ال‌ای‌دی SMD قرمز نمای جانبی سری 57-21 - ابعاد بسته‌بندی 2.0x1.25x0.7 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 1.75-2.35 ولت - شدت نور 45-112 میلی‌کندلا - مستندات فنی

1. مرور کلی محصول

سری 57-21 نماینده خانواده‌ای از دیودهای نوری (ال‌ای‌دی) نصب سطحی (SMD) با نمای جانبی است. این سند مشخصاً به نوع قرمز آن می‌پردازد که از یک تراشه نیمه‌هادی AlGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیم فسفید) برای تولید نور قرمز درخشان استفاده می‌کند. این قطعه با بسته‌بندی فشرده و کم‌حجم خود شناخته می‌شود که به‌طور خاص برای کاربردهایی طراحی شده که فضا محدود است و نیاز به نوردهی از پهلو وجود دارد.

1.1 مزایای اصلی و جایگاه محصول

مزایای طراحی اصلی این سری ال‌ای‌دی از معماری بسته‌بندی آن نشأت می‌گیرد. این قطعه دارای زاویه دید گسترده، معمولاً 120 درجه است که از طریق طراحی بهینه رفلکتور داخلی به دست آمده است. این ویژگی، قطعه را به‌طور استثنایی برای کاربردهای راهنمای نور یا لایت پایپ مناسب می‌سازد، جایی که کوپلینگ کارآمد و نوردهی یکنواخت جانبی حیاتی است. علاوه بر این، دستگاه در سطوح جریان پایین کار می‌کند که آن را برای الکترونیک قابل حمل مبتنی بر باتری و سایر کاربردهایی که مصرف برق نگرانی اصلی است، ایده‌آل می‌سازد. این محصول به‌صورت بدون سرب تولید شده و با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد.

1.2 کاربردهای هدف

ترکیب فاکتور فرم نمای جانبی، زاویه دید گسترده و نیاز به توان پایین، بازار هدف آن را تعریف می‌کند. حوزه‌های کلیدی کاربرد شامل نور پس‌زمینه برای نمایشگرهای کریستال مایع (LCD) تمام‌رنگ، به‌ویژه در الکترونیک مصرفی باریک مانند تلفن‌های همراه، تبلت‌ها و لپ‌تاپ‌ها می‌شود. همچنین برای نشانگرهای وضعیت در تجهیزات اتوماسیون اداری (OA) و به‌عنوان جایگزینی مدرن و کارآمد برای لامپ‌های مینیاتوری معمولی در دستگاه‌های الکترونیکی مختلف مناسب است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی مشخص‌شده برای دستگاه تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C) را ارائه می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

این مقادیر، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر برای عملکرد عادی در نظر گرفته نشده‌اند.

• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوندگاه شود.
• جریان مستقیم (I_F):25 میلی‌آمپر DC. حداکثر جریان پیوسته مجاز.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):60 میلی‌آمپر. این مقدار فقط تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10 در 1 کیلوهرتز) مجاز است و برای مالتی‌پلکسینگ یا سیگنال‌های کوتاه مدت با روشنایی بالا مفید است.
• اتلاف توان (P_d):60 میلی‌وات. حداکثر توانی که بسته‌بندی می‌تواند به صورت گرما دفع کند.
• دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:به ترتیب 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد که نشان‌دهنده مناسب بودن برای محدوده‌های محیطی صنعتی و گسترده است.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):2000 ولت (مدل بدن انسان). یک سطح استاندارد که نیاز به رعایت احتیاط‌های اولیه در هنگام مونتاژ دارد.
• دمای لحیم‌کاری:لحیم‌کاری ریفلو در 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه یا لحیم‌کاری دستی در 350 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 3 ثانیه مشخص شده است که محدودیت‌های پروفیل حرارتی برای مونتاژ PCB را تعریف می‌کند.

