دیتاشیت LED آسمانی PLCC-2 - بسته‌بندی 3.2x2.8x1.9mm - ولتاژ 3.1V - توان 0.075W - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED آسمانی با روشنایی بالا در بسته‌بندی سطح‌نصب PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه برای قابلیت اطمینان و عملکرد در محیط‌های سخت مهندسی شده و دارای زاویه دید گسترده 120 درجه و شدت نور معمول 200 میلی‌کاندلا (mcd) در جریان راه‌اندازی استاندارد 10mA است. هدف طراحی اولیه آن کاربردهای داخلی خودرو است که در آن خروجی رنگ یکنواخت، دوام و انطباق با استانداردهای صنعت از اهمیت بالایی برخوردار است. این LED مطابق با استاندارد AEC-Q101 برای قطعات درجه خودرو ویزه شده و با دستورالعمل‌های زیست‌محیطی RoHS و REACH مطابقت دارد.

1.1 مزایای اصلی

• قابلیت اطمینان بالا:ویژه استفاده خودرویی مطابق با AEC-Q101، تضمین عملکرد تحت شرایط سخت دما و ارتعاش.
• رنگ یکنواخت:مختصات رنگ‌سنجی (0.16, 0.08) به دقت کنترل شده برای ظاهر آسمانی یکنواخت در تمامی دسته‌های تولید.
• زاویه دید گسترده:الگوی تابش 120 درجه‌ای ایده‌آل برای نورپردازی منطقه‌ای و کاربردهای نشانگر که نیازمند دید از زوایای متعدد است.
• محافظت قوی در برابر ESD:درجه‌بندی ESD مدل بدن انسان (HBM) معادل 8kV، استحکام در هنگام جابجایی و مونتاژ را افزایش می‌دهد.
• انطباق زیست‌محیطی:الزامات RoHS و REACH را برآورده می‌کند، عاری از مواد خطرناک.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

بخش زیر تجزیه‌ای دقیق از ویژگی‌های کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی LED ارائه می‌دهد.

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و الکتریکی

جدول زیر مقادیر تضمین شده حداقل، معمول و حداکثر برای پارامترهای حیاتی اندازه‌گیری شده تحت شرایط آزمایش استاندارد (T_s=25°C, I_F=10mA مگر خلاف آن ذکر شود) را فهرست می‌کند.

• جریان مستقیم (I_F):جریان عملیاتی توصیه شده 10mA است، با درجه‌بندی حداکثر مطلق 20mA. حداقل جریان 2mA برای عملکرد مورد نیاز است.
• شدت نور (I_V):خروجی معمول 200 mcd است، با محدوده مشخص شده از 112 mcd (حداقل) تا 450 mcd (حداکثر). خروجی واقعی بر اساس دسته‌بندی (بینینگ) است، همانطور که در بخش 4 به تفصیل شرح داده شده است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 3.1V، در محدوده 2.75V تا 3.75V در 10mA. این پارامتر دارای تلرانس اندازه‌گیری ±0.05V است.
• زاویه دید (2φ_1/2):به عنوان زاویه کامل تعریف می‌شود که در آن شدت به نصف مقدار اوج خود کاهش می‌یابد. این LED دارای زاویه دید اسمی 120 درجه با تلرانس ±5 درجه است.
• مختصات رنگ‌سنجی (CIE x, y):نقطه رنگ معمول x=0.16, y=0.08 است، با تلرانس دقیق ±0.005 برای اطمینان از یکنواختی رنگ.

2.2 ویژگی‌های حرارتی

مدیریت حرارتی مؤثر برای طول عمر LED و پایداری عملکرد آن حیاتی است.

• مقاومت حرارتی (R_thJS):دو مقدار ارائه شده است: یک اندازه‌گیری الکتریکی معادل 100 K/W و یک مقدار واقعی (اندازه‌گیری شده) معادل 130 K/W. مقدار واقعی بالاتر باید برای طراحی حرارتی دقیق استفاده شود.
• توان تلف شده (P_d):حداکثر توان تلف شده مجاز 75 mW است.
• دمای اتصال (T_J):حداکثر دمای اتصال مجاز 125°C است.
• محدوده دمای عملیاتی (T_opr):این LED برای عملکرد از -40°C تا +110°C درجه‌بندی شده است، مناسب برای محیط‌های خودرویی.

