0402 LED قرمز RF-RU0402TS-BC-B1 - 1.0x0.5x0.4mm - ولتاژ رو به جلو 1.7-2.4V - توان 48mW - برگه داده فنی

1. بررسی اجمالی محصول

RF-RU0402TS-BC-B1 یک LED SMD قرمز مینیاتوری در بسته 1.0mm x 0.5mm x 0.4mm است که با استفاده از تراشه قرمز با راندمان بالا ساخته شده است. طراحی شده برای نمایش بصری عمومی، دارای زاویه دید بسیار عریض 140 درجه است که آن را برای کاربردهایی که دید از زوایای مختلف حیاتی است مناسب می‌سازد. دستگاه از فرآیندهای مونتاژ SMT استاندارد و لحیم‌کاری reflow پشتیبانی می‌کند و با RoHS مطابقت دارد با سطح حساسیت رطوبتی 3.

ویژگی‌های کلیدی شامل محدوده ولتاژ رو به جلو پایین (1.7V تا 2.4V در 5mA)، حداکثر جریان رو به جلو 20mA و توان اتلافی 48mW است. LED نور قرمز با طول موج غالب بین 625nm و 640nm و bins شدت نوری از 8 mcd تا 65 mcd ساطع می‌کند. محصول در چندین bin شدت و طول موج موجود است که امکان تنظیم دقیق برای یکنواختی در کاربردهای بزرگ را فراهم می‌کند.

2. تحلیل پارامترهای فنی

2.1 مشخصات الکتریکی و نوری

در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد و جریان تست 5mA، LED ویژگی‌های معمولی زیر را نشان می‌دهد:

• ولتاژ رو به جلو (VF):ولتاژ رو به جلو به چندین گروه (A2 تا D2) تقسیم شده است که محدوده 1.7V تا 2.4V را با گام‌های 0.1V پوشش می‌دهد. تلرانس اندازه‌گیری ±0.1V است.
• طول موج غالب (λD):سه bin طول موج (F00: 625-630nm، G00: 630-635nm، H00: 635-640nm) امکان انتخاب دقیق رنگ قرمز را فراهم می‌کند. تلرانس ±2nm.
• شدت نوری (IV):شش bin (A00: 8-12 mcd، B00: 12-18 mcd، C00: 18-28 mcd، D00: 28-43 mcd، E00: 43-65 mcd) طیف وسیعی از گزینه‌های روشنایی را پوشش می‌دهد. تلرانس ±10%.
• زاویه دید (2θ1/2):معمولاً 140 درجه، که پراکندگی گسترده را تضمین می‌کند.
• جریان معکوس (IR):کمتر از 10 µA در VR=5V.
• مقاومت حرارتی (RTHJ-S):450 درجه سانتی‌گراد/وات (اتصال لحیم به نقطه لحیم).

2.2 حداکثر مقادیر مجاز

برای جلوگیری از آسیب دائمی، دستگاه نباید از محدودیت‌های زیر تجاوز کند:

• توان اتلافی (Pd): 48 mW
• جریان رو به جلو (IF): 20 mA (DC); 60 mA پیک برای پالس (1/10 duty، عرض 0.1ms)
• ESD (HBM): 2000 V
• دمای عملیاتی (Topr): -40°C تا +85°C
• دمای ذخیره‌سازی (Tstg): -40°C تا +85°C
• دمای اتصال (Tj): 95°C

2.3 ویژگی‌های حرارتی

مقاومت حرارتی 450°C/W نشان‌دهنده قابلیت اتلاف حرارت متوسط است. در عملکرد مداوم در 20mA، افزایش دمای اتصال از محیط حدود 9°C است (با فرض مدیریت حرارتی خوب). باید مراقب بود که اتصال زیر حد 95°C باقی بماند، به‌ویژه در کاربردهای با تراکم بالا. منحنی‌های کاهش عملکرد نوری معمول نشان می‌دهند که شدت نسبی با افزایش دمای محیط به صورت خطی کاهش می‌یابد (بخش 3 را ببینید).

3. تحلیل منحنی عملکرد

برگه داده چندین رابطه گرافیکی ارائه می‌دهد که به طراحی مدار کمک می‌کند:

3.1 ولتاژ رو به جلو در مقابل جریان رو به جلو

شکل 1-6 یک منحنی دیود نمایی معمولی را نشان می‌دهد. در ولتاژ رو به جلو 2V، جریان تقریباً 5mA است. منحنی بالای 2V تندتر می‌شود و در حدود 2.5V به 20mA می‌رسد. این غیرخطی بودن نیاز به مقاومت‌های محدودکننده جریان را تأکید می‌کند.

