فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 2. بررسی عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 مقادیر حداکثر مطلق
- 2.2 مشخصات الکترواپتیکی
- 3. توضیح سیستم Binning
- 3.1 دستهبندی شدت نور
- 3.2 دستهبندی طول موج غالب
- 3.3 دستهبندی ولتاژ مستقیم
- 4. تحلیل منحنی عملکرد
- 5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 6. راهنمای لحیمکاری و مونتاژ
- 6.1 نگهداری و جابجایی
- 6.2 فرآیند لحیمکاری ریفلو
- 6.3 لحیمکاری دستی و بازکاری
- 7. اطلاعات بستهبندی و سفارشدهی
- 8. یادداشتهای کاربردی و ملاحظات طراحی
- 8.1 کاربردهای متداول
- 8.2 ملاحظات حیاتی طراحی
- 8.3 محدودیتهای کاربردی
- 9. مقایسه و جایگاهیابی فنی
- 10. سوالات متداول (FAQ)
- 10.1 چگونه مقاومت محدودکننده جریان صحیح را انتخاب کنم؟
- 10.2 آیا میتوانم این LED را بدون مقاومت و با استفاده از یک منبع ولتاژ ثابت راهاندازی کنم؟
- 10.3 چرا پس از باز کردن بسته ضد رطوبت، محدودیت 7 روزه وجود دارد؟
- 10.4 کدهای سطل (مانند S2/A11/6) برای طراحی من چه معنایی دارند؟
- 11. مثال عملی طراحی
- 12. اصل عملکرد
- 13. روندهای فناوری
1. مرور کلی محصول
25-21/BHC-AR1S2E/2A یک دیود نورافشان (LED) از نوع نصب سطحی (SMD) است که از تراشه نیمهرسانای InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) برای تولید نور آبی استفاده میکند. این قطعه متعلق به دستهای از LEDها است که برای مونتاژ برد با چگالی بالا طراحی شدهاند و مزایای قابل توجهی در فرآیندهای مینیاتوریسازی و تولید خودکار ارائه میدهند.
مزیت اصلی این LED، ابعاد فشرده آن است. با ابعاد تقریبی 2.5mm x 2.1mm، امکان طراحی برد مدار چاپی (PCB) کوچکتر، چگالی بستهبندی قطعات بالاتر و در نهایت کمک به توسعه تجهیزات نهایی کوچکتر را فراهم میکند. ساختار سبک وزن آن، آن را برای کاربردهایی که محدودیت فضا و وزن از اهمیت حیاتی برخوردار است، ایدئال میسازد.
This is a mono-color (blue) type LED. The device is constructed with lead-free (Pb-free) materials and complies with major environmental regulations including the EU RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive and REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals). It is also classified as halogen-free, with bromine (Br) and chlorine (Cl) content kept below specified limits (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). The product is supplied in a format compatible with modern manufacturing, packaged on 8mm tape wound onto a 7-inch diameter reel, suitable for use with automatic pick-and-place equipment.
2. بررسی عمیق پارامترهای فنی
این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی تعریف شده در دیتاشیت ارائه میدهد. درک این محدودیتها و مقادیر معمول برای طراحی مدار قابل اعتماد حیاتی است.
2.1 مقادیر حداکثر مطلق
Absolute Maximum Ratings محدودیتهای تنشی را تعریف میکند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. اینها شرایط برای عملکرد عادی نیستند.
- ولتاژ معکوس (VR): 5V اعمال ولتاژ بایاس معکوس بیش از 5V میتواند باعث شکست پیوند شود.
- جریان مستقیم پیوسته (IF): 20mA این حداکثر جریان DC توصیهشده برای کارکرد مداوم است تا قابلیت اطمینان بلندمدت تضمین شده و عملکرد نوری مشخص حفظ شود.
- Peak Forward Current (IFP): 100mA این مشخصه امکان کارکرد پالسی (چرخه کاری 1/10 در 1kHz) را فراهم میکند. برای کاربردهایی که نیاز به جرقههای کوتاهمدت روشنایی بالاتر دارند مفید است، اما حتی بهطور لحظهای نیز نباید از آن تجاوز کرد.
