دیتاشیت SMD LED نارنجی درخشان 17-21 - بسته‌بندی 2.0x1.25x0.8mm - ولتاژ 1.75-2.35V - توان 60mW - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

ال ای دی 17-21/S2C-AP1Q2B/3T یک دستگاه نصب سطحی (SMD) است که برای مونتاژهای الکترونیکی با چگالی بالا طراحی شده است. عملکرد اصلی آن ارائه نشانگر یا نور پس‌زمینه نارنجی درخشان است. مزیت اصلی این قطعه در ابعاد مینیاتوری آن، با اندازه تقریبی 2.0mm x 1.25mm، نهفته است که در مقایسه با ال ای دی‌های پایه‌دار سنتی، صرفه‌جویی قابل توجهی در فضای بردهای مدار چاپی (PCB) امکان‌پذیر می‌سازد. این کاهش اندازه مستقیماً به طراحی‌های کوچک‌تر محصول نهایی، نیاز کمتر به فضای ذخیره‌سازی قطعات و چگالی بسته‌بندی بالاتر روی قرقره‌های مونتاژ و PCB کمک می‌کند. این دستگاه با استفاده از یک چیپ نیمه‌هادی AIGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفید) ساخته شده که در یک لنز رزینی شفاف آبکی محصور شده است. این ترکیب مواد مسئول تولید رنگ نارنجی درخشان مشخصه آن است. محصول کاملاً با مقررات زیست‌محیطی مدرن مطابقت دارد، بدون سرب، مطابق با RoHS، مطابق با REACH اتحادیه اروپا و بدون هالوژن (با برم <900ppm، کلر <900ppm، Br+Cl < 1500ppm) است. این محصول روی نوار 8 میلی‌متری نصب شده بر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ عرضه می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک پیک اند پلیس سرعت بالا سازگار می‌سازد.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این دستگاه برای کارکرد قابل اطمینان در محدوده‌های مشخص شده الکتریکی و حرارتی طراحی شده است. تجاوز از این حداکثر مقادیر مطلق ممکن است باعث آسیب دائمی شود. حداکثر ولتاژ معکوس (VR) 5V است. جریان مستقیم پیوسته (IF) نباید از 25mA تجاوز کند. برای کارکرد پالسی، جریان مستقیم اوج (IFP) 60mA تحت چرخه کاری 1/10 در فرکانس 1kHz مجاز است. اتلاف توان کل (Pd) برای بسته‌بندی به 60mW محدود شده است. دستگاه می‌تواند در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) 2000V مطابق مدل بدن انسان (HBM) مقاومت کند. محدوده دمای عملیاتی (Topr) از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است، در حالی که محدوده دمای نگهداری (Tstg) کمی وسیع‌تر و از 40- درجه سانتی‌گراد تا 90+ درجه سانتی‌گراد است. برای لحیم‌کاری، می‌تواند پروفیل‌های ریفلو با حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد را تا 10 ثانیه تحمل کند، یا لحیم‌کاری دستی در دمای 350 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 3 ثانیه برای هر پایانه.

2.2 مشخصات الکترو-اپتیکال

پارامترهای کلیدی عملکرد در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد و جریان مستقیم (IF) 20mA اندازه‌گیری می‌شوند. شدت نور (Iv) محدوده معمولی از 45.00 mcd تا 112.00 mcd دارد که در دسته‌های خاصی طبقه‌بندی شده است. زاویه دید (2θ1/2)، که به عنوان زاویه کامل در نصف شدت تعریف می‌شود، معمولاً 140 درجه است که یک الگوی انتشار گسترده مناسب برای بسیاری از کاربردهای نشانگر فراهم می‌کند. مشخصات طیفی توسط طول موج اوج (λp) 611 نانومتر و محدوده طول موج غالب (λd) از 600.50 نانومتر تا 612.50 نانومتر تعریف می‌شود. پهنای باند طیفی (Δλ) تقریباً 17 نانومتر است. ولتاژ مستقیم (VF) مورد نیاز برای راه‌اندازی ال ای دی در 20mA از 1.75V تا 2.35V متغیر است که آن نیز در دسته‌هایی سازماندهی شده است. جریان معکوس (IR) هنگام اعمال ولتاژ معکوس 5V تضمین می‌شود که کمتر از 10 μA باشد، اگرچه دستگاه برای کارکرد معکوس در نظر گرفته نشده است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، ال ای دی‌ها بر اساس سه پارامتر کلیدی دسته‌بندی می‌شوند: شدت نور، طول موج غالب و ولتاژ مستقیم.

