فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 2. بررسی عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 مقادیر حداکثر مطلق
- 2.2 Electrical & Optical Characteristics
- 3. توضیح سیستم Binning
- 3.1 Forward Voltage Binning
- 3.2 Luminous Intensity Binning
- 3.3 دستهبندی طول موج غالب
- 4. تحلیل منحنی عملکرد
- 5. Mechanical & Packaging Information
- 5.1 ابعاد بستهبندی
- 5.2 Soldering Pad Layout & Polarity
- 5.3 مشخصات نوار و قرقره
- 6. Soldering & Assembly Guidelines
- 6.1 پروفیل لحیمکاری Reflow
- 6.2 لحیمکاری دستی
- 6.3 تمیزکاری
- 6.4 اقدامات احتیاطی تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
- 7. Storage & Handling Conditions
- 8. پیشنهادات کاربردی
- 8.1 سناریوهای کاربردی متداول
- 8.2 ملاحظات طراحی
- 9. Technical Comparison & Differentiation
- 10. پرسشهای متداول (FAQ)
- 10.1 تفاوت بین Peak Wavelength و Dominant Wavelength چیست؟
- 10.2 آیا میتوانم این LED را بدون مقاومت محدودکننده جریان راهاندازی کنم؟
- 10.3 چرا سیستم باینینگ وجود دارد و کدام باین را باید انتخاب کنم؟
- 10.4 چگونه شرایط لحیمکاری "260 درجه سانتیگراد به مدت 10 ثانیه" را تفسیر کنم؟
- 11. مطالعه موردی طراحی عملی
- 12. معرفی اصول فناوری
- 13. Industry Trends & Developments
1. مرور کلی محصول
این سند مشخصات فنی جامعی را برای یک دیود نورافشان نصب سطحی با دید جانبی (SMD) ارائه میدهد. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده است که نیازمند زاویه دید گسترده و روشنایی بالا از یک بستهبندی فشرده و تابش جانبی هستند. این قطعه از یک تراشه نیمههادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) برای تولید نور سبز استفاده میکند و تعادلی از کارایی و عملکرد مناسب برای مونتاژهای الکترونیکی مدرن ارائه میدهد.
این LED بر روی نوار 8 میلیمتری پیچیده شده بر روی قرقرههایی به قطر 7 اینچ بستهبندی شده است که آن را کاملاً با تجهیزات اتوماتیک سریع برداشت و قراردادن مورد استفاده در تولید انبوه سازگار میسازد. طراحی آن از بستهبندی استاندارد EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک) پیروی میکند که تضمینکننده سازگاری گسترده در صنعت است.
2. بررسی عمیق پارامترهای فنی
2.1 مقادیر حداکثر مطلق
مقادیر حداکثر مطلق، محدودیتهای تنش را تعریف میکنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) معادل 25 درجه سانتیگراد مشخص شدهاند و تحت هیچ شرایط کاری نباید از آنها تجاوز کرد.
- اتلاف توان (Pd): 76 mW. این حداکثر توانی است که بسته LED میتواند بدون تجاوز از محدودیتهای حرارتی خود به صورت گرما تلف کند.
- جریان مستقیم پیک (IFP): 100 میلیآمپر. این حداکثر جریان لحظهای مجاز در جهت مستقیم است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلیثانیه) مشخص میشود تا از گرم شدن بیش از حد تراشه جلوگیری شود.
- جریان مستقیم پیوسته (IF): 20 میلیآمپر. این حداکثر جریان پیوسته مستقیم توصیه شده برای عملکرد مطمئن و بلندمدت است.
- محدوده دمای کاری: 20- درجه سلسیوس تا 80+ درجه سلسیوس. عملکرد دستگاه در این محدوده دمای محیط تضمین شده است.
- محدوده دمای نگهداری: 30- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. دستگاه را میتوان در این محدودهها بدون تخریب ذخیره کرد.
- شرایط لحیمکاری بازجریانی مادون قرمز: دمای اوج ۲۶۰ درجه سلسیوس برای حداکثر ۱۰ ثانیه. این امر تعیینکننده تلرانس پروفایل حرارتی برای فرآیندهای مونتاژ لحیم بدون سرب (Pb-free) است.
