برگه اطلاعات فنی LED SMD آبی نصب معکوس - بسته‌بندی EIA - جریان 5mA - شدت نور 45mcd - سند فنی انگلیسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک دیود نور‌افشان (LED) نصب‌سطحی (SMD) با نصب معکوس را تشریح می‌کند که از ماده نیمه‌هادی نیترید گالیم ایندیم (InGaN) برای تولید نور آبی استفاده می‌کند. این قطعه دارای لنز شفاف آبی بوده و در قالب استاندارد منطبق با EIA بسته‌بندی شده است. طراحی آن برای فرآیندهای مونتاژ خودکار، از جمله تجهیزات برداشت و نصب (Pick-and-Place) و لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز (IR) مناسب است که آن را برای تولید انبوه مناسب می‌سازد. این LED به عنوان یک محصول سبز طبقه‌بندی شده و با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد.

1.1 مزایای اصلی

• طراحی نصب معکوس: تراشه در جهت خاصی نصب شده است که برای چیدمان‌های خاص PCB و استخراج نور بهینه‌سازی شده است.
• سازگاری با اتوماسیون: عرضه شده بر روی نوار 8 میلی‌متری روی قرقره‌های 7 اینچی، کاملاً سازگار با تجهیزات استاندارد جایگذاری و لحیم‌کاری خودکار.
• تحمل بالای ESD: دارای آستانه تخلیه الکترواستاتیک (ESD) 8000 ولت است که با مدل بدن انسان (HBM) آزمایش شده و استحکام خوبی در برابر دستکاری ارائه می‌دهد.
• سازگار با IC: ویژگی‌های الکتریکی امکان راه‌اندازی مستقیم از خروجی‌های مدار مجتمع با سطح منطقی استاندارد را فراهم می‌کنند.
• سازگار با فرآیند بدون سرب: در برابر پروفیل‌های لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز مورد نیاز برای مونتاژ بدون سرب مقاوم است.

2. تجزیه و تحلیل عمیق پارامترهای فنی

بخش زیر تجزیه و تحلیل دقیقی از محدودیت‌های مطلق و ویژگی‌های عملیاتی دستگاه ارائه می‌دهد. تمام پارامترها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

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

• Power Dissipation (Pd): 76 mW. این مقدار حداکثر توان کلی است که دستگاه می‌تواند به صورت گرما تلف کند.
• جریان مستقیم اوج (I_FP): 100 میلی‌آمپر. تحت شرایط پالسی مجاز است (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه).
• جریان مستقیم رو به جلو (I_F): 20 میلی‌آمپر. حداکثر جریان مستقیم پیوسته برای عملکرد مطمئن.
• محدوده دمای عملیاتی (T_opr): -20°C تا +80°C.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی (T_stg): -30°C تا +100°C.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز: تحمل دمای اوج ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۰ ثانیه، معمول برای فرآیندهای ریفلو بدون سرب.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

اینها پارامترهای عملکردی معمول تحت شرایط آزمایش استاندارد هستند (I_F = 5 mA, Ta=25°C).

• شدت نور (I_V): از حداقل 11.2 mcd تا حداکثر 45.0 mcd متغیر است. مقدار معمول به باند خاص بستگی دارد (به بخش 3 مراجعه کنید). با استفاده از یک سنسور فیلتر شده مطابق با منحنی پاسخ چشم نوری CIE اندازه‌گیری شده است.
• زاویه دید (2θ_1/2): 130 درجه. این زاویه دید گسترده نشان‌دهنده یک الگوی انتشار نور پراکنده و غیرمتمرکز است که برای کاربردهای نشانگر و نور پس‌زمینه که نیاز به قابلیت مشاهده در زوایای گسترده دارند، مناسب است.
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 468 nm. طول موج خاصی که در آن خروجی توان طیفی در حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d): 465.0 نانومتر تا 475.0 نانومتر. این طول موج منفردی است که چشم انسان برای تعریف رنگ درک می‌کند. از نمودار رنگی CIE مشتق شده است.
• عرض نیم‌خط طیفی (Δλ): 25 نانومتر. این پارامتر نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور منتشر شده است. مقدار 25 نانومتر برای یک LED آبی استاندارد InGaN معمول است.
• Forward Voltage (V_F): 2.65 V تا 3.15 V. افت ولتاژ در LED هنگامی که با جریان 5 mA راه‌اندازی می‌شود. این محدوده باید برای محاسبه مقاومت محدودکننده جریان در طراحی مدار در نظر گرفته شود.
• Reverse Current (I_R): حداکثر 10 μA هنگامی که ولتاژ معکوس (V_R) برابر 0.55V اعمال می‌شود. نکته مهم: دستگاه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این شرایط آزمایش تنها برای مشخص‌سازی نشتی است.