2.2 مشخصات الکترو-نوری

این پارامترها در جریان آزمایش استاندارد I_F= 10mA اندازه‌گیری شده و عملکرد دستگاه را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_v):از 45 میلی‌کندلا (حداقل) تا 112 میلی‌کندلا (حداکثر) متغیر است، با تلرانس معمولی ±11%. این روشنایی درک‌شده خروجی نور قرمز است.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمولی). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار حداکثری خود کاهش می‌یابد و الگوی انتشار گسترده و پخش را تأیید می‌کند.
• طول موج غالب (λ_d):بین 617.5 نانومتر و 633.5 نانومتر. این رنگ درک‌شده (فام) نور قرمز را تعریف می‌کند. تلرانس ±1 نانومتر برای تطبیق رنگ دقیق مشخص شده است.
• طول موج پیک (λ_p):معمولاً 632 نانومتر که نشان‌دهنده پیک طیفی نور ساطع‌شده است و ممکن است کمی با طول موج غالب متفاوت باشد.
• پهنای باند طیفی (Δλ):معمولاً 20 نانومتر که عرض طیف ساطع‌شده حول طول موج پیک را توصیف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (V_F):بین 1.75 ولت و 2.35 ولت در 10mA، با تلرانس ±0.1 ولت. این پارامتر برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در بایاس معکوس 5 ولت که نشان‌دهنده کیفیت خوب پیوندگاه است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، ال‌ای‌دی‌ها بر اساس عملکرد دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات خاصی برای رنگ و روشنایی را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی طول موج غالب

دسته‌های طول موج تحت کد 'A' گروه‌بندی شده و به چهار زیردسته (E4, E5, E6, E7) تقسیم می‌شوند که هر کدام محدوده 4 نانومتری از 617.5 نانومتر تا 633.5 نانومتر را پوشش می‌دهند. این امکان انتخاب ال‌ای‌دی‌هایی با سایه‌های بسیار خاص قرمز را فراهم می‌کند که برای کاربردهایی که نیاز به ظاهر رنگ یکنواخت در چندین واحد دارند، حیاتی است.

3.2 دسته‌بندی شدت نور

روشنایی در چهار گروه دسته‌بندی شده است: P1 (45-57 میلی‌کندلا)، P2 (57-72 میلی‌کندلا)، Q1 (72-90 میلی‌کندلا) و Q2 (90-112 میلی‌کندلا). این امر امکان انتخاب بر اساس سطوح روشنایی مورد نیاز را فراهم می‌کند و می‌تواند مصرف برق را بهینه کند یا الزامات فوتومتریک خاصی را برآورده نماید.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم تحت کد 'B' با سه دسته گروه‌بندی شده است: 0 (1.75-1.95V)، 1 (1.95-2.15V) و 2 (2.15-2.35V). آگاهی از دسته V_Fمی‌تواند برای طراحی مدارهای درایور کارآمد، به‌ویژه در دستگاه‌های مبتنی بر باتری، به منظور به حداقل رساندن افت ولتاژ و تلفات توان مهم باشد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه است که بینش عمیق‌تری از رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهد.

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

این منحنی رابطه نمایی بین جریان و ولتاژ برای یک دیود نیمه‌هادی را نشان می‌دهد. برای این ال‌ای‌دی، در دمای 25 درجه سانتی‌گراد، ولتاژ از حدود 1.6 ولت در جریان‌های بسیار پایین به حدود 2.8 ولت در 40 میلی‌آمپر افزایش می‌یابد. این منحنی برای تعیین نقطه کار و طراحی مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت مناسب ضروری است.

4.2 شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم

این نمودار نشان می‌دهد که خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد اما به صورت خطی نیست. در جریان‌های بالاتر تمایل به اشباع دارد. علاوه بر این، اثر عملکرد پالسی (چرخه وظیفه 1/10) را نشان می‌دهد، جایی که می‌توان از جریان‌های پیک بالاتر برای دستیابی به روشنایی لحظه‌ای بالاتر بدون تجاوز از محدودیت‌های اتلاف توان متوسط استفاده کرد.

4.3 منحنی کاهش جریان مستقیم

این یک نمودار حیاتی مدیریت حرارتی است. حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط (T_a) نشان می‌دهد. با افزایش دما، حداکثر جریان باید کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته به طور قابل توجهی کمتر از ریتینگ 25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد است.

