مشخصات فنی ال‌ای‌دی SMD 42-21/BHC-AUW/1T - آبی - ابعاد 2.1x2.1x1.2mm - ولتاژ 3.3V - جریان 20mA - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ال‌ای‌دی 42-21/BHC-AUW/1T یک ال‌ای‌دی نصب‌سطحی فشرده است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن که نیازمند راه‌حل‌های نشانگر یا نور پس‌زمینه کم‌مصرف و قابل اطمینان هستند طراحی شده است. این ال‌ای‌دی آبی از فناوری چیپ InGaN بهره می‌برد که درون رزینی شفاف (واتر کلیر) کپسوله شده تا عملکردی یکنواخت در ابعادی بسیار کوچک ارائه دهد. مزایای اصلی آن شامل صرفه‌جویی قابل توجه در فضای برد مدار چاپی، چگالی بسته‌بندی بالا و سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار است که آن را برای تولید انبوه ایده‌آل می‌سازد.

این قطعه کاملاً با استانداردهای RoHS، EU REACH و بدون هالوژن مطابقت دارد که مسئولیت‌پذیری زیست‌محیطی و پذیرش گسترده در بازار را تضمین می‌کند. ساختار سبک و ابعاد کوچک آن امکان طراحی تجهیزات کوچکتر و قابل حمل‌تر را فراهم می‌آورد.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

محدودیت‌های عملیاتی قطعه برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت تعریف شده است. تجاوز از این مقادیر ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• ولتاژ معکوس (V_R):5V. در صورت امکان وجود شرایط ولتاژ معکوس، استفاده از مدار محافظ توصیه می‌شود.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):25mA. شرایط کار معمول 20mA است.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100mA (چرخه کاری 1/10 @1KHz). مناسب برای کار پالسی است نه برای جریان مستقیم (DC).
• توان تلف شده (P_d):95mW. این محدودیت هم محدودیت‌های الکتریکی و هم حرارتی را در نظر می‌گیرد.
• دمای کار و نگهداری:40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس / 40- درجه تا 90+ درجه سلسیوس. این محدوده وسیع از کاربردهای صنعتی پشتیبانی می‌کند.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):150V (HBM). رعایت احتیاط‌های استاندارد ESD در حین جابجایی ضروری است.
• دمای لحیم‌کاری:ریفلو: حداکثر 260°C به مدت 10 ثانیه؛ دستی: حداکثر 350°C به مدت 3 ثانیه. رعایت این مقادیر برای جلوگیری از آسیب حرارتی حیاتی است.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال (T_a=25°C)

این پارامترها عملکرد ال‌ای‌دی را تحت شرایط آزمایش استاندارد (I_F=20mA) تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_v):450 تا 1800 میلی‌کاندلا (mcd). این محدوده وسیع از طریق سیستم دسته‌بندی (بینینگ) مدیریت می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):30 درجه (مقدار معمول). این پارامتر گسترش زاویه‌ای نور ساطع شده را تعریف می‌کند.
• طول موج پیک (λ_p):468 نانومتر (مقدار معمول). طول موجی که در آن توان طیفی در حداکثر خود است.
• طول موج غالب (λ_d):464.5 تا 476.5 نانومتر. این رنگ درک‌شده نور است که تلرانس آن ±1 نانومتر می‌باشد.
• پهنای باند طیفی (Δλ):25 نانومتر (مقدار معمول). عرض طیف نور ساطع شده در نصف حداکثر شدت.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.7V تا 3.7V، با مقدار معمول 3.3V در جریان 20mA.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 50 میکروآمپر در V_R=5V.

نکته حیاتی طراحی:ولتاژ مستقیم دارای یک محدوده است. استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریانکاملاً الزامی استتا از گرمایش بیش از حد و سوختن ناشی از نوسانات جزئی ولتاژ منبع جلوگیری شود. مقدار مقاومت باید بر اساس ولتاژ منبع واقعی و حداکثر V_Fمورد انتظار محاسبه شود تا اطمینان حاصل شود که I_Fاز 25mA تجاوز نمی‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی در تولید، ال‌ای‌دی‌ها در دسته‌های مختلف (بین) دسته‌بندی می‌شوند. مدل 42-21 از دو سیستم دسته‌بندی مستقل استفاده می‌کند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

ال‌ای‌دی‌ها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در I_F=20mA دسته‌بندی می‌شوند. کد دسته برای شناسایی مشخص شده است.

• دسته U:450 – 715 میلی‌کاندلا
• دسته V:715 – 1120 میلی‌کاندلا
• دسته W:1120 – 1800 میلی‌کاندلا

تلرانس: ±11%

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

ال‌ای‌دی‌ها همچنین بر اساس سایه دقیق رنگ آبی برای حفظ یکنواختی رنگ در یک آرایه دسته‌بندی می‌شوند.