3. درجه‌بندی‌های حداکثر مطلق

تنش‌های فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود. این قطعه برای کار با ولتاژ معکوس طراحی نشده است.

• جریان مستقیم (I_F): 20 mA (DC)
• جریان ضربه‌ای (I_FM): 300 mA (t_p≤ 10μs, چرخه وظیفه 0.005)
• ولتاژ معکوس (V_R): برای کار معکوس طراحی نشده است
• دمای اتصال (T_J): 125°C
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg): -40°C تا +110°C
• حساسیت ESD (HBM): 8 kV
• دمای لحیم کاری ریفلو: حداکثر 260°C به مدت 30 ثانیه

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین نمودار است که رفتار LED را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد.

4.1 توزیع طیفی و تابشی

نمودارتوزیع طیفی نسبینشان می‌دهد که LED در ناحیه طول موج آبی، حول حدود 470-490nm تابش می‌کند که رنگ آسمانی آن را تعریف می‌کند. نمودارنمودار معمولی ویژگی‌های تابشبه صورت بصری الگوی تابش شبه لامبرتی را تأیید می‌کند که منجر به زاویه دید 120 درجه می‌شود.

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

این نمودار رابطه نمایی معمول دیودها را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم با افزایش جریان افزایش می‌یابد. طراحان از این نمودار برای محاسبه مقادیر مقاومت سری یا نیازمندی‌های درایور برای دستیابی به نقطه کار مطلوب (مثلاً 10mA در ~3.1V) استفاده می‌کنند.

4.3 شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم

خروجی نور در محدوده 0-20mA تقریباً خطی با جریان است. راه‌اندازی LED بالاتر از 10mA روشنایی متناسب بالاتری ایجاد می‌کند اما توان تلف شده و دمای اتصال را افزایش می‌دهد که باید مدیریت شود.

4.4 وابستگی به دما

دو نمودار کلیدی اثرات دما را نشان می‌دهند:

• شدت نور نسبی در مقابل دمای اتصال:خروجی نور با افزایش دما کاهش می‌یابد. در حداکثر دمای اتصال 125°C، خروجی تقریباً 40-50% مقدار آن در 25°C است.
• ولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصال:ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی است و حدود 2mV/°C کاهش می‌یابد. این می‌تواند در برخی کاربردها برای نظارت بر دمای اتصال استفاده شود.
• جابجایی رنگ‌سنجی در مقابل دمای اتصال:مختصات رنگ (x, y) با دما کمی جابجا می‌شوند، اما تغییر در محدوده عملیاتی حداقل است، همانطور که مقادیر کوچک Δ روی نمودار نشان داده شده است.

4.5 کاهش درجه (دری‌تینگ) و قابلیت پالس

منحنیکاهش درجه جریان مستقیمالزام می‌کند که حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز با افزایش دمای پد لحیم کاری کاهش یابد. در حداکثر دمای محیط/نقطه لحیم کاری 110°C، جریان باید به 20mA محدود شود. نمودارقابلیت مجاز پالسنشان می‌دهد که جریان‌های پیک بسیار بالاتر (تا 300mA) می‌توانند برای عرض پالس بسیار کوتاه (≤10μs) در چرخه وظیفه کم اعمال شوند، که برای کاربردهای مالتی‌پلکسینگ یا استروب مفید است.

5. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای مدیریت تغییرات تولید، LEDها بر اساس شدت نور در دسته‌ها (بین) مرتب می‌شوند.