2.2 Electrical & Optical Characteristics
مشخصههای عملکرد معمول در دمای محیط ۲۵ درجه سلسیوس و با جریان مستقیم ۲۰ میلیآمپر اندازهگیری میشوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این پارامترها عملکرد مورد انتظار در شرایط استفاده عادی را تعریف میکنند.
- شدت نور (Iv): از حداقل ۷۱.۰ میلیکاندلا تا حداکثر ۴۵۰.۰ میلیکاندلا متغیر است. شدت نور با استفاده از سنسوری که مطابق با منحنی پاسخ فوتوپیک CIE (مربوط به چشم انسان) فیلتر شده است، اندازهگیری میشود. مقدار واقعی برای هر واحد خاص به کد بین آن بستگی دارد (بخش ۳ را ببینید).
- زاویه دید (2θ1/2): 130 درجه. این زاویه کاملای است که در آن شدت نور به نصف مقدار خود در محور مرکزی (0°) کاهش مییابد. زاویه دید گسترده 130 درجه، این LED را برای کاربردهای نور پسزمینه و نشانگر که در آنها نور باید از کنارهها نیز قابل مشاهده باشد، مناسب میسازد.
- طول موج اوج تابش (λP): 530 نانومتر. این طول موجی است که در آن خروجی توان طیفی LED در حداکثر خود قرار دارد.
- طول موج غالب (λd): 525 نانومتر. این مقدار از نمودار رنگی CIE استخراج شده و نشاندهنده طول موج واحدی است که به بهترین شکل رنگ درکشده نور ساطعشده را توصیف میکند. این نمایشی دقیقتر از رنگ نسبت به طول موج اوج است.
- عرض نیمخط طیفی (Δλ): 35 نانومتر. این پارامتر نشاندهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور منتشرشده است که به عنوان عرض کامل در نصف بیشینه (FWHM) طیف انتشار اندازهگیری میشود.
- ولتاژ پیشرو (VF): معمولاً 3.20 ولت، با محدودهای از 2.80 ولت (حداقل) تا 3.60 ولت (حداکثر) در IF=20mA. این افت ولتاژ در سراسر LED هنگام کار است.
- جریان معکوس (IR): 10 μA (حداکثر) هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) معادل 5V اعمال میشود. توجه به این نکته حیاتی است که این LED برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این شرایط آزمایش تنها برای مشخصسازی جریان نشتی است.
3. توضیح سیستم Binning
برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دستههای عملکردی دستهبندی میشوند. این امر به طراحان اجازه میدهد قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات خاصی برای رنگ، روشنایی و ولتاژ را برآورده میکنند.
3.1 Forward Voltage Binning
واحدها بر اساس ولتاژ جریان مستقیم (VF) آنها در 20mA دستهبندی میشوند. تلرانس درون هر دسته +/-0.1V است.
- دسته D7: VF = 2.80V - 3.00V
- دسته D8: VF = 3.00V - 3.20V
- Bin D9: VF = 3.20V - 3.40V
- Bin D10: VF = 3.40V - 3.60V
3.2 Luminous Intensity Binning
واحدها بر اساس شدت نور (Iv) آنها در 20mA مرتب شدهاند. تلرانس در هر Bin برابر با +/-15% است.
- Bin Q: Iv = 71.0 mcd - 112.0 mcd
- Bin R: Iv = 112.0 mcd - 180.0 mcd
- Bin S: Iv = 180.0 mcd - 280.0 mcd
- Bin T: Iv = 280.0 mcd - 450.0 mcd
3.3 دستهبندی طول موج غالب
واحدها بر اساس طول موج غالب (λd) در جریان 20mA دستهبندی میشوند. تلرانس درون هر دسته +/-1nm است که ثبات رنگی دقیقی را تضمین میکند.
- دسته AP: λd = 520.0 nm - 525.0 nm
- Bin AQ: λd = 525.0 nm - 530.0 nm
- Bin AR: λd = 530.0 nm - 535.0 nm
انتخاب از سطلهای خاص امکان تطبیق دقیق رنگ و یکنواختی روشنایی را در کاربردهای چند LED، مانند نمایشگرها یا آرایههای نور پسزمینه فراهم میکند.
