دیتاشیت فنی LED SMD مدل 12-21/BHC-ZL1M2RY/2C - ابعاد 2.0x1.25x0.8 میلی‌متر - ولتاژ 2.5-3.1 ولت - رنگ آبی - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

ال ای دی 12-21/BHC-ZL1M2RY/2C یک دیود نورافشان نصب‌سطحی (SMD) است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن و فشرده طراحی شده است. این قطعه پیشرفتی قابل توجه نسبت به ال ای دی‌های سنتی با پایه‌های سیمی ارائه می‌دهد و مزایای قابل توجهی در زمینه بهره‌برداری از فضای برد و انعطاف‌پذیری طراحی فراهم می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و جایگاه محصول

مزیت اصلی این ال ای دی، ابعاد بسیار کوچک آن است. پکیج 12-21 به طور قابل توجهی از قطعات سنتی نصب‌سوراخ کوچک‌تر است. این کاهش اندازه به طراحان اجازه می‌دهد تا چگالی قطعات بیشتری روی بردهای مدار چاپی (PCB) داشته باشند که در نهایت منجر به کوچک‌تر شدن اندازه کلی دستگاه می‌شود. سبک بودن پکیج SMD آن را برای کاربردهای قابل حمل و مینیاتوری که وزن یک عامل حیاتی است، ایده‌آل می‌سازد.

این ال ای دی از نوع تک‌رنگ است که نور آبی ساطع می‌کند و از مواد بدون سرب (Pb-free) ساخته شده است. این محصول با مقررات اصلی بین‌المللی زیست‌محیطی و ایمنی، از جمله دستورالعمل RoHS اتحادیه اروپا (محدودیت مواد خطرناک)، مقررات REACH مطابقت دارد و به عنوان عاری از هالوژن طبقه‌بندی می‌شود که محتوای برم (Br) و کلر (Cl) آن زیر حد مجاز مشخص نگه داشته شده است.

1.2 بازار هدف و کاربردها

این قطعه برای طیف گسترده‌ای از الکترونیک مصرفی، صنعتی و مخابراتی هدف‌گذاری شده است. حوزه‌های کلیدی کاربرد آن شامل موارد زیر است:

• نور پس‌زمینه:ایده‌آل برای روشنایی داشبورد، کلیدها و صفحه‌کلیدها.
• تجهیزات مخابراتی:به عنوان نشانگر وضعیت و نور پس‌زمینه برای دستگاه‌هایی مانند تلفن و فکس عمل می‌کند.
• فناوری نمایشگر:مناسب برای واحدهای نور پس‌زمینه تخت پشت نمایشگرهای کریستال مایع (LCD) و برای روشنایی نمادها.
• نشانگر عمومی:می‌تواند در انواع گسترده‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی که نیاز به یک نشانگر بصری فشرده و قابل اعتماد دارند، استفاده شود.

محصول بر روی قرقره‌های 7 اینچی و در نوار استاندارد صنعتی 8 میلی‌متری عرضه می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ خودکار پیک و پلیس سرعت بالا سازگار می‌سازد. همچنین برای مقاومت در برابر فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز و فاز بخار طراحی شده است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

درک کامل مشخصات الکتریکی و نوری برای طراحی مدار قابل اعتماد و عملکرد بهینه بسیار حیاتی است.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا زیر آن تضمین نمی‌شود.

• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست سریع پیوند شود.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):10 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC است که می‌توان به طور پیوسته اعمال کرد.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این رتبه‌بندی جریان پالسی (در چرخه کاری 1/10، فرکانس 1 کیلوهرتز) برای کاربردهای چشمک‌زن کوتاه و با شدت بالا مفید است اما نباید برای کارکرد پیوسته استفاده شود.
• توان تلف شده (P_d):40 میلی‌وات. این محدودیت، همراه با ولتاژ مستقیم، حداکثر جریان پیوسته مجاز را تحت شرایط حرارتی خاص دیکته می‌کند.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان (HBM):150 ولت. این یک تحمل ESD نسبتاً پایین است که نشان می‌دهد قطعه به الکتریسیته ساکن حساس است. رعایت روش‌های صحیح کنترل ESD در طول مونتاژ و جابجایی اجباری است.
• دمای عملیاتی (T_opr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. قطعه برای محدوده دمایی صنعتی درجه‌بندی شده است.
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 90+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری:قطعه می‌تواند لحیم‌کاری رفلو با حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد را تا 10 ثانیه تحمل کند. برای لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه نباید از 350 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان تماس برای هر پایه باید به 3 ثانیه محدود شود.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد و جریان مستقیم (I_F) 5 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (I_v):از حداقل 11.5 میلی‌کاندلا تا حداکثر 28.5 میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار معمول مشخص نشده است که نشان می‌دهد عملکرد از طریق سیستم دسته‌بندی (بینینگ) مدیریت می‌شود (بعداً توضیح داده می‌شود).
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه. این زاویه دید گسترده، ال ای دی را برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی وسیع یا قابلیت مشاهده از زوایای متعدد دارند، مناسب می‌سازد.
• طول موج پیک (λ_p):معمولاً 468 نانومتر، که آن را در ناحیه آبی طیف مرئی قرار می‌دهد.
• طول موج غالب (λ_d):بین 465 نانومتر و 475 نانومتر مشخص شده است. این طول موجی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و همچنین از طریق دسته‌بندی مدیریت می‌شود.
• پهنای باند طیفی (Δλ):معمولاً 25 نانومتر، که نشان‌دهنده گسترش نور ساطع شده حول طول موج پیک است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):در 5 میلی‌آمپر از 2.5 ولت تا 3.1 ولت متغیر است. این پارامتر برای طراحی مقاومت محدودکننده جریان که به صورت سری با ال ای دی قرار می‌گیرد، حیاتی است. سیستم دسته‌بندی ولتاژ به طراحان کمک می‌کند تا ال ای دی‌هایی با افت ولتاژ یکنواخت انتخاب کنند.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 50 میکروآمپر هنگامی که بایاس معکوس 5 ولت اعمال می‌شود.توجه مهم:دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که شرایط ولتاژ معکوس فقط برای اهداف آزمایشی است و قطعه نباید در یک مدار واقعی در بایاس معکوس کار کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، ال ای دی‌ها بر اساس عملکرد در دسته‌های مختلفی (بین) مرتب می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که معیارهای حداقل خاص برای کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

ال ای دی‌ها بر اساس خروجی اندازه‌گیری شده در 5 میلی‌آمپر در چهار دسته شدت (L1, L2, M1, M2) دسته‌بندی می‌شوند.

• L1:11.5 – 14.5 میلی‌کاندلا
• L2:14.5 – 18.0 میلی‌کاندلا
• M1:18.0 – 22.5 میلی‌کاندلا
• M2:22.5 – 28.5 میلی‌کاندلا

تلرانس ±11% برای شدت نور اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

رنگ (فام) نور آبی از طریق دسته‌بندی طول موج کنترل می‌شود. دو دسته تعریف شده است:

• دسته X:465 – 470 نانومتر
• دسته Y:470 – 475 نانومتر

تلرانس دقیق‌تری معادل ±1 نانومتر برای طول موج غالب مشخص شده است.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

برای کمک به طراحی منبع تغذیه و اطمینان از یکنواختی روشنایی در رشته‌های موازی، ال ای دی‌ها بر اساس ولتاژ مستقیم در 5 میلی‌آمپر دسته‌بندی می‌شوند.

