ال‌ای‌دی SMD نصب معکوس نارنجی 611 نانومتر - بسته‌بندی EIA - 30 میلی‌آمپر - 75 میلی‌وات - برگه مشخصات فنی

1. مرور کلی محصول

این سند جزئیات مشخصات یک دیود نورافشان (LED) با روشنایی بالا و نصب معکوس روی سطح (SMD) را تشریح می‌کند. این قطعه از تراشه نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) استفاده می‌کند که به دلیل بازده و عملکرد عالی در طیف طول موج نارنجی-قرمز شناخته شده است. ال‌ای‌دی در یک بسته‌بندی استاندارد مطابق با EIA با لنز شفاف آب قرار دارد و برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به روشنایی نارنجی قابل اعتماد و یکنواخت دارند. مزایای اصلی طراحی آن شامل سازگاری با سیستم‌های مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place و مناسب بودن برای فرآیندهای لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز (IR) با دمای بالا است که آن را برای تولید مدرن و انبوه الکترونیک ایده‌آل می‌سازد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

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

• اتلاف توان (Pd):75 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که دستگاه می‌تواند به صورت حرارت به طور ایمن دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):80 میلی‌آمپر. این جریان فقط در شرایط پالسی مجاز است، به طور خاص در چرخه کاری 1/10 با عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه، که امکان فلاش‌های کوتاه با شدت بالا را فراهم می‌کند.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):30 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان توصیه شده برای کارکرد پیوسته DC است که نقطه عملیاتی استاندارد برای اندازه‌گیری شدت نور را تعریف می‌کند.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس فراتر از این حد می‌تواند پیوند PN ال‌ای‌دی را خراب کند.
• محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:55- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. دستگاه برای مقاومت درجه حرارتی در سطح صنعتی درجه‌بندی شده است.
• دمای پیک لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز:260 درجه سلسیوس برای حداکثر 10 ثانیه، مطابق با الزامات مونتاژ بدون سرب (Pb-free).

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکی

پارامترهای کلیدی عملکرد در Ta=25 درجه سلسیوس و با جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (I_V):از حداقل 45.0 میلی‌کاندلا تا مقدار معمول 90.0 میلی‌کاندلا متغیر است. شدت نور با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با منحنی پاسخ چشم انسان فوتوپیک (CIE) اندازه‌گیری می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه. این زاویه دید گسترده، که به عنوان زاویه کامل تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری خود می‌رسد، نشان‌دهنده الگوی انتشار لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی است که برای روشنایی منطقه‌ای یا نشانگرهایی که نیاز به دید گسترده دارند مناسب است.
• طول موج پیک (λ_P):611 نانومتر. این طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی به حداکثر خود می‌رسد.
• طول موج غالب (λ_d):605 نانومتر. این مقدار از مختصات رنگی CIE استخراج می‌شود و بهترین نمایش‌دهنده طول موج منفرد برای رنگ درک شده (نارنجی) ال‌ای‌دی است.
• پهنای باند طیفی (Δλ):17 نانومتر. این پهنای باند باریک مشخصه فناوری AlInGaP است و خلوص رنگ اشباع شده را فراهم می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 2.4 ولت، با حداکثر 2.4 ولت در I_F=20mA. طراحان باید این افت ولتاژ را هنگام محاسبه مقاومت‌های محدودکننده جریان سری در نظر بگیرند.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در V_R=5V، که نشان‌دهنده کیفیت خوب پیوند است.
• ظرفیت خازنی (C):40 پیکوفاراد در بایاس 0 ولت و 1 مگاهرتز. این پارامتر برای کاربردهای سوئیچینگ یا مالتی‌پلکسینگ با فرکانس بالا مرتبط است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، ال‌ای‌دی‌ها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر در دسته‌ها (بین) مرتب می‌شوند.

• کد بین P:45.0 – 71.0 میلی‌کاندلا
• کد بین Q:71.0 – 112.0 میلی‌کاندلا
• کد بین R:112.0 – 180.0 میلی‌کاندلا
• کد بین S:180.0 – 280.0 میلی‌کاندلا