3. توضیح سیستم Binning

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (بین) دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربرد را از نظر یکنواختی رنگ و روشنایی برآورده می‌کنند.

3.1 Binning ولتاژ Forward

دسته‌بندی‌ها (بین‌ها) اطمینان می‌دهند که LEDها افت ولتاژ مشابهی دارند، که می‌تواند طراحی منبع تغذیه در آرایه‌های موازی را ساده کند. تلرانس برای هر دسته ±0.1V است.

• Bin 1: 2.65V - 2.75V
• Bin 2: 2.75V - 2.85V
• Bin 3: 2.85V - 2.95V
• Bin 4: 2.95V - 3.05V
• Bin 5: 3.05V - 3.15V

3.2 دسته‌بندی شدت نور

این دسته‌بندی LEDها را بر اساس خروجی روشنایی آنها در جریان 5 میلی‌آمپر گروه‌بندی می‌کند. تلرانس هر دسته ±15% است.

• L1: 11.2 mcd - 14.0 mcd
• L2: 14.0 mcd - 18.0 mcd
• M1: 18.0 mcd - 22.4 mcd
• M2: 22.4 mcd - 28.0 mcd
• N1: 28.0 mcd - 35.5 mcd
• N2: 35.5 mcd - 45.0 mcd

3.3 دسته‌بندی طول موج غالب

This controls the perceived color (hue) of the blue light. Tolerance per bin is ±1 nm.

• بن AC: ۴۶۵.۰ نانومتر - ۴۷۰.۰ نانومتر (آبی کمی سبزتر)
• بن AD: ۴۷۰.۰ نانومتر - ۴۷۵.۰ نانومتر (آبی کمی خالص‌تر)

4. تحلیل منحنی عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مانند Fig.1, Fig.6)، پیامدهای آن‌ها برای طراحی حیاتی است.

4.1 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

خروجی نور (I_V) تقریباً متناسب با جریان مستقیم (I_F) در محدوده کاری است. راه‌اندازی LED بالاتر از ۵ میلی‌آمپر باعث افزایش روشنایی می‌شود اما اتلاف توان و دمای پیوند را نیز افزایش می‌دهد که می‌تواند بر طول عمر و طول موج تأثیر بگذارد. حداکثر ۲۰ میلی‌آمپر DC، حاشیه روشنایی قابل توجهی از نقطه آزمایش ۵ میلی‌آمپر فراهم می‌کند.

4.2 ولتاژ مستقیم vs. Forward Current & Temperature

The V_F ضریب دمایی یک دیود منفی است؛ با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. این ویژگی در طراحی‌های درایو جریان ثابت اهمیت دارد، زیرا یک منبع ولتاژ ثابت در صورت عدم محدودیت جریان مناسب می‌تواند به فرار حرارتی منجر شود. ولتاژ مشخص‌شده V_F محدوده در 25 درجه سانتی‌گراد باید به عنوان راهنما استفاده شود، با درک این که با دمای عملیاتی تغییر خواهد کرد.

4.3 توزیع طیفی

نمودار طیفی مرجع (شکل 1) یک توزیع شبه گاوسی را نشان می‌دهد که حول طول موج اوج 468 نانومتر متمرکز شده است، با عرض کامل در نصف بیشینه (FWHM) 25 نانومتر. این عرض طیفی برای کاربردهای حساس به طول‌موج‌های خاص، مانند حسگرها یا سیستم‌های روشنایی ترکیب رنگ، مرتبط است.