4. تحلیل منحنی عملکرد
در حالی که منحنیهای گرافیکی خاصی در برگه اطلاعات (دیتاشیت) اشاره شدهاند (مانند شکل 1 برای توزیع طیفی، شکل 5 برای زاویه دید)، پیامدهای معمول آنها در اینجا تحلیل میشود. این منحنیها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ضروری هستند.
جریان مستقیم در مقابل شدت نور (منحنی I-Iv): شدت نور یک LED مستقیماً با جریان مستقیم متناسب است و معمولاً در محدوده عملیاتی توصیه شده از یک رابطه تقریباً خطی پیروی میکند. تجاوز از حداکثر جریان DC نه تنها روشنایی را به صورت غیرخطی افزایش میدهد، بلکه گرمای بیش از حدی تولید میکند که میتواند طول عمر را کاهش داده و طول موج غالب را جابجا کند.
جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V): مشخصه I-V یک LED نمایی است. افزایش اندک ولتاژ فراتر از ولتاژ مستقیم معمول (مثلاً 3.2 ولت) میتواند در صورت عدم محدودیت مناسب جریان توسط مدار درایور یا مقاومت سری، باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب جریان شود.
وابستگی به دما: عملکرد LED به دما حساس است. با افزایش دمای پیوند:
- شدت نور کاهش مییابد. دمای بالاتر باعث کاهش بازده کوانتومی داخلی میشود که منجر به خروجی نور کمتر با همان جریان راهانداز میگردد.
- ولتاژ پیشرو کاهش مییابد. شکاف انرژی نیمههادی با دما کمی باریک میشود و ولتاژ مورد نیاز برای دستیابی به جریان معینی را کاهش میدهد.
- طول موج غالب جابجا میشود. به طور معمول، برای LEDهای سبز مبتنی بر InGaN، طول موج ممکن است با افزایش دما کمی به سمت طولموجهای بلندتر (انتقال به سرخ) جابجا شود که بر درک رنگ تأثیر میگذارد.
5. Mechanical & Packaging Information
5.1 ابعاد بستهبندی
LED دارای بستهبندی SMD نگاهکنان به پهلو است. تمام ابعاد حیاتی، از جمله طول بدنه، عرض، ارتفاع و موقعیتهای پایه، در نقشههای دیتاشیت با تلرانس کلی ±0.10 میلیمتر (0.004 اینچ) ارائه شدهاند. این دقت، قرارگیری و لحیمکاری قابل اطمینان توسط ماشینآلات خودکار را تضمین میکند.
5.2 Soldering Pad Layout & Polarity
دیتاشیت شامل یک طرح پیشنهادی برای پدهای لحیمکاری در چیدمان PCB است. رعایت این توصیهها برای دستیابی به اتصال لحیم قابل اعتماد و تراز مناسب حیاتی است. قطعه دارای علامتگذاری قطبیت (معمولاً نشانگر کاتد روی بدنه پکیج) است. جهتگیری صحیح باید در طول مونتاژ رعایت شود، زیرا اعمال ولتاژ معکوس میتواند بلافاصله به LED آسیب برساند.
5.3 مشخصات نوار و قرقره
دستگاه بر روی نوار حامل برجستهکاری شده با یک نوار پوشش محافظ عرضه میشود و بر روی قرقرههایی به قطر 7 اینچ (178 میلیمتر) پیچیده شده است. مقدار استاندارد قرقره 3000 عدد است. مشخصات کلیدی نوار شامل فاصله حفرهها، عرض نوار و ابعاد قرقره است که مطابق با استانداردهای ANSI/EIA-481-1-A برای تجهیزات حمل خودکار طراحی شدهاند.
6. Soldering & Assembly Guidelines
6.1 پروفیل لحیمکاری Reflow
یک پروفایل پیشنهادی بازجوش مادون قرمز (IR) برای فرآیندهای لحیم کاری بدون سرب (Pb-free) ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:
- ناحیه پیش گرمایش: 150 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد، با حداکثر زمان پیش گرمایش 120 ثانیه برای گرم کردن تدریجی برد و قطعات، فعالسازی فلاکس و به حداقل رساندن شوک حرارتی.
- دمای اوج: حداکثر 260 درجه سانتیگراد. قطعه نباید در معرض دمای بالاتر از این حد قرار گیرد.
