دیتاشیت LED SMD آبی مدل 17-21/BHC-AP1Q2/3T - 2.0x1.25x0.8 میلی‌متر - 3.3 ولت - 75 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED آبی فشرده و نصب‌سطحی را که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن طراحی شده است، به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه از یک تراشه نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) برای تولید نور آبی با طول موج غالب معمولی 468 نانومتر استفاده می‌کند. مزایای اصلی آن ناشی از پکیج مینیاتوری SMD (دستگاه نصب سطحی) است که امکان کاهش قابل توجه فضای اشغالی روی PCB (برد مدار چاپی)، تراکم بالاتر قطعات و کمک به کوچک‌سازی کلی تجهیزات را فراهم می‌کند. سبکی پکیج آن را برای کاربردهای قابل حمل و با محدودیت فضایی مناسب می‌سازد.

1.1 ویژگی‌های اصلی و انطباق

این LED بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place سازگار می‌کند. برای استفاده با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز و فاز بخار طراحی شده است. این دستگاه از نوع تک‌رنگ (آبی) است. از منظر انطباق مواد و محیط زیست، بدون سرب (Pb-free) است، با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد، با مقررات REACH اتحادیه اروپا سازگار است و استانداردهای بدون هالوژن را با محدودیت‌های برم (Br) < 900 ppm، کلر (Cl) < 900 ppm و مجموع آنها (Br+Cl) < 1500 ppm برآورده می‌کند.

1.2 کاربردهای هدف

کاربردهای معمول این LED شامل نور پس‌زمینه پنل‌های ابزار، کلیدها و نمادها می‌شود. در مخابرات، به عنوان نشانگر یا نور پس‌زمینه در دستگاه‌هایی مانند تلفن و فکس عمل می‌کند. همچنین به عنوان منبع نور پس‌زمینه تخت برای LCD و برای استفاده عمومی به عنوان نشانگر که به یک منبع نور آبی فشرده و قابل اعتماد نیاز دارد، مناسب است.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 محدودیت‌های مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. آنها برای کارکرد مداوم در نظر گرفته نشده‌اند. محدودیت‌های مطلق در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد مشخص شده‌اند.

• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوند شود.
• جریان مستقیم پیوسته (IF):20 میلی‌آمپر.
• جریان مستقیم پیک (IFP):40 میلی‌آمپر، تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 در فرکانس 1 کیلوهرتز مجاز است.
• توان تلفاتی (Pd):75 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که دستگاه می‌تواند به صورت گرما تلف کند.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان (HBM):150 ولت. باید روش‌های صحیح کنترل ESD رعایت شود.
• محدوده دمای کاری (Topr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• محدوده دمای انبارداری (Tstg):40- درجه سانتی‌گراد تا 90+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری (Tsol):برای لحیم‌کاری رفلو، دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 10 ثانیه مشخص شده است. برای لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه نباید از 350 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه در هر پایانه تجاوز کند.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکال

این پارامترها عملکرد دستگاه را تحت شرایط کاری نرمال تعریف می‌کنند، که معمولاً در Ta=25°C و جریان مستقیم (IF) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (Iv):از حداقل 45.0 میلی‌کاندلا تا حداکثر 112.0 میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار معمول در جدول مشخص نشده و در این محدوده وابسته به دسته قرار می‌گیرد.
• زاویه دید (2θ1/2):زاویه نیم‌شدت معمولاً 140 درجه است که نشان‌دهنده مخروط دید گسترده است.
• طول موج پیک (λp):معمولاً 468 نانومتر. این طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λd):از 464.5 نانومتر تا 476.5 نانومتر متغیر است. این طول موج رنگ درک‌شده است.
• پهنای باند طیفی (Δλ):معمولاً 25 نانومتر، در نصف حداکثر شدت (FWHM) اندازه‌گیری می‌شود.
• ولتاژ مستقیم (VF):از 2.7 ولت (حداقل) تا 3.7 ولت (حداکثر) متغیر است، با مقدار معمول 3.3 ولت در IF=20mA.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 50 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال شود. این دستگاه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است.

