دیتاشیت LED SMD آبی 0201 - ابعاد 0.6x0.3x0.25 میلی‌متر - ولتاژ 2.8-3.8 ولت - توان 80 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات یک دیود نورافشان نصب‌سطحی (SMD LED) مینیاتوری در سایز بسته‌بندی 0201 را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه برای مونتاژ خودکار روی برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده و برای کاربردهای با محدودیت فضا ایده‌آل است. LED با استفاده از ماده نیمه‌هادی این‌گالن (ایندیوم گالیم نیترید) نور آبی ساطع می‌کند و دارای لنز شفاف برای خروجی نور بهینه است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED شامل اندازه فوق‌العاده فشرده، سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار با حجم بالا و مناسب بودن برای فرآیندهای لحیم‌کاری بازجوشی بدون سرب (IR) است. این محصول برای انطباق با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) طراحی شده است. کاربردهای هدف آن طیف وسیعی از الکترونیک مصرفی و صنعتی را در بر می‌گیرد، از جمله اما نه محدود به: نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه پنل‌های جلویی و کی‌پدها، چراغ‌های سیگنال در تجهیزات مخابراتی، دستگاه‌های اتوماسیون اداری، لوازم خانگی و تابلوهای داخلی. اندازه مینیاتوری آن به‌ویژه در دستگاه‌های قابل حمل مانند تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و فناوری‌های پوشیدنی ارزشمند است.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

این بخش، تجزیه‌وتحلیل دقیقی از محدودیت‌های عملیاتی و ویژگی‌های عملکرد LED تحت شرایط آزمایش استاندارد ارائه می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

حداکثر مقادیر مجاز مطلق، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند. حداکثر جریان مستقیم پیوسته (IF) 20 میلی‌آمپر است. جریان مستقیم پیک بالاتر 100 میلی‌آمپر مجاز است، اما تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه. حداکثر اتلاف توان 80 میلی‌وات است. این قطعه برای کار در محدوده دمایی 40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس درجه‌بندی شده و می‌تواند در محیط‌های 40- درجه تا 100+ درجه سلسیوس نگهداری شود.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

مشخصات الکترواپتیکال در Ta=25°C و با جریان مستقیم (IF) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. شدت نور (Iv) محدوده معمولی از 90.0 تا 224.0 میلی‌کاندلا دارد که با استفاده از سنسوری فیلترشده مطابق با منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE اندازه‌گیری می‌شود. زاویه دید (2θ1/2) که به‌عنوان زاویه کامل کاهش شدت نور به نصف مقدار محوری تعریف می‌شود، معمولاً 110 درجه است که نشان‌دهنده الگوی دید وسیع است. طول موج اوج تابش (λp) در 468 نانومتر متمرکز است. طول موج غالب (λd) که رنگ درک‌شده را تعریف می‌کند، از 465 تا 475 نانومتر متغیر است. پهنای باند طیفی (Δλ) تقریباً 25 نانومتر است. ولتاژ مستقیم (VF) مورد نیاز برای راه‌اندازی LED با جریان 20 میلی‌آمپر معمولاً بین 2.8 تا 3.8 ولت قرار دارد. جریان معکوس (IR) حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت مشخص شده است؛ توجه به این نکته حیاتی است که این قطعه برای کار تحت بایاس معکوس طراحی نشده است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در سطل‌های (بین‌های) مختلف دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات خاصی برای رنگ، روشنایی و رفتار الکتریکی را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ ولتاژ مستقیم (VF)

LEDها در پنج بین ولتاژ (از D7 تا D11) دسته‌بندی می‌شوند. هر بین نشان‌دهنده یک محدوده 0.2 ولتی است، از 2.8-3.0 ولت (D7) تا 3.6-3.8 ولت (D11). تلرانس درون هر بین ±0.10 ولت است. این باینینگ در طراحی مدارهای درایور جریان پایدار، به‌ویژه هنگامی که چندین LED به صورت سری متصل می‌شوند، کمک می‌کند.

3.2 باینینگ شدت نور (IV)

خروجی نوری در چهار بین شدت دسته‌بندی می‌شود: Q2 (90.0-112.0 میلی‌کاندلا)، R1 (112.0-140.0 میلی‌کاندلا)، R2 (140.0-180.0 میلی‌کاندلا) و S1 (180.0-224.0 میلی‌کاندلا). تلرانس برای هر بین شدت ±11% است. این امکان انتخاب بر اساس نیازهای روشنایی کاربرد را فراهم می‌کند و ثبات بصری در آرایه‌های چند LED را تضمین می‌کند.