- زمان بالاتر از مایعساز (TAL): مدت زمانی که لحیم در حالت مذاب است برای تشکیل اتصال حیاتی است. پروفایل حداکثر 10 ثانیه در دمای اوج را پیشنهاد میکند و عملیات ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.
6.2 لحیمکاری دستی
در صورت لزوم انجام لحیم کاری دستی، باید نهایت دقت به عمل آید:
- دمای هویه: حداکثر ۳۰۰ درجه سانتیگراد.
- زمان لحیمکاری: حداکثر ۳ ثانیه برای هر اتصال لحیمکاری.
- فرکانس: باید تنها یک بار انجام شود تا از تنش حرارتی روی بستهبندی پلاستیکی و اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود.
6.3 تمیزکاری
اگر تمیزکاری پس از لحیمکاری لازم باشد، تنها باید از حلالهای مشخص شده استفاده شود تا از آسیب به لنز پلاستیکی و بدنه LED جلوگیری شود. عوامل تمیزکننده توصیه شده بر پایه الکل هستند، مانند اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل (IPA). LED باید در دمای معمولی اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه غوطهور شود. باید از تمیزکنندههای شیمیایی خشن یا نامشخص اجتناب کرد.
6.4 اقدامات احتیاطی تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
LEDها نسبت به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) و موجهای الکتریکی حساس هستند. رعایت اقدامات احتیاطی در هنگام جابجایی اجباری است:
- هنگام کار با دستگاهها از مچبند اتصال به زمین یا دستکشهای ضداستاتیک استفاده کنید.
- اطمینان حاصل کنید که تمام ایستگاههای کاری، تجهیزات و ابزارها به درستی زمین شدهاند.
- قطعات را در بستهبندی محافظ ESD نگهداری و حمل کنید.
7. Storage & Handling Conditions
نگهداری صحیح برای حفظ قابلیت لحیمکاری و قابلیت اطمینان قطعه حیاتی است، به ویژه برای بستهبندیهای SMD حساس به رطوبت.
- بستهبندی مهر و موم شده: LEDها در بستهبندی رطوبتگیر اصلی و بازنشده خود (همراه با جاذب رطوبت) باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤90% نگهداری شوند. عمر مفید توصیهشده در این شرایط یک سال است.
- بستهبندی بازشده: پس از باز کردن کیسه محافظ رطوبت، شرایط محیط نگهداری نباید از 30 درجه سانتیگراد و 60 درصد رطوبت نسبی تجاوز کند. اکیداً توصیه میشود فرآیند لحیمکاری IR ریفلو در مدت یک هفته پس از باز کردن بسته انجام شود.
- نگهداری طولانیمدت (بازشده): برای نگهداری بیش از یک هفته، قطعات باید در یک ظرف دربسته با جاذب رطوبت تازه یا در یک خشککن پاکشده با نیتروژن قرار داده شوند.
- پخت حرارتی (بیکینگ): اگر قطعات بیش از یک هفته در معرض شرایط محیطی قرار گرفتهاند، فرآیند پخت (تقریباً ۶۰ درجه سانتیگراد به مدت حداقل ۲۰ ساعت) قبل از لحیمکاری توصیه میشود تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "ترکیدن بسته" (ترک خوردن پکیج) در طول ریفلو جلوگیری شود.
8. پیشنهادات کاربردی
8.1 سناریوهای کاربردی متداول
پروفایل تابش از کنار و زاویه دید گسترده، این LED را برای چندین کاربرد ایدهآل میسازد:
- نشانگرهای وضعیت روی پنلهای عمودی: برای تجهیزاتی که PCB به صورت عمود بر خط دید کاربر نصب میشود، مانند سختافزارهای شبکه، میکسرهای صوتی یا پنلهای کنترل صنعتی، مناسب است.
- نورپردازی کناری (Edge-Lit) میتوان از آن برای روشنایی راهنماهای نوری در نمایشگرهای کوچک، صفحهکلیدها یا پانلهای تزئینی از کنار استفاده کرد و درخششی یکنواخت ایجاد نمود.
- لوازم الکترونیکی مصرفی چراغهای نشانگر در گوشیهای هوشمند، تبلتها، لپتاپها، کنسولهای بازی و لوازم خانگی.