5. Mechanical & Package Information

5.1 Package Dimensions and Polarity

دستگاه مطابق با طرح استاندارد بسته‌بندی EIA است. تعیین "نصب معکوس" برای طراحی ردپای PCB حیاتی است. کاتد و آند در طرفین خاصی از بسته قرار دارند. نقشه مکانیکی ابعاد دقیق (بر حسب میلی‌متر) را برای طراحی الگوی لند فراهم می‌کند، از جمله اندازه پد و فاصله‌ها برای اطمینان از لحیم‌کاری و تراز مناسب. تلرانس برای اکثر ابعاد ±0.10 میلی‌متر است.

5.2 طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک الگوی زمین PCB توصیه‌شده (هندسه پد لحیم) ارائه شده است تا از تشکیل اتصال لحیم قابل اطمینان در طول فرآیند ریفلو اطمینان حاصل شود. رعایت این الگو به جلوگیری از پدیده قبرستون شدن (ایستادن قطعه به صورت عمودی) کمک کرده و اتصال حرارتی و الکتریکی مناسب را تضمین می‌کند.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 پروفیل لحیم‌کاری بازجریانی IR

یک پروفایل بازجریانی پیشنهادی برای فرآیندهای بدون سرب (Pb-free) ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر می‌شود:

• پیش‌گرمایش: محدوده ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سلسیوس.
• زمان پیش‌گرم‌کن: حداکثر ۱۲۰ ثانیه برای تثبیت دما و فعال‌سازی فلاکس.
• دمای اوج: حداکثر 260 درجه سانتیگراد.
• زمان بالاتر از نقطه ذوب: دستگاه می‌تواند حداکثر به مدت 10 ثانیه دمای اوج را تحمل کند. عملیات ری‌فلو حداکثر باید دو بار انجام شود.

توجه: پروفایل حرارتی باید متناسب با مونتاژ خاص PCB تعریف شود، زیرا ضخامت برد، تراکم قطعات و خمیر لحیم بر انتقال حرارت تأثیر می‌گذارند.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی:

• دمای هویه: حداکثر 300 درجه سانتی‌گراد.
• زمان لحیم‌کاری: حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه.
• فرکانس: باید تنها یک بار انجام شود تا از تنش حرارتی جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری:

• تنها از حلال‌های مشخص شده استفاده کنید: اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی اتاق.
• زمان غوطه‌وری باید کمتر از یک دقیقه باشد.
• مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به ماده بسته‌بندی LED (عدسی اپوکسی) آسیب برسانند.

7. Storage & Handling

7.1 اقدامات احتیاطی ESD

علیرغم رتبه‌بندی 8000V HBM، رعایت اقدامات احتیاطی استاندارد ESD توصیه می‌شود: هنگام جابجایی از بندهای مچ زمین‌شده، زیراندازهای ضداستاتیک و تجهیزات به‌درستی زمین‌شده استفاده کنید.

7.2 حساسیت به رطوبت

این دستگاه دارای رتبه‌بندی سطح حساسیت رطوبتی (MSL) 2a است.

• کیسه مهر و موم شده: در دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شود. عمر مفید آن در صورت نگهداری در کیسه رطوبت‌گیر اصلی همراه با جاذب رطوبت، یک سال است.
• پس از باز کردن: در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شود. دستگاه‌ها باید ظرف 672 ساعت (28 روز) پس از قرارگیری در شرایط محیطی کارخانه، تحت عملیات بازجوش IR قرار گیرند.
• نگهداری طولانی‌مدت (بازشده): در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در دسیکاتور نیتروژن نگهداری شود.
• بازپخت: در صورت قرارگیری در معرض هوا به مدت بیش از ۶۷۲ ساعت، قبل از لحیم‌کاری، در دمای حدود ۶۰ درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل ۲۰ ساعت بازپخت شود تا رطوبت جذب شده خارج شده و از پدیده "پاپ‌کورنینگ" در طی ری‌فلو جلوگیری گردد.