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

تلرانس: ±1 نانومتر

پیامد طراحی:برای کاربردهایی که نیازمند تطابق روشنایی یا رنگ هستند (مانند نورهای پس‌زمینه چند ال‌ای‌دی، نوارهای وضعیت)، مشخص کردن یک دسته واحد یا درخواست دسته‌بندی دقیق از تامین‌کننده بسیار حیاتی است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد فیزیکی

این ال‌ای‌دی دارای پکیج SMD فشرده است. ابعاد کلیدی (تلرانس ±0.1mm مگر خلاف آن ذکر شود):

• اندازه پکیج: تقریباً 2.1mm x 2.1mm.
• ارتفاع: تقریباً 1.2mm.
• کاتد توسط یک نشانه خاص روی بدنه پکیج شناسایی می‌شود.

4.2 شناسایی قطبیت

قطبیت صحیح ضروری است. پایه کاتد به وضوح روی بدنه قطعه مشخص شده است. الگوی لند (فوترپرینت) توصیه شده روی PCB باید این طراحی را منعکس کند تا تراز صحیح در حین لحیم‌کاری ریفلو تضمین شود.

4.3 مشخصات بسته‌بندی

ال‌ای‌دی‌ها در بسته‌بندی استاندارد صنعتی برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند:

• نوار حامل:عرض 8mm، روی ریل‌هایی به قطر 7 اینچ.
• تعداد در هر ریل:1000 عدد.
• حساسیت به رطوبت:در کیسه‌های مقاوم در برابر رطوبت از جنس آلومینیوم همراه با ماده جاذب رطوبت (دسیکانت) بسته‌بندی شده‌اند تا از جذب رطوبت که می‌تواند باعث ترک خوردن "پاپ کورن" در حین ریفلو شود، جلوگیری گردد.

برچسب روی ریل حاوی اطلاعات حیاتی است: شماره محصول (P/N)، تعداد (QTY)، دسته شدت نور (CAT)، دسته طول موج غالب (HUE)، رتبه ولتاژ مستقیم (REF) و شماره بچ تولید (LOT No).

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

این قطعه با فرآیندهای ریفلو مادون قرمز و فاز بخار سازگار است. نیازمند پروفیل لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) است:

• دمای پیک:حداکثر 260°C.
• زمان بالاتر از نقطه ذوب:30 تا 60 ثانیه توصیه می‌شود.
• پیش‌گرم:افزایش تدریجی دما برای فعال‌سازی فلاکس و به حداقل رساندن شوک حرارتی.

نکته حیاتی:لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار روی یک مونتاژ ال‌ای‌دی انجام شود.

5.2 لحیم‌کاری دستی

اگر تعمیر دستی اجتناب‌ناپذیر است، باید نهایت دقت به کار رود:

• دمای هویه:کمتر از 350°C.
• زمان تماس:3 ثانیه یا کمتر برای هر پایه.
• توان هویه:کمتر از 25W.
• روش:از یک هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو پایه استفاده کنید تا از تنش مکانیکی روی اتصالات لحیم جلوگیری شود. پس از هر تعمیر، عملکرد ال‌ای‌دی را تأیید کنید.

5.3 نگهداری و جابجایی

• قبل از باز کردن کیسه:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شود.
• پس از باز کردن کیسه (عمر مفید در محیط کار):1 سال در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60%. قطعات استفاده نشده باید در یک کیسه ضد رطوبت همراه با دسیکانت تازه مجدداً مهر و موم شوند.
• پخت (بیکینگ):اگر کیسه بیش از عمر مفید محیط کار باز مانده یا دسیکانت اشباع شده است، قبل از ریفلو به مدت 24 ساعت در دمای 60±5°C پخت شود تا رطوبت خارج گردد.
• پس از لحیم‌کاری، PCB را خم یا تاب ندهید، زیرا این کار می‌تواند به اتصالات لحیم ال‌ای‌دی تنش وارد کرده و باعث خرابی شود.

6. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 کاربردهای متداول

• نور پس‌زمینه صفحه ابزارها:روشنایی نشانگرها و کلیدهای داشبورد.
• دستگاه‌های مخابراتی:نشانگرهای وضعیت و نور پس‌زمینه صفحه کلید در تلفن‌ها و فکس‌ها.
• نور پس‌زمینه LCD:نور پس‌زمینه لبه‌ای یا مستقیم برای LCD های کوچک تک‌رنگ یا رنگی.
• نشانگر عمومی:وضعیت برق، نشانگرهای حالت و سایر عناصر رابط کاربر.

6.2 طراحی مدار

مهم‌ترین جنبه مدار راه‌انداز، مقاومت سری محدودکننده جریان است. مقدار آن (R_s) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_s= (V_منبع- V_F) / I_F.

مثال:برای یک منبع 5V و استفاده از حداکثر V_Fیعنی 3.7V برای اطمینان از جریان ایمن در تمام شرایط در I_F=20mA:
R_s= (5V - 3.7V) / 0.020A = 65 اهم.
نزدیک‌ترین مقدار استاندارد (مثلاً 68 اهم) انتخاب می‌شود و توان مجاز مقاومت باید بررسی شود: P = I²R = (0.02)²* 68 = 0.0272W. یک مقاومت استاندارد 1/10W (0.1W) کاملاً کافی است.

6.3 مدیریت حرارتی

اگرچه تلفات توان کم است (حداکثر 95mW)، اما چیدمان مناسب PCB به طول عمر کمک می‌کند. اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس در اطراف پدهای ال‌ای‌دی به عنوان هیت سینک وجود دارد، به ویژه اگر در دمای محیطی بالا یا نزدیک به جریان حداکثر کار می‌کند.

6.4 محدودیت‌های کاربردی

این ال‌ای‌دی درجه تجاری استاندارد به طور خاص برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا که خرابی می‌تواند منجر به خطرات ایمنی یا خسارت مالی قابل توجه شود، طراحی یا تأیید نشده است. این موارد شامل، اما نه محدود به، موارد زیر است:

• سیستم‌های ایمنی نظامی، هوافضا یا هوانوردی.
• سیستم‌های ایمنی-حیاتی خودرو (مانند چراغ ترمز، نشانگرهای ایربگ).
• تجهیزات پزشکی پشتیبان حیات یا تشخیصی.

برای چنین کاربردهایی، باید قطعاتی با تأییدیه‌های مناسب خودرویی، نظامی یا پزشکی تهیه شوند. عملکرد تنها در چارچوب مشخصات ذکر شده در این سند تضمین می‌شود.

7. مقایسه و جایگاه فنی

پکیج 42-21 نشان‌دهنده تعادلی بین اندازه، عملکرد و قابلیت تولید است. در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های بزرگتر با فریم سربی (مانند انواع ترو-هول 3mm یا 5mm)، کاهش چشمگیری در فضای برد و وزن ارائه می‌دهد و امکان طراحی‌های مینیاتوری مدرن را فراهم می‌کند. در مقایسه با پکیج‌های کوچکتر در مقیاس چیپ (CSP)، جابجایی آسان‌تری با تجهیزات استاندارد SMT ارائه می‌دهد و دارای لنز قالب‌گیری شده برای توزیع کنترل‌شده نور (زاویه دید 30 درجه) است. جریان راه‌اندازی 20mA و ولتاژ مستقیم معمول 3.3V آن، آن را مستقیماً با منابع منطقی رایج 3.3V و 5V با استفاده از یک مقاومت ساده سازگار می‌سازد._F8. پرسش‌های متداول (FAQ)

8.1 چرا استفاده از مقاومت محدودکننده جریان الزامی است؟

ال‌ای‌دی‌ها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. مشخصه ولتاژ-جریان (V-I) آن‌ها نمایی است. یک افزایش کوچک در ولتاژ بیش از V

اسمی، باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب در جریان می‌شود. یک مقاومت سری، رابطه‌ای خطی و قابل پیش‌بینی بین ولتاژ منبع و جریان ال‌ای‌دی ایجاد می‌کند و عملکرد پایدار و ایمن را تضمین می‌نماید._F8.2 آیا می‌توان این ال‌ای‌دی را مستقیماً از پین GPIO میکروکنترلر راه‌اندازی کرد؟

امکان‌پذیر است، اما با احتیاط. بسیاری از پین‌های GPIO تنها می‌توانند 10-25mA سورس یا سینک کنند. شما باید دیتاشیت میکروکنترلر خود را بررسی کنید. حتی اگر در محدوده مجاز باشد، باز هم به یک مقاومت سری نیاز دارید. اغلب ایمن‌تر است که از GPIO برای کنترل یک ترانزیستور (BJT یا MOSFET) استفاده کنید که سپس ال‌ای‌دی را راه‌اندازی می‌کند و بدین ترتیب MCU از بار جریان ال‌ای‌دی ایزوله می‌شود.

8.3 منظور از رزین "واتر کلیر" چیست؟

به این معنی است که لنز پلاستیکی کپسوله‌کننده شفاف است، نه پخش‌کننده نور یا رنگی. این امر اجازه می‌دهد رنگ واقعی چیپ آبی InGaN دیده شود و بالاترین خروجی نور ممکن و یک زاویه دید مشخص و باریک را فراهم می‌آورد.

8.4 چگونه کدهای دسته‌بندی روی برچسب ریل را تفسیر کنم؟

کد "CAT" (U, V, W) محدوده روشنایی را به شما می‌گوید. کد "HUE" (مثلاً A10) محدوده طول موج غالب را نشان می‌دهد. برای ظاهر یکنواخت در یک محصول، ال‌ای‌دی‌ها را از یک دسته CAT و HUE یکسان سفارش دهید. کد "REF" نشان‌دهنده رتبه ولتاژ مستقیم است که می‌تواند برای طراحی‌های تنظیم جریان دقیق مفید باشد.

9. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:

طراحی یک دستگاه فشرده با تغذیه USB دارای چهار ال‌ای‌دی وضعیت آبی.منبع تغذیه:

1. USB ولتاژ 5V را تأمین می‌کند.انتخاب ال‌ای‌دی:
2. 42-21/BHC-AUW/1T، دسته V برای روشنایی متوسط، دسته A11 برای رنگ آبی یکنواخت.محاسبه جریان:
3. جریان هدف I= 18mA (کمی کمتر از حداکثر برای حاشیه ایمنی). از حداکثر V_F= 3.7V برای بدترین حالت استفاده کنید._F= (5V - 3.7V) / 0.018A ≈ 72.2Ω. از مقاومت استاندارد 75Ω استفاده کنید.
   R_sتوان هر ال‌ای‌دی:
4. = 3.3V(مقدار معمول) * 0.018A ≈ 59.4mW. کاملاً در محدوده 95mW قرار دارد. P_LEDجریان کل:
5. 4 ال‌ای‌دی * 18mA = 72mA. کاملاً در ظرفیت 500mA یک پورت USB استاندارد قرار دارد.چیدمان PCB:
6. ال‌ای‌دی‌ها را با قطبیت صحیح قرار دهید. از یک پور (پرکننده) زمین کوچک در زیر و اطراف پدهای ال‌ای‌دی برای دفع حرارت استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که پروفیل ریفلو با مقدار پیک توصیه شده 260°C مطابقت دارد.نتیجه:
7. یک سیستم نشانگر قابل اطمینان و با روشنایی یکنواخت با حداقل فضای برد و مصرف توان.10. اصل کار و فناوری

این ال‌ای‌دی بر اساس یک ساختار ناهمگون نیمه‌هادی از جنس ایندیوم گالیم نیترید (InGaN) ساخته شده است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم به دو سر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. بازترکیب آن‌ها انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را مشخص می‌نماید - در این مورد، رنگ آبی (~468 نانومتر). رزین اپوکسی شفاف (واتر کلیر) کپسوله‌کننده، از چیپ نیمه‌هادی محافظت می‌کند، به عنوان لنز برای شکل‌دهی به پرتو خروجی نور (زاویه دید 30 درجه) عمل می‌کند و پایداری مکانیکی را فراهم می‌آورد.

11. روندهای صنعت

بازار ال‌ای‌دی‌های SMD مانند مدل 42-21 همچنان توسط کوچک‌سازی تمام دستگاه‌های الکترونیکی به پیش رانده می‌شود. روند مداومی به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) وجود دارد که امکان خروجی روشن‌تر در جریان یکسان یا روشنایی یکسان در توان کمتر را فراهم می‌آورد و عمر باتری در دستگاه‌های قابل حمل را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، تقاضا برای دسته‌بندی دقیق‌تر رنگ و روشنایی در حال افزایش است زیرا کاربردهایی مانند نمایشگرهای تمام‌رنگ و نورپردازی محیطی نیازمند یکنواختی استثنایی هستند. فناوری زیربنایی InGaN برای ال‌ای‌دی‌های آبی بالغ است اما همچنان شاهد بهبودهای تدریجی در بازده و قابلیت اطمینان است. فناوری بسته‌بندی نیز در حال تکامل است، با روندهایی به سمت پروفیل‌های حتی نازک‌تر و مواد مدیریت حرارتی بهبودیافته برای تحمل چگالی توان بالاتر در فضاهای فشرده.

The market for SMD LEDs like the 42-21 continues to be driven by the miniaturization of all electronic devices. There is a constant trend toward higher efficiency (more lumens per watt), which allows for either brighter output at the same current or the same brightness at lower power, extending battery life in portable devices. Additionally, demand for tighter color and brightness binning is increasing as applications like full-color displays and ambient lighting require exceptional uniformity. The underlying InGaN technology for blue LEDs is mature but continues to see incremental improvements in efficiency and reliability. The packaging technology is also evolving, with trends toward even thinner profiles and improved thermal management materials to handle higher power densities in compact spaces.