- روشنایی داخلی خودرو: برای چراغهای وضعیت داخلی غیرحساس، مشروط بر اینکه الزامات دمای عملیاتی و قابلیت اطمینان برآورده شوند.
8.2 ملاحظات طراحی
- محدودسازی جریان: همیشه LED را با یک منبع جریان ثابت یا یک مقاومت سری محدودکننده جریان راهاندازی کنید. مقدار مقاومت را میتوان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد: R = (Vsupply - VF) / IF، که در آن VF ولتاژ مستقیم معمولی یا حداکثر از دیتاشیت است تا عملکرد ایمن در همه شرایط تضمین شود.
- مدیریت حرارتی: اگرچه اتلاف توان کم است (76 میلیوات)، اما اطمینان از مساحت کافی مس در اطراف پدهای لحیمکاری روی PCB به دفع گرما کمک میکند، عملکرد و طول عمر LED را حفظ میکند، به ویژه در دمای محیطی بالا یا فضاهای محصور.
- طراحی نوری: هنگام طراحی لولههای نوری، لنزها یا پخشکنندههای نور، زاویه دید 130 درجه را در نظر بگیرید تا نور ساطعشده را به طور مؤثر دریافت و هدایت کند.
- محافظت در برابر ESD: در کاربردهای مستعد وقوع ESD، افزودن دیودهای سرکوب ولتاژ گذرا (TVS) یا دیگر مدارهای محافظتی روی خطوط درایور LED را در نظر بگیرید.
9. Technical Comparison & Differentiation
در مقایسه با LEDهای SMD استاندارد با انتشار نور از بالا، این نوع با انتشار نور از کنار، مزیت متمایزی در کاربردهایی ارائه میدهد که فضای روی برد محدود است یا نیاز به هدایت نور به صورت افقی وجود دارد. ویژگیهای کلیدی متمایزکننده آن شامل موارد زیر است:
- جهت انتشار نور: خروجی نور اصلی از کنار پکیج است، نه از بالا.
- زاویه دید گسترده: زاویه دید ۱۳۰ درجه معمولاً گستردهتر از بسیاری از LEDهای گسیلکننده از بالا است و میدان دید وسیعتری فراهم میکند.
- سازگاری: برخلاف برخی گسیلکنندههای جانبی تخصصی که ممکن است نیاز به مونتاژ دستی داشته باشند، سازگاری کامل با فرآیندهای استاندارد مونتاژ SMD (حلکاری بازجریانی، برداشت و قراردادن) را حفظ میکند.
- فناوری InGaN: استفاده از InGaN برای نور سبز، در مقایسه با فناوریهای قدیمیتر مانند AlInGaP برای برخی طولموجهای سبز، بازدهی بالاتر و پایداری عملکرد بهتری ارائه میدهد.
10. پرسشهای متداول (FAQ)
10.1 تفاوت بین Peak Wavelength و Dominant Wavelength چیست؟
طول موج پیک (λP) طول موج منفردی است که LED در آن بیشترین توان نوری را ساطع میکند. طول موج غالب (λd) از مختصات رنگی CIE محاسبه میشود و نمایانگر رنگ ادراک شده است. برای LEDهای تکرنگ مانند این نمونه سبز، اغلب نزدیک به هم هستند، اما λd پارامتر مرتبطتری برای مشخصهگذاری رنگ در کاربردهای انسانمحور است.
10.2 آیا میتوانم این LED را بدون مقاومت محدودکننده جریان راهاندازی کنم؟
No. ولتاژ پیشروی یک LED دارای ضریب دمایی منفی است و از واحد به واحد متفاوت است (همانطور که در باینینگ نشان داده شده است). اتصال مستقیم آن به یک منبع ولتاژ، حتی منبعی که با ولتاژ پیشروی معمولی آن مطابقت دارد، منجر به جریان کنترل نشده خواهد شد که احتمالاً از حداکثر مقدار مجاز مطلق فراتر رفته و دستگاه را بلافاصله از بین میبرد. استفاده از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت الزامی است.