5.1 دسته‌بندی شدت نور

این قطعه از کد دسته‌بندی الفبایی-عددی (مانند R1, R2, S1) استفاده می‌کند. هر دسته محدوده خاصی از حداقل تا حداکثر شدت نور اندازه‌گیری شده بر حسب میلی‌کاندلا (mcd) را پوشش می‌دهد. برای این محصول، دسته‌های خروجی ممکن برجسته شده و از R1 (112-140 mcd) تا T2 (355-450 mcd) متغیر است. مقدار معمول 200 mcd در دسته‌های S1 (180-224 mcd) یا S2 (224-280 mcd) قرار می‌گیرد. طراحان باید دسته شدت نور مورد نیاز را مشخص کنند یا برای تغییرات شدت در محدوده برجسته شده آماده باشند.

5.2 دسته‌بندی رنگ

یک ساختار دسته رنگ آسمانی استاندارد ارجاع داده شده است که اطمینان می‌دهد تمامی واحدها در داخل جعبه تلرانس مشخص شده CIE (0.16, 0.08) ±0.005 روی نمودار رنگ‌سنجی قرار گیرند. این کنترل دقیق برای کاربردهایی که نیازمند تطابق رنگ در بین چندین LED هستند ضروری است.

6. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

6.1 ابعاد بسته‌بندی

LED در یک بسته‌بندی سطح‌نصب استاندارد PLCC-2 قرار دارد. ابعاد کلیدی شامل اندازه بدنه تقریباً 3.2mm x 2.8mm و ارتفاع 1.9mm است. برای تلرانس‌های دقیق و طراحی الگوی لند، باید به نقشه‌های مکانیکی تفصیلی مراجعه شود.

6.2 شناسایی قطبیت

بسته‌بندی PLCC-2 دارای نشانگر قطبیت داخلی است، معمولاً یک شکاف یا گوشه پخ‌خورده در سمت کاتد (-). جهت‌گیری صحیح در حین مونتاژ حیاتی است.

6.3 طرح پد لحیم کاری توصیه شده

یک توصیه برای الگوی لند ارائه شده است تا اطمینان از لحیم کاری قابل اطمینان و پایداری مکانیکی مناسب حاصل شود. پیروی از این فوت‌پرینت برای دستیابی به تشکیل اتصال لحیم خوب در حین ریفلو و جلوگیری از پدیده "تومب‌ستونینگ" ضروری است.

7. دستورالعمل‌های لحیم کاری و مونتاژ

7.1 پروفیل لحیم کاری ریفلو

این LED با فرآیندهای استاندارد ریفلو مادون قرمز یا همرفتی سازگار است. پروفیل مشخص شده شامل دمای پیک 260°C برای حداکثر 30 ثانیه است. زمان بالای 220°C باید کنترل شود. رعایت این پروفیل از آسیب حرارتی به بسته پلاستیکی و تراشه نیمه‌هادی جلوگیری می‌کند.

7.2 احتیاط‌های استفاده

• جابجایی ESD:به دلیل درجه‌بندی 8kV HBM، در حین جابجایی و مونتاژ از احتیاط‌های استاندارد ESD استفاده کنید.
• تمیزکاری:در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم کاری، از حلال‌های سازگاری استفاده کنید که به لنز پلاستیکی آسیب نرسانند.
• محدود کردن جریان:همیشه LED را با یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت راه‌اندازی کنید تا از تجاوز از حداکثر جریان مستقیم جلوگیری شود، به ویژه با توجه به ضریب دمایی منفی V_F.

8. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

LEDها روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند. از مقادیر استاندارد قرقره استفاده می‌شود (مثلاً 2000 یا 4000 قطعه در هر قرقره). شماره قطعه67-11-SB0100L-AMویژگی‌های کلیدی را کدگذاری می‌کند: احتمالاً بسته‌بندی (67)، رنگ (SB برای آسمانی) و دسته عملکرد خاص. طراحان باید برای انتخاب دسته شدت نور صحیح برای کاربرد خود به اطلاعات سفارش تفصیلی مراجعه کنند.