3.1 دسته‌های شدت نور

خروجی نوری در هنگام راه‌اندازی با IF=20mA در چهار دسته (P1, P2, Q1, Q2) طبقه‌بندی می‌شود. دسته P1 محدوده 45.00 mcd تا 57.00 mcd را پوشش می‌دهد. P2 محدوده 57.00 mcd تا 72.00 mcd را پوشش می‌دهد. Q1 محدوده 72.00 mcd تا 90.00 mcd را پوشش می‌دهد. دسته با بالاترین خروجی، Q2، محدوده 90.00 mcd تا 112.00 mcd را پوشش می‌دهد. یک تلرانس ±11% در هر دسته اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌های طول موج غالب

طول موج غالب، که رنگ درک شده را تعریف می‌کند، در چهار دسته (D8, D9, D10, D11) مرتب می‌شود. D8 از 600.50 نانومتر تا 603.50 نانومتر متغیر است. D9 از 603.50 نانومتر تا 606.50 نانومتر متغیر است. D10 از 606.50 نانومتر تا 609.50 نانومتر متغیر است. D11 از 609.50 نانومتر تا 612.50 نانومتر متغیر است. تلرانس ±1nm مشخص شده است.

3.3 دسته‌های ولتاژ مستقیم

افت ولتاژ مستقیم در سه دسته (0, 1, 2) مرتب می‌شود تا در طراحی مدار، به ویژه برای محاسبه مقاومت محدودکننده جریان، کمک کند. دسته 0 محدوده 1.75V تا 1.95V را پوشش می‌دهد. دسته 1 محدوده 1.95V تا 2.15V را پوشش می‌دهد. دسته 2 محدوده 2.15V تا 2.35V را پوشش می‌دهد. تلرانس ±0.1V ذکر شده است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که برای درک رفتار ال ای دی تحت شرایط مختلف ضروری هستند.

4.1 الگوی تابش

نمودار تابش، توزیع فضایی شدت نور را نشان می‌دهد. الگو معمولاً لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی است، با شدت نسبی ترسیم شده در برابر زاویه دید. زاویه دید 140 درجه، انتشار گسترده و پخش شده‌ای را تأیید می‌کند که برای روشنایی منطقه یا نشانگرهایی که نیاز به دید گسترده دارند مناسب است.

4.2 شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان راه‌انداز و خروجی نور را نشان می‌دهد. شدت نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد اما در نهایت به اشباع می‌رسد. کارکرد به میزان قابل توجهی بالاتر از 20mA توصیه شده ممکن است منجر به کاهش بازده و تسریع پیری شود.

4.3 شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط

این نمودار برای مدیریت حرارتی حیاتی است. خروجی نور با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در حداکثر دمای عملیاتی 85+ درجه سانتی‌گراد، خروجی ممکن است به طور قابل توجهی کمتر از دمای 25 درجه سانتی‌گراد باشد. این موضوع باید در طراحی‌هایی که نیاز به روشنایی ثابت در یک محدوده دمایی دارند، در نظر گرفته شود.

4.4 منحنی کاهش جریان مستقیم

این منحنی حداکثر جریان مستقیم مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط تعریف می‌کند. با افزایش دما، حداکثر جریان ایمن کاهش می‌یابد تا از تجاوز از حد اتلاف توان 60mW جلوگیری کند و دمای اتصال را مدیریت نماید و در نتیجه قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین کند.