10.3 چرا سیستم باینینگ وجود دارد و کدام باین را باید انتخاب کنم؟
سیستم بندی، تغییرات طبیعی در تولید نیمههادیها را در نظر میگیرد. این سیستم به شما امکان میدهد قطعاتی را انتخاب کنید که نیازهای خاص شما را برآورده میسازند:
- یک مورد خاص را انتخاب کنید باند طول موج غالب (AP, AQ, AR) برای ثبات رنگ دقیق در چندین LED در یک نمایشگر.
- یک درجه بالاتر انتخاب کنید دستهبندی شدت نور (S, T) اگر حداکثر روشنایی اولویت است.
- یک مورد خاص را انتخاب کنید دستهبندی ولتاژ مستقیم (D7-D10) اگر برای حاشیههای ولتاژ منبع تغذیه بسیار دقیق طراحی میشود.
10.4 چگونه شرایط لحیمکاری "260 درجه سانتیگراد به مدت 10 ثانیه" را تفسیر کنم؟
این بدان معناست که در طول فرآیند لحیمکاری ریفلو، دمای اندازهگیری شده در پایهها یا بدنه بستهبندی LED نباید از 260 درجه سانتیگراد تجاوز کند. علاوه بر این، مدت زمانی که دما در این نقطه اوج یا نزدیک به آن (معمولاً در محدوده 5-10 درجه سانتیگراد از نقطه اوج) قرار دارد نباید از 10 ثانیه بیشتر شود. تجاوز از این محدودیتها میتواند به بستهبندی پلاستیکی، اتصال داخلی تراشه یا اتصالات سیمی آسیب برساند.
11. مطالعه موردی طراحی عملی
سناریو: طراحی یک نشانگر وضعیت برای یک دستگاه پزشکی قابل حمل. PCB به صورت عمودی در داخل محفظهای باریک نصب شده است. نشانگر باید از زاویه دید گسترده به وضوح قابل مشاهده بوده و رنگ سبز یکنواختی را نمایش دهد.
پیادهسازی:
- انتخاب قطعه: این LED جانبی انتخاب شده است. برای اطمینان از یکنواختی رنگ، طرح Bin AQ (طول موج غالب 525-530 نانومتر) را مشخص میکند. برای روشنایی کافی، Bin S (180-280 میلیکندلا) انتخاب شده است.
- طراحی مدار: دستگاه توسط ریل سیستم 5 ولت تغذیه میشود. یک مقاومت سری با استفاده از حداکثر VF از دیتاشیت برای ایمنی محاسبه میشود: R = (5V - 3.6V) / 0.020A = 70 اهم. نزدیکترین مقدار استاندارد 68 اهم انتخاب میشود که جریانی حدود (5V - 3.2V)/68Ω ≈ 26.5mA را نتیجه میدهد. این مقدار کمی بالاتر از مقدار معمول 20mA است اما همچنان در محدوده حداکثر جریان DC مجاز قرار دارد. یک MOSFET سیگنال کوچک را میتوان برای کنترل میکروکنترلر اضافه کرد.
- PCB Layout: طرح پیشنهادی صفحه لحیمکاری از دیتاشیت استفاده شده است. پورهای مسی اضافی برای تخلیه حرارت به پدهای کاتد و آند اضافه شدهاند تا به دفع گرما کمک کنند، بدون آنکه بازکاری دستی را دشوار سازند.
- Optical Integration: یک لوله نوری ساده و قالبگیری شده از پلاستیک طراحی شده است تا نور ساطع شده از کنار را به یک روزنه کوچک در پنل جلویی دستگاه هدایت کند. زاویه دید ۱۳۰ درجه LED، اتصال کارآمد به لوله نوری را تضمین میکند.
- مونتاژ: LEDها تا لحظه قبل از استفاده در بستههای مهر و موم شده خود نگهداری میشوند. PCB مونتاژ شده تحت فرآیند لحیم کاری ریفلو با استفاده از پروفایل تایید شدهای قرار میگیرد که در محدوده ۲۶۰ درجه سانتیگراد به مدت ۱۰ ثانیه باقی میماند.