- Power Dissipation (Pd): 75mW این حداکثر توانی است که بستهبندی میتواند در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس به صورت گرما تلف کند (محاسبه شده به صورت ولتاژ مستقیم × جریان مستقیم). فراتر رفتن از این حد خطر گرمای بیش از حد را به همراه دارد.
- Operating & Storage Temperature: دستگاه میتواند در دمای محیطی از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس عمل کند و میتواند در دمایی از 40- درجه سلسیوس تا 90+ درجه سلسیوس ذخیره شود.
- تخلیه الکترواستاتیک (ESD): رتبهبندی مدل بدن انسان (HBM) 150 ولت است. این نشاندهنده حساسیت متوسط به ESD است و احتیاطهای استاندارد ESD را در حین جابجایی ضروری میسازد.
- دمای لحیمکاری: این بستهبندی میتواند لحیمکاری بازجریانی با دمای اوج ۲۶۰ درجه سانتیگراد را تا ۱۰ ثانیه، یا لحیمکاری دستی در دمای ۳۵۰ درجه سانتیگراد را تا ۳ ثانیه برای هر پایانه تحمل کند.
2.2 مشخصات الکترواپتیکی
این پارامترها تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C, IF=20mA) اندازهگیری شده و عملکرد دستگاه را تعریف میکنند.
- شدت نور (Iv): از حداقل 112 میلیکاندلا (mcd) تا حداکثر 285 mcd متغیر است. این محدوده گسترده از طریق یک سیستم دستهبندی (که بعداً توضیح داده میشود) مدیریت میشود. مقدار معمول مشخص نشده و در جایی درون این محدوده دستهبندی قرار دارد.
- زاویه دید (2θ1/2): زاویه کامل که در آن شدت نور به نصف مقدار اوج خود میرسد، معمولاً 60 درجه است. این گسترش پرتو LED را تعریف میکند.
- Peak Wavelength (λp): طول موجی که در آن خروجی توان نوری حداکثر است، معمولاً 468 نانومتر (nm) میباشد و آن را در ناحیه آبی طیف مرئی قرار میدهد.
- Dominant Wavelength (λd): این طول موج منفردی است که توسط چشم انسان درک میشود و از 464.5 نانومتر تا 476.5 نانومتر متغیر است. همچنین مشمول دستهبندی (بینینگ) میشود.
- پهنای باند طیفی (Δλ): معمولاً 25 نانومتر است که نشاندهنده گستره طولموجهای منتشرشده حول طول موج اوج است.
- ولتاژ مستقیم (VF): در جریان 20 میلیآمپر، از 2.75 ولت تا 3.65 ولت متغیر است. این تغییرات توسط سیستم دستهبندی ولتاژ مدیریت میشود. برای کنترل جریان بر اساس ولتاژ مستقیم واقعی قطعه خاص و ولتاژ منبع، باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با LED استفاده کرد.
- جریان معکوس (IR): حداکثر ۵۰ میکروآمپر (μA) هنگامی که بایاس معکوس ۵ ولت اعمال میشود.
3. توضیح سیستم Binning
برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی عملکرد دستهبندی (Binning) میشوند. این امر به طراحان اجازه میدهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص مربوط به روشنایی، رنگ و ولتاژ را برآورده میسازند.
3.1 دستهبندی شدت نور
LEDها بر اساس شدت نور اندازهگیری شده در 20mA در چهار دسته (R1, R2, S1, S2) طبقهبندی میشوند.
- دسته R1: 112 mcd تا 140 mcd
- Bin R2: 140 mcd تا 180 mcd
- Bin S1: 180 mcd تا 225 mcd
- Bin S2: ۲۲۵ mcd تا ۲۸۵ mcd
یک تلورانس ±۱۱٪ برای شدت نور درون هر کد سبد اعمال میشود.
3.2 دستهبندی طول موج غالب
LEDها در چهار دسته (A9, A10, A11, A12) دستهبندی میشوند تا سایه رنگ آبی کنترل شود.