9. پیشنهادات کاربرد

9.1 سناریوهای کاربرد معمول

• نورپردازی داخلی خودرو:نور پس زمینه داشبورد، روشنایی کلیدها، چراغ‌های فضای پا و نورپردازی محیطی. تأییدیه AEC-Q101 و محدوده دمای گسترده آن را ایده‌آل می‌کند.
• الکترونیک مصرفی:نشانگرهای وضعیت، نور پس زمینه برای دکمه‌ها یا پنل‌ها در دستگاه‌هایی که نیازمند نشانگر آبی هستند.
• نشانگرهای صنعتی:چراغ‌های پنل یا نشانگرهای وضعیت روی ماشین‌آلات که نیازمند سیگنال واضح و روشن هستند.

9.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:برای محاسبات از مقاومت حرارتی واقعی (130 K/W) استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که PCB هیت‌سینک کافی را فراهم می‌کند، به ویژه اگر در جریان‌های بالاتر از 10mA یا در دمای محیط بالا راه‌اندازی می‌شود. باید از منحنی کاهش درجه پیروی کرد.
• درایو جریان:برای خروجی نور پایدار و عمر طولانی، در صورت امکان از یک درایور جریان ثابت به جای یک مقاومت ساده استفاده کنید، به ویژه در محیط‌های خودرویی که ولتاژ تغذیه می‌تواند متغیر باشد.
• طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه بسیار گسترده است. برای نورپردازی متمرکز، ممکن است به یک اپتیک ثانویه خارجی (لنز) نیاز باشد.
• انتخاب دسته (بین):برای کاربردهایی که نیازمند روشنایی یکنواخت در بین چندین LED هستند، یک دسته شدت نور دقیق را مشخص کنید یا کالیبراسیون روشنایی الکترونیکی را پیاده‌سازی کنید.

10. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای آبی عمومی، این قطعه مزایای متمایزی برای کاربردهای حرفه‌ای ارائه می‌دهد:

• در مقابل LEDهای غیرخودرویی:تأییدیه AEC-Q101 شامل آزمایش‌های استرس سخت برای شوک حرارتی، رطوبت و طول عمر است که LEDهای تجاری استاندارد آن را پشت سر نمی‌گذارند.
• در مقابل LEDهای با زاویه دید گسترده‌تر:یک زاویه 120 درجه‌ای دید خارج از محور عالی را در مقایسه با دستگاه‌های با زاویه باریک‌تر ارائه می‌دهد و تعداد LEDهای مورد نیاز برای نورپردازی منطقه‌ای را کاهش می‌دهد.
• در مقابل LEDهای با تلرانس رنگ باز:تلرانس دقیق CIE ±0.005 اطمینان از یکنواختی رنگ را تضمین می‌کند، که در آرایه‌های چند LED که عدم تطابق رنگ به صورت بصری مشهود است، حیاتی می‌باشد.

11. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را به طور پیوسته در 20mA راه‌اندازی کنم؟

ج: بله، اما تنها در صورتی که دمای پد لحیم کاری در 25°C یا کمتر نگه داشته شود (طبق منحنی کاهش درجه). در یک کاربرد واقعی با دمای محیط بالاتر، باید جریان را کاهش دهید. در حداکثر دمای عملیاتی 110°C، جریان نباید از 20mA تجاوز کند، که درجه‌بندی حداکثر مطلق است.

س: برای منبع تغذیه 12V چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

ج: برای V_Fمعمول 3.1V در 10mA: R = (12V - 3.1V) / 0.01A = 890 اهم. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد استفاده کنید (مثلاً 910 اهم) و اطمینان حاصل کنید که توان نامی مقاومت کافی است: P = (12V-3.1V)*0.01A ≈ 0.089W (یک مقاومت 1/8W یا 1/4W مناسب است).

س: دما چگونه بر روشنایی تأثیر می‌گذارد؟

ج: روشنایی با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. به نمودار \"شدت نور نسبی در مقابل دمای اتصال\" مراجعه کنید. طراحی حرارتی خوب برای حفظ خروجی نور پایدار ضروری است.