4.5 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم

این مشخصه IV (جریان-ولتاژ) رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. آگاهی از این منحنی به طراحی مدار محدودکننده جریان مناسب کمک می‌کند.

4.6 توزیع طیف

نمودار توزیع توان طیفی، شدت نور ساطع شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد که حول اوج 611nm متمرکز است. پهنای باند باریک (~17nm) نشان‌دهنده رنگ نارنجی نسبتاً خالص است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

ال ای دی دارای یک بسته‌بندی مستطیلی فشرده است. ابعاد کلیدی شامل طول کلی، عرض و ارتفاع می‌شود. کاتد توسط یک علامت خاص روی بدنه بسته‌بندی شناسایی می‌شود که برای جهت‌دهی صحیح در حین مونتاژ بسیار مهم است. تمام تلرانس‌های نامشخص معمولاً ±0.1mm هستند.

5.2 قرقره، نوار و بسته‌بندی حساس به رطوبت

قطعات در بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت عرضه می‌شوند. آن‌ها در یک نوار حامل با ابعاد جیب خاصی قرار داده شده و روی یک قرقره به قطر 7 اینچ پیچیده شده‌اند. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. بسته‌بندی شامل یک ماده خشک‌کن است و در یک کیسه ضد رطوبت آلومینیومی مهر و موم شده است. برچسب‌های روی کیسه اطلاعات حیاتی زیر را ارائه می‌دهند: شماره محصول مشتری (CPN)، شماره محصول (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY)، رتبه شدت نور (CAT)، رتبه رنگ/طول موج غالب (HUE)، رتبه ولتاژ مستقیم (REF) و شماره سری ساخت (LOT No).

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 اقدامات احتیاطی نگهداری و جابجایی

ال ای دی‌ها دستگاه‌های حساس به رطوبت (MSD) هستند. کیسه ضد رطوبت بسته نشده نباید تا زمانی که قطعات آماده استفاده هستند باز شود. پس از باز کردن، ال ای دی‌های استفاده نشده باید در شرایط دمای 30 درجه سانتی‌گراد یا کمتر و رطوبت نسبی 60% یا کمتر نگهداری شوند. "عمر کف" پس از باز کردن کیسه 168 ساعت (7 روز) است. اگر قطعات از این زمان تجاوز کنند یا اگر نشانگر خشک‌کن تغییر رنگ داده باشد، قبل از استفاده نیاز به عملیات پخت در دمای 60 ±5 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت است تا رطوبت جذب شده حذف شود و از "ترکیدن" در حین لحیم‌کاری ریفلو جلوگیری گردد.

6.2 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفیل لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب مشخص شده است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است: مرحله پیش‌گرمایش بین 150-200 درجه سانتی‌گراد به مدت 60-120 ثانیه؛ زمان بالای نقطه ذوب (217 درجه سانتی‌گراد) 60-150 ثانیه؛ حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد که حداکثر به مدت 10 ثانیه نگه داشته می‌شود؛ حداکثر نرخ گرمایش و سرمایش. لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار روی یک قطعه انجام شود.

6.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر مجدد

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار رود. دمای نوک هویه باید کمتر از 350 درجه سانتی‌گراد باشد و به هر پایانه حداکثر به مدت 3 ثانیه اعمال شود. توان هویه باید 25 وات یا کمتر باشد. حداقل فاصله 2 ثانیه بین لحیم‌کاری هر پایانه باید رعایت شود. تعمیر مجدد به شدت توصیه نمی‌شود. در صورت اجتناب ناپذیر بودن، باید از یک هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو پایانه استفاده شود تا از تنش مکانیکی روی اتصالات لحیم جلوگیری شود. احتمال آسیب به ال ای دی در حین تعمیر مجدد بالا است.

6.4 ملاحظات طراحی مدار

استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی اجباری است. ولتاژ مستقیم ال ای دی دارای ضریب دمایی منفی است، به این معنی که با افزایش دما کاهش می‌یابد. بدون یک مقاومت سری، افزایش کوچک در ولتاژ تغذیه یا کاهش VF می‌تواند باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب در جریان مستقیم شود. مقدار مقاومت باید بر اساس ولتاژ تغذیه، دسته ولتاژ مستقیم ال ای دی و جریان عملیاتی مورد نظر (معمولاً 20mA یا کمتر) محاسبه شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

رنگ نارنجی درخشان و اندازه کوچک، این ال ای دی را برای انواع کاربردها مناسب می‌سازد: نور پس‌زمینه برای داشبوردهای پنل ابزار، کلیدها و نمادها؛ نشانگرهای وضعیت در تجهیزات مخابراتی مانند تلفن و فکس؛ چراغ‌های نشانگر عمومی در الکترونیک مصرفی، کنترل‌های صنعتی و فضای داخلی خودرو؛ نور پس‌زمینه تخت برای پنل‌های LCD کوچک.

7.2 ملاحظات طراحی

هنگام ادغام این ال ای دی، طراحان باید چندین عامل را در نظر بگیرند:راه‌اندازی جریان:همیشه از یک منبع جریان ثابت یا یک منبع ولتاژ با یک مقاومت سری استفاده کنید.مدیریت حرارتی:در صورت کارکرد در دمای محیطی بالا یا نزدیک به حداکثر جریان، اطمینان حاصل کنید که مساحت مسی کافی روی PCB یا وایاهای حرارتی برای مدیریت دمای اتصال وجود دارد.طراحی نوری:زاویه دید گسترده ممکن است نیاز به راهنماهای نور یا پخش‌کننده‌ها برای شکل‌دهی نور برای کاربردهای خاص داشته باشد.محافظت در برابر ESD:در حین جابجایی و مونتاژ، اقدامات احتیاطی استاندارد ESD را پیاده‌سازی کنید، زیرا درجه‌بندی 2000V HBM، اگرچه قوی است، می‌تواند در محیط‌های کنترل نشده تجاوز کند.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی ال ای دی‌های سوراخ‌دار، این ال ای دی SMD مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد: کاهش بیش از 70% در فضای برد، سازگاری با مونتاژ کاملاً اتوماتیک که هزینه نیروی کار را کاهش می‌دهد و بهبود قابلیت اطمینان به دلیل عدم وجود پایه‌های خم شده. در بازار ال ای دی SMD، تمایزهای کلیدی آن استفاده از فناوری AIGaInP برای نور نارنجی با بازده بالا (برتر از ال ای دی‌های فیلتر شده یا رنگ شده)، مطابقت خاص با الزامات بدون هالوژن و یک ساختار دسته‌بندی دقیق است که امکان تطبیق دقیق رنگ و روشنایی در خطوط تولید را فراهم می‌کند. ترکیب شدت نور نسبتاً بالا برای اندازه آن و ولتاژ مستقیم پایین، به بازده کلی توان خوب کمک می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: با منبع تغذیه 5V از چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

ج: مقدار به دسته ولتاژ مستقیم (VF) ال ای دی بستگی دارد. با استفاده از بدترین حالت (کمترین VF) 1.75V و جریان هدف 20mA: R = (Vsupply - Vf) / If = (5V - 1.75V) / 0.02A = 162.5 اهم. یک مقاومت استاندارد 160 یا 180 اهم مناسب خواهد بود. همیشه برای دسته VF خاصی که استفاده می‌کنید محاسبه کنید و اتلاف توان در مقاومت را تأیید نمایید.

س: آیا می‌توانم این ال ای دی را با یک سیگنال PWM برای تنظیم نور راه‌اندازی کنم؟

ج: بله، مدولاسیون عرض پالس (PWM) یک روش مؤثر برای تنظیم نور ال ای دی‌ها است. اطمینان حاصل کنید که جریان اوج در هر پالس از درجه‌بندی 60mA تجاوز نکند و جریان متوسط در طول زمان از درجه‌بندی پیوسته 25mA تجاوز نکند. فرکانس 100Hz تا 1kHz معمول است.