- دسته A9: 464.5 nm to 467.5 nm
- Bin A10: 467.5 nm to 470.5 nm
- Bin A11: 470.5 نانومتر تا 473.5 نانومتر
- Bin A12: 473.5 نانومتر تا 476.5 نانومتر
برای طول موج غالب در هر کد سبد، تلرانس ±1 نانومتر اعمال میشود.
3.3 دستهبندی ولتاژ مستقیم
LEDها در سه سطل ولتاژ (5، 6، 7) گروهبندی شدهاند تا به طراحی مدار تنظیم جریان کمک کنند.
- Bin 5: 2.75V to 3.05V
- Bin 6: 3.05V تا 3.35V
- Bin 7: 3.35V تا 3.65V
A tolerance of ±0.1V applies to the forward voltage within each bin code.
4. تحلیل منحنی عملکرد
در حالی که دیتاشیت به منحنیهای مشخصه الکترواپتیکال معمول ارجاع میدهد، متن ارائه شده شامل نمودارهای خاص نمیباشد. بر اساس رفتار استاندارد LED، این منحنیها معمولاً روابط زیر را نشان میدهند که برای طراحی حیاتی هستند:
- منحنی I-V (جریان-ولتاژ): رابطه نمایی بین ولتاژ مستقیم و جریان را نشان میدهد. ولتاژ زانوی منحنی با مشخصه VF مرتبط است. این نمودار برای انتخاب مقدار مناسب مقاومت محدودکننده جریان ضروری است.
- شدت نور در مقابل جریان مستقیم: نشان میدهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان راهاندازی افزایش مییابد، که معمولاً تا یک نقطه رابطهای تقریباً خطی دارد و پس از آن بازدهی کاهش مییابد.
- شدت نور در مقابل دمای محیط: کاهش خروجی نور را با افزایش دمای پیوند نشان میدهد. این موضوع برای کاربردهایی که در محیطهای با دمای بالا عمل میکنند، حیاتی است.
- Spectral Distribution: نمودار شدت نسبی در برابر طول موج، که پیک در حدود 468 نانومتر و پهنای باند 25 نانومتر را نشان میدهد و خلوص رنگ آبی را تأیید میکند.
5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
LED در یک بستهبندی سطحنصب پلاستیکی قرار دارد. دیتاشیت شامل یک نقشه ابعادی دقیق است. ویژگیهای مکانیکی کلیدی شامل موارد زیر میشود:
- طرح کلی بستهبندی: ابعاد اصلی بدنه تقریباً ۲.۵ میلیمتر طول و ۲.۱ میلیمتر عرض است. نقشه تمام ابعاد حیاتی از جمله اندازه، فاصله و ارتفاع بستهبندی پایهها (ترمینال) را با تلرانس استاندارد ±۰.۱ میلیمتر مشخص میکند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.
- شناسایی قطبیت: ترمینال کاتد معمولاً با یک شکاف، نقطه یا علامت سبز روی بستهبندی مشخص میشود، همانطور که در نقشه نشان داده شده است. قطبیت صحیح برای عملکرد ضروری است.
- طراحی پد (طرحپایه): الگوی زمین PCB توصیهشده (اندازه و شکل پد) از ابعاد بستهبندی استخراج میشود تا اطمینان از لحیمکاری قابل اعتماد و پایداری مکانیکی حاصل شود.
6. راهنمای لحیمکاری و مونتاژ
رعایت این دستورالعملها برای جلوگیری از آسیب در فرآیند مونتاژ حیاتی است.
6.1 نگهداری و جابجایی
- LEDها در کیسهای مقاوم در برابر رطوبت همراه با جاذب رطوبت بستهبندی شدهاند.
- باز نکنید کیسه ضد رطوبت تا زمانی که قطعات آماده استفاده شوند.
- پس از باز کردن، LEDهای استفاده نشده باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شوند.
- The floor life پس از باز کردن کیسه ۱۶۸ ساعت (۷ روز) است. در صورت عدم استفاده در این مدت، باید مجدداً پخت و بستهبندی شوند.
- شرایط پخت: در صورت نیاز، به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۶۰ ±۵ درجه سانتیگراد پخت شود.
- همیشه در هنگام جابجایی، احتیاطهای مربوط به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) را رعایت کنید.