س: آیا این LED برای استفاده خارجی خودرو مناسب است؟

ج: این دیتاشیت کاربردها را برای \"نورپردازی داخلی خودرو\" مشخص می‌کند. استفاده خارجی معمولاً نیازمند درجه‌بندی‌های حفاظت در برابر نفوذ (IP) بالاتر، مشخصات رنگ متفاوت و اغلب ساختارهای بسته‌بندی متفاوت برای مقاومت در برابر آب و هوا، قرارگیری در معرض UV و دمای شدیدتر است. برای محصولات LED درجه خارجی خاص مشورت کنید.

12. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک پنل انتخابگر دنده خودرویی روشن با 5 LED آسمانی یکسان.

مراحل طراحی:

1. طراحی الکتریکی:فرض بر ریل 5V پایدار از ماژول کنترل بدنه خودرو. هدف I_F= 10mA برای تعادل بین روشنایی و طول عمر. محاسبه مقاومت سری: R = (5V - 3.1V) / 0.01A = 190Ω. از مقاومت‌های استاندارد 200Ω استفاده کنید.

2. تحلیل حرارتی:توان هر LED: P_d= V_F* I_F= 3.1V * 0.01A = 31mW. با R_thJS=130 K/W, ΔT_J= 0.031W * 130 K/W ≈ 4°C افزایش بالاتر از نقطه لحیم کاری. اگر دمای PCB پنل به حداکثر 85°C برسد، T_J≈ 89°C، که به خوبی زیر حد 125°C است.

3. نوری/مکانیکی:LEDها را پشت یک پنل آکریلیک پخش‌کننده نور قرار دهید. زاویه دید 120 درجه‌ای اطمینان از نورپردازی یکنواخت در سطح پنل بدون لکه‌های تاریک می‌دهد.

4. تأمین:دسته شدت نور مورد نیاز را مشخص کنید (مثلاً S1 یا S2) تا اطمینان حاصل شود که هر 5 LED روشنایی یکسان دارند. برای مونتاژ خودکار به صورت نوار و قرقره سفارش دهید.

13. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

این یک دیود نورافشان نیمه‌هادی (LED) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از ولتاژ گاف نواری آن (تقریباً 3.1V برای این LED آبی) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال تراشه نیمه‌هادی (معمولاً مبتنی بر مواد InGaN برای تابش آبی) بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص لایه‌های نیمه‌هادی طول موج (رنگ) نور تابش شده را تعیین می‌کند. بسته پلاستیکی PLCC تراشه را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند، یک لنز قالب‌گیری شده را که خروجی نور را به الگوی 120 درجه‌ای شکل می‌دهد در خود جای می‌دهد و فریم سربی را برای اتصال الکتریکی در خود جای داده است.

14. روندهای فناوری

توسعه LEDهایی مانند این بخشی از روندهای گسترده‌تر در اپتوالکترونیک است:

• افزایش بازده:تحقیقات مداوم علوم مواد با هدف بهبود کارایی نورانی (لومن بر وات) LEDهای آبی و سایر رنگ‌ها، کاهش مصرف توان برای همان خروجی نور است.
• کوچک‌سازی:در حالی که PLCC-2 یک بسته استاندارد است، روندی به سمت بسته‌های کوچک‌تر در مقیاس تراشه (CSP) برای کاربردهای با چگالی بالا وجود دارد، اگرچه اغلب به قیمت عملکرد حرارتی و سهولت جابجایی تمام می‌شود.
• افزایش قابلیت اطمینان:استانداردهایی مانند AEC-Q101 همچنان در حال تکامل هستند و برای طول عمر بیشتر و عملکرد تحت شرایط حتی شدیدتر برای بازارهای خودرویی و صنعتی فشار می‌آورند.
• راه‌حل‌های یکپارچه:روند رو به رشدی، ادغام تراشه LED، درایور IC و منطق کنترل در بسته‌های ماژولار هوشمند منفرد است که طراحی را برای کاربران نهایی ساده می‌کند.

این LED خاص نمایانگر یک راه‌حل بالغ و بسیار قابل اطمینان است که برای مجموعه خاصی از کاربردهای سخت بهینه شده و عملکرد، هزینه و قابلیت تولید را متعادل می‌کند.