8. Packaging & Ordering

8.1 Tape and Reel Specifications

• Carrier Tape Width: 8 میلی‌متر.
• قطر قرقره: 7 اینچ.
• تعداد در هر قرقره: 3000 قطعه.
• حداقل مقدار سفارش (MOQ): 500 قطعه برای مقادیر باقیمانده.
• پوشش جیب: جیب‌های خالی با نوار پوششی مهر و موم می‌شوند.
• قطعات مفقود: طبق مشخصات (ANSI/EIA 481)، حداکثر دو LED گمشده متوالی مجاز است.

9. Application Notes & ملاحظات طراحی

9.1 سناریوهای کاربردی متداول

• نشانگرهای وضعیت: در لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم خانگی و پنل‌های کنترل صنعتی، با بهره‌مندی از زاویه دید گسترده.
• نور پس‌زمینه: برای نمایشگرهای LCD کوچک، صفحه‌کلیدها یا کلیدهای غشایی.
• روشنایی تزئینی: در نورپردازی تأکیدی کم‌مصرف یا تابلوها.
• فعال‌سازی حسگر: به عنوان منبع نور برای حسگرهای نوری (مجاورتی، تشخیص شیء).

اخطار مهم: این LED برای تجهیزات الکترونیکی معمولی در نظر گرفته شده است. برای کاربردهای حیاتی از نظر ایمنی (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی، کنترل حمل‌ونقل) که خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد، درجه‌بندی یا توصیه نمی‌شود.

9.2 ملاحظات طراحی مدار

1. محدود‌سازی جریان: همیشه از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از حداکثر V محاسبه نمایید._F از سطل (مثلاً 3.15 ولت) و حداقل ولتاژ تغذیه برای اطمینان از اینکه جریان حتی در بدترین شرایط نیز از حداکثر مقدار مجاز مطلق تجاوز نکند.
2. مدیریت حرارتی: در حالی که اتلاف توان پایین است، در صورت کار نزدیک به حداکثر جریان یا در دمای محیط بالا، از مس کافی PCB یا تخلیه حرارتی مناسب اطمینان حاصل کنید تا دمای اتصال در محدوده مجاز حفظ شود.
3. محافظت در برابر ولتاژ معکوس: از آنجایی که دستگاه برای بایاس معکوس طراحی نشده است، در صورتی که LED ممکن است در معرض گذرای ولتاژ معکوس در مدار قرار گیرد، افزودن یک دیود محافظ به صورت موازی (کاتد به آند) را در نظر بگیرید.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

10.1 منظور از "نصب معکوس" چیست؟

نصب معکوس به جهت‌گیری فیزیکی تراشه نیمه‌هادی LED درون پکیج اشاره دارد. در یک LED استاندارد، نور عمدتاً از سطح فوقانی ساطع می‌شود. در طراحی نصب معکوس، تراشه به گونه‌ای جهت‌گیری می‌شود که انتشار نور از کناره‌ها یا از طریق PCB بهینه شود و اغلب زمانی استفاده می‌شود که LED در یک حفره نصب شده یا نیاز به یک مسیر نوری خاص دارد. ردپای PCB با یک LED استاندارد نمای از بالا متفاوت خواهد بود.

10.2 آیا می‌توانم این LED را به طور مداوم با جریان 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

بله، 20 میلی‌آمپر حداکثر مطلق جریان مستقیم پیوسته مجاز است. برای دستیابی به طول عمر بهینه و عملکرد پایدار، معمولاً LEDها را پایین‌تر از حداکثر مطلقشان، اغلب در 10 تا 15 میلی‌آمپر، راه‌اندازی می‌کنند. همیشه برای کار در دمای محیطی بالا به منحنی‌های کاهش ظرفیت (در صورت موجود بودن) مراجعه کنید.

10.3 چگونه مقدار شدت نور را تفسیر کنم؟

شدت نور (mcd) معیاری برای روشنایی درک شده در یک جهت خاص (در امتداد محور) است. زاویه دید 130 درجه به این معنی است که این روشنایی در یک مخروط بسیار گسترده حفظ می‌شود. برای کاربردهایی که نیاز به پرتو متمرکز دارند، اپتیک ثانویه (لنز) مورد نیاز خواهد بود. سیستم دسته‌بندی (L1 تا N2) به شما امکان می‌دهد حداقل روشنایی مورد نیاز برای طراحی خود را انتخاب کنید.