نکات مهم:تلرانس‌ها به صورت ±11% برای شدت نور، ±1 نانومتر برای طول موج غالب و ±0.1 ولت برای ولتاژ مستقیم مشخص شده‌اند. رتبه ولتاژ معکوس فقط برای شرایط تست IR اعمال می‌شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی عملکرد در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص روشنایی و رنگ را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

دسته‌ها با کدهای P1، P2، Q1 و Q2 تعریف می‌شوند که هر کدام محدوده خاصی از شدت نور اندازه‌گیری شده در میلی‌کاندلا (mcd) در IF=20mA را پوشش می‌دهند.

• P1:45.0 – 57.0 میلی‌کاندلا
• P2:57.0 – 72.0 میلی‌کاندلا
• Q1:72.0 – 90.0 میلی‌کاندلا
• Q2:90.0 – 112.0 میلی‌کاندلا

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

دسته‌های طول موج با کدهای A9 تا A12 تعریف می‌شوند که هر کدام محدوده 3 نانومتری را پوشش می‌دهند و کنترل دقیق رنگ را تضمین می‌کنند.

• A9:464.5 – 467.5 نانومتر
• A10:467.5 – 470.5 نانومتر
• A11:470.5 – 473.5 نانومتر
• A12:473.5 – 476.5 نانومتر

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که برای طراحی مدار و مدیریت حرارتی بسیار مهم هستند.

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

این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان عبوری از LED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم (VF) با افزایش جریان افزایش می‌یابد. طراحان از این منحنی برای تعیین مقدار مقاومت محدودکننده جریان لازم برای یک ولتاژ تغذیه معین، برای دستیابی به جریان کاری مطلوب (مثلاً 20 میلی‌آمپر) استفاده می‌کنند. مقدار معمول VF برابر 3.3 ولت یک پارامتر کلیدی طراحی است.

4.2 شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم

این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان درایو مقیاس می‌شود. در حالی که افزایش جریان، روشنایی را تقویت می‌کند، این رابطه خطی نیست و توسط حداکثر رتبه جریان و اثرات حرارتی محدود می‌شود. کارکرد فراتر از محدودیت‌های مطلق مطلق، طول عمر را کاهش داده و می‌تواند باعث خرابی شود.

4.3 شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط

خروجی نور LED وابسته به دما است. این منحنی معمولاً نشان می‌دهد که شدت نور با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. درک این کاهش رتبه (دری‌تینگ) برای کاربردهایی که در دمای محیط بالا کار می‌کنند، جهت اطمینان از حفظ روشنایی کافی ضروری است.

4.4 منحنی کاهش رتبه جریان مستقیم

این یک نمودار حیاتی برای قابلیت اطمینان است. حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط نشان می‌دهد. با افزایش دما، حداکثر جریان ایمن کاهش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری کرده و عملکرد بلندمدت را تضمین کند. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که نقطه کاری آنها در این ناحیه کاهش‌یافته قرار دارد.

4.5 توزیع طیف

نمودار طیفی، توان تابشی نسبی را در برابر طول موج ترسیم می‌کند. انتشار رنگ آبی با پیک حدود 468 نانومتر و پهنای باند طیفی معمولی (Δλ) 25 نانومتر را تأیید می‌کند که نشان‌دهنده خلوص رنگ است.

4.6 نمودار تابش

این نمودار قطبی، توزیع فضایی شدت نور را به صورت بصری نشان می‌دهد و زاویه دید گسترده 140 درجه را تأیید می‌کند. شدت نور به حداکثر مقدار خود نرمال شده است (معمولاً در 0 درجه، عمود بر سطح تابش).

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

LED در یک پکیج نصب‌سطحی فشرده قرار دارد. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر، با تلرانس معمولی ±0.1 میلی‌متر مگر خلاف آن ذکر شده) شامل طول بدنه 2.0 میلی‌متر، عرض 1.25 میلی‌متر و ارتفاع 0.8 میلی‌متر است. دیتاشیت یک نقشه دقیق ارائه می‌دهد که چیدمان پد، فاصله پایانه‌ها و محل علامت شناسایی کاتد را نشان می‌دهد که برای جهت‌دهی صحیح PCB در حین مونتاژ ضروری است.

