دیتاشیت فنی LED SMD آبی معکوس‌نصب InGaN - بسته‌بندی EIA - ولتاژ 2.8-3.8 ولت - شدت نور 28-180 میلی‌کاندلا

1. مرور محصول

این سند مشخصات یک دیود نورافشان نصب سطحی (SMD) با روشنایی بالا و نصب معکوس را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه از یک چیپ نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) برای تولید نور آبی استفاده می‌کند و در یک بسته‌بندی با لنز شفاف آب‌مانند منطبق با استانداردهای EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک) قرار گرفته است. طراحی شده برای فرآیندهای مونتاژ خودکار، با لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز سازگار است. ویژگی‌های کلیدی محصول شامل انطباق با دستورالعمل‌های RoHS، طبقه‌بندی به عنوان محصول سبز و آستانه تخلیه الکترواستاتیک (ESD) بالا می‌باشد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق

محدودیت‌های عملکردی دستگاه در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. تجاوز از این رتبه‌بندی‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• اتلاف توان (Pd):76 میلی‌وات. این حداکثر توان پیوسته‌ای است که بسته‌بندی می‌تواند به صورت گرما دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این مقدار تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مجاز است.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):20 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان کاری DC توصیه شده برای عملکرد قابل اعتماد در بلندمدت است.
• آستانه تخلیه الکترواستاتیک (ESD):8000 ولت (مدل بدن انسان). این رتبه‌بندی بالا نشان‌دهنده محافظت قوی در برابر الکتریسیته ساکن در حین جابجایی است.
• محدوده دمای کاری (T_opr):20- تا 80+ درجه سلسیوس. دستگاه در این محدوده دمای محیطی عملکردی است.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی (T_stg):30- تا 100+ درجه سلسیوس.
• شرایط لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز:مقاوم در برابر دمای پیک 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه، مناسب برای فرآیندهای مونتاژ بدون سرب (Pb-free).

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

عملکرد معمول در Ta=25°C و I_F=20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شود، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (I_V):28.0 - 180.0 میلی‌کاندلا. با استفاده از سنسوری که با منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE فیلتر شده است اندازه‌گیری می‌شود. این محدوده وسیع از طریق دسته‌بندی مدیریت می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری (روی محور) خود کاهش می‌یابد، که نشان‌دهنده الگوی دید گسترده است.
• طول موج تابش پیک (λ_P):468 نانومتر. طول موج خاصی که در آن خروجی طیفی قوی‌ترین است.
• طول موج غالب (λ_d):465.0 - 475.0 نانومتر. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان برای تعریف رنگ درک می‌شود و از نمودار رنگی CIE استخراج می‌شود.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):25 نانومتر. پهنای باند طیف نور ساطع شده در نصف حداکثر شدت آن (عرض کامل در نصف بیشینه - FWHM).
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.80 - 3.80 ولت در I_F=20 میلی‌آمپر. افت ولتاژ در دو سر LED هنگام عبور جریان.
• ولتاژ معکوس (V_R):0.6 - 1.2 ولت در I_R=20 میلی‌آمپر. این تنها یک شرایط آزمایشی است؛ دستگاه برای کار تحت بایاس معکوس طراحی نشده است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، دستگاه‌ها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌ها (بین) مرتب می‌شوند. شماره قطعه معمولاً شامل کدهایی است که دسته آن را مشخص می‌کند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

واحدها بر حسب ولت (V) اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر است. تلرانس هر دسته ±0.1 ولت است.
دسته D7: 2.80 - 3.00 ولت
دسته D8: 3.00 - 3.20 ولت
دسته D9: 3.20 - 3.40 ولت
دسته D10: 3.40 - 3.60 ولت
دسته D11: 3.60 - 3.80 ولت

3.2 دسته‌بندی شدت نور

واحدها بر حسب میلی‌کاندلا (mcd) اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر است. تلرانس هر دسته ±15% است.
دسته N: 28.0 - 45.0 میلی‌کاندلا
دسته P: 45.0 - 71.0 میلی‌کاندلا
دسته Q: 71.0 - 112.0 میلی‌کاندلا
دسته R: 112.0 - 180.0 میلی‌کاندلا

3.3 دسته‌بندی طول موج غالب

واحدها بر حسب نانومتر (nm) اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر است. تلرانس هر دسته ±1 نانومتر است.
دسته AC: 465.0 - 470.0 نانومتر
دسته AD: 470.0 - 475.0 نانومتر