3.3 باینینگ طول موج غالب (WD)

رنگ (طول موج غالب) از طریق دو بین کنترل می‌شود: AC (465.0-470.0 نانومتر) و AD (470.0-475.0 نانومتر). تلرانس برای هر بین طول موج ±1 نانومتر است. این کنترل دقیق برای کاربردهایی که نیاز به نقاط رنگی خاص یا ترکیب رنگ دارند ضروری است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 1 برای توزیع طیفی، شکل 5 برای زاویه دید)، پیامدهای معمول آنها در اینجا تحلیل می‌شود. مشخصه جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (I-V) رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان خواهد داد. شدت نور عموماً با جریان مستقیم در محدوده عملیاتی مشخص شده متناسب است. طول موج اوج تابش ممکن است با افزایش دمای اتصال، تغییر منفی جزئی نشان دهد، به این معنی که نور آبی با گرم شدن قطعه ممکن است طول موج بسیار کوتاه‌تری پیدا کند. منحنی زاویه دید وسیع 110 درجه نشان‌دهنده الگوی تابش نزدیک به لامبرت است که دید خوبی در خارج از محور فراهم می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

این LED با طرح کلی بسته‌بندی استاندارد EIA 0201 مطابقت دارد. ابعاد کلیدی شامل طول بدنه معمولی 0.6 میلی‌متر، عرض 0.3 میلی‌متر و ارتفاع 0.25 میلی‌متر است. تمام تلرانس‌های ابعادی ±0.2 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. بسته‌بندی دارای دو ترمینال آند/کاتد برای نصب سطحی است.

5.2 پد PCB توصیه‌شده

یک طرح لند پترن برای لحیم‌کاری قابل اطمینان ارائه شده است. طرح پد توصیه‌شده برای فرآیندهای بازجوشی مادون قرمز یا فاز بخار بهینه شده است و تشکیل صحیح فیله لحیم و پایداری مکانیکی را تضمین می‌کند. رعایت این الگو برای جلوگیری از پدیده "قبرستانی" (ایستادن قطعه روی یک سر) در حین بازجوشی، به‌ویژه برای چنین قطعه کوچکی، حیاتی است.

5.3 شناسایی قطبیت

قطبیت باید در حین مونتاژ رعایت شود. برای علامت‌گذاری خاص یا ساختار داخلی دای که کاتد را شناسایی می‌کند، باید به دیتاشیت مراجعه کرد. اتصال قطبیت نادرست مانع از روشن شدن LED می‌شود و اعمال ولتاژ معکوس فراتر از حداکثر مقدار مجاز می‌تواند به قطعه آسیب برساند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری بازجوشی IR

یک پروفایل بازجوشی پیشنهادی مطابق با استاندارد J-STD-020B برای فرآیندهای بدون سرب ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل ناحیه پیش‌گرم (معمولاً 150-200 درجه سلسیوس تا 120 ثانیه)، افزایش کنترل‌شده تا دمای پیک حداکثر 260 درجه سلسیوس و زمان بالای مایع (TAL) مناسب برای خمیر لحیم استفاده‌شده است. کل زمان در دمای پیک باید حداکثر به 10 ثانیه محدود شود. تأکید می‌شود که پروفایل بهینه به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و فر بستگی دارد، بنابراین توصیه می‌شود مشخصه‌یابی در سطح برد انجام شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار رود. دمای نوک هویه نباید از 300 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان تماس با ترمینال LED باید حداکثر به 3 ثانیه برای یک بار عملیات لحیم‌کاری محدود شود. گرمای بیش از حد می‌تواند به دای نیمه‌هادی یا بدنه پلاستیکی آسیب برساند.

6.3 شرایط نگهداری و جابه‌جایی

LEDها به رطوبت حساس هستند. هنگامی که در بسته‌بندی اصلی مهر و موم شده ضد رطوبت با ماده جاذب رطوبت نگهداری می‌شوند، باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شده و ظرف یک سال استفاده شوند. پس از باز کردن بسته، "عمر مفید در محیط کار" 168 ساعت (7 روز) تحت شرایط ≤30°C و ≤60% RH است. قطعاتی که بیش از این زمان در معرض محیط قرار گرفته‌اند، قبل از بازجوشی نیاز به فرآیند پخت (تقریباً 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 48 ساعت) برای حذف رطوبت جذب‌شده دارند تا از "ترکیدن" یا ترک خوردن بسته‌بندی در حین لحیم‌کاری جلوگیری شود.

