دیتاشیت کامل LED آبی SMD بسته‌بندی 0201 - ابعاد 0.6x0.3x0.25mm - ولتاژ 2.4-3.3V - توان 99mW

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک دیود نورافشان نصب سطحی (SMD LED) مینیاتوری در قالب بسته‌بندی 0201 را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه برای مونتاژ خودکار بر روی برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده و برای کاربردهای با محدودیت فضایی ایده‌آل است. این قطعه از ماده نیمه‌هادی نیترید گالیم ایندیم (InGaN) برای تولید نور آبی با لنز شفاف استفاده می‌کند که زاویه دید گسترده‌ای ارائه داده و برای اهداف مختلف نشانگر و نور پس‌زمینه مناسب است.

1.1 ویژگی‌ها

• مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک).
• بسته‌بندی شده روی نوار 12 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های 7 اینچی برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place.
• الگوی پایه استاندارد EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک).
• ورودی سازگار با سطوح منطقی استاندارد مدارهای مجتمع (IC).
• طراحی شده برای سازگاری با تجهیزات نصب سطحی خودکار.
• مناسب برای استفاده در فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR).
• پیش‌شرط‌سازی شده برای رسیدن به سطح حساسیت رطوبت 3 مطابق استاندارد JEDEC.

1.2 کاربردها

این LED برای طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی که نیاز به نشانگر وضعیت قابل اعتماد و فشرده دارند، هدف‌گیری شده است. حوزه‌های کاربرد معمول شامل موارد زیر است:

• دستگاه‌های مخابراتی (مانند تلفن‌های بی‌سیم، تلفن‌های همراه).
• تجهیزات اتوماسیون اداری (مانند لپ‌تاپ‌ها، سیستم‌های شبکه).
• لوازم خانگی و الکترونیک مصرفی.
• تجهیزات کنترل و نظارت صنعتی.
• نشانگرهای وضعیت و برق.
• روشنایی سیگنال و نمادین.
• نور پس‌زمینه پنل جلویی و صفحه کلید.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

پارامترهای زیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• توان تلف شده (Pd):99 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که بسته LED می‌تواند بدون تجاوز از حداکثر دمای پیوند، به صورت گرما دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم لحظه‌ای مجاز است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1ms) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مشخص می‌شود.
• جریان مستقیم DC (I_F):30 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد قابل اعتماد بلندمدت است.
• محدوده دمای کاری (T_opr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیطی که قطعه برای عملکرد صحیح در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای انبارداری (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمایی برای نگهداری قطعه هنگامی که روشن نیست.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی / نوری

این پارامترها در دمای محیط استاندارد (T_a) 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول قطعه را تعریف می‌کنند.

• شدت نورانی (I_V):400 - 1040 میلی‌کاندلا در I_F= 20mA. این مقدار روشنایی درک شده LED توسط چشم انسان را اندازه‌گیری می‌کند که برای تطابق با منحنی پاسخ فوتوپیک CIE فیلتر شده است. محدوده وسیع نشان‌دهنده استفاده از سیستم دسته‌بندی است.
• زاویه دید (2θ_1/2):110 درجه (معمول). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نورانی نصف مقدار محوری پیک آن است. زاویه 110 درجه یک الگوی انتشار بسیار گسترده ارائه می‌دهد.
• طول موج تابش پیک (λ_P):466 نانومتر (معمول). طول موجی که در آن توان خروجی نوری حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):466 - 476 نانومتر در I_F= 20mA. این طول موج منفردی است که به بهترین شکل رنگ درک شده نور را نشان می‌دهد و از نمودار رنگی CIE استخراج می‌شود.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):35 نانومتر (معمول). پهنای باند طیفی اندازه‌گیری شده در نصف حداکثر شدت (عرض کامل در نصف بیشینه - FWHM). مقدار 35nm مشخصه LEDهای آبی InGaN است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.4 - 3.3 ولت در I_F= 20mA. افت ولتاژ دو سر LED هنگام کار در جریان مشخص شده. این محدوده نشان‌دهنده دسته‌های ولتاژ مختلف است.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R= 5V. جریان نشتی کوچک هنگامی که بایاس معکوس اعمال می‌شود. قطعه برای کار معکوس طراحی نشده است؛ این پارامتر عمدتاً برای اعتبارسنجی تست IR است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

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

3.1 رتبه ولتاژ مستقیم (V_F)

دسته‌بندی شده در جریان تست 20mA. تلرانس هر دسته ±0.1V است.