4.4 توزیع طیف

نمودار طیفی ماهیت تک‌رنگ ال‌ای‌دی را تأیید می‌کند و یک پیک واحد حول 632 نانومتر با پهنای باند معمولی 20 نانومتر را نشان می‌دهد. انتشار در سایر قسمت‌های طیف مرئی حداقل است که مشخصه یک ال‌ای‌دی قرمز AlGaInP با خلوص بالا است.

4.5 الگوی تابش (نمودار قطبی)

این نمودار به صورت بصری زاویه دید 120 درجه را نمایش می‌دهد. شدت بر روی یک نمودار قطبی ترسیم شده است و یک الگوی انتشار گسترده شبیه لامبرتین را نشان می‌دهد که در آن شدت در 0 درجه (عمود بر تراشه) بیشترین است و به آرامی تا 50% در ±60 درجه از مرکز کاهش می‌یابد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی و فوت‌پرینت

دستگاه دارای یک بسته‌بندی SMD نمای جانبی فشرده است. ابعاد کلیدی شامل طول بدنه تقریباً 2.0 میلی‌متر، عرض 1.25 میلی‌متر و ارتفاع 0.7 میلی‌متر می‌شود. نقشه‌های مکانیکی دقیق، تمام ابعاد حیاتی از جمله مکان‌های پد و تلرانس‌ها (معمولاً ±0.1mm) را مشخص می‌کنند که برای چیدمان PCB و اطمینان از لحیم‌کاری و تراز مناسب ضروری هستند.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً توسط یک گوشه علامت‌گذاری‌شده یا یک فرورفتگی روی بسته‌بندی شناسایی می‌شود. قطبیت صحیح باید در هنگام قرارگیری رعایت شود تا عملکرد مناسب تضمین گردد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو

این قطعه برای فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب با دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 10 ثانیه ریت شده است. این با پروفیل‌های استاندارد IPC/JEDEC J-STD-020 همسو است. لحیم‌کاری دستی با هویه نیز در دمای 350 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه مجاز است که نیاز به تکنیک دقیق برای جلوگیری از آسیب حرارتی دارد.

6.2 حساسیت به رطوبت و ذخیره‌سازی

ال‌ای‌دی‌ها در کیسه‌های ممانعت‌کننده رطوبت با ماده خشک‌کن بسته‌بندی شده‌اند تا از جذب رطوبت جلوگیری شود که می‌تواند باعث \"ترکیدن\" (ترک خوردن بسته‌بندی) در حین ریفلو شود. پس از باز شدن کیسه مهر و موم شده، قطعات باید در یک بازه زمانی مشخص (به صراحت ذکر نشده اما توسط بسته‌بندی تلویحاً اشاره شده) استفاده شوند یا قبل از لحیم‌کاری مطابق با رویه‌های استاندارد MSL (سطح حساسیت به رطوبت) پخته شوند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

برای مونتاژ خودکار، قطعات بر روی نوار حامل برجسته‌دار که روی قرقره پیچیده شده است، عرضه می‌شوند. عرض نوار، فاصله جیب‌ها و ابعاد قرقره مشخص شده‌اند تا با تجهیزات استاندارد برداشت و قراردادن SMD سازگار باشند. هر قرقره حاوی 500 قطعه است.

7.2 توضیح برچسب و شماره قطعه

برچسب قرقره حاوی اطلاعات حیاتی برای ردیابی و کاربرد صحیح است: شماره قطعه (PN)، شماره قطعه مشتری (CPN)، تعداد (QTY)، شماره لات (LOT NO) و دسته‌های عملکرد خاص برای شدت نور (CAT)، طول موج غالب (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF). شماره قطعه 57-21/R6C-AP1Q2B/BF احتمالاً سری، رنگ و کدهای دسته خاص را کدگذاری می‌کند.

8. آزمایش‌های قابلیت اطمینان و صلاحیت

محصول تحت مجموعه‌ای از آزمایش‌های قابلیت اطمینان با سطح اطمینان 90% و درصد معیوب قابل تحمل لات (LTPD) 10% قرار می‌گیرد. آزمایش‌های کلیدی شامل موارد زیر است:

• لحیم‌کاری ریفلو:بقا از طریق پروفیل حرارتی مونتاژ را تأیید می‌کند.
• چرخه دمایی و شوک حرارتی:مقاومت در برابر تنش‌های انبساط حرارتی از 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد را آزمایش می‌کند.
• ذخیره‌سازی دمای بالا/پایین:پایداری بلندمدت تحت شرایط غیرعملیاتی شدید را ارزیابی می‌کند.
• عمر عملیاتی DC:یک آزمایش عمر 1000 ساعته در 20 میلی‌آمپر برای ارزیابی تخریب عملکرد در طول زمان.
• دمای بالا/رطوبت بالا (85°C/85% RH):مقاومت در برابر رطوبت و گرما را آزمایش می‌کند که می‌تواند باعث خوردگی یا سایر خرابی‌ها شود.

9. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

9.1 مدارهای کاربردی معمول

متداول‌ترین روش درایو، یک مقاومت سری ساده است. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_منبع- V_F) / I_F. استفاده از حداکثر V_F(2.35V) برای محاسبه، اطمینان می‌دهد که جریان حتی با تغییرات قطعه به قطعه از سطح مورد نظر تجاوز نمی‌کند. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5 ولت و هدف I_F برابر 10 میلی‌آمپر: R = (5V - 2.35V) / 0.01A = 265 Ω. یک مقاومت استاندارد 270 Ω مناسب خواهد بود. برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی پایدار یا کارکرد از یک منبع ولتاژ متغیر (مانند باتری) دارند، استفاده از یک درایور جریان ثابت توصیه می‌شود.

9.2 طراحی برای کوپلینگ لایت پایپ

زاویه دید گسترده و طراحی بسته‌بندی برای لایت پایپ‌ها بهینه شده‌اند. برای بهترین نتایج، ال‌ای‌دی باید تا حد امکان نزدیک به ورودی راهنمای نور قرار گیرد. جنس و پرداخت لایت پایپ (مانند آکریلیک، پلی‌کربنات) و هرگونه خم یا ویژگی، بر یکنواختی و بازده نهایی نور خروجی تأثیر خواهد گذاشت. شبیه‌سازی نوری یا نمونه‌سازی اولیه اغلب برای طراحی‌های پیچیده ضروری است.

9.3 ملاحظات مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان پایین است، اما عملکرد پیوسته در دمای محیط بالا یا جریان‌های بالا نیاز به توجه دارد. باید از منحنی کاهش جریان پیروی کرد. اطمینان از مساحت کافی مس در اطراف پدهای PCB به دفع گرما و حفظ عملکرد و طول عمر ال‌ای‌دی کمک می‌کند.

10. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های کلیدی این سری ال‌ای‌دی نمای جانبی، ترکیب خاص ویژگی‌های آن است: فاکتور فرم تابش جانبی، زاویه دید بسیار گسترده 120 درجه که توسط رفلکتور داخلی تسهیل شده است و استفاده از فناوری AlGaInP برای نور قرمز با بازده بالا. در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های نمای روبرو، روشنایی موازی با صفحه PCB را فراهم می‌کند که برای نورپردازی لبه‌ای نمایشگرها ضروری است. در مقایسه با سایر ال‌ای‌دی‌های نمای جانبی، رفلکتور داخلی بهینه‌شده آن هدف دستیابی به بازده کوپلینگ بالاتر در راهنماهای نور را دنبال می‌کند. ولتاژ مستقیم پایین تراشه AlGaInP نیز در مقایسه با برخی فناوری‌های قدیمی‌تر، به بازده الکتریکی کلی بالاتر کمک می‌کند.

11. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را به طور پیوسته در 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

ج: بله، حداکثر مقدار مطلق مجاز برای جریان مستقیم پیوسته 25 میلی‌آمپر است، بنابراین 20 میلی‌آمپر در محدوده عملیاتی ایمن قرار دارد، مشروط بر اینکه دمای محیط در محدوده مجاز باشد (به منحنی کاهش جریان مراجعه کنید).

س: چرا دامنه وسیعی در شدت نور (45-112 میلی‌کندلا) وجود دارد؟

ج: این گستره کامل تولید است. از طریق سیستم دسته‌بندی (P1, P2, Q1, Q2)، تولیدکنندگان و مشتریان می‌توانند قطعاتی را در محدوده روشنایی بسیار باریک‌تری انتخاب کنند تا یکنواختی در محصول نهایی خود را تضمین نمایند.