6.4 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص‌شده استفاده شود. غوطه‌وری LED در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. استفاده از مواد شیمیایی نامشخص یا خورنده می‌تواند به ماده بسته‌بندی، لنز یا اتصالات داخلی آسیب برساند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

LEDها برای مونتاژ خودکار بسته‌بندی شده عرضه می‌شوند. آن‌ها روی نوار حامل برجسته به عرض 12 میلی‌متر نصب شده‌اند. این نوار روی یک قرقره استاندارد به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده می‌شود. هر قرقره کامل حاوی 4000 قطعه است. برای مقادیر کمتر از یک قرقره کامل، حداقل بسته 500 قطعه موجود است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است.

7.2 تفسیر شماره قطعه

شماره قطعه معمولاً ویژگی‌های کلیدی را کدگذاری می‌کند. در حالی که قرارداد نام‌گذاری کامل ممکن است اختصاصی باشد، عموماً شامل سایز بسته‌بندی (0201)، رنگ (آبی، نشان‌داده‌شده با "B") و احتمالاً کدهای بین عملکردی است. محصول دقیق توسط شماره قطعه کامل ذکر شده در هدر دیتاشیت شناسایی می‌شود.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

برای عملکرد پایدار و قابل اطمینان، LED باید با یک منبع جریان ثابت (نه ولتاژ ثابت) راه‌اندازی شود. یک مقاومت سری ساده رایج‌ترین روش محدودکننده جریان است. مقدار مقاومت (R) به صورت R = (ولتاژ منبع - VF) / IF محاسبه می‌شود، که در آن VF ولتاژ مستقیم از دیتاشیت (استفاده از حداکثر مقدار برای طراحی محافظه‌کارانه) و IF جریان مستقیم مورد نظر (مثلاً 20 میلی‌آمپر) است. به عنوان مثال، با منبع 5 ولت و VF برابر 3.8 ولت، R = (5 - 3.8) / 0.02 = 60 اهم. یک مقاومت با مقدار استاندارد 62 یا 68 اهم مناسب خواهد بود. برای کاربردهای دقیق یا مبتنی بر باتری، استفاده از IC درایور LED اختصاصی توصیه می‌شود.

8.2 ملاحظات و نکات طراحی

مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان کم است (حداکثر 80 میلی‌وات)، اطمینان از مساحت کافی مس در اطراف پدهای PCB به دفع گرما کمک می‌کند و راندمان و طول عمر LED را حفظ می‌کند، به‌ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا.
محافظت در برابر ESD:مانند تمام دستگاه‌های نیمه‌هادی، LEDها به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند. در حین مونتاژ باید روش‌های صحیح جابه‌جایی ESD رعایت شود.
طراحی نوری:لنز شفاف یک منبع نقطه‌ای روشن فراهم می‌کند. برای خروجی نور پخش‌شده یا شکل‌دار، می‌توان از راه‌نماهای نور، دیفیوزرها یا لنزهای خارجی در محفظه محصول استفاده کرد.
کاهش جریان:کار کردن LED با جریان‌های کمتر از حداکثر مقدار مجاز (مثلاً 15 میلی‌آمپر به جای 20 میلی‌آمپر) می‌تواند به طور قابل توجهی عمر عملیاتی آن را بهبود بخشد و تنش حرارتی را کاهش دهد.

9. مقایسه و تمایز فنی

بسته‌بندی 0201 نشان‌دهنده یکی از کوچک‌ترین اندازه‌های موجود تجاری LED SMD است و مزیت اندازه قابل توجهی نسبت به بسته‌بندی‌های 0402 یا 0603 برای طراحی‌های فوق مینیاتوری ارائه می‌دهد. استفاده از فناوری این‌گالن، تابش نور آبی با راندمان بالا را فراهم می‌کند. ترکیب زاویه دید وسیع 110 درجه و لنز شفاف، آن را از انواع با زاویه دید باریک‌تر یا لنز پخش‌شده متمایز می‌کند و آن را برای کاربردهای نیازمند دید گسترده مناسب می‌سازد. سازگاری آن با پروفایل‌های بازجوشی استاندارد بدون سرب، آن را با فرآیندهای تولید مدرن و منطبق با RoHS همسو می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟
ج: بله، اما طراحی دقیق مورد نیاز است. از آنجایی که ولتاژ مستقیم (2.8-3.8 ولت) نزدیک به ولتاژ منبع است، مقدار مقاومت محدودکننده جریان بسیار کوچک خواهد بود و جریان را به تغییرات VF و ولتاژ منبع بسیار حساس می‌کند. برای عملکرد پایدار از خط 3.3 ولتی، استفاده از یک درایور جریان ثابت با افت ولتاژ کم (LDO) اختصاصی توصیه می‌شود.
س: تفاوت بین طول موج اوج و طول موج غالب چیست؟
ج: طول موج اوج (λp) طول موج در بالاترین نقطه منحنی خروجی طیفی LED است. طول موج غالب (λd) یک مقدار محاسبه‌شده است که نشان‌دهنده طول موج تک نور تک‌رنگی خالصی است که به نظر چشم انسان همان رنگ را دارد. λd برای درک و تطبیق رنگ مرتبط‌تر است.
س: چرا یک مشخصه جریان معکوس وجود دارد اگر دستگاه برای کار معکوس نیست؟
ج: جریان معکوس (IR) یک مشخصه نشتی است که تحت یک بایاس معکوس کنترل‌شده 5 ولت آزمایش می‌شود. این یک آزمایش کیفیت و پارامتر است، نه یک شرایط کاری. اعمال ولتاژ معکوس در مدار می‌تواند به دستگاه آسیب برساند.
س: هنگام سفارش چگونه کدهای بین را تفسیر کنم؟
ج: می‌توانید کدهای بین مورد نظر VF، IV و WD را مشخص کنید (مثلاً D9، R2، AC) تا اطمینان حاصل کنید که LEDهایی با ویژگی‌های کاملاً گروه‌بندی‌شده برای کاربرد خود دریافت می‌کنید، اگرچه این ممکن است بر موجودی و هزینه تأثیر بگذارد.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: نشانگر وضعیت روی PCB یک دستگاه پوشیدنی
یک طراح در حال ساخت یک ردیاب تناسب اندام فشرده است. فضای برد به شدت محدود است. یک LED آبی برای نشان دادن وضعیت جفت‌سازی بلوتوث و باتری ضعیف مورد نیاز است. LED سایز 0201 به دلیل حداقل اشغال فضا انتخاب می‌شود. طراح بین شدت نور R1 (112-140 میلی‌کاندلا) را برای دید کافی انتخاب می‌کند. LED توسط یک پین GPIO روی میکروکنترلر سیستم از طریق یک مقاومت سری 100 اهمی (محاسبه‌شده برای باتری 3.0 ولت و VF معمولی) راه‌اندازی می‌شود. طرح‌بندی PCB از هندسه پد توصیه‌شده پیروی می‌کند. در حین مونتاژ، سازنده از پروفایل بازجوشی بدون سرب ارائه‌شده استفاده می‌کند. قطعات حساس به رطوبت قبل از استفاده پخته می‌شوند زیرا PCBها بیش از یک هفته پس از باز کردن قرقره نگهداری شده بودند. محصول نهایی دارای یک نشانگر وضعیت روشن و قابل اطمینان است که حداقل فضا و توان را مصرف می‌کند.

12. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

یک LED یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه اتصال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. رنگ (طول موج) نور ساطع‌شده توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. این LED خاص از نیمه‌هادی مرکب این‌گالن (ایندیوم گالیم نیترید) استفاده می‌کند که دارای گاف انرژی متناظر با تابش نور آبی است. لنز اپوکسی شفاف، دای نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و الگوی خروجی نور را شکل می‌دهد.

13. روندهای فناوری

روند در LEDهای نشانگر و نور پس‌زمینه به سمت مینیاتوری‌سازی بیشتر، افزایش راندمان (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد توان الکتریکی، اندازه‌گیری شده بر حسب لومن بر وات) و قابلیت اطمینان بالاتر ادامه دارد. طراحی‌های بسته‌بندی در حال تکامل هستند تا عملکرد حرارتی را بهبود بخشند و امکان جریان‌های درایو بالاتر در بسته‌بندی‌های کوچک را فراهم کنند. همچنین توسعه مستمر در پایداری طول موج در برابر دما و طول عمر در جریان است. پذیرش مواد نیمه‌هادی پیشرفته و تکنیک‌های رشد اپیتاکسیال، کنترل دقیق‌تر بر نقاط رنگ و روشنایی بالاتر از اندازه‌های تراشه کوچک‌تر را ممکن می‌سازد. یکپارچه‌سازی، مانند گنجاندن مقاومت‌های محدودکننده جریان یا دیودهای محافظ در داخل خود بسته‌بندی LED، روند دیگری برای ساده‌سازی طراحی مدار و صرفه‌جویی در فضای برد است.