دیتاشیت LED SMD 12-21/BHC-AN1P2/2C - آبی - 3.5 ولت - 25 میلی‌آمپر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

«««مدل 12-21/BHC-AN1P2/2C یک دیود نورافشان (LED) از نوع نصب سطحی (SMD) است که از فناوری تراشه InGaN برای تولید نور آبی استفاده می‌کند. این قطعه برای مونتاژهای الکترونیکی مدرن و فشرده طراحی شده و مزایای قابل توجهی در بهینه‌سازی فضای برد و فرآیندهای تولید خودکار ارائه می‌دهد.»»»

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

«««مزیت اصلی این LED، اندازه بسیار کوچک پکیج 12-21 آن است که به طور قابل توجهی از LEDهای سنتی با پایه‌های سیمی کوچکتر است. این ویژگی امکان طراحی بردهای مدار چاپی (PCB) کوچکتر، چگالی بالاتر قطعات روی برد، کاهش نیاز به فضای انبار و در نهایت تولید تجهیزات نهایی فشرده‌تر را فراهم می‌کند. ساختار سبک وزن آن، این محصول را به ویژه برای کاربردهای قابل حمل و مینیاتوری مناسب می‌سازد. این محصول مطابق با استانداردهای کلیدی صنعت از جمله RoHS، EU REACH بوده و فاقد هالوژن است (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm) که آن را برای طیف گسترده‌ای از الکترونیک مصرفی و صنعتی مناسب می‌کند.»»»

1.2 کاربردها

«««کاربردهای متداول شامل نور پس‌زمینه پنل‌های ابزار دقیق، کلیدها و نمادها؛ نشانگر و نور پس‌زمینه در دستگاه‌های مخابراتی مانند تلفن و فکس؛ نور پس‌زمینه تخت برای نمایشگرهای کریستال مایع (LCD)؛ و استفاده عمومی به عنوان چراغ نشانگر است.»»»

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

«««این بخش تفسیری دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی ذکر شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد.»»»

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

«««این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدوده یا فراتر از آن توصیه نمی‌شود.»»»

• «««ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوندگاه شود.»»»
• «««جریان مستقیم پیوسته (I_F):25 میلی‌آمپر. حداکثر جریان DC که می‌توان به طور مداوم اعمال کرد.»»»
• «««جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این مقدار فقط در شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10 @ 1kHz) مجاز است و نباید برای کار DC استفاده شود.»»»
• «««توان تلف شده (P_d):110 میلی‌وات. حداکثر توانی که پکیج می‌تواند تلف کند، که با ضرب ولتاژ مستقیم در جریان مستقیم و با در نظر گرفتن محدودیت‌های حرارتی محاسبه می‌شود.»»»
• «««تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان (HBM):150 ولت. این مقدار تحمل نسبتاً پایینی در برابر ESD است که نشان می‌دهد قطعه به الکتریسیته ساکن حساس است. رعایت روش‌های صحیح کنترل ESD در حین مونتاژ و جابجایی الزامی است.»»»
• «««دمای کار و نگهداری:40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس (کار)، 40- درجه تا 90+ درجه سلسیوس (نگهداری). این محدوده وسیع، قابلیت اطمینان در شرایط محیطی مختلف را تضمین می‌کند.»»»
• «««دمای لحیم‌کاری:برای لحیم‌کاری ریفلو، دمای پیک 260 درجه سلسیوس به مدت حداکثر 10 ثانیه مشخص شده است. لحیم‌کاری دستی باید در دمای 350 درجه سلسیوس به مدت 3 ثانیه برای هر پایه محدود شود.»»»

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

«««این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سلسیوس و جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.»»»