5.2 شناسایی قطبیت

قطبیت صحیح اجباری است. پکیج دارای یک علامت مشخص کاتد است. اتصال دستگاه در بایاس معکوس می‌تواند به آن آسیب برساند، زیرا حداکثر ولتاژ معکوس تنها 5 ولت است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل دمایی لحیم‌کاری رفلو بدون سرب مشخص شده است. پارامترهای کلیدی شامل: مرحله پیش‌گرمایش بین 150 تا 200 درجه سانتی‌گراد به مدت 60-120 ثانیه؛ زمان بالای نقطه ذوب (217 درجه سانتی‌گراد) به مدت 60-150 ثانیه؛ دمای پیک حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد، نگهداری شده برای حداکثر 10 ثانیه؛ و نرخ‌های کنترل‌شده افزایش و کاهش دما (مثلاً حداکثر افزایش 3 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه، حداکثر کاهش 6 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه). رفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.

6.2 احتیاط‌های لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، دقت بسیار زیادی لازم است. دمای نوک هویه باید زیر 350 درجه سانتی‌گراد باشد و زمان تماس برای هر پایانه نباید از 3 ثانیه تجاوز کند. استفاده از هویه کم‌توان (<25 وات) توصیه می‌شود. بین لحیم‌کاری هر پایانه باید حداقل 2 ثانیه فاصله خنک‌کننده در نظر گرفته شود تا از شوک حرارتی جلوگیری شود.

6.3 انبارداری و حساسیت به رطوبت

LEDها در کیسه‌های مقاوم در برابر رطوبت همراه با جاذب رطوبت بسته‌بندی می‌شوند. کیسه نباید تا زمانی که قطعات آماده استفاده هستند باز شود. پس از باز کردن، LEDهای استفاده نشده باید در دمای ≤ 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤ 60% نگهداری شوند. "عمر کف" پس از باز کردن 168 ساعت (7 روز) است. اگر این زمان سپری شود یا نشانگر جاذب رطوبت تغییر رنگ داده باشد، قبل از استفاده نیاز به عملیات پخت در دمای 60 ± 5 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت است تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پاپ کورن شدن" در حین رفلو جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات قرقره و نوار

قطعات در نوار حامل برجسته‌دار روی قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شوند. عرض نوار 8 میلی‌متر است. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. ابعاد دقیق قرقره، حفره‌های نوار حامل و نوار پوششی ارائه شده است تا سازگاری با فیدرهای اتوماتیک تضمین شود.

7.2 توضیح برچسب

برچسب‌های بسته‌بندی شامل چندین کد است: CPN (شماره محصول مشتری)، P/N (شماره محصول)، QTY (تعداد بسته‌بندی)، CAT (کد دسته شدت نور)، HUE (کد دسته رنگ/طول موج غالب)، REF (رتبه ولتاژ مستقیم) و LOT No (شماره دسته برای ردیابی).

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 محدود کردن جریان اجباری است

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک مقاومت سری محدودکننده جریان در طراحی مدار کاملاً ضروری است. بدون آن، حتی یک افزایش کوچک در ولتاژ تغذیه می‌تواند به دلیل مشخصه نمایی I-V دیود، باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب در جریان مستقیم شود.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه پکیج کوچک است، اما باید تلفات توان (تا 75 میلی‌وات) و ضریب دمایی منفی خروجی نور در نظر گرفته شود. برای عملکرد و طول عمر بهینه، اطمینان حاصل کنید که از مساحت کافی مس روی PCB یا وایاهای حرارتی برای دفع گرما استفاده می‌شود، به ویژه هنگام کار در دمای محیط بالا یا نزدیک به حداکثر جریان.

8.3 طراحی نوری

زاویه دید گسترده 140 درجه، این LED را برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی گسترده یا دید از زوایای متعدد دارند، مناسب می‌سازد. برای نور متمرکز، به اپتیک ثانویه (لنز) نیاز خواهد بود. رزین شفاف آب‌مانند امکان استخراج نور خوبی را فراهم می‌کند.

9. مقایسه و موقعیت‌یابی فنی

در مقایسه با LEDهای سنتی Through-Hole، این نوع SMD مزایای قابل توجهی در سرعت مونتاژ (سازگار با Pick-and-Place)، صرفه‌جویی در فضای برد و انعطاف‌پذیری طراحی ارائه می‌دهد. در دسته LEDهای آبی SMD، تمایزهای کلیدی آن شامل اندازه خاص پکیج (2.0x1.25 میلی‌متر)، ولتاژ مستقیم معمول 3.3 ولت، زاویه دید گسترده و ساختار دسته‌بندی تعریف شده برای یکنواختی روشنایی و رنگ است. فناوری تراشه InGaN انتشار نور آبی کارآمدی را فراهم می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: برای تغذیه 5 ولت از چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

ج: با استفاده از قانون اهم (R = (Vsupply - Vf) / If) و مقادیر معمول: R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 اهم. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد (مثلاً 82 یا 91 اهم) استفاده کنید و حداقل/حداکثر Vf را برای اطمینان از باقی ماندن جریان در محدوده مجاز در نظر بگیرید.