یک تلرانس +/-15% در هر دسته شدت نور اعمال می‌شود. این برگه مشخصات، دسته‌های جداگانه برای طول موج یا ولتاژ مستقیم برای این شماره قطعه مشخص نکرده است که نشان‌دهنده کنترل دقیق روی آن پارامترها یا ارائه یک دسته واحد است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در متن ارائه شده ارجاع داده شده اما نمایش داده نشده‌اند، روابط معمول برای چنین ال‌ای‌دی‌هایی را می‌توان استنباط کرد و برای طراحی حیاتی هستند:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):ویژگی نمایی استاندارد دیود را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی است، به این معنی که V_Fبا افزایش دمای پیوند کمی کاهش می‌یابد.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:شدت نور در محدوده عملیاتی نرمال تقریباً متناسب با جریان مستقیم است، اما در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افت حرارتی و بازدهی اشباع خواهد شد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:برای ال‌ای‌دی‌های AlInGaP، شدت نور معمولاً با افزایش دمای محیط (و پیوند) کاهش می‌یابد. این کاهش رتبه حرارتی باید در محیط‌های با دمای بالا در نظر گرفته شود.
• توزیع طیفی:یک منحنی باریک، شبیه گاوسی حول 611 نانومتر (پیک) با نیم‌عرض 17 نانومتر، که خروجی نارنجی تک‌رنگ آن را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی و قطبیت

ال‌ای‌دی مطابق با طرح کلی بسته‌بندی استاندارد EIA است. نکات ابعادی کلیدی شامل:

• همه ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند، با تلرانس عمومی ±0.10 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
• عنوان "نصب معکوس" معمولاً نشان می‌دهد که ال‌ای‌دی با سطح اصلی نورافشان خود رو به برد مدار چاپی (PCB) نصب می‌شود، و نور از طریق یک دهانه خارج می‌شود یا منعکس می‌شود. نقشه مکانیکی دقیق جهت لنز را نسبت به پدها روشن می‌کند.
• قطبیت روی بسته دستگاه (مثلاً علامت کاتد، شکاف یا نقطه) نشان داده شده است و باید به درستی با طرح PCB تراز شود.

5.2 طراحی پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک الگوی زمین پد لحیم‌کاری پیشنهادی ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری صحیح، پایداری مکانیکی و تخلیه حرارتی در حین بازجریان انجام می‌شود. پیروی از این طرح برای جلوگیری از پدیده "سنگ قبر" (ایستادن قطعه) یا تشکیل اتصال لحیم ضعیف بسیار مهم است.

6. دستورالعمل‌های مونتاژ و جابجایی

6.1 فرآیند لحیم‌کاری

دستگاه به طور کامل با فرآیندهای لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز (IR) با استفاده از لحیم بدون سرب (Pb-free) سازگار است. یک پروفیل بازجریان پیشنهادی ارائه شده است که مطابق با استانداردهای JEDEC است.

• پیش‌گرم:150–200 درجه سلسیوس برای حداکثر 120 ثانیه تا برد به تدریج گرم شود و فلاکس فعال گردد.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سلسیوس. دستگاه نباید از این دما تجاوز کند.
• زمان بالاتر از نقطه مایع:پروفیل باید مدت زمانی را که دستگاه بالاتر از نقطه ذوب لحیم می‌گذراند به حداقل لازم برای یک اتصال قابل اعتماد محدود کند، معمولاً حدود 10 ثانیه حداکثر در دمای پیک.
• هویه:اگر لحیم‌کاری دستی برای تعمیر ضروری است، حداکثر دمای نوک 300 درجه سلسیوس با زمان تماس 3 ثانیه یا کمتر توصیه می‌شود، و فقط یک بار.

6.2 تمیزکاری

اگر تمیزکاری پس از لحیم‌کاری لازم است، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. عوامل توصیه شده اتانول یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق هستند، با زمان غوطه‌وری کمتر از یک دقیقه. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی یا بسته آسیب برسانند.

6.3 ذخیره‌سازی و حساسیت به رطوبت

ال‌ای‌دی‌ها به رطوبت حساس هستند (MSL 2a).

• کیسه مهر و موم شده:در دمای ≤30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی ≤90% ذخیره شود. عمر قفسه‌ای یک سال است وقتی کیسه اصلی ممانعت از رطوبت با ماده خشک‌کن باز نشده باشد.
• کیسه باز شده:پس از باز کردن، محیط ذخیره‌سازی نباید از 30 درجه سلسیوس / 60% رطوبت نسبی تجاوز کند. قطعات باید ظرف 672 ساعت (28 روز) تحت بازجریان IR قرار گیرند.
• قرارگیری طولانی مدت:برای ذخیره‌سازی بیش از 672 ساعت خارج از کیسه اصلی، قبل از لحیم‌کاری به مدت حداقل 20 ساعت در حدود 60 درجه سلسیوس پخت (بیک) انجام دهید تا رطوبت جذب شده حذف شود و از "پاپ کورن شدن" (ترک خوردن بسته در حین بازجریان) جلوگیری شود.

6.4 اقدامات احتیاطی تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

ال‌ای‌دی‌ها مستعد آسیب ناشی از تخلیه الکترواستاتیک هستند. اقدامات احتیاطی جابجایی شامل استفاده از بند مچ زمین‌شده، دستکش‌های ضد استاتیک و اطمینان از زمین‌شدن صحیح تمام تجهیزات و سطوح کار است.

7. بسته‌بندی و سفارش‌دهی

• نوار و قرقره:دستگاه‌ها روی نوار حامل برجسته به عرض 8 میلی‌متر که روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده‌اند، عرضه می‌شوند.
• تعداد در هر قرقره:3000 قطعه.
• حداقل مقدار سفارش (MOQ):500 قطعه برای مقادیر باقیمانده.
• استانداردهای بسته‌بندی:مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481. نوار دارای درپوش مهر و موم است و حداکثر دو جیب خالی متوالی مجاز است.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

این ال‌ای‌دی نارنجی برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای نشانگر و روشنایی مناسب است، از جمله اما نه محدود به:

• نشانگرهای وضعیت روی لوازم الکترونیکی مصرفی، پنل‌های کنترل صنعتی و تجهیزات شبکه.
• نور پس‌زمینه برای نوشته‌ها روی سوئیچ‌ها، صفحه کلیدها یا پنل‌های غشایی.
• روشنایی داخلی خودرو (غیر بحرانی).
• تابلوها و روشنایی تزئینی که رنگ نارنجی مورد نیاز است.

توجه مهم:این دستگاه برای تجهیزات الکترونیکی استاندارد در نظر گرفته شده است. کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان استثنایی دارند که خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی، سیستم‌های ایمنی حمل و نقل) نیاز به مشاوره و تأیید صلاحیت قبلی دارند.

8.2 طراحی مدار درایو

ال‌ای‌دی یک دستگاه جریان‌محور است. یک مقاومت محدودکننده جریان سری هنگام راه‌اندازی از یک منبع ولتاژ برای تنظیم جریان عملیاتی مورد نظر و جلوگیری از فرار حرارتی اجباری است. مقدار مقاومت (R_s) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_s= (V_منبع- V_F) / I_F. برای عملکرد پایدار در دماهای مختلف، درایورهای جریان ثابت توصیه می‌شوند، به ویژه برای طراحی‌هایی که نزدیک به حداکثر مقادیر مجاز یا در محیط‌های حرارتی متغیر کار می‌کنند.

8.3 مدیریت حرارتی

در حالی که بسته کوچک است، مدیریت حداکثر اتلاف توان 75 میلی‌وات برای طول عمر و حفظ خروجی نور مهم است. مساحت کافی مس روی PCB متصل به پدهای حرارتی (در صورت وجود) یا اتصالات لحیم ال‌ای‌دی به هدایت گرما از پیوند کمک می‌کند. کارکرد در جریان‌های کمتر از حداکثر 30 میلی‌آمپر به طور قابل توجهی اتلاف توان و دمای پیوند را کاهش می‌دهد و عمر عملیاتی را افزایش می‌دهد.

9. مقایسه و تمایز فنی

مزایای کلیدی این پلتفرم ال‌ای‌دی خاص شامل:

• قابلیت نصب معکوس:انعطاف‌پذیری طراحی برای ایجاد اثرات نوری خاص یا دستیابی به نصب کم‌پروفایل که در آن منبع نور پنهان است را ارائه می‌دهد.
• بازدهی بالاتر و پایداری دمایی بهتری برای رنگ‌های نارنجی/قرمز در مقایسه با فناوری‌های قدیمی مانند GaAsP فراهم می‌کند.زاویه دید گسترده (130°):
• روشنایی گسترده و یکنواختی را ارائه می‌دهد که برای نشانگرهای پنل ایده‌آل است.سازگاری قوی مونتاژ:
• برای قرارگیری اتوماتیک و پروفیل‌های استاندارد بازجریان IR بدون سرب تأیید شده است، که پیچیدگی و هزینه تولید را کاهش می‌دهد.10. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال 1: تفاوت بین طول موج پیک (611 نانومتر) و طول موج غالب (605 نانومتر) چیست؟

پاسخ 1: طول موج پیک، قله فیزیکی طیف نور ساطع شده است. طول موج غالب یک مقدار محاسبه شده بر اساس ادراک رنگ انسان (نمودار CIE) است که بهترین تطابق را با رنگ درک شده دارد. برای ال‌ای‌دی‌های تک‌رنگ مانند این، آن‌ها نزدیک اما یکسان نیستند.

سوال 2: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را با 30 میلی‌آمپر به طور پیوسته راه‌اندازی کنم؟

پاسخ 2: بله، 30 میلی‌آمپر حداکثر جریان مستقیم DC پیوسته مجاز است. با این حال، برای عمر و قابلیت اطمینان بهینه، اغلب راه‌اندازی با جریان کمتر (مثلاً 20 میلی‌آمپر) توصیه می‌شود، زیرا دمای پیوند و تنش را کاهش می‌دهد.

سوال 3: چرا یک سیستم دسته‌بندی برای شدت نور وجود دارد؟

پاسخ 3: تغییرات تولید باعث تفاوت‌های جزئی در خروجی نور می‌شود. دسته‌بندی، ال‌ای‌دی‌ها را در گروه‌هایی با عملکرد مشابه مرتب می‌کند و به طراحان اجازه می‌دهد دسته‌ای را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی آن‌ها را برآورده کند و ثبات را در بین چندین واحد در یک محصول تضمین کند.

سوال 4: اهمیت زمان ماندگاری 672 ساعته پس از باز کردن کیسه چقدر حیاتی است؟

پاسخ 4: برای لحیم‌کاری قابل اعتماد بسیار مهم است. تجاوز از این زمان قرارگیری بدون چرخه پخت می‌تواند منجر به تبخیر رطوبت جذب شده در حین بازجریان شود و به طور بالقوه باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا ترک در بسته ال‌ای‌دی گردد.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک روتر صنعتی.

یک طراح به چندین ال‌ای‌دی نارنجی "فعالیت" روی یک پنل جلویی نیاز دارد. آن‌ها این ال‌ای‌دی را به دلیل روشنایی، زاویه دید گسترده و سازگاری با مونتاژ اتوماتیک انتخاب می‌کنند. طراحی از یک ریل تغذیه 3.3 ولتی استفاده می‌کند. با هدف قرار دادن جریان عملیاتی استاندارد 20 میلی‌آمپر، مقاومت سری محاسبه می‌شود: R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 اهم. یک مقاومت استاندارد 47 اهمی انتخاب می‌شود. طرح‌بندی PCB از طرح پد لحیم‌کاری توصیه شده استفاده می‌کند و شامل یک اتصال تخلیه حرارتی کوچک به یک صفحه زمین برای دفع حرارت است. ال‌ای‌دی‌ها از کد بین Q (112-71 میلی‌کاندلا) مشخص شده‌اند تا روشنایی کافی و یکنواخت تضمین شود. بردهای مونتاژ شده از طریق یک فر بازجریان استاندارد بدون سرب با استفاده از پروفیل مطابق با JEDEC عبور می‌کنند که منجر به اتصالات لحیم قابل اعتماد بدون آسیب حرارتی به قطعات می‌شود.

12. معرفی اصول فناوری

این ال‌ای‌دی بر اساس ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) که روی یک زیرلایه رشد یافته است، بنا شده. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند PN اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب می‌شوند و انرژی را به صورت فوتون آزاد می‌کنند - فرآیندی که الکترولومینسانس نامیده می‌شود. نسبت خاص آلومینیوم، ایندیم و گالیم در شبکه کریستالی، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، نارنجی (~611-605 نانومتر). لنز اپوکسی شفاف آب، تراشه را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی را فراهم می‌کند، پرتو خروجی نور را شکل می‌دهد (زاویه دید 130 درجه) و بازده استخراج نور را افزایش می‌دهد.

13. روندها و تحولات صنعت

روند در ال‌ای‌دی‌های نشانگر SMD به سمت بازدهی بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد ورودی الکتریکی)، بهبود ثبات رنگ از طریق دسته‌بندی دقیق‌تر و افزایش قابلیت اطمینان تحت شرایط لحیم‌کاری و عملیاتی با دمای بالاتر ادامه دارد. همچنین تلاشی برای کوچک‌سازی در حالی که عملکرد نوری حفظ یا افزایش می‌یابد، وجود دارد. علاوه بر این، ادغام با الکترونیک روی‌برد (مانند مقاومت‌های محدودکننده جریان داخلی یا آی‌سی درایور) در بسته‌بندی‌های پیشرفته‌تر برای طراحی ساده‌تر رایج‌تر می‌شود. استفاده از AlInGaP برای رنگ‌های نارنجی/قرمز/کهربایی همچنان فناوری غالب با عملکرد بالا باقی مانده است، اگرچه تحقیقات مداوم در مورد مواد نوظهور مانند پروسکایت ممکن است جایگزین‌های آینده را ارائه دهد.

The trend in SMD indicator LEDs continues towards higher efficiency (more light output per unit of electrical input), improved color consistency through tighter binning, and enhanced reliability under higher temperature soldering and operating conditions. There is also a drive for miniaturization while maintaining or increasing optical performance. Furthermore, integration with onboard electronics (like built-in current limiting resistors or driver ICs) in more advanced packages is becoming more common for simplified design. The use of AlInGaP for orange/red/amber colors remains the dominant high-performance technology, though ongoing research into novel materials like perovskites may offer future alternatives.