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های عملکرد معمول اشاره می‌کند که برای طراحی ضروری هستند. در حالی که نمودارهای خاص در متن بازتولید نشده‌اند، معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I_V/ I_F):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، معمولاً در یک رابطه غیرخطی که در جریان‌های بالاتر به اشباع می‌رسد.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (منحنی V_F/ I_F):ویژگی I-V دیود را نشان می‌دهد که برای طراحی مدارهای محدودکننده جریان حیاتی است.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد، که یک عامل کلیدی برای مدیریت حرارتی است.
• توزیع طیفی:نموداری که توان نسبی ساطع شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد، حول طول موج پیک 468 نانومتر با FWHM 25 نانومتر متمرکز شده است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد دستگاه

این LED مطابق با طرح کلی بسته‌بندی استاندارد EIA است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.10 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. بسته‌بندی دارای طراحی نصب معکوس است، به این معنی که انتشار نور اصلی از طریق سمت زیرلایه انجام می‌شود، که بر چیدمان پد PCB و طراحی نوری تأثیر می‌گذارد.

5.2 چیدمان پد لحیم‌کاری توصیه شده

یک الگوی لند (پایه) پیشنهادی برای PCB ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری صحیح، پایداری مکانیکی و تخلیه حرارتی مناسب انجام می‌شود. رعایت این الگو برای دستیابی به اتصالات لحیم قابل اعتماد در حین رفلو بسیار مهم است.

5.3 شناسایی قطبیت

مانند همه دیودها، LED دارای آند (+) و کاتد (-) است. قطبیت صحیح باید در حین مونتاژ رعایت شود. نقشه بسته‌بندی دیتاشیت نشان‌دهنده علامت‌گذاری قطبیت روی دستگاه است که باید با علامت‌گذاری متناظر روی پایه PCB تراز شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل رفلو مادون قرمز (IR) پیشنهادی برای فرآیندهای بدون سرب ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:
- پیش‌گرم:150-200 درجه سلسیوس.
- زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه برای گرم کردن تدریجی برد و قطعات، فعال کردن فلاکس و به حداقل رساندن شوک حرارتی.
- دمای پیک:حداکثر 260 درجه سلسیوس.
- زمان بالاتر از نقطه مایع:پروفیل باید اطمینان حاصل کند که خمیر لحیم به درستی ذوب می‌شود. قطعه می‌تواند دمای پیک را حداکثر به مدت 10 ثانیه تحمل کند و رفلو باید حداکثر دو بار انجام شود.

توجه:پروفیل بهینه به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و فر بستگی دارد. توصیه می‌شود برای کاربرد خاص، مشخصه‌یابی انجام شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی (مثلاً برای تعمیر)، از هویه‌ای با دمای حداکثر 300 درجه سلسیوس استفاده کنید. زمان لحیم‌کاری باید به حداکثر 3 ثانیه در هر اتصال محدود شود و این کار باید فقط یک بار انجام شود تا از آسیب به بسته‌بندی جلوگیری شود.

6.3 شرایط ذخیره‌سازی

ذخیره‌سازی مناسب برای جلوگیری از جذب رطوبت که می‌تواند باعث \"ترکیدن\" (ترک خوردن بسته‌بندی) در حین رفلو شود، حیاتی است.
- بسته‌بندی مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤90% ذخیره شود. ظرف یک سال استفاده شود.
- بسته‌بندی باز شده:برای قطعاتی که از کیسه ضد رطوبت خارج شده‌اند، محیط ذخیره‌سازی نباید از 30°C یا 60% RH تجاوز کند. توصیه می‌شود رفلو IR ظرف 672 ساعت (28 روز، MSL 2a) تکمیل شود.
- ذخیره‌سازی طولانی‌مدت (باز شده):در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در یک دسیکاتور نیتروژن ذخیره شود.
- بازپخت:اگر قطعات بیش از 672 ساعت در معرض محیط قرار گرفته‌اند، قبل از لحیم‌کاری به مدت حداقل 20 ساعت در حدود 60°C بازپخت شوند.