3.2 شدت نسبی در مقابل جریان رو به جلو

شدت نسبی تا 20mA به صورت خطی با جریان رو به جلو افزایش می‌یابد و سپس کمی اشباع می‌شود. در 5mA، شدت نسبی حدود 0.4 (نرمال شده به 20mA) است. این ناحیه خطی امکان تنظیم آسان روشنایی را از طریق PWM یا کنترل جریان آنالوگ فراهم می‌کند.

3.3 اثرات دما

شکل 1-8 نشان می‌دهد که شدت نسبی حدود 15% کاهش می‌یابد زمانی که دمای محیط از 25°C به 85°C افزایش یابد. شکل 1-9 نشان می‌دهد که حداکثر جریان رو به جلو مجاز از 20mA در 25°C به حدود 8mA در دمای پین 100°C کاهش می‌یابد. این منحنی‌های کاهش برای طراحی حرارتی حیاتی هستند.

3.4 پایداری طول موج

شکل 1-10 نشان می‌دهد که طول موج غالب از 5mA به 15mA کمی تغییر می‌کند (حدود 2nm) و درون bin باقی می‌ماند. این پایداری برای اکثر کاربردهای نشانگر قابل قبول است.

3.5 توزیع طیفی

طیف (شکل 1-11) یک قله باریک متمرکز در حدود 630nm با عرض کامل در نصف حداکثر (FWHM) حدود 20nm را نشان می‌دهد که برای LEDهای قرمز AllnGaP معمول است.

3.6 الگوی تابش

شکل 1-12 یک نمودار قطبی ارائه می‌دهد که یک الگوی گسیل نزدیک به Lambertian را نشان می‌دهد. شدت نسبی در حدود 70 درجه از محور به 50% کاهش می‌یابد که زاویه دید 140 درجه را تأیید می‌کند.

4. سیستم Binning

RF-RU0402TS-BC-B1 از یک سیستم binning چندبعدی برای رنگ، روشنایی و ولتاژ رو به جلو استفاده می‌کند:

• Bins طول موج:F00 (625-630nm)، G00 (630-635nm)، H00 (635-640nm). هر bin ظاهر رنگ ثابت را تضمین می‌کند.
• Bins شدت نوری:A00 تا E00 (محدوده 8-65 mcd). Bins غیرهمپوشان هستند که امکان تطبیق دقیق برای نور پس‌زمینه یکنواخت یا نمایشگرهای ماتریسی را فراهم می‌کند.
• Bins ولتاژ رو به جلو:A2 تا D2 (1.7-2.4V، گام‌های 0.1V). گروه‌بندی ولتاژ به طراحی مدارهای سری/موازی با کاهش تغییرات جریان کمک می‌کند.

ترکیب این bins در برچسب شماره قطعه کدگذاری شده است (به عنوان مثال، فیلد BIN CODE). مشتریان می‌توانند ترکیبات خاص bin را برای تولید حجم بالا به منظور دستیابی به یکنواختی دقیق درخواست کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

LED از یک فوت‌پرینت فوق‌کوچک 0402 (1.0mm × 0.5mm × 0.4mm) استفاده می‌کند. بسته دارای دو ترمینال با علامت کاتد است (شکل 1-4 را ببینید). نمای پایین ابعاد پد را نشان می‌دهد: پد 1 آند، پد 2 کاتد است. الگوی لحیم‌کاری توصیه شده (شکل 1-5) دارای پدهای 0.6mm × 0.6mm با فاصله 0.5mm است که امکان تشکیل اتصال لحیم قابل اعتماد را فراهم می‌کند.

5.2 قطبیت و جابجایی

قطبیت به وضوح توسط یک علامت روی سطح بالایی (سمت کاتد) نشان داده شده است. قطبیت نادرست می‌تواند باعث شکست معکوس (حداکثر 5V) و آسیب به LED شود. بسته بسیار کوچک است، بنابراین جابجایی دقیق با موچین خلأ یا ابزار pick-and-place توصیه می‌شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری Reflow

پروفایل reflow توصیه شده (شکل 3-1) از استانداردهای IPC/JEDEC با دمای پیک 260°C (حداکثر 10 ثانیه) پیروی می‌کند. پارامترهای کلیدی:

• پیش‌گرم: 150°C تا 200°C برای 60-120 ثانیه
• زمان بالای 217°C (TL): 60-150 ثانیه
• دمای پیک (TP): 260°C (حداکثر 10 ثانیه)
• نرخ خنک‌سازی: ≤6°C/s

بیش از دو چرخه reflow انجام ندهید. اگر بیش از 24 ساعت بین عملیات لحیم‌کاری فاصله باشد، پخت (baking) لازم است. لحیم‌کاری دستی با هویه باید به یک طرف در دمای ≤300°C برای ≤3 ثانیه محدود شود.

6.2 اقدامات احتیاطی در جابجایی

LED به رطوبت حساس است (MSL سطح 3). دستگاه‌های استفاده نشده باید در کیسه مانع رطوبت مهر و موم شده با خشک‌کننده ذخیره شوند. پس از باز کردن، زمان ذخیره‌سازی به 168 ساعت در 30°C/60% RH محدود است. اگر کارت نشانگر رطوبت رطوبت بیش از حد را نشان داد، در دمای 60±5°C به مدت ≥24 ساعت پخت کنید.

علاوه بر این، پوشش سیلیکونی در برابر حملات شیمیایی از گوگرد، برم، کلر و VOCs حساس است. مواد هم‌جفت باید حاوی کمتر از 100PPM گوگرد،<900PPM از هر یک از برم و کلر (مجموعاً<1500PPM) باشند. از چسب‌هایی که بخارات آلی آزاد می‌کنند خودداری کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 فرمت بسته‌بندی

LEDها در نوار حامل 8mm عرض (4000 عدد در هر قرقره) با قرقره 178mm عرضه می‌شوند. نوار دارای جهت قطبیت و نوار پوششی برای محافظت است. هر قرقره با شماره قطعه، شماره مشخصات، شماره لات، کد bin، تعداد و کد تاریخ برچسب‌گذاری شده است.

7.2 ذخیره‌سازی و عمر مفید

کیسه‌های مهر و موم شده را می‌توان در دمای ≤30°C/≤75% RH تا یک سال از تاریخ ساخت ذخیره کرد. پس از باز شدن، عمر کف (floor life) MSL سطح 3 را به مدت 168 ساعت دنبال کنید. اگر خشک‌کننده تغییر رنگ داده یا زمان منقضی شده باشد، پخت اجباری است.

8. راهنمای کاربرد

8.1 کاربردهای معمول

RF-RU0402TS-BC-B1 برای نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه دکمه، روشنایی نماد و بازخورد بصری عمومی در لوازم الکترونیکی مصرفی، پوشیدنی‌ها، دستگاه‌های IoT و نورپردازی داخلی خودرو ایده‌آل است. فوت‌پرینت کوچک آن برای PCBهای با فضای محدود مناسب است.

8.2 ملاحظات طراحی مدار

همیشه از یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان استفاده کنید. برای منبع تغذیه 3.3V، یک مقاومت 150Ω تقریباً 10mA تولید می‌کند (با فرض افت ولتاژ رو به جلو 1.8V). در عملکرد پالسی (به عنوان مثال، 1/10 duty)، جریان پیک تا 60mA مجاز است. برای آرایه‌های موازی، استفاده از مقاومت‌های مجزا برای هر LED برای جلوگیری از دزدی جریان به دلیل تغییرات bin ولتاژ توصیه می‌شود.

8.3 مدیریت حرارتی

علیرغم توان پایین، طراحی حرارتی مناسب در صورت تجمع تعداد زیادی LED توصیه می‌شود. دمای پد لحیم را زیر 85°C نگه دارید؛ از vias حرارتی و صفحات مسی برای پخش گرما استفاده کنید. در محیط‌های با دمای بالا، جریان رو به جلو را کاهش دهید (منحنی کاهش در شکل 1-9 را ببینید).

9. مقایسه رقابتی

در مقایسه با LEDهای 0402 استاندارد از فروشندگان دیگر، RF-RU0402TS-BC-B1 زاویه دید گسترده‌تر (140 درجه در مقابل 120 درجه معمول) و گزینه‌های binning دقیق‌تر (bins ولتاژ 0.1V، bins طول موج 2nm) ارائه می‌دهد. حداکثر جریان رو به جلو نامی 20mA کمی بیشتر از برخی رقبا (اغلب 18mA) است که در صورت نیاز خروجی روشن‌تری امکان‌پذیر است. رتبه ESD 2kV (HBM) با هنجارهای صنعتی قابل مقایسه است. یک مزیت منحصربه‌فرد، راهنمایی صریح در مورد سازگاری مواد (محدودیت گوگرد، هالوژن) برای جلوگیری از تخریب LED است که به ندرت در برگه‌های داده رقبا ارائه می‌شود.

10. سوالات فنی رایج

س: جریان عملیاتی توصیه شده برای حداکثر عمر چیست؟پاسخ: برای کاربردهای عمومی، کار در 10mA تعادل خوبی بین روشنایی و طول عمر ایجاد می‌کند. افزایش دمای اتصال حداقل است و LED می‌تواند بیش از 50,000 ساعت عمر کند.

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از یک پین منطقی 3.3V راه‌اندازی کنم؟پاسخ: بله، اما فقط با یک مقاومت سری مناسب. یک مقاومت 150Ω جریان را به تقریباً 10mA محدود می‌کند (با فرض VF 1.8V). بسیاری از پین‌های منطقی می‌توانند 20mA منبع تغذیه کنند، اما برگه داده میکروکنترلر را بررسی کنید.

س: چگونه باید PCB را پس از لحیم‌کاری تمیز کنم؟پاسخ: از ایزوپروپیل الکل (IPA) استفاده کنید و از حلال‌های تهاجمی که ممکن است به سیلیکون حمله کنند خودداری کنید. تمیزکاری اولتراسونیک توصیه نمی‌شود مگر اینکه از نظر سازگاری آزمایش شده باشد.

س: سطح حساسیت ESD چقدر است؟پاسخ: کلاس 1C (2000V HBM). اقدامات احتیاطی استاندارد ESD (ایستگاه‌های کار زمینی، کیسه‌های آنتی‌استاتیک، بند مچ) باید در حین جابجایی و مونتاژ استفاده شود.

11. مطالعه موردی طراحی

مورد: ردیاب تناسب اندام پوشیدنی با 4 LED وضعیت

نیاز طراحی: چهار LED قرمز (ضربان قلب، بلوتوث، فعالیت، هشدار) باید در نور مستقیم خورشید قابل مشاهده باشند اما از بودجه توان کل 200mW تجاوز نکنند. با استفاده از RF-RU0402TS-BC-B1 در bin روشنایی C00 (18-28 mcd)، هر LED در 8mA از طریق منبع تغذیه 2.0V (مبدل boost) کار می‌کند. ولتاژ رو به جلو حدود 1.8V است، بنابراین از یک مقاومت 25Ω استفاده می‌شود. توان کل: 4 × 1.8V × 8mA = 57.6mW، که به خوبی در بودجه است. زاویه دید گسترده 140 درجه دید را در زوایای کج شدن ساعت تضمین می‌کند. حفاظت ESD بر روی PCB انعطاف‌پذیر یکپارچه شده است. داده‌های آزمایش قابلیت اطمینان دستگاه (تست عمر 1000 ساعت در 5mA) برای ضمانت محصول 2 ساله اطمینان بخشید.

12. اصل عملکرد

این LED از یک تراشه نیمه‌هادی قرمز AllnGaP (فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم) استفاده می‌کند. هنگامی که بایاس رو به جلو اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب می‌شوند و فوتون‌هایی با انرژی متناظر با باندگپ (≈1.95 eV، 635nm) آزاد می‌کنند. تراشه بر روی یک قاب سربی نصب شده و با اپوکسی یا سیلیکون محصور می‌شود تا یک بسته سطحی تشکیل دهد. شکل لنز کوچک (صاف در بالا) به زاویه گسیل گسترده کمک می‌کند. گرما از طریق ترمینال پشتی به PCB هدایت می‌شود.

13. روندهای فناوری

با ادامه کوچک‌تر شدن دستگاه‌های IoT و پوشیدنی، تقاضا برای LEDهای فوق‌مینیاتوری مانند 0402 رشد خواهد کرد. روندها عبارتند از:

• بازدهی بالاتر:بهبود در طراحی تراشه، mcd/mA را افزایش می‌دهد و امکان روشنایی یکسان را در جریان‌های کمتر برای صرفه‌جویی در باتری فراهم می‌کند.
• Binning دقیق‌تر:مشتریان به طور فزاینده‌ای نیاز به گروه‌بندی دقیق رنگ و ولتاژ برای آرایه‌های یکنواخت دارند. bins 0.1V و 2nm ارائه شده در اینجا در حال حاضر رقابتی هستند.
• قابلیت اطمینان افزایش یافته:تمرکز مداوم بر مقاومت در برابر گوگرد/هالوژن و آزمایش طول عمر گسترده (10,000+ ساعت).
• یکپارچه‌سازی‌ها:بسته‌های 0402 چند رنگ (RGB) در حال ظهور هستند، اما قرمز تنها همچنان یک ابزار کار برای نشانگرهای وضعیت و ایمنی باقی می‌ماند.

RF-RU0402TS-BC-B1 با binning جامع، طراحی مقاوم و راهنمایی کاربردی واضح خود به خوبی برای پاسخگویی به این روندها قرار دارد.