزدهنده کلیدی است، که به معنای کنترل‌های فرآیند سخت‌تر و آزمایش قابلیت اطمینان بیشتر نسبت به LEDهای درجه تجاری است و آن را برای محیط‌های سخت مناسب می‌سازد.
زاویه دید وسیع:زاویه 120 درجه‌ای برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی گسترده بدون اپتیک ثانویه دارند عالی است.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

س: جریان کاری توصیه‌شده چیست؟
ج: شرایط آزمایش استاندارد 20mA است که یک نقطه کاری رایج و قابل اطمینان است. حداکثر مطلق 30mA پیوسته است.

س: چگونه آند و کاتد را شناسایی کنم؟
ج: به شکل 1-4 (قطبیت) در دیتاشیت مراجعه کنید. کاتد معمولاً روی بدنه پکیج علامت‌گذاری شده است.

س: آیا هیت سینک مورد نیاز است؟
ج: برای کار در 20mA یا کمتر در شرایط محیطی عادی، معمولاً به هیت سینک اختصاصی نیاز نیست. با این حال، طراحی حرارتی خوب PCB (پدهای مسی) توصیه می‌شود، به ویژه برای چندین LED یا دمای محیطی بالا.

س: آیا می‌توانم از این برای روشنایی خارجی خودرو استفاده کنم؟
ج: دیتاشیت به طور خاص "روشنایی داخلی خودرو" را فهرست کرده است. کاربردهای خارجی اغلب الزامات سخت‌تری برای محدوده دما، رطوبت و قرارگیری در معUV دارند. برای محصولات درجه خارجی با سازنده مشورت کنید.

س: طول عمر معمولی چقدر است؟
ج: اگرچه به صراحت ذکر نشده است، LEDهای واجد شرایط استانداردهای AEC-Q101 معمولاً طول عمر بسیار طولانی (ده‌ها هزار ساعت) را هنگام کار در محدوده مشخص‌شده خود نشان می‌دهند.

11. مثال موردی کاربردی

سناریو: طراحی یک خوشه نشانگر داشبورد.
یک طراح به چندین نشانگر هشدار/وضعیت قرمز نیاز دارد. آنها این LED را به دلیل صلاحیت خودرویی و زاویه دید وسیع آن انتخاب می‌کنند. برای اطمینان از روشنایی و رنگ یکنواخت، دسته L1 را برای شدت نور (800-1000 mcd) و G1 را برای طول موج غالب (630-632.5 nm) مشخص می‌کنند. آنها PCB را با طرح پد توصیه‌شده از شکل 1-5 طراحی می‌کنند. هر LED توسط یک منبع تغذیه 5V از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان محاسبه‌شده برای حدود 18mA (کمی کمتر از نقطه آزمایش 20mA برای حاشیه اطمینان) راه‌اندازی می‌شود. وایاهای حرارتی زیر پد قرار داده می‌شوند تا گرما را به یک صفحه زمین داخلی منتقل کنند. الزام MSL سطح 2 به کارخانه مونتاژ ابلاغ می‌شود تا اطمینان حاصل شود که جابجایی مناسب قبل از لحیم‌کاری ریفلو انجام می‌شود.

12. اصل عملکرد

این یک منبع نور نیمه‌هادی است. هسته آن یک تراشه ساخته‌شده از لایه‌های AIGaInP رشد‌یافته بر روی یک زیرلایه است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلیاژ AIGaInP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع‌شده را تعریف می‌کند، در این مورد، قرمز (~630 nm). پکیج پلاستیکی PLCC تراشه را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند، فریم سرب را برای اتصال الکتریکی در خود جای می‌دهد و یک لنز قالب‌گیری‌شده را دربرمی‌گیرد که خروجی نور را شکل می‌دهد تا زاویه دید وسیع حاصل شود.

13. روندهای فناوری

فناوری LED همچنان در حال پیشرفت است. برای LEDهای نشانگر قرمز، روندها شامل موارد زیر است:
افزایش بازده:بهبودهای مداوم در مواد و رشد اپیتاکسیال، کارایی نوری بالاتری (نور بیشتر بر وات الکتریکی) به همراه دارد.
کوچک‌سازی:در حالی که پکیج PLCC استاندارد است، فشار به سمت پکیج‌های حتی کوچک‌تر در مقیاس تراشه (CSP) برای بردهای با چگالی بالا وجود دارد.
افزایش قابلیت اطمینان:استانداردهای صلاحیت‌سنجی سخت‌تر فراتر از AEC-Q101، مانند محدوده‌های دمایی گسترده‌تر و آزمایش طول عمر طولانی‌تر، برای مصارف خودرویی و صنعتی در حال رایج شدن است.
راه‌حل‌های یکپارچه:LEDهای دارای مقاومت‌های محدودکننده جریان داخلی، دیودهای محافظ (زینر برای ولتاژ معکوس) یا حتی درایورهای IC در دسترس هستند که طراحی مدار را ساده می‌کنند. این دستگاه خاص نماینده یک قطعه بالغ، قابل اطمینان و به خوبی مشخص‌شده در چشم‌انداز LEDهای نشانگر SMT است.