6.2 فرآیند لحیمکاری ریفلو
یک پروفیل دمای دقیق برای لحیم کاری ریفلو بدون سرب (Pb-free) ارائه شده است:
- پیشگرمایش: افزایش دما از ۱۵۰ درجه سانتیگراد به ۲۰۰ درجه سانتیگراد در مدت ۶۰ تا ۱۲۰ ثانیه.
- مرحله خیسکاری/بازجریان: زمان بالای ۲۱۷ درجه سانتیگراد (دمای لیکویدوس) باید ۶۰ تا ۱۵۰ ثانیه باشد. دمای اوج نباید از ۲۶۰ درجه سانتیگراد تجاوز کند و زمان در دمای ۲۵۵ درجه سانتیگراد یا بالاتر باید حداکثر به ۳۰ ثانیه محدود شود.
- نرخ خنکسازی: حداکثر نرخ خنکسازی ۶ درجه سانتیگراد بر ثانیه است.
- مهم: Reflow soldering نباید بیش از دو باردر حین گرم کردن از اعمال تنش مکانیکی بر روی LED خودداری کرده و پس از لحیمکاری PCB را تاب ندهید.
6.3 لحیمکاری دستی و بازکاری
- در صورت نیاز به لحیمکاری دستی، از هویهای با دمای نوک ≤350 درجه سلسیوس و زمان حداکثر ≤3 ثانیه برای هر پایه استفاده کنید.
- توان هویه باید کمتر یا مساوی ۲۵ وات باشد. بین لحیمکاری هر پایه، فاصله خنکشدن حداقل ۲ ثانیه رعایت شود.
- تعمیر/بازکاری به شدت توصیه نمیشود. پس از لحیمشدن LED. در صورت اجتنابناپذیری، باید از هویه دو سر مخصوص برای گرم کردن همزمان هر دو پایه و برداشتن قطعه بدون اعمال تنش به اتصالات لحیم استفاده کرد. تأثیر بر ویژگیهای LED باید از پیش تأیید شود.
7. اطلاعات بستهبندی و سفارشدهی
این محصول برای مونتاژ خودکار عرضه میشود.
- Carrier Tape: قطعات در نوار حامل برجستهشده با عرض 8 میلیمتر بارگیری میشوند.
- قرقره: نوار بر روی قرقره استاندارد با قطر 7 اینچ (178 میلیمتر) پیچیده میشود.
- مقدار: هر قرقره شامل 2000 عدد LED میباشد.
- کیسه محافظ رطوبت: قرقره در داخل یک کیسه ضد رطوبت آلومینیومی همراه با یک ماده خشککننده و یک کارت نشانگر رطوبت مهر و موم شده است.
- اطلاعات برچسب: برچسب قرقره شامل کدهایی برای شماره محصول (P/N)، مقدار (QTY)، و کدهای سطل خاص برای شدت نور (CAT)، طول موج غالب (HUE)، و ولتاژ مستقیم (REF)، به همراه شماره دسته (LOT No) میباشد.
8. یادداشتهای کاربردی و ملاحظات طراحی
8.1 کاربردهای متداول
با توجه به مشخصات فنی، این LED SMD آبی برای انواع کارکردهای نشانگر کممصرف و نور پسزمینه مناسب است، از جمله:
- تجهیزات مخابراتی: نشانگرهای وضعیت، نور پسزمینه برای کلیدها یا نمایشگرها در تلفنها و دستگاههای فکس.
- الکترونیک مصرفی: روشنسازی کلید و نماد، نور پسزمینه تخت برای نمایشگرهای کریستال مایع (LCD) کوچک.
- نشانهگذاری کاربرد عمومی: هر کاربرد که نیاز به نور وضعیت آبی فشرده و قابل اعتماد دارد.
8.2 ملاحظات حیاتی طراحی
- محدودسازی جریان اجباری است: LED یک دستگاه جریانمحور است. شما باید از یک مقاومت سری استفاده کنید. (یا یک درایور جریان ثابت) برای محدود کردن جریان مستقیم به ۲۰ میلیآمپر یا کمتر. مقدار مقاومت به صورت R = (V_supply - VF_LED) / I_desired محاسبه میشود. استفاده از حداکثر VF (۳.۶۵ ولت) در این محاسبه اطمینان میدهد که جریان حتی با یک واحد منبع تغذیه کمولتاژ نیز از حد مجاز تجاوز نکند.