• «««شدت نور (I_v):از 28.5 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 72 میلی‌کاندلا (حداکثر) متغیر است و مقدار معمول آن مشخص نشده است. مقدار واقعی توسط گروه دسته‌بندی (بینینگ) تعیین می‌شود (به بخش 3 مراجعه کنید). تلرانس ±10% ذکر شده است.»»»
• «««زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمول). این زاویه دید گسترده، مشخصه گنبد رزینی شفاف این محصول است که الگوی تابش وسیعی مناسب برای روشنایی منطقه‌ای و نشانگرها ارائه می‌دهد.»»»
• «««طول موج پیک (λ_p):468 نانومتر (معمول). این طول‌موجی است که در آن توزیع توان طیفی در حداکثر خود قرار دارد.»»»
• «««طول موج غالب (λ_d):470 نانومتر (معمول). این طول‌موج منفردی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ را تعریف می‌کند. تلرانس ±1 نانومتر مشخص شده است.»»»
• «««پهنای باند طیفی (Δλ):35 نانومتر (معمول). این پارامتر عرض طیف نور منتشر شده در نصف حداکثر شدت (FWHM) را تعریف می‌کند.»»»
• «««ولتاژ مستقیم (V_F):3.5 ولت (معمول)، 4.0 ولت (حداکثر) در I_F=20mA. تلرانس ±0.1 ولت ذکر شده است. این پارامتر برای طراحی مدار محدودکننده جریان بسیار مهم است.»»»
• «««جریان معکوس (I_R):50 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V.»»»

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

«««LEDها بر اساس پارامترهای نوری و الکتریکی کلیدی مرتب (دسته‌بندی) می‌شوند تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی تضمین شود. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربرد را برآورده می‌کنند.»»»

3.1 دسته‌بندی شدت نور

«««LEDها در چهار دسته شدت نور گروه‌بندی می‌شوند که با کدهای N1، N2، P1 و P2 شناسایی می‌شوند. محدوده شدت نور برای هر دسته به وضوح تعریف شده است، که در آن P2 نشان‌دهنده گروه با خروجی بالاترین (57.0 - 72.0 میلی‌کاندلا) است. تلرانس شدت نور در جدول دسته‌بندی ±11% ذکر شده است.»»»

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

«««رنگ آبی از طریق دسته‌بندی طول موج غالب کنترل می‌شود. LEDها در چهار دسته گروه‌بندی می‌شوند: A9 (464.5-467.5 نانومتر)، A10 (467.5-470.5 نانومتر)، A11 (470.5-473.5 نانومتر) و A12 (473.5-476.5 نانومتر). این امر ثبات رنگ را در یک محدوده تعریف شده تضمین می‌کند. تلرانس ±1 نانومتر است.»»»

4. اطلاعات مکانیکی و پکیج

4.1 ابعاد پکیج

«««دیتاشیت یک نقشه ابعادی دقیق از پکیج SMD 12-21 ارائه می‌دهد. ابعاد کلیدی شامل طول، عرض و ارتفاع کلی، همچنین فاصله و اندازه پدهای لحیم‌کاری است. تمام تلرانس‌های نامشخص ±0.1 میلی‌متر است. قطبیت توسط یک علامت روی پکیج نشان داده شده است که برای جهت‌دهی صحیح در حین مونتاژ ضروری است.»»»

4.2 فرمت بسته‌بندی

«««LEDها در بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت عرضه می‌شوند. آنها در نوار حامل به عرض 8 میلی‌متر قرار گرفته که روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ پیچیده شده است. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است. بسته‌بندی شامل یک ماده جاذب رطوبت (دسیکانت) بوده و درون یک کیسه ضد رطوبت آلومینیومی مهر و موم شده است تا قطعات را در برابر رطوبت محیط در طول انبارداری و حمل و نقل محافظت کند.»»»

5. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

«««جابجایی صحیح برای اطمینان از قابلیت اطمینان و جلوگیری از آسیب به این قطعات حساس بسیار مهم است.»»»

5.1 نگهداری و حساسیت به رطوبت

«««این محصول به رطوبت حساس است. کیسه دربسته باید در دمای 30 درجه سلسیوس/90% رطوبت نسبی یا کمتر نگهداری شود. پس از باز شدن، قطعات در شرایط 30 درجه سلسیوس/60% رطوبت نسبی یا کمتر، یک "عمر مفید کف کارگاه" معادل 168 ساعت (7 روز) دارند. اگر در این مدت استفاده نشوند، یا اگر نشانگر جاذب رطوبت اشباع را نشان دهد، LEDها باید قبل از استفاده به مدت 24 ساعت در دمای 60 ± 5 درجه سلسیوس "پخت" شوند تا رطوبت جذب شده خارج شده و از پدیده "پف کردن" یا "ترکیدن" در حین لحیم‌کاری ریفلو جلوگیری شود.»»»

5.2 پروفیل دمایی لحیم‌کاری ریفلو

«««یک پروفیل دمایی دقیق برای لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب ارائه شده است:»»»

• «««پیش‌گرمایش:150-200 درجه سلسیوس به مدت 60-120 ثانیه.»»»
• «««زمان بالاتر از نقطه ذوب (217 درجه سلسیوس):60-150 ثانیه.»»»
• «««دمای پیک:حداکثر 260 درجه سلسیوس، که حداکثر به مدت 10 ثانیه حفظ می‌شود.»»»
• «««نرخ گرمایش:حداکثر 6 درجه سلسیوس بر ثانیه.»»»
• «««زمان بالاتر از 255 درجه سلسیوس:حداکثر 30 ثانیه.»»»
• «««نرخ سرمایش:حداکثر 3 درجه سلسیوس بر ثانیه.»»»

«««لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود. باید از اعمال تنش بر بدنه LED در حین گرمایش اجتناب کرد.»»»

5.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر

«««در صورت لزوم به لحیم‌کاری دستی، باید با دمای نوک هویه زیر 350 درجه سلسیوس و به مدت حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه انجام شود. توان هویه باید 25 وات یا کمتر باشد. حداقل فاصله 2 ثانیه بین لحیم‌کاری هر پایه باید رعایت شود. تعمیر پس از لحیم‌کاری به شدت توصیه نمی‌شود. اگر کاملاً اجتناب‌ناپذیر است، باید از یک هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو پایه استفاده شود تا از اعمال تنش حرارتی و مکانیکی بر تراشه LED جلوگیری گردد.»»»

6. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 محدود کردن جریان الزامی است

«««دیتاشیت به صراحت هشدار می‌دهد که یک مقاومت محدودکننده جریان خارجیالزامی است. LEDها رابطه جریان-ولتاژ غیرخطی و نمایی از خود نشان می‌دهند. یک افزایش کوچک در ولتاژ مستقیم فراتر از مقدار معمول می‌تواند منجر به افزایش زیاد و بالقوه مخرب جریان شود. مقدار مقاومت (R) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (ولتاژ منبع - V_F) / I_F. همیشه برای طراحی محافظه‌کارانه، از حداکثر مقدار V_Fذکر شده در دیتاشیت استفاده کنید.»»»

6.2 مدیریت حرارتی

«««اگرچه پکیج کوچک است، اما اتلاف توان (تا 110 میلی‌وات) حرارت تولید می‌کند. برای دستیابی به طول عمر بهینه و خروجی نور پایدار، اطمینان از تخلیه حرارتی کافی در طراحی PCB ضروری است. این امر شامل استفاده از پدهای مسی با اندازه مناسب و در صورت امکان، وایاهای حرارتی برای انتقال گرما به لایه‌های دیگر برد است.»»»

6.3 محافظت در برابر ESD

«««با درجه‌بندی ESD HBM تنها 150 ولت، این قطعه بسیار حساس است. ایستگاه‌های کاری ضد ESD را پیاده‌سازی کنید، از مچ‌بندهای اتصال به زمین استفاده کرده و قطعات را در ظروف رسانا حمل کنید. در صورتی که LED به رابط‌های خارجی مستعد وقایع ESD متصل است، افزودن دیودهای سرکوب ولتاژ لحظه‌ای (TVS) یا سایر مدارهای محافظتی روی PCB را در نظر بگیرید.»»»

7. مقایسه و تمایز فنی

«««پکیج 12-21 تعادلی بین اندازه و سهولت جابجایی ارائه می‌دهد. در مقایسه با LEDهای SMD بزرگتر (مانند 3528، 5050)، فضای برد قابل توجهی را ذخیره می‌کند. در مقایسه با پکیج‌های کوچکتر در مقیاس تراشه (CSP)، عموماً مونتاژ و بازرسی بصری آن آسان‌تر است. زاویه دید گسترده 120 درجه‌ای آن، آن را از LEDهای با پرتو باریک‌تر متمایز می‌کند و آن را برای روشنایی منطقه‌ای مناسب‌تر می‌سازد تا نورپردازی نقطه‌ای متمرکز. رزین شفاف، در مقابل رزین پخش‌کننده نور، بازده خروجی نور بالاتری ارائه می‌دهد اما ممکن است به عنوان یک منبع نقطه‌ای روشن‌تر به نظر برسد.»»»

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

8.1 آیا می‌توانم این LED را با جریان 30 میلی‌آمپر برای روشنایی بیشتر راه‌اندازی کنم؟

No.«««حداکثر مقدار مجاز مطلق برای جریان مستقیم پیوسته (I_F) 25 میلی‌آمپر است. تجاوز از این مقدار، طول عمر LED را کاهش داده و ممکن است به دلیل گرمای بیش از حد یا مهاجرت الکترونی درون پیوندگاه نیمه‌هادی، باعث خرابی فوری شود.»»»

8.2 چرا ولتاژ مستقیم 3.5 ولت است در حالی که سایر LEDهای آبی حدود 3.0 ولت هستند؟

«««ولتاژ مستقیم یک مشخصه از ماده نیمه‌هادی (InGaN) و ساختار اپیتاکسیال خاص تراشه است. مقدار V_F معادل 3.5 ولت در محدوده معمول برای LEDهای آبی InGaN قرار دارد. این پارامتر باید در طراحی منبع تغذیه در نظر گرفته شود.»»»

8.3 اگر دستورالعمل‌های حساسیت به رطوبت را رعایت نکنم چه اتفاقی می‌افتد؟

«««نادیده گرفتن دستورالعمل‌های سطح حساسیت به رطوبت (MSL) می‌تواند منجر به "پف کردن" یا لایه‌لایه شدن در حین لحیم‌کاری ریفلو شود. رطوبت جذب شده هنگام گرم شدن به سرعت به بخار تبدیل می‌شود و فشار داخلی ایجاد می‌کند که می‌تواند رزین LED را ترک داده یا اتصالات سیمی داخلی را آسیب برساند و منجر به خرابی فوری یا نهفته شود.»»»

9. مورد عملی طراحی و استفاده

«««سناریو: طراحی یک نشانگر وضعیت برای یک دستگاه قابل حمل.»»»«««LED مدل 12-21 به دلیل اندازه کوچک و مصرف توان پایین، انتخاب بسیار مناسبی است. طراح دسته P1 را برای شدت نور (45-57 میلی‌کاندلا) انتخاب می‌کند تا دید خوبی تضمین شود و دسته A10 را برای طول موج غالب (467.5-470.5 نانومتر) برای رنگ آبی یکنواخت برمی‌گزیند. از ولتاژ سیستم 3.3 ولت استفاده می‌شود. محاسبه مقاومت سری: R = (3.3V - 4.0V_حداکثر) / 0.020A. این محاسبه مقدار منفی می‌دهد که نشان می‌دهد 3.3 ولت برای غلبه بر حداکثر V_F کافی نیست. بنابراین باید از ولتاژ منبع بالاتری (مثلاً 5 ولت) استفاده کرد: R = (5.0V - 4.0V) / 0.020A = 50 اهم. یک مقاومت استاندارد 51 اهمی انتخاب می‌شود. چیدمان PCB شامل دیودهای محافظ ESD روی خط سیگنال نشانگر و پدهای تخلیه حرارتی متصل به صفحه زمین است.»»»

10. اصل عملکرد و روندهای فناوری

10.1 اصل عملکرد پایه

«««این LED بر اساس یک پیوندگاه p-n نیمه‌هادی ساخته شده از ایندیوم گالیم نیترید (InGaN) عمل می‌کند. هنگامی که ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. انرژی آزاد شده در طول این بازترکیب به صورت فوتون (نور) ساطع می‌شود. ترکیب خاص آلیاژ InGaN، انرژی گاف نواری و در نتیجه طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند که در این مورد در طیف آبی (~470 نانومتر) قرار دارد.»»»

10.2 روندهای صنعت

«««روند در LEDهای SMD به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر بر وات)، اندازه پکیج کوچکتر و قابلیت اطمینان بهبود یافته ادامه دارد. همچنین تمرکز بر تلرانس‌های تنگ‌تر در دسته‌بندی رنگ و شدت نور برای پاسخگویی به نیازهای کاربردهایی که نیاز به ثبات رنگ بالا دارند، مانند نمایشگرهای تمام رنگی و نورپردازی معماری وجود دارد. تلاش برای کوچک‌سازی، توسعه پکیج‌های حتی کوچکتر و فناوری‌های بسته‌بندی در مقیاس تراشه (CSP) را پشتیبانی می‌کند. علاوه بر این، ادغام الکترونیک کنترل مستقیماً با دی LED (مانند LEDهای هوشمند) یک حوزه در حال توسعه است.»»»