10.4 چرا شرایط نگهداری اینقدر مهم است؟

قطعات SMD رطوبت را از هوا جذب می‌کنند. در طی فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا، این رطوبت محبوس شده می‌تواند به سرعت تبخیر شود و باعث لایه‌لایه‌شدگی داخلی، ترک خوردگی یا "پاپ کورن شدن" شود که قطعه را از بین می‌برد. رتبه‌بندی MSL و دستورالعمل‌های پخت برای بازده و قابلیت اطمینان مونتاژ حیاتی هستند.

11. Practical Design Example

سناریو: طراحی یک نشانگر ساده روشن‌شدن برای یک مدار 5V.

1. انتخاب سطل: یک سطل شدت (مثلاً M1 برای 18-22.4 mcd) و یک سطل ولتاژ (مثلاً Bin 3 برای ~2.9V) برای محاسبه انتخاب کنید.
2. محاسبه مقاومت سری: هدف I_F = 10 میلی‌آمپر برای تعادل بین روشنایی و طول عمر.
   R = (V_{منبع تغذیه} - V_F) / I_F = (5V - 2.9V) / 0.01A = 210 Ω.
   از یک مقاومت استاندارد 220 Ω استفاده کنید. توان مجاز را تأیید کنید: P_R = I²R = (0.01)² * 220 = 0.022W، بنابراین یک مقاومت 1/10W یا 1/8W کافی است.
3. چیدمان PCB: از ابعاد پیشنهادی پد لحیم‌کاری در دیتاشیت استفاده کنید. مطمئن شوید که قطبیت مطابق با نمودار نشانه‌گذاری پکیج صحیح است.
4. مونتاژ: پروفیل ریفلو IR توصیه‌شده را دنبال کنید. اگر بردها در محیط مرطوب مونتاژ شده و بلافاصله استفاده نمی‌شوند، در صورتی که LEDها بیش از 28 روز از بسته‌بندی مهر و موم شده خارج بوده‌اند، پخت آنها را قبل از مونتاژ در نظر بگیرید.

12. معرفی فناوری

این LED بر اساس فناوری نیمهرسانای InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) رشد یافته بر روی یک زیرلایه، معمولاً یاقوت کبود یا کاربید سیلیکون، ساخته شده است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال میشود، الکترونها و حفرهها در ناحیه فعال چاه کوانتومی بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد میکنند. نسبت خاص ایندیوم به گالیم در آلیاژ، انرژی شکاف نواری و در نتیجه طول موج اوج نور ساطعشده را تعیین میکند که در این مورد در طیف آبی (~468 نانومتر) است. لنز اپوکسی شفاف مانند آب، تراشه را محصور کرده، محافظت مکانیکی ارائه میدهد، خروجی نور را شکل میدهد (زاویه دید 130 درجه) و راندمان استخراج نور را افزایش میدهد.

13. روندهای صنعت

توسعه LEDهای آبی، که جایزه نوبل فیزیک 2014 برای آن اهدا شد، یک پیشرفت بنیادین بود که LEDهای سفید (از طریق تبدیل فسفر) و نمایشگرهای تمام رنگی را ممکن ساخت. روندهای فعلی در LEDهای SMD مانند این نمونه بر موارد زیر متمرکز است:

• افزایش بازده: کارایی نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی).
• کوچکسازی: اندازه‌های بسته‌بندی کوچک‌تر (مانند 0201، 01005) برای الکترونیک با تراکم بالاتر.
• بهبود یکنواختی رنگ: تلرانس‌های سخت‌تر باینینگ برای طول موج غالب و شدت، حیاتی برای کاربردهایی مانند نور پس‌زمینه نمایشگر.
• قابلیت اطمینان بهبود یافته: دمای عملیاتی حداکثر بالاتر و مقاومت بهبود یافته در برابر رطوبت برای کاربردهای خودرویی و صنعتی.
• بسته‌بندی پیشرفته: ادغام چندین تراشه LED (RGB، سفید) در یک پکیج واحد، یا پکیج‌های مجهز به مقاومت‌های محدودکننده جریان یا ICهای کنترلی داخلی ("LEDهای هوشمند").