- مدیریت حرارتی: در حالی که توان پایین است (حداکثر ۷۵ میلیوات)، اطمینان از مساحت کافی مس PCB یا وایاهای حرارتی اطراف پدهای LED میتواند به دفع گرما کمک کند، به ویژه در شرایط دمای محیطی بالا، و باعث حفظ خروجی نور و طول عمر شود.
- طراحی اپتیکال: زاویه دید 60 درجه پرتو نسبتاً گستردهای فراهم میکند. برای نور متمرکزتر، ممکن است به لنزها یا بازتابندههای خارجی نیاز باشد.
8.3 محدودیتهای کاربردی
دیتاشیت به صراحت بیان میکند که این محصول برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا که خرابی در آنها میتواند منجر به پیامدهای جدی شود، طراحی یا تأیید نشده است. این شامل موارد زیر میشود:
- Military and aerospace systems
- Automotive safety and security systems (e.g., airbags, braking)
- تجهیزات پزشکی پشتیبان حیات یا تجهیزات تشخیصی حیاتی
برای چنین کاربردهایی، قطعاتی با مشخصات، صلاحیتها و تضمینهای قابلیت اطمینان متفاوت مورد نیاز است.
9. مقایسه و جایگاهیابی فنی
بستهبندی 25-21 بین چیپهای کوچکتر مانند 0402/0603 و LEDهای پرقدرت بزرگتر قرار دارد. تمایزهای کلیدی آن عبارتند از:
- در مقابل بستهبندیهای کوچکتر (مانند 0402): خروجی نور بالاتری ارائه میدهد و عموماً در صورت نیاز، کار با آن و لحیمکاری دستی آن آسانتر است، در حالی که همچنان بسیار فشرده است.
- در مقابل LEDهای دارای پایه: امکان مونتاژ کاملاً خودکار را فراهم میکند، فضای برد را کاهش میدهد و نیاز به خم کردن پایه و سوراخکاری برد را از بین میبرد.
- در مقابل الایدیهای پرتوان: برای جریانهای سطح نشانگر (20mA) و توان (75mW) طراحی شده است، نه برای روشنایی. در مقایسه با درایورهای پیچیده جریان ثابت مورد نیاز برای الایدیهای پرتوان، به مدار درایو سادهای (یک مقاومت) نیاز دارد.
10. سوالات متداول (FAQ)
10.1 چگونه مقاومت محدودکننده جریان صحیح را انتخاب کنم؟
از فرمول استفاده کنید: R = (V_supply - VF) / I_desired. برای منبع تغذیه 5V و جریان مطلوب 20mA، و با فرض بدترین حالت (بالاترین) VF معادل 3.65V: R = (5V - 3.65V) / 0.020A = 67.5 Ohms. از مقدار استاندارد بالاتر بعدی استفاده کنید (مثلاً 68 Ohms یا 75 Ohms). این اطمینان میدهد که جریان برای تمام قطعات زیر 20mA باقی میماند. همیشه اتلاف توان در مقاومت را محاسبه کنید: P_resistor = I^2 * R.
10.2 آیا میتوانم این LED را بدون مقاومت و با استفاده از یک منبع ولتاژ ثابت راهاندازی کنم؟
خیر. ولتاژ پیشروی یک LED دارای ضریب دمایی منفی است و از قطعهای به قطعه دیگر متفاوت است. اتصال مستقیم آن به یک منبع ولتاژ، حتی اگر کمی بالاتر از ولتاژ پیشروی (VF) آن باشد، باعث افزایش کنترلنشده جریان شده و ممکن است از حداکثر مقدار مجاز مطلق فراتر رفته و LED را تقریباً بلافاصله از بین ببرد.
