دیتاشیت فنی LED SMD کهربایی با زاویه دید 120 درجه - فناوری AlInGaP - ولتاژ 2.05-2.5V در جریان 50mA - اتلاف توان 175mW

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED با روشنایی بالا از نوع نصب سطحی (SMD) را تشریح می‌کند که از فناوری آلومینیوم ایندیوم گالیم فسفید (AlInGaP) برای تولید نور کهربایی استفاده می‌کند. این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده و برای کاربردهای با محدودیت فضا مناسب است. این قطعه دارای لنز پخش‌کننده است که به زاویه دید گسترده 120 درجه آن کمک می‌کند و آن را برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی گسترده یا قابلیت مشاهده از زوایای متعدد دارند، ایده‌آل می‌سازد.

این LED مطابق با استانداردهای AEC-Q101 تأیید صلاحیت شده است که آن را برای استفاده در کاربردهای لوازم جانبی خودرو و سایر موارد مناسب می‌سازد. ساختار و مواد آن مطابق با دستورالعمل‌های ROHS است. این قطعه در بسته‌بندی استاندارد صنعتی روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شود که مونتاژ سریع Pick-and-Place را تسهیل می‌کند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این قطعه برای کار در محدوده‌های محیطی و الکتریکی مشخصی درجه‌بندی شده است تا قابلیت اطمینان تضمین شده و از آسیب جلوگیری شود. حداکثر مقادیر مطلق در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• اتلاف توان (Pd):175 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که قطعه می‌تواند به صورت گرما بدون تجاوز از محدودیت‌های حرارتی خود دفع کند.
• جریان پیشرو DC (IF):70 میلی‌آمپر. حداکثر جریان پیشرو پیوسته‌ای که می‌توان اعمال کرد.
• جریان پیشرو پیک:100 میلی‌آمپر. این مقدار فقط در شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است و نباید از آن تجاوز کرد.
• محدوده دمای کاری:40- درجه سلسیوس تا +100 درجه سلسیوس. محدوده دمای محیطی که قطعه برای عملکرد در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای انبارداری:40- درجه سلسیوس تا +100 درجه سلسیوس. محدوده دمایی برای نگهداری در حالت غیرفعال.

2.2 مشخصات حرارتی

مدیریت حرارتی مؤثر برای عملکرد و طول عمر LED حیاتی است. مقادیر مقاومت حرارتی نشان می‌دهند که گرما چقدر به راحتی می‌تواند از پیوند نیمه‌هادی به محیط اطراف یا نقطه لحیم‌کاری منتقل شود.

• مقاومت حرارتی، پیوند به محیط (RθJA):280 درجه سلسیوس بر وات (معمولی). اندازه‌گیری شده روی زیرلایه FR4 (ضخامت 1.6 میلی‌متر) با پد مسی 16 میلی‌متر مربع. مقدار کمتر نشان‌دهنده دفع حرارت بهتر است.
• مقاومت حرارتی، پیوند به نقطه لحیم (RθJS):130 درجه سلسیوس بر وات (معمولی). این اغلب معیار مرتبط‌تری برای طراحی حرارتی در سطح برد است.
• حداکثر دمای پیوند (Tj):125 درجه سلسیوس. دمای پیوند نیمه‌هادی نباید از این حد تجاوز کند.

طراحان باید دمای پیوند مورد انتظار را محاسبه کنند (Tj = Ta + (Pd * RθJA)) تا اطمینان حاصل شود که در بدترین شرایط کاری زیر 125 درجه سلسیوس باقی می‌ماند.

2.3 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها خروجی نور و رفتار الکتریکی LED را تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C, IF=50mA) تعریف می‌کنند.

• شدت نور (Iv):2240 - 4500 میلی‌کاندلا (mcd). این روشنایی درک شده است که توسط یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با پاسخ فوتوپیک چشم انسان (منحنی CIE) اندازه‌گیری می‌شود. محدوده گسترده از طریق سیستم باینینگ مدیریت می‌شود.
• زاویه دید (2θ½):120 درجه (معمولی). به عنوان زاویه کامل‌ای تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری (0 درجه) کاهش می‌یابد.
• طول موج تابش پیک (λP):621 نانومتر (معمولی). طول موجی که در آن توزیع توان طیفی در بالاترین حد است.
• طول موج غالب (λd):612 - 621 نانومتر. این طول موج منفرد به بهترین شکل رنگ درک شده LED را نشان می‌دهد که از مختصات رنگی آن مشتق شده است. تلرانس ±1 نانومتر است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمولی). پهنای باند طیفی اندازه‌گیری شده در نصف حداکثر شدت، که نشان‌دهنده خلوص رنگ است.
• ولتاژ پیشرو (VF):2.05 - 2.5 ولت در 50 میلی‌آمپر. افت ولتاژ دو سر LED هنگام عبور جریان. تلرانس ±0.1 ولت است.
• جریان معکوس (IR):10 میکروآمپر (حداکثر) در VR=10V. این قطعه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این پارامتر فقط برای اهداف آزمایشی است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در سطل‌های مختلف (باین) دسته‌بندی می‌شوند. برچسب دسته، کدهای باین خاص برای ولتاژ پیشرو (Vf)، شدت نور (Iv) و طول موج غالب (Wd) را نشان می‌دهد.

3.1 باینینگ ولتاژ پیشرو (Vf)

در IF=50mA باین شده است تا به طراحی مدار تنظیم جریان کمک کند.

• باین D:2.05V - 2.20V
• باین E:2.20V - 2.35V
• باین F:2.35V - 2.50V

تلرانس درون هر باین ±0.1V است.

3.2 باینینگ شدت نور (Iv)

در IF=50mA باین شده است تا تغییرات روشنایی کنترل شود.

• باین X2:2240 mcd - 2800 mcd
• باین Y1:2800 mcd - 3550 mcd
• باین Y2:3550 mcd - 4500 mcd

تلرانس درون هر باین ±11% است.

3.3 باینینگ طول موج غالب (Wd)

در IF=50mA باین شده است تا یکنواختی رنگ تضمین شود.

• باین 3:612 nm - 615 nm
• باین 4:615 nm - 618 nm
• باین 5:618 nm - 621 nm

تلرانس درون هر باین ±1 nm است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که متن ارائه شده به منحنی‌های معمولی اشاره می‌کند، عملکرد استاندارد LED با چندین رابطه کلیدی مشخص می‌شود.

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

منحنی I-V برای یک LED از جنس AlInGaP ماهیتی نمایی دارد، مشابه یک دیود استاندارد. در جریان کاری معمولی 50 میلی‌آمپر، ولتاژ پیشرو در محدوده 2.05V تا 2.5V مشخص شده قرار می‌گیرد. طراحان باید از یک مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت استفاده کنند تا عملکرد پایدار تضمین شده و از فرار حرارتی جلوگیری شود، زیرا ولتاژ پیشرو LED با افزایش دما کاهش می‌یابد.

4.2 شدت نور در مقابل جریان پیشرو

خروجی نور (شدت نور) در یک محدوده قابل توجه تقریباً متناسب با جریان پیشرو است. کار در جریان DC توصیه شده (70 میلی‌آمپر) خروجی نور را افزایش می‌دهد اما گرمای بیشتری نیز تولید می‌کند که به دلیل تخریب حرارتی تسریع‌شده، ممکن است بازده (کارایی نوری) را کاهش داده و طول عمر قطعه را کوتاه کند.

4.3 وابستگی دمایی

عملکرد LED به شدت به دما حساس است. با افزایش دمای پیوند:

• خروجی نور کاهش می‌یابد:خروجی نور معمولاً افت می‌کند. ضریب دقیق متفاوت است اما یک عامل حیاتی برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا است.
• ولتاژ پیشرو کاهش می‌یابد:این می‌تواند در صورت تغذیه توسط منبع ولتاژ منجر به افزایش جریان شود و یک حلقه بازخورد مثبت برای تولید گرما ایجاد کند.
• طول موج غالب جابجا می‌شود:برای LEDهای AlInGaP، طول موج عموماً با دما کمی جابجا می‌شود که ممکن است در کاربردهای با تلرانس دقیق بر درک رنگ تأثیر بگذارد.

بنابراین، هیت‌سینک مؤثر و طراحی حرارتی روی PCB برای حفظ عملکرد نوری یکنواخت ضروری است.

4.4 توزیع فضایی (زاویه دید)

الگوی تابش فضایی توسط معماری چیپ LED و لنز پخش‌کننده تعریف می‌شود. زاویه دید 120 درجه (2θ½) نشان‌دهنده یک توزیع بسیار گسترده و شبیه لامبرت است. این الگو برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی یکنواخت و گسترده یا نشانگرهایی دارند که باید از محدوده وسیعی از زوایا قابل مشاهده باشند، مانند چراغ‌های پنل یا نشانگرهای وضعیت، ایده‌آل است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج

این LED مطابق با طرح استاندارد پکیج SMD موسسه EIA است. تمام ابعاد حیاتی برای طراحی جای پای PCB، مانند فاصله پدها، ارتفاع قطعه و اندازه لنز، در نقشه دقیق پکیج ارائه شده است که تلرانس کلی آن ±0.2 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. این استانداردسازی، سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار را تضمین می‌کند.

5.2 طراحی پد PCB توصیه شده

یک الگوی لند (جای پای قطعه) برای فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز و فاز بخار ارائه شده است. رعایت این هندسه پد توصیه شده برای دستیابی به اتصالات لحیم قابل اطمینان، اطمینان از تراز خودکار صحیح در حین ریفلو و تسهیل انتقال حرارت مؤثر از پد حرارتی LED (در صورت وجود) به PCB بسیار مهم است.

5.3 شناسایی قطبیت

LEDهای SMD معمولاً یک علامت روی پکیج دارند که سمت کاتد (منفی) را نشان می‌دهد. این اغلب یک علامت سبز رنگ، یک شکاف یا یک گوشه بریده شده روی لنز یا بدنه پکیج است. جهت‌دهی صحیح قطبیت در حین نصب برای عملکرد قطعه ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو IR

این قطعه با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) با استفاده از لحیم بدون سرب (Pb-free) سازگار است. پروفیل توصیه شده مطابق با استانداردهای J-STD-020 است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• پیش‌گرم:حداکثر 150-200 درجه سلسیوس.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سلسیوس.
• زمان بالاتر از نقطه مایع:مطابق با محدودیت‌های پروفیل برای اطمینان از تشکیل صحیح اتصال لحیم بدون قرار دادن LED در معرض تنش حرارتی بیش از حد.

LED نباید بیش از دو سیکل ریفلو را تجربه کند.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار گرفته شود:

• دمای هویه:حداکثر 300 درجه سلسیوس.
• زمان لحیم‌کاری:حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه.
• محدودیت:فقط یک سیکل لحیم‌کاری دستی مجاز است تا از آسیب حرارتی به پکیج پلاستیکی و اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

تمیزکاری پس از مونتاژ باید با دقت انجام شود. فقط باید از حلال‌های الکلی مشخص شده مانند اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل استفاده شود. LED باید در دمای معمولی کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. مواد شیمیایی خشن یا نامشخص می‌توانند به لنز اپوکسی و مواد پکیج آسیب برسانند و منجر به تغییر رنگ یا ترک خوردگی شوند.

7. احتیاط‌های نگهداری و جابجایی

7.1 حساسیت به رطوبت

این محصول بر اساس JEDEC J-STD-020 در سطح حساسیت به رطوبت (MSL) 2a طبقه‌بندی شده است. این بدان معناست که پکیج می‌تواند تا 4 هفته در شرایط محیط کارخانه (≤30°C/60%RH) قرار گیرد قبل از اینکه نیاز به پخت (بیک‌اوت) قبل از ریفلو داشته باشد.

• کیسه مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت ≤70% RH نگهداری شود. ظرف یک سال از تاریخ مهر و موم کیسه استفاده شود.
• کیسه باز شده:در دمای ≤30°C و رطوبت ≤60% RH نگهداری شود. ریفلو IR کامل ظرف 4 هفته پس از باز کردن انجام شود.
• نگهداری طولانی‌مدت (خارج از کیسه):در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در یک دسیکاتور نیتروژن نگهداری شود.
• پخت (بیک‌اوت):اگر بیش از 4 هفته در معرض محیط قرار گرفته باشد، قبل از لحیم‌کاری به مدت حداقل 48 ساعت در دمای تقریبی 60 درجه سلسیوس پخت شود تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

7.2 نکات کاربردی

این LED برای تجهیزات الکترونیکی عمومی طراحی شده است. برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان استثنایی دارند که خرابی می‌تواند ایمنی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پزشکی، سیستم‌های حمل و نقل حیاتی)، مشاوره فنی اختصاصی برای ارزیابی مناسب بودن و نیازهای احتمالی کاهش درجه (دری‌تینگ) الزامی است.

8. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

8.1 مشخصات نوار و قرقره

این قطعه در نوار حامل برجسته با یک نوار پوشش محافظ عرضه می‌شود که روی قرقره‌های به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است. مقدار استاندارد قرقره 2000 قطعه در هر قرقره است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است تا سازگاری با فیدرهای خودکار تضمین شود. ابعاد نوار (اندازه حفره، گام و غیره) برای تنظیم فیدر ارائه شده است.

9. پیشنهادات کاربردی

9.1 سناریوهای کاربردی معمول

• لوازم جانبی خودرو:روشنایی محیط داخلی، نور پس زمینه داشبورد، روشنایی کلیدها و نشانگرهای وضعیت غیرحیاتی.
• الکترونیک مصرفی:نشانگرهای وضعیت برای روترها، مودم‌ها، پرینترها و تجهیزات صوتی/تصویری.
• دستگاه‌های قابل حمل:نشانگرهای وضعیت برق/باتری در دستگاه‌هایی که فضا محدود است.
• سیگنالینگ عمومی:چراغ‌های پنل، علائم خروج و نورپردازی تزئینی که در آن رنگ کهربایی و زاویه دید گسترده مفید است.

9.2 ملاحظات طراحی

• درایو جریان:همیشه از یک منبع جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با LED استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (Vsupply - VF) / IF محاسبه کنید، که در آن VF باید از حداکثر مقدار در باین آن برای یک طراحی محافظه‌کارانه انتخاب شود.
• مدیریت حرارتی:برای کار مداوم در جریان حداکثر یا نزدیک به آن، مساحت کافی مس روی PCB که به پد حرارتی LED (در صورت وجود) یا پدهای مجاور متصل است، به عنوان هیت‌سینک فراهم کنید. محاسبات دمای پیوند را کنترل کنید.
• محافظت در برابر ESD:اگرچه به صراحت حساس اعلام نشده است، اما اجرای اقدامات احتیاطی اولیه ESD در حین جابجایی و مونتاژ برای تمام دستگاه‌های نیمه‌هادی یک عمل خوب است.

10. معرفی فناوری و روندها

10.1 اصل فناوری AlInGaP

آلومینیوم ایندیوم گالیم فسفید (AlInGaP) یک ماده نیمه‌هادی III-V است که عمدتاً برای تولید LEDهای با بازده بالا در مناطق طول موج قرمز، نارنجی، کهربایی و زرد (تقریباً 590-650 نانومتر) استفاده می‌شود. با تنظیم نسبت‌های آلومینیوم، ایندیوم و گالیم در ناحیه چاه کوانتومی فعال، گاف انرژی ماده را می‌توان به دقت تنظیم کرد که مستقیماً طول موج پیک نور ساطع شده را تعیین می‌کند. LEDهای AlInGaP به دلیل کارایی نوری بالا و پایداری دمایی خوب در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند گالیم آرسنید فسفید (GaAsP) شناخته شده‌اند. لنز پخش‌کننده معمولاً از اپوکسی یا سیلیکون ساخته شده و حاوی ذرات پراکنده‌کننده برای گسترش زاویه پرتو و نرم کردن ظاهر منبع نور است.

10.2 روندهای توسعه

روند کلی در فناوری LEDهای SMD به سمت بازده بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، چگالی توان افزایش یافته، بهبود یکنواختی رنگ از طریق باینینگ دقیق‌تر و افزایش قابلیت اطمینان تحت شرایط سخت (دمای بالاتر، رطوبت) است. برای LEDهای کهربایی، تحقیقات مداومی بر روی مواد جایگزین مانند LEDهای آبی تبدیل شده با فسفر برای دستیابی به سایه‌های خاص کهربایی در جریان است، اگرچه AlInGaP ساطع‌کننده مستقیم به دلیل بازده آن برای رنگ‌های طیفی خالص همچنان غالب است. روندهای بسته‌بندی شامل عوامل شکل کوچک‌تر، مسیرهای حرارتی بهبود یافته و لنزهای طراحی شده برای الگوهای پرتو خاص است. تلاش برای روشنایی داخلی و خارجی خودرو، همراه با کاربردهای نشانگر عمومی، همچنان به سمت قطعاتی پیش می‌رود که استانداردهای کیفیت سختگیرانه‌ای مانند AEC-Q101 را برآورده می‌کنند.