س: چرا زمان نگهداری پس از باز کردن کیسه به 7 روز محدود شده است؟

ج: مواد بسته‌بندی پلاستیکی می‌توانند رطوبت را از هوا جذب کنند. در طی فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا، این رطوبت محبوس شده می‌تواند به سرعت به بخار تبدیل شده و باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا ترک خوردگی ("ترکیدن") شود که قطعه را از بین می‌برد. محدودیت 7 روزه بر اساس سطح حساسیت به رطوبت (MSL) بسته‌بندی است.

س: دما چگونه بر خروجی نور تأثیر می‌گذارد؟

ج: خروجی نور دارای ضریب دمایی منفی است. با افزایش دمای اتصال، بازده نوری کاهش می‌یابد که منجر به خروجی نور کمتر برای همان جریان راه‌انداز می‌شود. منحنی‌های عملکرد در بخش 4 این رابطه را کمّی می‌کنند که برای کاربردهایی که در محیط‌های گرم کار می‌کنند حیاتی است.

10. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل وضعیت چند نشانگر برای یک کنترلر صنعتی.پنل به 20 ال ای دی نارنجی درخشان یکسان برای نشان دادن وضعیت‌های مختلف سیستم نیاز دارد. برای اطمینان از ظاهر یکنواخت، مشخص کردن ال ای دی‌ها از یک دسته شدت نور (مثلاً Q1) و یک دسته طول موج غالب (مثلاً D10) ضروری است. طرح PCB باید شامل پدهایی با اندازه صحیح مطابق نقشه بسته‌بندی و یک مقاومت محدودکننده جریان برای هر ال ای دی باشد که بر اساس منبع تغذیه منطقی 3.3V سیستم و دسته VF انتخاب شده محاسبه شده است. برای ساده‌سازی مونتاژ، طراحی باید مستقیماً از فرمت نوار و قرقره با تجهیزات قرارگیری اتوماتیک استفاده کند. فرآیند تولید باید به پروفیل ریفلو پایبند باشد و عمر کف 7 روزه برای قرقره باز شده را مدیریت کند تا از اتلاف بازده مرتبط با رطوبت جلوگیری شود. تحلیل حرارتی باید تأیید کند که قرار دادن 20 ال ای دی در مجاورت نزدیک، باعث گرمایش موضعی نمی‌شود که حداکثر جریان مجاز را کاهش دهد.

11. معرفی اصل کارکرد

انتشار نور در این ال ای دی بر اساس الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی ساخته شده از AIGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفید) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل داخلی اتصال اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. در اینجا، آن‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. انرژی گاف نواری خاص آلیاژ AIGaInP طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند که در این مورد در طیف نارنجی (~611 نانومتر) است. رزین اپوکسی شفاف آبکی، چیپ نیمه‌هادی را محافظت می‌کند، پایداری مکانیکی فراهم می‌کند و به عنوان یک لنز برای شکل‌دهی الگوی خروجی نور عمل می‌کند.

12. روندهای فناوری

روند کلی در ال ای دی‌های نشانگر SMD به سمت بازده بالاتر (لومن یا میلی‌کاندلا بیشتر در هر وات)، اندازه بسته‌بندی کوچک‌تر برای افزایش چگالی و بهبود ثبات رنگ از طریق دسته‌بندی دقیق‌تر ادامه دارد. همچنین تلاش قوی‌ای برای قابلیت اطمینان بالاتر و عمر طولانی‌تر تحت طیف وسیع‌تری از شرایط محیطی، از جمله کارکرد در دمای بالاتر برای کاربردهای خودرویی و صنعتی وجود دارد. ادغام ویژگی‌ها، مانند مقاومت‌های محدودکننده جریان داخلی یا دیودهای محافظ در همان بسته‌بندی، توسعه دیگری است که برای ساده‌سازی طراحی مدار و صرفه‌جویی بیشتر در فضای برد در حال انجام است. مطابقت زیست‌محیطی، از جمله مواد بدون هالوژن و پایبندی کامل به RoHS، به یک الزام استاندارد به جای یک عامل تمایز تبدیل شده است.