12. معرفی اصول فناوری
این LED بر اساس فناوری نیمههادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) ساخته شده است. اصل اصلی آن الکترولومینسانس است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم به دو سر پیوند p-n نیمههادی اعمال میشود، الکترونها از ناحیه نوع n و حفرهها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال (چاه کوانتومی) تزریق میشوند. در آنجا، الکترونها با حفرهها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد میکنند. طول موج خاص (رنگ) نور منتشر شده توسط انرژی شکاف باند ماده نیمههادی تعیین میشود که به نوبه خود توسط ترکیب دقیق آلیاژ InGaN (نسبت ایندیوم به گالیم) کنترل میگردد. محتوای ایندیوم بالاتر به طور کلی انتشار را به سمت طولموجهای بلندتر (مانند سبز، به جای آبی) سوق میدهد. بستهبندی نگاهکنان از طریق نصب تراشه نیمههادی به صورت خوابیده در حفره قاب سرب حاصل میشود، به طوری که سطح نورافکن اصلی آن از طریق کناره لنز پلاستیکی قالبگیری شده به بیرون میتابد، نه به سمت بالا.
13. Industry Trends & Developments
بازار LEDهای SMD با چندین روند مشخص همچنان در حال تحول است:
- افزایش بازده (لومن بر وات): پیشرفتهای مستمر در علم مواد و طراحی چیپ، خروجی نور بیشتری به ازای هر واحد توان الکتریکی ایجاد میکند که منجر به کاهش مصرف انرژی و بار حرارتی میشود.
- کوچکسازی: بستهها همچنان در حال کوچکشدن هستند (مانند اندازههای متریک از 0603 به 0402 و سپس 0201) در حالی که عملکرد نوری را حفظ یا بهبود میبخشند و این امر طراحیهای الکترونیکی فشردهتر و جمعوجورتر را ممکن میسازد.
- Improved Color Consistency & Binning: پیشرفتها در رشد اپیتاکسیال و کنترل فرآیند تولید منجر به توزیع پارامترهای محدودتر شده، نیاز به دستهبندی گسترده را کاهش داده و بازدهی را بهبود میبخشد.
- Higher Reliability & Lifetime: بهبود در مواد بستهبندی (مانند پلاستیکهای مقاوم در برابر حرارت بالا، اتصال قوی تراشه) و فناوری تراشه، طول عمر عملیاتی را افزایش میدهد و LEDها را برای کاربردهای خودرویی، صنعتی و پزشکی پرتقاضاتر مناسب میسازد.
- راهحلهای یکپارچه: رشد در LEDهای مجهز به درایور داخلی (ICهای جریان ثابت)، ویژگیهای محافظتی (ESD، موجهای گذرا) یا حتی میکروکنترلرها برای کاربردهای RGB آدرسپذیر (مانند LEDهای نوع WS2812).
اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
عملکرد فوتوالکتریک
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| Luminous Efficacy | lm/W (لومن بر وات) | خروجی نور به ازای هر وات برق، مقدار بالاتر به معنای بازده انرژی بیشتر است. | مستقیماً تعیینکننده درجه بهرهوری انرژی و هزینه برق است. |
| شار نوری | lm (lumens) | کل نور منتشر شده از منبع، که معمولاً "روشنایی" نامیده میشود. | تعیین میکند که آیا نور به اندازه کافی روشن است. |
| زاویه دید | ° (درجه)، مثلاً 120° | زاویهای که در آن شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده و یکنواختی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| CCT (دمای رنگ) | K (Kelvin)، مثلاً 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایینتر زردرنگ/گرم، مقادیر بالاتر سفیدرنگ/سرد. | جو نورپردازی و سناریوهای مناسب را تعیین میکند. |
| CRI / Ra | بدون واحد، ۰–۱۰۰ | توانایی نمایش دقیق رنگهای اشیا، Ra≥80 خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای پرتقاضا مانند مراکز خرید و موزهها استفاده میشود. |
| SDCM | مراحل بیضی مکآدام، به عنوان مثال، "5-step" | متریک یکنواختی رنگ، مراحل کوچکتر به معنای یکنواختی رنگ بیشتر است. | تضمین یکنواختی رنگ در سراسر دستهای از LEDهای مشابه. |
| طول موج غالب | nm (نانومتر)، به عنوان مثال: 620nm (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. | تعیینکننده فام (رنگ) LEDهای تکرنگ قرمز، زرد و سبز. |
| توزیع طیفی | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت را در طولموجهای مختلف نشان میدهد. | بر بازتولید رنگ و کیفیت تأثیر میگذارد. |
Electrical Parameters
| اصطلاح | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم | Vf | حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". | ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع میشوند. |
| Forward Current | If | مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| حداکثر جریان پالس | Ifp | جریان اوج قابل تحمل برای دورههای کوتاه، مورد استفاده برای تنظیم نور یا چشمک زدن. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| ولتاژ معکوس | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. | مدار باید از اتصال معکوس یا جهشهای ولتاژ جلوگیری کند. |
| مقاومت حرارتی | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از چیپ به لحیم، هرچه کمتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به خنککنندگی قویتر دارد. |
| ESD Immunity | V (HBM)، به عنوان مثال، 1000V | توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، مقدار بالاتر به معنای آسیبپذیری کمتر است. | اقدامات ضد استاتیک در تولید مورد نیاز است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
Thermal Management & Reliability
| اصطلاح | معیار کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی در داخل تراشه LED. | هر کاهش 10 درجه سانتیگراد ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ دمای بیش از حد بالا باعث افت نور و تغییر رنگ میشود. |
| افت شار نوری | L70 / L80 (ساعت) | زمان کاهش روشنایی تا 70% یا 80% مقدار اولیه. | مستقیماً "طول عمر مفید" LED را تعریف میکند. |
| Lumen Maintenance | درصد (مثلاً ۷۰٪) | درصد روشنایی حفظشده پس از زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در طول استفاده بلندمدت است. |
| تغییر رنگ | Δu′v′ or MacAdam ellipse | میزان تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنههای نوری تأثیر میگذارد. |
| پیری حرارتی | تخریب مواد | تخریب ناشی از دمای بالا در درازمدت. | ممکن است باعث کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
Packaging & Materials
| اصطلاح | انواع متداول | توضیح ساده | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC, PPA, Ceramic | ماده محفظه که تراشه را محافظت میکند و رابط نوری/حرارتی را فراهم میکند. | EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانیتر. |
| ساختار چیپ | Front, Flip Chip | Chip electrode arrangement. | Flip chip: better heat dissipation, higher efficacy, for high-power. |
| پوشش فسفر | YAG, Silicate, Nitride | تراشه آبی را میپوشاند، بخشی را به زرد/قرمز تبدیل میکند و برای تولید نور سفید ترکیب میکند. | فسفرهای مختلف بر بازده نوری، دمای رنگ و شاخص نمود رنگ تأثیر میگذارند. |
| Lens/Optics | Flat, Microlens, TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
Quality Control & Binning
| اصطلاح | محتوای دستهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دستهبندی شار نوری | کد، به عنوان مثال، 2G، 2H | گروهبندی شده بر اساس روشنایی، هر گروه دارای مقادیر حداقل/حداکثر لومن است. | اطمینان از یکنواختی روشنایی در یک دسته. |
| Voltage Bin | Code e.g., 6W, 6X | Grouped by forward voltage range. | تطبیق درایور را تسهیل میکند، بازدهی سیستم را بهبود میبخشد. |
| Color Bin | بیضی مکآدام ۵گامی | گروهبندی بر اساس مختصات رنگی، تضمین محدوده تنگ. | تضمین یکنواختی رنگ، جلوگیری از رنگ ناهموار درون چراغ. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K etc. | گروهبندی شده بر اساس CCT، هر کدام محدوده مختصات مربوطه خود را دارند. | پاسخگوی نیازهای CCT صحنههای مختلف است. |
Testing & Certification
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمون حفظ شار نوری | روشنایی بلندمدت در دمای ثابت، ثبت کاهش روشنایی. | برای تخمین عمر LED (با TM-21) استفاده میشود. |
| TM-21 | استاندارد تخمین عمر | تخمین عمر در شرایط واقعی بر اساس دادههای LM-80. | پیشبینی علمی عمر را ارائه میدهد. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | شامل روشهای آزمون نوری، الکتریکی و حرارتی میشود. | پایه آزمون مورد تأیید صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهینامهی محیطزیستی | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | الزام دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهی بهرهوری انرژی | گواهی بهرهوری و عملکرد انرژی برای روشنایی. | مورد استفاده در خریدهای دولتی، برنامههای یارانهای، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |