دیتاشیت LED SMD آبی 27-21 - ابعاد 2.7x2.1x1.2 میلی‌متر - ولتاژ 3.3 ولت - توان 0.095 وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LED SMD مدل 27-21 یک قطعه فشرده و نصب‌شونده روی سطح است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن طراحی شده که نیازمند عملکرد قابل اعتماد نشانگر یا نور پس‌زمینه هستند. مزیت اصلی آن در مقایسه با LEDهای سنتی دارای پایه، کاهش چشمگیر فضای اشغالی است که امکان تراکم قطعات بیشتر روی بردهای مدار چاپی (PCB)، کاهش نیازهای ذخیره‌سازی و در نهایت کمک به کوچک‌سازی تجهیزات نهایی را فراهم می‌کند. ساختار سبک‌وزن آن نیز مناسب‌بودنش را برای کاربردهای دارای محدودیت فضا و قابل حمل افزایش می‌دهد.

این LED آبی تک‌رنگ با استفاده از یک چیپ نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیوم نیترید) ساخته شده که در رزین شفاف آب‌مانند کپسوله شده است. این یک محصول بدون سرب و مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک)، مقررات اتحادیه اروپا REACH و استانداردهای عاری از هالوژن است که ایمنی محیطی و پذیرش گسترده در بازار را تضمین می‌کند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

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

• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوند شود.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):25 میلی‌آمپر. حداکثر جریان DC برای عملکرد قابل اعتماد.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این مقدار تنها تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10 در فرکانس 1 کیلوهرتز) برای تحمل موج‌های گذرا مجاز است.
• توان تلف شده (P_d):95 میلی‌وات. حداکثر توانی که پکیج می‌تواند در دمای محیط (T_a) 25 درجه سانتی‌گراد تلف کند. در دماهای بالاتر، کاهش رتبه ضروری است.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):150 ولت (مدل بدن انسان). رعایت روش‌های صحیح کنترل ESD در حین مونتاژ و جابجایی اجباری است.
• دمای کاری (T_opr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیط برای عملکرد عادی قطعه.
• دمای نگهداری (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 90+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری:قطعه می‌تواند لحیم‌کاری ریفلو با دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد را تا 10 ثانیه، یا لحیم‌کاری دستی در 350 درجه سانتی‌گراد را تا 3 ثانیه برای هر پایه تحمل کند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

این پارامترها در T_a=25°C و I_F=20mA اندازه‌گیری شده‌اند که نمایانگر شرایط کاری معمول هستند.

• شدت نور (I_v):از 28.5 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 72.0 میلی‌کاندلا (حداکثر) متغیر است، با تلرانس معمولی ±11%. این مقدار روشنایی درک‌شده LED را تعریف می‌کند.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه (معمولی). این زاویه دید گسترده، قابلیت مشاهده خوبی از موقعیت‌های خارج از محور را تضمین می‌کند.
• طول موج اوج (λ_p):468 نانومتر (معمولی). طول موجی که در آن تابش طیفی قوی‌ترین است.
• طول موج غالب (λ_d):از 464.50 نانومتر تا 476.50 نانومتر متغیر است. این مقدار رنگ درک‌شده نور را تعریف می‌کند، با تلرانس دقیق ±1 نانومتر.
• پهنای باند طیفی (Δλ):25 نانومتر (معمولی). عرض طیف تابشی در نصف حداکثر شدت (FWHM).
• ولتاژ مستقیم (V_F):از 2.70 ولت (حداقل) تا 3.70 ولت (حداکثر) متغیر است، با مقدار معمولی 3.30 ولت در جریان 20mA. این پارامتر برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 50 میکروآمپر در V_R=5V. این پارامتر تنها برای اهداف آزمایش است؛ قطعه نباید در بایاس معکوس کار کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

LEDها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در I_F=20mA در چهار دسته (N1, N2, P1, P2) دسته‌بندی می‌شوند. این امکان را به طراحان می‌دهد تا درجه روشنایی مناسب برای کاربرد خود را انتخاب کنند و ظاهر یکنواختی در آرایه‌های چند LEDی تضمین شود.

• دسته N1:28.5 – 36.0 میلی‌کاندلا
• دسته N2:36.0 – 45.0 میلی‌کاندلا
• دسته P1:45.0 – 57.0 میلی‌کاندلا
• دسته P2:57.0 – 72.0 میلی‌کاندلا

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

LEDها همچنین بر اساس طول موج غالب در چهار کد (A9, A10, A11, A12) دسته‌بندی می‌شوند. این کنترل دقیق (حدود 3 نانومتر در هر دسته) برای کاربردهایی که نیازمند تطابق رنگ دقیق هستند، حیاتی است.

• دسته A9:464.5 – 467.5 نانومتر
• دسته A10:467.5 – 470.5 نانومتر
• دسته A11:470.5 – 473.5 نانومتر
• دسته A12:473.5 – 476.5 نانومتر

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، مفاهیم آن‌ها برای طراحی حیاتی است.

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

مشخصه I-V نمایی است. یک افزایش کوچک در ولتاژ مستقیم فراتر از مقدار معمولی 3.3 ولت می‌تواند منجر به افزایش بزرگ و بالقوه مخرب در جریان مستقیم شود. این موضوع ضرورت مطلق استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی یا درایور جریان ثابت سری با LED را تأکید می‌کند.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

شدت نور تقریباً متناسب با جریان مستقیم در محدوده‌های رتبه‌بندی شده است. کار کردن زیر 20mA خروجی را کاهش می‌دهد، در حالی که تجاوز از 25mA خطر تخریب تسریع‌یافته و کاهش طول عمر را به همراه دارد، حتی اگر به طور لحظه‌ای در محدوده رتبه جریان پیک باشد.

4.3 وابستگی به دما

عملکرد LED به دما حساس است. با افزایش دمای پیوند، ولتاژ مستقیم معمولاً کمی کاهش می‌یابد، در حالی که شدت نور می‌تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد. مدیریت حرارتی کافی روی PCB برای حفظ روشنایی ثابت، به ویژه در کاربردهای با تراکم بالا یا محصورشده، مهم است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج

پکیج 27-21 دارای ابعاد اسمی 2.7 میلی‌متر (طول) در 2.1 میلی‌متر (عرض) در 1.2 میلی‌متر (ارتفاع) است، با تلرانس استاندارد ±0.1 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. نقشه ابعاد دقیق، اندازه‌گیری‌های حیاتی برای طراحی الگوی لند PCB، از جمله اندازه پد، فاصله و جهت قطعه را ارائه می‌دهد.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً توسط یک نشانگر بصری روی پکیج LED، مانند یک شکاف، نقطه سبز یا گوشه بریده‌شده، مشخص می‌شود. قطبیت صحیح باید در حین قرارگیری رعایت شود تا عملکرد مناسب تضمین گردد.

5.3 بسته‌بندی نوار و قرقره

قطعه در نوار حامل 8 میلی‌متری روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ عرضه می‌شود که با تجهیزات استاندارد اتوماتیک Pick-and-Place سازگار است. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. بسته‌بندی شامل مواد مقاوم در برابر رطوبت است: یک کیسه ضد رطوبت آلومینیومی همراه با یک جاذب رطوبت (سیلیکاژل) و یک کارت نشانگر رطوبت برای محافظت از LEDها در برابر رطوبت محیط در حین نگهداری و حمل‌ونقل.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفیل ریفلو بدون سرب (Pb-free) مشخص شده است. پارامترهای کلیدی شامل: مرحله پیش‌گرمایش بین 150-200 درجه سانتی‌گراد به مدت 60-120 ثانیه؛ زمان بالای نقطه ذوب (217 درجه سانتی‌گراد) به مدت 60-150 ثانیه؛ دمای پیک حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 10 ثانیه؛ و نرخ‌های کنترل‌شده افزایش و کاهش دما برای به حداقل رساندن شوک حرارتی. فرآیند ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، دقت بسیار زیادی لازم است. از هویه‌ای با دمای نوک زیر 350 درجه سانتی‌گراد استفاده کنید، حرارت را به هر پایه حداکثر به مدت 3 ثانیه اعمال کنید و بین پایه‌ها حداقل 2 ثانیه فاصله خنک‌شدن بدهید. توان هویه باید 25 وات یا کمتر باشد تا از گرمایش موضعی بیش از حد جلوگیری شود.

6.3 حساسیت به رطوبت و نگهداری

LEDها به رطوبت حساس هستند. کیسه ضد رطوبت مهر و موم شده نباید تا بلافاصله قبل از استفاده باز شود. پس از باز کردن، LEDهای استفاده‌نشده باید در محیطی با دمای 30 درجه سانتی‌گراد یا کمتر و رطوبت نسبی 60% یا کمتر نگهداری شوند. "زمان ماندگاری" پس از باز کردن کیسه 168 ساعت (7 روز) است. اگر این زمان تجاوز شود یا جاذب رطوبت نشان‌دهنده اشباع باشد، قبل از استفاده نیاز به عملیات پخت (بیکینگ) در دمای 60 درجه سانتی‌گراد ±5 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت است.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

• نور پس‌زمینه:به دلیل اندازه فشرده و خروجی آبی یکنواخت، برای نشانگرهای داشبورد، روشنایی کلیدها و نور پس‌زمینه نمادها ایده‌آل است.
• تجهیزات مخابراتی:به عنوان نشانگر وضعیت یا نور پس‌زمینه صفحه کلید در دستگاه‌هایی مانند تلفن و فکس عمل می‌کند.
• نور پس‌زمینه تخت LCD:می‌تواند در آرایه‌هایی برای نمایشگرهای LCD کوچک و کم‌مصرف استفاده شود.
• استفاده عمومی به عنوان نشانگر:برای نشان دادن وضعیت برق، نشانگر حالت و سایر عملکردهای سیگنالینگ در الکترونیک مصرفی و صنعتی مناسب است.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری استفاده کنید که بر اساس ولتاژ منبع تغذیه (V_CC)، ولتاژ مستقیم LED (V_F) و جریان مستقیم مورد نظر (I_F) محاسبه شده است. فرمول: R = (V_CC- V_F) / I_F. برای طراحی محافظه‌کارانه، از حداکثر مقدار V_Fذکر شده در دیتاشیت استفاده کنید.
• مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که PCB مساحت مسی کافی متصل به پدهای LED دارد تا به عنوان هیت‌سینک عمل کند، به ویژه هنگام کار در جریان نامی حداکثر یا نزدیک به آن.
• محافظت در برابر ESD:در صورت دسترسی کاربر به LED، اقدامات محافظتی ESD را روی خطوط ورودی حساس پیاده‌سازی کنید.

8. مقایسه و تمایز فنی

LED SMD مدل 27-21 چندین مزیت کلیدی در کلاس خود ارائه می‌دهد. فضای اشغالی 2.7x2.1 میلی‌متری آن کوچکتر از بسیاری از LEDهای سنتی 3 میلی‌متری یا 5 میلی‌متری نصب‌شونده از طریق سوراخ (Through-Hole) است که فضای قابل توجهی از برد را ذخیره می‌کند. زاویه دید گسترده 130 درجه، دید بهتری از موقعیت‌های خارج از محور در مقایسه با LEDهای دارای زاویه دید باریک‌تر فراهم می‌کند. استفاده از فناوری InGaN، رنگ آبی روشن و اشباع‌شده با بازدهی بالا را به ارمغان می‌آورد. علاوه بر این، مطابقت آن با استانداردهای RoHS، REACH و عاری از هالوژن، آن را به انتخابی آینده‌نگر برای بازارهای جهانی با مقررات سختگیرانه محیطی تبدیل می‌کند. سیستم دسته‌بندی دقیق، پیش‌بینی‌پذیری مورد نیاز طراحان برای تولید انبوهی که نیازمند ثبات بصری است را فراهم می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 چرا استفاده از مقاومت محدودکننده جریان اجباری است؟

مشخصه I-V LED غیرخطی است. بدون مقاومت، یک افزایش کوچک در ولتاژ منبع باعث ایجاد یک موج بزرگ و کنترل‌نشده در جریان می‌شود که به سرعت از مقدار حداکثر مطلق 25mA تجاوز کرده و منجر به خرابی فوری می‌شود. مقاومت، نقطه کاری پایدار را تعیین می‌کند.

9.2 آیا می‌توان این LED را با منبع تغذیه 5 ولت راه‌اندازی کرد؟

بله، اما باید از یک مقاومت سری استفاده کنید. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5 ولت (V_CC=5V)، مقدار معمولی V_F برابر 3.3 ولت و جریان هدف I_F برابر 20mA، مقدار مقاومت خواهد بود: R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 اهم. یک مقاومت استاندارد 82 یا 100 اهم مناسب خواهد بود، با رتبه توان P = I²R = (0.02)²* 85 = 0.034W، بنابراین یک مقاومت 1/8W یا 1/10W کافی است.

9.3 تفاوت بین طول موج اوج و طول موج غالب چیست؟

طول موج اوج (λ_p) طول موج فیزیکی است که در آن خروجی طیفی در بالاترین حد است. طول موج غالب (λ_d) یک مقدار محاسبه‌شده است که با رنگ درک‌شده توسط چشم انسان مطابقت دارد و کل طیف تابش و حساسیت چشم را در نظر می‌گیرد. برای LEDهای تک‌رنگ مانند این LED آبی، آن‌ها اغلب نزدیک هستند، اما λ_d برای مشخصه‌سازی رنگ مرتبط‌تر است.

9.4 چرا پس از باز کردن بسته، "زمان ماندگاری" محدود و سخت‌گیرانه‌ای وجود دارد؟

LEDهای SMD می‌توانند رطوبت را از جو از طریق بسته‌بندی پلاستیکی خود جذب کنند. در طی فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت منبسط شود و باعث جدایش داخلی یا "پف کردن" (popcorning) شود که پکیج را ترک داده و قطعه را از بین می‌برد. زمان ماندگاری و روش‌های پخت، این محتوای رطوبت را مدیریت می‌کنند.

10. اصول عملکرد

این LED یک دستگاه فوتونیک نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل پیوند آن (تقریباً 3.3 ولت) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال چیپ InGaN تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور تابشی را دیکته می‌کند - در این مورد، نور آبی در حدود 468 نانومتر. کپسوله‌سازی با رزین شفاف آب‌مانند، از چیپ محافظت کرده و به عنوان یک لنز عمل می‌کند و نور تابشی را به زاویه دید مشخص‌شده 130 درجه شکل می‌دهد.

11. روندها و زمینه صنعت

پکیج 27-21 نمایانگر یک فرم فاکتور بالغ و به طور گسترده پذیرفته‌شده در بازار LEDهای SMD است که اندازه، عملکرد و قابلیت ساخت را متعادل می‌کند. صنعت همچنان به سمت پکیج‌های حتی کوچک‌تر (مانند 2016، 1608) برای فوق‌کوچک‌سازی و پکیج‌های با توان بالاتر برای کاربردهای روشنایی در حرکت است. روندهای کلیدی مؤثر بر قطعاتی مانند این شامل: افزایش تقاضا برای دقت رنگ بالا و دسته‌بندی یکنواخت برای کاربردهای نمایشی؛ یکپارچه‌سازی ICهای روی‌برد برای LEDهای هوشمند؛ و تمرکز بی‌امان بر بهبود بازده نوری (لومن بر وات) و قابلیت اطمینان است. علاوه بر این، مطابقت محیطی (RoHS، عاری از هالوژن) از یک عامل تمایز به یک الزام پایه برای اکثر قطعات الکترونیکی در زنجیره‌های تأمین جهانی تبدیل شده است.