6.4 تمیز کردن

از مواد شیمیایی نامشخص استفاده نکنید. در صورت نیاز به تمیز کردن پس از لحیم‌کاری، LED را در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور کنید. حلال‌های قوی ممکن است به مواد بسته‌بندی یا لنز آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

دستگاه در نوار حامل برجسته به عرض 8 میلی‌متر که بر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است، عرضه می‌شود. این فرمت استاندارد برای ماشین‌های Pick-and-Place خودکار است.
- تعداد قطعات در هر قرقره: 3000.
- حداقل مقدار بسته‌بندی:500 قطعه برای مقادیر باقی‌مانده.
- نوار پوششی:حفره‌های خالی در نوار حامل با یک نوار پوششی رویی مهر و موم می‌شوند.
- قطعات مفقود شده:طبق مشخصات قرقره، حداکثر دو LED مفقود شده متوالی (حفره خالی) مجاز است.
- استاندارد:بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 کاربرد مورد نظر

این LED برای کاربردهای معمول تجهیزات الکترونیکی از جمله تجهیزات اداری، دستگاه‌های ارتباطی و لوازم خانگی طراحی شده است. برای کاربردهای حیاتی ایمنی که خرابی می‌تواند جان یا سلامت را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی، سیستم‌های ایمنی حمل و نقل) بدون مشاوره و تأیید صلاحیت قبلی، رتبه‌بندی نشده است.

8.2 طراحی مدار

یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی یا یک مدار درایور جریان ثابت اجباری است. ولتاژ مستقیم دارای یک محدوده (2.8-3.8 ولت) است، بنابراین طراحی‌ها نباید یک V_Fثابت را فرض کنند. مدار باید طوری طراحی شود که I_Fرا تحت تمام شرایط کاری، با در نظر گرفتن تغییرات منبع تغذیه و اثرات دما، به 20 میلی‌آمپر DC یا کمتر محدود کند.

8.3 مدیریت حرارتی

در حالی که بسته‌بندی می‌تواند 76 میلی‌وات را دفع کند، تخلیه حرارتی مؤثر از طریق پدهای PCB برای حفظ دمای اتصال پایین ضروری است. دمای اتصال بالا، خروجی نور (افت لومن) را کاهش می‌دهد و طول عمر عملیاتی را کوتاه می‌کند. اطمینان حاصل کنید که چیدمان PCB، وایاهای حرارتی و مساحت مسی کافی را فراهم می‌کند، به ویژه هنگام کار در دمای محیطی بالا یا نزدیک به حداکثر جریان.

8.4 اقدامات احتیاطی ESD

علیرغم رتبه‌بندی HBM بالا 8000 ولت، همیشه باید اقدامات احتیاطی استاندارد جابجایی ESD رعایت شود. هنگام جابجایی این دستگاه‌ها از مچ‌بندهای زمین شده، زیراندازهای ضد استاتیک و تجهیزات به درستی زمین شده استفاده کنید.

9. مقایسه و تمایز فنی

این دستگاه چندین مزیت متمایز در رده خود ارائه می‌دهد:
1. طراحی نصب معکوس:امکان ادغام نوری منحصر به فردی را فراهم می‌کند که در آن نور از سمت نصب شده روی PCB ساطع می‌شود و امکان طراحی‌های محصول باریک‌تر یا کوپلینگ راهنمای نور خاص را فراهم می‌کند.
2. روشنایی بالا (تا 180 میلی‌کاندلا):شدت نور بالا را از یک بسته‌بندی کوچک ارائه می‌دهد، مناسب برای کاربردهای نشانگر که نیاز به دید بالا دارند.
3. زاویه دید گسترده (130 درجه):روشنایی گسترده و یکنواختی ارائه می‌دهد که برای پنل‌های نور پس‌زمینه یا نشانگرهای وضعیت که از زوایای مختلف دیده می‌شوند ایده‌آل است.
4. محافظت ESD قوی:رتبه‌بندی HBM 8000 ولت از سطوح معمول صنعت فراتر می‌رود و استحکام جابجایی و کاربرد بیشتری ارائه می‌دهد.
5. سازگاری با رفلو بدون سرب:برای فرآیندهای مونتاژ استاندارد بدون سرب با رتبه‌بندی دمای پیک 260°C تأیید شده است.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟
ج: طول موج پیک (λ_P=468 نانومتر) نقطه فیزیکی بالاترین تابش طیفی است. طول موج غالب (λ_d=465-475 نانومتر) یک مقدار محاسبه شده بر اساس درک رنگ انسان (نمودار CIE) است و چیزی است که رنگ \"آبی\" که می‌بینید را تعریف می‌کند.

س: آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3 ولت بدون مقاومت راه‌اندازی کنم؟
ج: خیر. ولتاژ مستقیم بین 2.8 ولت و 3.8 ولت متغیر است. اتصال مستقیم به 3.3 ولت در صورتی که V_Fکمتر از 3.3 ولت باشد، می‌تواند منجر به جریان بیش از حد و احتمالاً تخریب LED شود. همیشه از یک مکانیزم محدودکننده جریان استفاده کنید.