• دسته F4:2.4V (حداقل) تا 2.7V (حداکثر)
• دسته F5:2.7V (حداقل) تا 3.0V (حداکثر)
• دسته F6:3.0V (حداقل) تا 3.3V (حداکثر)

3.2 رتبه شدت نورانی (I_V)

دسته‌بندی شده در جریان تست 20mA. تلرانس هر دسته شدت ±11% است.

• دسته T2:400.0 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 540.0 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• دسته U1:540.0 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 750.0 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• دسته U2:750.0 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 1040.0 میلی‌کاندلا (حداکثر)

3.3 رتبه فام (طول موج غالب)

دسته‌بندی شده در جریان تست 20mA. تلرانس هر دسته ±1nm است.

• دسته AC:466.0 نانومتر (حداقل) تا 471.0 نانومتر (حداکثر)
• دسته AD:471.0 نانومتر (حداقل) تا 476.0 نانومتر (حداکثر)

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های عملکرد معمول اشاره می‌کند که برای درک رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ضروری هستند. در حالی که نمودارهای خاص در متن بازتولید نشده‌اند، مفاهیم آن‌ها در زیر تحلیل شده است.

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

مشخصه I-V غیرخطی است، که مشخصه یک دیود است. ولتاژ مستقیم (V_F) دارای ضریب دمایی مثبت است، به این معنی که با افزایش دمای پیوند برای یک جریان معین، کمی کاهش می‌یابد. طراحان هنگام طراحی مدارهای محدودکننده جریان باید این را در نظر بگیرند تا از عملکرد پایدار در محدوده دمایی اطمینان حاصل کنند.

4.2 شدت نورانی در مقابل جریان مستقیم

شدت نورانی عموماً در ناحیه عملیاتی ایمن متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، بازده در جریان‌های بسیار بالا ممکن است به دلیل افزایش تولید گرما (اثر افت) کاهش یابد. کار در یا زیر 20mA توصیه شده، بازده بهینه و طول عمر را تضمین می‌کند.

4.3 توزیع طیفی

منحنی خروجی طیفی حول طول موج پیک 466nm با FWHM تقریباً 35nm متمرکز شده است. این خلوص رنگ آبی را تعریف می‌کند. طول موج غالب، که برای دسته‌بندی استفاده می‌شود، از این طیف وزندار شده با حساسیت چشم انسان محاسبه می‌شود.

4.4 ویژگی‌های دمایی

عملکرد LED وابسته به دما است. شدت نورانی معمولاً با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. محدوده‌های دمای کاری و انبارداری (به ترتیب 40- تا 85+ و 100- درجه سانتی‌گراد) اطمینان می‌دهند که یکپارچگی ماده نیمه‌هادی و بسته حفظ می‌شود.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

قطعه مطابق با استاندارد بسته‌بندی 0201 است. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر) شامل طول بدنه تقریباً 0.6mm، عرض 0.3mm و ارتفاع 0.25mm است. تمام تلرانس‌های ابعادی ±0.2mm است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. پایه‌های آند و کاتد به وضوح برای جهت‌دهی صحیح PCB مشخص شده‌اند.

5.2 پد اتصال PCB توصیه شده

یک الگوی لند (پایه) برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز یا فاز بخار ارائه شده است. رعایت این طرح پد توصیه شده برای دستیابی به اتصالات لحیم قابل اعتماد، تراز خودکار مناسب در حین ریفلو و دفع موثر گرما از تراشه LED حیاتی است.

5.3 بسته‌بندی نوار و قرقره

LEDها در نوار حامل برجسته با عرض 12mm عرضه می‌شوند. نوار روی قرقره‌هایی با قطر 7 اینچ (178mm) پیچیده شده است. مقادیر استاندارد قرقره 4000 قطعه در هر قرقره است، با حداقل مقدار بسته‌بندی 500 قطعه برای دسته‌های باقی‌مانده. بسته‌بندی از مشخصات ANSI/EIA-481 پیروی می‌کند تا سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار تضمین شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو IR

یک پروفیل ریفلو پیشنهادی مطابق با J-STD-020B برای فرآیندهای بدون سرب ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• پیش‌گرم:حداکثر 150-200 درجه سانتی‌گراد.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد.
• زمان بالای مایع:حداکثر 10 ثانیه (توصیه شده برای حداکثر دو چرخه ریفلو).

توجه به این نکته حیاتی است که پروفیل بهینه به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و فر بستگی دارد. پروفیل ارائه شده به عنوان یک هدف کلی بر اساس استانداردهای JEDEC عمل می‌کند.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، به دلیل اندازه مینیاتوری باید نهایت دقت به کار رود. توصیه‌ها شامل موارد زیر است:

• دمای هویه:حداکثر 300 درجه سانتی‌گراد.
• زمان لحیم‌کاری:حداکثر 3 ثانیه برای هر اتصال.
• گرما را به پد PCB اعمال کنید، نه مستقیماً به بدنه LED.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. غوطه‌وری LED در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی یا بسته آسیب برساند.

6.4 انبارداری و حساسیت رطوبتی

LEDها به رطوبت حساس هستند (MSL 3).

• بسته مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شود. ظرف یک سال از تاریخ بسته استفاده شود.
• بسته باز شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شود. توصیه می‌شود ریفلو IR ظرف 168 ساعت (7 روز) از باز کردن بسته تکمیل شود.
• انبارداری طولانی‌مدت (باز شده):در یک ظرف دربسته با ماده جاذب رطوبت یا در یک دسیکاتور نیتروژن نگهداری شود.
• قرارگیری در معرض >168 ساعت:LEDها باید قبل از لحیم‌کاری در دمای تقریباً 60 درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل 48 ساعت پخته شوند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

این LED هنگامی که از یک منبع ولتاژ بالاتر از ولتاژ مستقیم آن تغذیه می‌شود، نیاز به یک مکانیزم محدودکننده جریان دارد. ساده‌ترین روش استفاده از یک مقاومت سری است. مقدار مقاومت (R_s) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5V، V_Fمعمول 3.0V و I_Fمورد نظر 20mA، R_s= (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 Ω. توان نامی مقاومت باید حداقل I_F²* R_s.

7.2 ملاحظات طراحی

• درایو جریان:همیشه LED را با یک جریان ثابت یا یک منبع ولتاژ همراه با یک مقاومت سری درایو کنید. اتصال مستقیم به یک منبع ولتاژ بالاتر از V_Fباعث جریان بیش از حد و خرابی سریع می‌شود.
• مدیریت حرارتی:اگرچه تلفات توان کم است، اما اطمینان از مساحت کافی مس در اطراف پدهای PCB به دفع گرما کمک می‌کند، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا یا هنگامی که با جریان‌های بالاتر درایو می‌شود.
• محافظت ESD:اگرچه به صراحت به عنوان حساس ذکر نشده است، اما رعایت احتیاط‌های مناسب ESD (تخلیه الکترواستاتیک) هنگام کار با تمام دستگاه‌های نیمه‌هادی یک عمل خوب است.
• طراحی نوری:زاویه دید گسترده 110 درجه آن را برای کاربردهایی که نیاز به دید گسترده دارند مناسب می‌سازد. برای نور متمرکز، ممکن است لنزهای خارجی یا راهنماهای نور لازم باشد.

8. مقایسه و تمایز فنی

عوامل تمایز اصلی برای این LED، پایه بسیار فشرده 0201 و نقطه رنگ آبی خاص آن (طول موج غالب 466-476nm) است. در مقایسه با بسته‌های بزرگتر (مانند 0603، 0805)، 0201 صرفه‌جویی فضایی قابل توجهی روی PCB ارائه می‌دهد و امکان طراحی‌های با چگالی بالاتر را فراهم می‌کند. فناوری InGaN تابش آبی کارآمدی ارائه می‌دهد. ترکیب زاویه دید گسترده و لنز شفاف منجر به یک منبع نور روشن و پخش می‌شود که برای نشانگرهای وضعیتی که زاویه دید محدود نیست ایده‌آل است. سیستم دسته‌بندی دقیق امکان انتخاب دقیق در کاربردهایی را فراهم می‌کند که نیاز به تطابق دقیق رنگ یا روشنایی در بین چندین LED دارند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

طول موج پیک (λ_P) طول موج فیزیکی است که LED بیشترین توان نوری را تابش می‌کند. طول موج غالب (λ_d) یک مقدار محاسبه شده است که نشان‌دهنده طول موج منفرد نور تک‌رنگی است که به نظر می‌رسد همان رنگ خروجی LED برای چشم انسان را دارد. بنابراین λ_dبرای مشخص‌سازی رنگ و دسته‌بندی مرتبط‌تر است.

9.2 آیا می‌توانم این LED را با 30mA به طور پیوسته درایو کنم؟

در حالی که مقدار حداکثر مطلق برای جریان مستقیم DC 30mA است، شرایط تست معمول و نقطه عملیاتی توصیه شده برای مشخصات نوری منتشر شده 20mA است. کار در 30mA ممکن است خروجی نور بالاتری تولید کند اما گرمای بیشتری ایجاد می‌کند که به طور بالقوه طول عمر را کاهش داده و رنگ را تغییر می‌دهد. برای عملکرد قابل اعتماد بلندمدت، توصیه می‌شود مدار را برای 20mA یا کمتر طراحی کنید.

9.3 چرا یک مشخصه جریان معکوس وجود دارد اگر قطعه برای کار معکوس نیست؟

مشخصه جریان معکوس (I_R) یک پارامتر کنترل کیفیت است که در طول تست تولید (تست IR) اندازه‌گیری می‌شود. این مشخصه یکپارچگی پیوند نیمه‌هادی را تضمین می‌کند. در کاربرد، هرگز نباید عمداً ولتاژ معکوس اعمال شود، زیرا برای تحمل ولتاژ معکوس قابل توجه طراحی نشده و ممکن است آسیب ببیند.

9.4 هنگام سفارش چگونه کدهای دسته را تفسیر کنم؟

برای اطمینان از دریافت LEDهایی با عملکرد یکنواخت، باید کدهای دسته را برای ولتاژ مستقیم (F4/F5/F6)، شدت نورانی (T2/U1/U2) و طول موج غالب (AC/AD) بر اساس نیازهای طراحی خود مشخص کنید. به عنوان مثال، یک سفارش ممکن است قطعاتی از دسته F5، U1، AC را برای ولتاژ متوسط، روشنایی متوسط-بالا و فام آبی‌تر مشخص کند.

10. مورد استفاده عملی

سناریو: طراحی یک نشانگر وضعیت فشرده برای دستگاه پوشیدنی.دستگاه یک PCB کوچک با فضای محدود دارد. یک نشانگر آبی روشن بودن برق مورد نیاز است. LED 0201 به دلیل پایه حداقلی انتخاب شده است. طراحی از یک پین GPIO میکروکنترلر 3.3V برای کنترل LED استفاده می‌کند. یک مقاومت سری با استفاده از حداکثر V_Fاز دسته ولتاژ انتخاب شده (مثلاً حداکثر دسته F6 برابر 3.3V) محاسبه می‌شود تا حتی در بدترین حالت V_Fجریان کافی تضمین شود: R_s= (3.3V - 3.3V) / 0.020A = 0 Ω. این امکان‌پذیر نیست. بنابراین، باید یک دسته V_Fپایین‌تر (F4 یا F5) انتخاب شود، یا ولتاژ منبع افزایش یابد. انتخاب دسته F5 (حداکثر V_F=3.0V) و افزودن یک مبدل تقویت‌کننده کوچک برای تامین 3.6V اجازه می‌دهد R_s= (3.6V - 3.0V) / 0.020A = 30 Ω. چیدمان PCB پورهای مس متوسطی روی پدهای LED برای هیت‌سینک فراهم می‌کند. LED با استفاده از Pick-and-Place خودکار از قرقره نوار 12mm روی برد قرار می‌گیرد.

11. معرفی اصل عملکرد

این LED یک دستگاه فوتونیک نیمه‌هادی است. این قطعه بر اساس یک ساختار هتروجانکشن نیترید گالیم ایندیم (InGaN) است. هنگامی که یک ولتاژ بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ترتیب از لایه‌های نیمه‌هادی نوع n و نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار به صورت تابشی بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور تابش شده را تعیین می‌کند - در این مورد، آبی. لنز اپوکسی شفاف، تراشه نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی ارائه می‌دهد و الگوی خروجی نور را شکل می‌دهد تا زاویه دید مشخص شده 110 درجه را به دست آورد.

12. روندهای توسعه

روند در LEDهای SMD برای کاربردهای نشانگر به سمت مینیاتوری‌سازی، افزایش بازده و قابلیت اطمینان بالاتر ادامه دارد. اندازه بسته‌ها از 0603 به 0402 و اکنون به 0201 و حتی معادل‌های متریک کوچکتر مانند 01005 پیشرفت کرده است. بهبودهای بازده (لومن بالاتر در هر وات) امکان روشنایی کافی در جریان درایو پایین‌تر را فراهم می‌کند که مصرف برق و بار حرارتی را کاهش می‌دهد. پیشرفت‌ها در مواد بسته‌بندی و فناوری‌های اتصال تراشه، قابلیت اطمینان بلندمدت و مقاومت در برابر چرخه‌های حرارتی را افزایش می‌دهند. علاوه بر این، تأکید فزاینده‌ای بر تلرانس‌های دسته‌بندی دقیق‌تر و قابلیت‌های ترکیب رنگ پیچیده‌تر برای کاربردهایی که نیاز به رندر رنگ دقیق یا نور سفید قابل تنظیم دارند وجود دارد، اگرچه این دستگاه خاص یک تابنده آبی تک‌رنگ است.