• دسته 9:2.5 – 2.7 ولت
• دسته 10:2.7 – 2.9 ولت
• دسته 11:2.9 – 3.1 ولت

تلرانس برای ولتاژ مستقیم ±0.1 ولت است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد پکیج

ال ای دی SMD مدل 12-21 دارای یک پکیج مستطیلی فشرده است. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر) شامل طول بدنه معمول 2.0 میلی‌متر، عرض 1.25 میلی‌متر و ارتفاع 0.8 میلی‌متر می‌شود. دیتاشیت یک نقشه ابعادی دقیق ارائه می‌دهد که فاصله پایه‌ها، اندازه پدها و تلرانس کلی را نشان می‌دهد که معمولاً ±0.1 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این نقشه برای ایجاد جای پای (Footprint) صحیح روی PCB به منظور اطمینان از لحیم‌کاری و تراز مناسب ضروری است.

4.2 شناسایی قطبیت

قطعه دارای یک نشانگر قطبیت، معمولاً یک فرورفتگی یا نقطه روی پکیج، برای شناسایی کاتد است. جهت‌گیری صحیح در هنگام نصب برای عملکرد مدار حیاتی است.

4.3 بسته‌بندی نوار و قرقره

ال ای دی‌ها در بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت عرضه می‌شوند. آن‌ها در نوار حامل با حفره‌هایی به اندازه پکیج 12-21 بارگیری می‌شوند. قرقره استاندارد حاوی 2000 قطعه است. ابعاد قرقره (مانند قطر هاب، عرض قرقره و قطر فلنج) ارائه شده است تا سازگاری با ماشین‌آلات مونتاژ خودکار تضمین شود. بسته‌بندی شامل یک ماده رطوبت‌گیر است و در داخل یک کیسه ضد رطوبت آلومینیومی مهر و موم شده است تا قطعات را در برابر رطوبت محیط در طول ذخیره‌سازی و حمل و نقل محافظت کند.

4.4 توضیح برچسب

برچسب‌های بسته‌بندی حاوی اطلاعات حیاتی برای ردیابی و شناسایی هستند:

• P/N:شماره محصول (مثلاً 12-21/BHC-ZL1M2RY/2C).
• QTY:تعداد در هر قرقره.
• CAT:رتبه شدت نور (مربوط به کد دسته L1, M2 و غیره).
• HUE:مختصات رنگی و رتبه طول موج غالب (مربوط به کد دسته X, Y).
• REF:رتبه ولتاژ مستقیم (مربوط به کد دسته 9, 10, 11).
• LOT No:شماره دسته ساخت برای کنترل کیفیت.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

جابجایی و لحیم‌کاری صحیح برای قابلیت اطمینان حیاتی است. ال ای دی به تنش حرارتی و مکانیکی حساس است.

5.1 ذخیره‌سازی و حساسیت به رطوبت

محصول به رطوبت حساس است. اقدامات احتیاطی کلیدی شامل موارد زیر است:

• کیسه ضد رطوبت را تا زمانی که قطعات آماده استفاده هستند باز نکنید.
• پس از باز کردن، ال ای دی‌های استفاده نشده باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% ذخیره شوند.
• "عمر مفید پس از باز کردن" کیسه 168 ساعت (7 روز) است. اگر در این مدت استفاده نشدند، قطعات باید به مدت 24 ساعت در دمای 60±5°C بازپخت (بیک) شده و مجدداً با ماده رطوبت‌گیر بسته‌بندی شوند.

5.2 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل رفلو بدون سرب (Pb-free) توصیه می‌شود:

• پیش‌گرمایش:150–200°C به مدت 60–120 ثانیه.
• زمان بالاتر از نقطه ذوب (TAL):60–150 ثانیه بالاتر از 217°C.
• دمای پیک:حداکثر 260°C، که بیش از 10 ثانیه نگه داشته نشود.
• نرخ گرمایش/سرمایش:حداکثر نرخ گرمایش 6°C/ثانیه تا 255°C، و حداکثر نرخ سرمایش 3°C/ثانیه.
• لحیم‌کاری رفلو نباید بیش از دو بار روی یک قطعه انجام شود.