10.3 چرا پس از باز کردن بسته ضد رطوبت، محدودیت 7 روزه وجود دارد؟
بستهبندیهای پلاستیکی SMD میتوانند رطوبت هوا را جذب کنند. در طی فرآیند لحیمکاری ریفلو با دمای بالا، این رطوبت محبوس شده میتواند به سرعت منبسط شود و باعث لایهلایه شدن داخلی یا "پف کردن" (popcorning) شود که ترک خوردن بستهبندی یا آسیب دیدن دای (die) را در پی دارد. طول عمر 7 روزه در محیط کار و فرآیندهای پخت (baking) برای حذف این رطوبت جذب شده قبل از لحیمکاری طراحی شدهاند.
10.4 کدهای سطل (مانند S2/A11/6) برای طراحی من چه معنایی دارند؟
آنها گروه عملکردی LEDهای خاص شما را مشخص میکنند. اگر طراحی شما نیاز به حداقل روشنایی دارد، باید یک دسته مانند S1 یا S2 را مشخص کنید. اگر ثبات رنگ در بین چندین LED حیاتی است، باید یک دسته طول موج محدود (مثلاً فقط A10) را مشخص کنید. مشخص کردن یک دسته ولتاژ (مثلاً 5) میتواند به یکنواختتر شدن جریان (و در نتیجه روشنایی) در بین واحدها هنگام استفاده از درایور مقاومتی ساده کمک کند.
11. مثال عملی طراحی
سناریو: یک نشانگر ساده قدرت آبی برای دستگاهی که روی ریل 3.3 ولت کار میکند طراحی کنید. ما تقریباً 15 میلیآمپر جریان برای روشنایی کافی در حالی که محافظهکارانه عمل میکنیم، میخواهیم.
- بدترین حالت VF را تعیین کنید: از دیتاشیت، حداکثر VF (Bin 7) برابر با 3.65 ولت است.
- محاسبه مقدار حداقل مقاومت: R_min = (V_supply - VF_max) / I_desired = (3.3V - 3.65V) / 0.015A = -23.3 Ohms. این مقدار منفی است، به این معنی که با منبع تغذیه 3.3V و واحدی با VF=3.65V، جریانی عبور نخواهد کرد. این قابل قبول است؛ LED به سادگی برای آن واحد خاص با VF بالا در این ولتاژ تغذیه پایین روشن نخواهد شد.
- محاسبه برای VF معمولی/پایین: بیایید از یک VF معمولی 3.2 ولت استفاده کنیم. R = (3.3V - 3.2V) / 0.015A ≈ 6.7 اهم. با استفاده از یک مقاومت استاندارد 10 اهمی: I_actual = (3.3V - 3.2V) / 10 = 10mA (ایمن). برای یک واحد با VF پایین 2.8 ولت: I = (3.3V - 2.8V) / 10 = 50mA. این مقدار از ریتینگ پیوسته 20mA فراتر میرود!
- نتیجهگیری: منبع تغذیه 3.3 ولتی برای عملکرد مطمئن و ایمن یک LED تنها با یک مقاومت سری، بسیار نزدیک به محدوده ولتاژ مستقیم (VF) آن است. جریان بسته به VF هر LED خاص، به شدت متغیر خواهد بود (از 0mA تا بیش از 50mA). یک راهحل بهتر، استفاده از ولتاژ منبع بالاتر (مثلاً 5V) یا یک درایور جریان ثابت اختصاصی با افت ولتاژ کم (low-dropout) است که برای کار در ولتاژ پایین طراحی شدهاست.
12. اصل عملکرد
این LED بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمهرسانا عمل میکند. ناحیه فعال از نیمهرسانای مرکب InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) استفاده میکند. هنگامی که یک ولتاژ بایاس مستقیم بیش از پتانسیل داخلی پیوند اعمال میشود، الکترونها از ناحیه نوع n و حفرهها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق میشوند. در آنجا، آنها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد میکنند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN انرژی شکاف نواری را تعیین میکند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور ساطعشده مطابقت دارد - در این مورد، آبی (~468 نانومتر). پوشش رزین اپوکسی از تراشه نیمهرسانا محافظت میکند، به عنوان یک لنز برای شکلدهی خروجی نور عمل میکند و به گونهای فرموله شده است که شفاف مانند آب باشد تا انتقال نور را به حداکثر برساند.