س: \"MSL 2a\" در بخش ذخیره‌سازی به چه معناست؟
ج: سطح حساسیت رطوبت (MSL) 2a نشان می‌دهد که قطعه می‌تواند به مدت 4 هفته (672 ساعت) در معرض شرایط کف کارخانه (≤30°C/60% RH) قرار گیرد قبل از اینکه نیاز به بازپخت قبل از لحیم‌کاری رفلو داشته باشد.

س: آیا این LED برای کار مداوم در 20 میلی‌آمپر مناسب است؟
ج: بله، 20 میلی‌آمپر جریان مستقیم DC پیوسته رتبه‌بندی شده است. با این حال، مدیریت حرارتی از طریق PCB برای حفظ دمای اتصال در محدوده ایمن برای قابلیت اطمینان بلندمدت بسیار مهم است.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: نور پس‌زمینه برای پنل کلید غشایی
یک طراح نیاز به نور پس‌زمینه یکنواخت آبی برای یک پنل کلید غشایی بزرگ و منحنی دارد. طراحی نصب معکوس این LED ایده‌آل است. LEDها روی PCB انعطاف‌پذیر (مدار انعطاف‌پذیر) قرار می‌گیرند در حالی که سطح نوردهنده به سمت پایین به سمت یک لایه راهنمای نور است. زاویه دید 130 درجه‌ای اطمینان می‌دهد که نور به طور یکنواخت در سراسر راهنما پخش می‌شود. طراح دسته‌هایی از محدوده بالایی شدت نور (مثلاً دسته Q یا R) را برای دستیابی به روشنایی مورد نیاز انتخاب می‌کند و یک دسته طول موج غالب دقیق (مثلاً AC یا AD) را برای ثبات رنگ در سراسر پنل مشخص می‌کند. بسته‌بندی نوار و قرقره خودکار امکان قرارگیری سریع و قابل اعتماد توسط ماشین مونتاژ را فراهم می‌کند. رتبه‌بندی ESD بالا در حین جابجایی مدار انعطاف‌پذیر محافظت ایجاد می‌کند.

12. معرفی اصل فناوری

این LED بر اساس فناوری نیمه‌هادی InGaN است. در یک دیود نورافشان، نور از طریق فرآیندی به نام الکترولومینسانس تولید می‌شود. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n نیمه‌هادی (InGaN) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب می‌شوند، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج خاص (رنگ) نور توسط انرژی شکاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. InGaN دارای شکاف باندی مناسب برای تولید نور در مناطق آبی و سبز طیف است. لنز \"شفاف آب‌مانند\" معمولاً از اپوکسی یا سیلیکون ساخته شده است و برای استخراج کارآمد نور تولید شده در داخل چیپ نیمه‌هادی طراحی شده است.

13. روندها و تحولات صنعت

بازار LED SMD به سمت کارایی بالاتر، بسته‌بندی‌های کوچک‌تر و یکپارچگی بیشتر ادامه می‌دهد. روندهای مرتبط با این نوع دستگاه شامل موارد زیر است:
1. افزایش کارایی (لومن بر وات):بهبودهای مستمر در رشد اپیتاکسیال و طراحی چیپ، خروجی نور بیشتری در واحد توان الکتریکی به دست می‌دهد که مصرف انرژی و بار حرارتی را کاهش می‌دهد.
2. کوچک‌سازی:تلاش برای محصولات نهایی کوچک‌تر، LEDها را به سمت ردپای بسته‌بندی هرچه کوچک‌تر در حالی که خروجی نور حفظ یا افزایش می‌یابد، سوق می‌دهد.
3. بهبود ثبات رنگ:پیشرفت‌ها در کنترل تولید و استراتژی‌های دسته‌بندی دقیق‌تر، امکان تلرانس‌های رنگ تنگ‌تر در خطوط تولید را فراهم می‌کند که برای آرایه‌های چند LED مهم است.
4. افزایش قابلیت اطمینان:بهبود در مواد بسته‌بندی (مانند سیلیکون‌های با دمای بالا) و فناوری‌های اتصال دی، منجر به طول عمر عملیاتی طولانی‌تر و عملکرد بهتر تحت شرایط محیطی سخت می‌شود.
5. یکپارچه‌سازی هوشمند:در حالی که این یک قطعه گسسته است، روند کلی به سمت ماژول‌های یکپارچه‌ای است که LEDها را با درایورها، کنترلرها و سنسورها در یک بسته‌بندی واحد ترکیب می‌کنند.