5.3 اقدامات احتیاطی لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، دقت بسیار زیادی لازم است:

• از هویه‌ای با دمای نوک ≤350°C استفاده کنید.
• زمان تماس برای هر ترمینال را به ≤3 ثانیه محدود کنید.
• از هویه کم‌توان (≤25 وات) استفاده کنید.
• بین لحیم‌کاری هر ترمینال، یک فاصله خنک‌سازی حداقل 2 ثانیه در نظر بگیرید.
• از اعمال تنش مکانیکی به بدنه ال ای دی در حین گرمایش خودداری کنید.

5.4 محافظت طراحی مدار

محافظت در برابر جریان بیش از حد:استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی کاملاً اجباری است. ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی است، به این معنی که با گرم شدن ال ای دی، V_Fکاهش می‌یابد که می‌تواند منجر به افزایش سریع و کنترل‌نشده جریان در صورت تغذیه توسط یک منبع ولتاژ بدون مقاومت سری شود. این امر منجر به فرار حرارتی و خرابی قطعه خواهد شد.

6. ملاحظات و محدودیت‌های طراحی کاربرد

6.1 ملاحظات طراحی

• درایو جریان:همیشه ال ای دی را با جریان ثابت درایو کنید یا از یک منبع ولتاژ همراه با یک مقاومت سری استفاده کنید که بر اساس بدترین حالت V_F(حداقل) از محدوده دسته‌بندی محاسبه شده است تا اطمینان حاصل شود که جریان هرگز از حداکثر مقدار مجاز مطلق تجاوز نمی‌کند.
• مدیریت حرارتی:اگرچه پکیج کوچک است، اما اطمینان از مساحت کافی مس روی PCB در اطراف پدهای حرارتی می‌تواند به دفع گرما کمک کند، به ویژه هنگام کار نزدیک به حداکثر جریان یا در دمای محیط بالا.
• محافظت ESD:با توجه به رتبه HBM پایین 150 ولت این قطعه، در صورت اتصال ال ای دی به پورت‌های قابل دسترسی کاربر، محافظت ESD را روی خطوط ورودی پیاده‌سازی کنید.

6.2 محدودیت‌های کاربرد

دیتاشیت شامل یک اخطار حیاتی در مورد کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا است. این محصول، همانطور که مشخص شده است، ممکن است برای کاربردهایی که خرابی می‌تواند منجر به آسیب جدی، از دست دادن جان یا خسارت مالی قابل توجه شود، مناسب نباشد. این به صراحت شامل موارد زیر می‌شود:

• سیستم‌های نظامی و هوافضا
• سیستم‌های ایمنی و امنیتی خودرو (مانند ایربگ، سیستم‌های ترمز)
• تجهیزات پشتیبانی حیات پزشکی

برای چنین کاربردهایی، قطعاتی با صلاحیت‌ها، آزمایش‌ها و تضمین‌های قابلیت اطمینان متفاوت مورد نیاز است. مهندسان باید برای محصولات طراحی شده برای این موارد استفاده حیاتی، با سازنده مشورت کنند.

7. مقایسه و تمایز فنی

ال ای دی 12-21/BHC-ZL1M2RY/2C عمدتاً از طریق اندازه پکیج و یکنواختی عملکرد خود از طریق سیستم دسته‌بندی متمایز می‌شود.

• در مقایسه با پکیج‌های SMD بزرگتر (مانند 3528, 5050):این ال ای دی جای پای بسیار کوچک‌تری ارائه می‌دهد که امکان طراحی‌های با چگالی بالاتر را فراهم می‌کند اما معمولاً با خروجی نور کل کمتر در هر قطعه.
• در مقایسه با ال ای دی‌های نصب‌سوراخ:نیاز به سوراخ کردن PCB را حذف می‌کند، مونتاژ خودکار را ساده‌سازی می‌کند، وزن را کاهش می‌دهد و امکان فرم‌فکتورهای محصول کوچک‌تر را فراهم می‌آورد.
• در مقایسه با ال ای دی‌های بدون دسته‌بندی:سیستم جامع دسته‌بندی برای شدت، طول موج و ولتاژ، عملکرد قابل پیش‌بینی را در اختیار طراحان قرار می‌دهد که برای کاربردهایی که نیاز به یکنواختی رنگ یا روشنایی در بین چندین ال ای دی دارند، حیاتی است.

8. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: برای درایو این ال ای دی با جریان 5 میلی‌آمپر از منبع 5 ولت، از چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

پ: با استفاده از قانون اهم: R = (V_منبع- V_F) / I_F. برای طراحی بدترین حالت (اطمینان از اینکه جریان حتی با کمترین V_Fهرگز از 5 میلی‌آمپر تجاوز نکند)، از حداقل V_Fاز دسته 9 (2.5 ولت) استفاده کنید. R = (5V - 2.5V) / 0.005A = 500 اهم. یک مقاومت استاندارد 510 اهم انتخاب ایمنی خواهد بود که جریانی کمی کمتر از 5 میلی‌آمپر ایجاد می‌کند.

س: آیا می‌توانم این ال ای دی را با پالس 50 میلی‌آمپر درایو کنم؟

پ: بله، اما فقط تحت شرایط خاص. دیتاشیت اجازه جریان مستقیم پیک (I_FP) 100 میلی‌آمپر را در چرخه کاری 1/10 و فرکانس 1 کیلوهرتز می‌دهد. پالس با 50 میلی‌آمپر با چرخه کاری مشابه یا پایین‌تر به طور کلی قابل قبول است، اما باید تأیید کنید که جریان متوسط و توان تلف شده از مقادیر مجاز پیوسته تجاوز نمی‌کند.

س: چرا زمان ذخیره‌سازی پس از باز کردن کیسه به 7 روز محدود شده است؟

پ: ال ای دی‌های SMD می‌توانند رطوبت را از هوا جذب کنند. در طول فرآیند لحیم‌کاری رفلو با دمای بالا، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت منبسط شود و باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا "پاپ کورن شدن" شود که پکیج را ترک داده و قطعه را از بین می‌برد. محدودیت 7 روزه بر اساس سطح حساسیت به رطوبت (MSL) قطعه است.

س: زاویه دید 120 درجه است. این چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟

پ: زاویه دید (2θ_1/2) زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار حداکثری خود (اندازه‌گیری شده در 0 درجه، مستقیماً روی محور) کاهش می‌یابد. زاویه 120 درجه به این معنی است که ال ای دی نور را به طور مؤثر در یک مخروط بسیار گسترده ساطع می‌کند.

9. اصل کار و فناوری

این ال ای دی بر پایه فناوری نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از آستانه روشن شدن دیود (تقریباً 2.5-3.1 ولت) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال پیوند نیمه‌هادی تزریق می‌شوند. بازترکیب آن‌ها انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور ساطع شده مطابقت دارد - در این مورد، آبی (~468 نانومتر). لنز رزینی "شفاف" برای حداکثر کردن استخراج نور از تراشه نیمه‌هادی استفاده می‌شود.

10. روندها و زمینه صنعت

پکیج 12-21 بخشی از یک روند بلندمدت صنعتی به سوی مینیاتوری‌سازی قطعات الکترونیکی است. تلاش برای دستگاه‌های کوچک‌تر، سبک‌تر و با بهره‌وری انرژی بیشتر در الکترونیک مصرفی، پوشیدنی‌ها و حسگرهای اینترنت اشیا (IoT) همچنان توسعه پکیج‌های ال ای دی کوچک‌تر و کوچک‌تر را پیش می‌برد. علاوه بر این، تأکید بر انطباق زیست‌محیطی (RoHS، عاری از هالوژن) و مدیریت زنجیره تأمین از طریق دسته‌بندی دقیق و قابلیت ردیابی (شماره دسته) منعکس‌کننده استانداردهای گسترده‌تر صنعت برای کیفیت و پایداری است. حرکت به سمت لحیم‌کاری بدون سرب، که این قطعه برای آن واجد شرایط است، اکنون یک هنجار جهانی در ساخت الکترونیک است.