س: آیا می‌توانم این LED را با 30 میلی‌آمپر برای روشنایی بیشتر راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. حداکثر جریان مستقیم پیوسته مطلق 20 میلی‌آمپر است. تجاوز از این رتبه، قابلیت اطمینان را به خطر انداخته و ممکن است باعث خرابی فوری یا زودرس شود. اگر در دمای بالا کار می‌کنید از منحنی کاهش رتبه استفاده کنید.

س: LED بسیار کم‌نور است. مشکل چه می‌تواند باشد؟

ج: اول، قطبیت را بررسی کنید. دوم، جریان مستقیم را با استفاده از افت ولتاژ روی مقاومت محدودکننده جریان تأیید کنید. سوم، اطمینان حاصل کنید که دمای محیط بیش از حد بالا نیست، زیرا خروجی نور با دما کاهش می‌یابد.

س: آیا قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت LEDها دارم؟

ج: تنها در صورتی که کیسه ضد رطوبت بیش از 168 ساعت (7 روز) باز بوده باشد یا نشانگر جاذب رطوبت قرارگیری در معرض رطوبت را نشان دهد. روش پخت مشخص شده (60 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت) را دنبال کنید.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت با چندین LED آبی.

یک طراح به 10 نشانگر آبی یکنواخت روی یک پنل کنترل نیاز دارد. آنها باید:

1. LEDها را از یک دسته شدت نور (مثلاً Q1) و یک دسته طول موج غالب (مثلاً A10) انتخاب کنند تا یکنواختی بصری تضمین شود.

2. PCB را با یک مقاومت محدودکننده جریان برای هر LED (محاسبه شده برای Vf معمول 3.3 ولت) طراحی کنند تا از جریان‌کشی بیش از حد جلوگیری شود.

3. برد را به گونه‌ای چیدمان کنند که مقداری مس‌ریزی اطراف پدهای LED برای دفع حرارت جزئی فراهم شود.

4. به کارخانه مونتاژ دستور دهند که از پروفیل رفلو بدون سرب ارائه شده استفاده کند و دستگاه‌های حساس به رطوبت را طبق دستورالعمل‌ها (نگهداری در کیسه‌های مهر و موم شده، استفاده در طول عمر کف) مدیریت کند.

این رویکرد، عملکرد قابل اعتماد، ظاهر یکنواخت و عملکرد بلندمدت را تضمین می‌کند.

12. اصل عملکرد

این LED بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. ناحیه فعال از InGaN ساخته شده است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل داخلی پیوند اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کند. انرژی گاف نواری خاص ماده InGaN، طول موج فوتون‌های منتشر شده را تعیین می‌کند که در این مورد در ناحیه آبی طیف مرئی (~468 نانومتر) است. رزین اپوکسی شفاف آب‌مانند، تراشه را محافظت کرده و به شکل‌دهی پرتو خروجی نور کمک می‌کند.

13. روندهای فناوری

LEDهای آبی مبتنی بر فناوری InGaN، یک فناوری بالغ و بنیادی در روشنایی حالت جامد را نشان می‌دهند. آنها نه تنها برای نشانگرهای آبی، بلکه به عنوان منبع پمپ برای تولید نور سفید در LEDهای سفید تبدیل‌شده با فسفر که بازار روشنایی عمومی را تسخیر کرده‌اند، اجزای حیاتی هستند. توسعه مستمر در این زمینه بر افزایش بازده نوری (خروجی نور بیشتر بر وات الکتریکی)، بهبود یکنواختی و پایداری رنگ در طول عمر، افزایش قابلیت اطمینان تحت کارکرد دمای بالا و جریان بالا و امکان اندازه پکیج حتی کوچکتر برای کاربردهای فوق مینیاتوری متمرکز است. تلاش برای بازده بالاتر و هزینه کمتر بر لومن همچنان یک روند کلیدی صنعت است.