13. روندهای فناوری
LEDهای SMD در بستهبندیهایی مانند 25-21 نمایانگر فناوری بالغ و بهطور گسترده پذیرفتهشدهای هستند. روندهای فعلی در این بخش بر چند حوزه کلیدی متمرکز است:
- افزایش بازده: پیشرفتهای مستمر در علم مواد و رشد اپیتاکسیال با هدف تولید نور بیشتر (بازده نوری بالاتر) به ازای هر واحد توان الکتریکی ورودی (mA) صورت میگیرد که امکان مصرف توان کمتر یا روشنایی بیشتر در جریان یکسان را فراهم میکند.
- بهبود یکنواختی رنگ: پیشرفتها در کنترل فرآیند تولید و الگوریتمهای دستهبندی (binning) منجر به توزیعهای محدودتر در طول موج غالب و شدت نور شده است، که نیاز به دستهبندی گسترده را کاهش داده و ظاهر یکنواختتری در کاربردهای چند LED فراهم میکند.
- بهبود قابلیت اطمینان: پژوهش در مورد مواد بستهبندی مقاومتر، روشهای اتصال بهتر تراشه و فسفرهای بهبودیافته (برای LEDهای سفید) همچنان به افزایش طول عمر عملیاتی و پایداری تحت تنشهای محیطی مختلف ادامه میدهد.
- ادامه کوچکسازی: اگرچه 25-21 کوچک است، اما تلاش برای دستیابی به عوامل شکل حتی کوچکتر (مانند بستهبندیهای در مقیاس تراشه) برای دستگاههای فوق فشرده ادامه دارد، اگرچه اغلب با مصالحهای در سهولت دستکاری و عملکرد حرارتی همراه است.
- یکپارچهسازی: یک روند گستردهتر شامل ادغام مستقیم الکترونیک کنترل (مانند درایورهای جریان ثابت یا مدارهای مدولاسیون پهنای پالس) با تراشه LED در یک پکیج واحد است که طراحی مدار برای کاربر نهایی را ساده میکند.
LED Specification Terminology
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
عملکرد فوتوالکتریک
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| بازده نوری | lm/W (لومن بر وات) | خروجی نور به ازای هر وات برق، مقدار بالاتر به معنای بهرهوری انرژی بیشتر است. | به طور مستقیم رده بهرهوری انرژی و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری | لومن (lm) | کل نور ساطعشده از منبع که معمولاً "روشنایی" نامیده میشود. | تعیین میکند که نور به اندازه کافی روشن است. |
| زاویه دید | ° (درجه)، به عنوان مثال، 120° | زاویهای که در آن شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده و یکنواختی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| CCT (دمای رنگ) | K (کلوین)، مثلاً 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایینتر زرد/گرم، مقادیر بالاتر سفید/سرد. | جو نورپردازی و سناریوهای مناسب را تعیین میکند. |
| CRI / Ra | بدون واحد، ۰ تا ۱۰۰ | توانایی نمایش دقیق رنگهای اشیا، Ra≥۸۰ خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای پرتقاضا مانند مراکز خرید و موزهها استفاده میشود. |
| SDCM | مراحل بیضی مکآدام، به عنوان مثال، "5-step" | متریک یکنواختی رنگ، گامهای کوچکتر به معنای رنگ یکنواختتر است. | یکنواختی رنگ را در سرتاسر یک دسته LED یکسان تضمین میکند. |
| Dominant Wavelength | نانومتر (نانومتر)، به عنوان مثال، 620 نانومتر (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LED های رنگی. | تعیین رنگآمیزی LEDهای تکرنگ قرمز، زرد و سبز. |
| Spectral Distribution | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت در طولموجها را نشان میدهد. | بر بازآفرینی رنگ و کیفیت تأثیر میگذارد. |
پارامترهای الکتریکی
| اصطلاح | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم | Vf | حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". | ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع میشوند. |
| Forward Current | If | مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| Max Pulse Current | Ifp | جریان اوج قابل تحمل برای دورههای کوتاه، مورد استفاده برای کمنور کردن یا چشمک زدن. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| ولتاژ معکوس | Vr | حداکثر ولتاژ معکوس که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. | مدار باید از اتصال معکوس یا جهشهای ولتاژ جلوگیری کند. |