س: تفاوت بین طول موج غالب و طول موج پیک چیست؟

ج: طول موج پیک (λ_p) نقطه واحد حداکثر توان طیفی است. طول موج غالب (λ_d) یک مقدار محاسبه‌شده است که به بهترین نحو رنگ درک‌شده توسط چشم انسان را نشان می‌دهد و کل طیف انتشار و حساسیت چشم را در نظر می‌گیرد. λ_dبرای مشخصه‌گذاری رنگ مرتبط‌تر است.

س: آیا همیشه به یک مقاومت محدودکننده جریان نیاز است؟

ج: بله. یک ال‌ای‌دی یک دستگاه جریان‌محور است. ولتاژ مستقیم آن نسبتاً ثابت است، اما جریان می‌تواند با افزایش‌های کوچک ولتاژ به سرعت افزایش یابد. یک مقاومت یا مدار جریان ثابت فعال برای جلوگیری از فرار حرارتی و تخریب ال‌ای‌دی ضروری است.

12. مثال موردی عملی

سناریو: طراحی یک نشانگر وضعیت برای یک دستگاه پزشکی قابل حمل.

دستگاه نیاز به یک نشانگر قرمز \"آماده به کار/شارژ\" دارد که از پهلو قابل مشاهده باشد. یک ال‌ای‌دی سری 57-21 در دسته روشنایی Q1 (72-90 میلی‌کندلا) برای دید کافی انتخاب شده است. دستگاه توسط یک منبع تغذیه تنظیم‌شده 3.3 ولت تغذیه می‌شود. هدف‌گیری یک I_Fمحافظه‌کارانه 8 میلی‌آمپر برای عمر طولانی باتری و استفاده از حداکثر V_F برابر 2.35 ولت برای محاسبه بدترین حالت: R = (3.3V - 2.35V) / 0.008A = 118.75 Ω. یک مقاومت 120 Ω انتخاب شده است. ال‌ای‌دی در لبه PCB قرار گرفته و با یک لایت پایپ آکریلیک قالب‌گیری‌شده هم‌تراز شده است که نور را به یک پنجره کوچک روی محفظه دستگاه هدایت می‌کند. زاویه دید گسترده اطمینان می‌دهد که نشانگر حتی زمانی که دستگاه از یک زاویه مایل مشاهده می‌شود، قابل مشاهده باشد.

13. معرفی اصل عملکرد

انتشار نور در این ال‌ای‌دی بر اساس الکترولومینسانس در یک پیوندگاه p-n نیمه‌هادی ساخته‌شده از AlGaInP است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. انرژی آزادشده در طول این بازترکیب به صورت فوتون (نور) ساطع می‌شود. ترکیب خاص آلیاژ AlGaInP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور ساطع‌شده را تعیین می‌کند، در این مورد، در طیف قرمز (~632 نانومتر). رفلکتور داخلی و لنز اپوکسی شفاف، خروجی نور را به الگوی زاویه باز مورد نظر شکل می‌دهند.

14. روندها و زمینه فناوری

ال‌ای‌دی‌های SMD نمای جانبی مانند سری 57-21 نماینده یک راه‌حل بالغ و بهینه‌شده برای نور پس‌زمینه و نشانگر در فضاهای محدود هستند. روند در این بخش به سمت اندازه‌های بسته‌بندی حتی کوچک‌تر (مانند ارتفاع 1.0 میلی‌متر یا کمتر)، بازده بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) و بهبود یکنواختی رنگ از طریق دسته‌بندی دقیق‌تر ادامه دارد. علاوه بر این، ادغام با سایر اجزاء، مانند ال‌ای‌دی‌های دارای مقاومت محدودکننده جریان داخلی یا درایورهای IC وجود دارد. در حالی که فناوری‌های جدیدتری مانند Micro-LED و OLED پیشرفته برای کاربردهای نمایش مستقیم در حال ظهور هستند، سادگی، قابلیت اطمینان و مقرون‌به‌صرفه بودن ال‌ای‌دی‌های گسسته نمای جانبی، مرتبط بودن مداوم آن‌ها را در نقش‌های نورپردازی ثانویه و نشانگر وضعیت در آینده قابل پیش‌بینی تضمین می‌کند.