| Thermal Resistance | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از چیپ به لحیم، هرچه کمتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به دفع حرارت قویتری دارد. |
| ایمنی در برابر ESD | V (HBM)، مثلاً 1000V | قابلیت تحمل تخلیه الکترواستاتیک، مقدار بالاتر به معنای آسیبپذیری کمتر است. | در فرآیند تولید نیاز به اقدامات ضداستاتیک است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
Thermal Management & Reliability
| اصطلاح | معیار کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| دمای اتصال | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی در داخل تراشه LED. | هر کاهش 10 درجه سانتیگراد ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ دمای بیش از حد بالا باعث کاهش نور و تغییر رنگ میشود. |
| Lumen Depreciation | L70 / L80 (ساعت) | زمان کاهش روشنایی تا 70% یا 80% مقدار اولیه. | به طور مستقیم "طول عمر سرویس" LED را تعریف میکند. |
| حفظ شار نوری | % (مثلاً 70%) | درصد روشنایی حفظشده پس از زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در استفاده بلندمدت. |
| Color Shift | Δu′v′ یا بیضی مکآدام | درجه تغییر رنگ در حین استفاده. | بر ثبات رنگ در صحنههای نورپردازی تأثیر میگذارد. |
| Thermal Aging | تخریب مواد | تخریب ناشی از دمای بالا در طولانیمدت. | ممکن است باعث کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
Packaging & Materials
| اصطلاح | انواع رایج | توضیح ساده | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC, PPA, Ceramic | ماده محافظ تراشه در محفظه، ایجاد رابط نوری/حرارتی. | EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانیتر. |
| Chip Structure | جلو، تراشه معکوس | آرایش الکترود تراشه. | Flip chip: اتلاف حرارت بهتر، کارایی بالاتر، برای توان بالا. |
| پوشش فسفر | YAG, Silicate, Nitride | تراشه آبی را پوشش میدهد، بخشی را به زرد/قرمز تبدیل کرده و برای تولید نور سفید ترکیب میکند. | فسفرهای مختلف بر بازده نوری، دمای رنگ و شاخص نمود رنگ تأثیر میگذارند. |
| لنز/اپتیک | تخت، میکرولنز، TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
Quality Control & Binning
| اصطلاح | محتوای دستهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دستهبندی شار نوری | کد، به عنوان مثال، 2G، 2H | گروهبندی شده بر اساس روشنایی، هر گروه دارای مقادیر حداقل/حداکثر لومن است. | تضمین یکنواختی روشنایی در همان دسته. |
| Voltage Bin | Code e.g., 6W, 6X | گروهبندی شده بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | تطبیق درایور را تسهیل میکند و بازدهی سیستم را بهبود میبخشد. |
| سطل رنگ | بیضی 5-گام MacAdam | گروهبندی شده بر اساس مختصات رنگ، تضمین کننده محدوده فشرده. | تضمین کننده یکنواختی رنگ، جلوگیری از رنگ ناهموار درون چراغ. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K و غیره. | بر اساس CCT گروهبندی شدهاند و هر کدام محدوده مختصات مربوط به خود را دارند. | نیازمندیهای CCT صحنههای مختلف را برآورده میکند. |
Testing & Certification
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمون حفظ شار نوری | روشنایی بلندمدت در دمای ثابت، ثبت کاهش روشنایی. | برای تخمین عمر LED (با TM-21) استفاده میشود. |
| TM-21 | استاندارد برآورد عمر | بر اساس دادههای LM-80، عمر را در شرایط واقعی برآورد میکند. | ارائه پیشبینی علمی عمر. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | شامل روشهای آزمون نوری، الکتریکی و حرارتی میشود. | مبنای آزمون شناختهشده در صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهینامه محیطزیستی | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | الزام دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهینامه بهرهوری انرژی | گواهینامه بهرهوری انرژی و عملکرد برای روشنایی. | در خریدهای دولتی و برنامههای یارانهای استفاده میشود، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |