دیتاشیت فنی SMD LED 19-213/Y2C-CQ1 R2/3T - زرد درخشان - 20mA - 2.2V معمولی

1. مرور کلی محصول

ال ای دی 19-213/Y2C-CQ1 R2/3T یک دستگاه سطح‌نصب (SMD) است که برای مونتاژهای الکترونیکی با چگالی بالا طراحی شده است. این قطعه از نوع تک‌رنگ بوده و نور زرد درخشان ساطع می‌کند. ساختار آن از ماده نیمه‌هادی آلگاینپ (AlGaInP) تشکیل شده که در رزین شفاف آب‌مانند (واتر کلیر) محصور شده است. این قطعه به طور قابل توجهی از ال ای دی‌های سنتی با پایه‌های سیمی کوچک‌تر است و این امر منجر به کاهش چشمگیر فضای مورد نیاز روی برد مدار چاپی (PCB)، افزایش چگالی بسته‌بندی و در نهایت کمک به کوچک‌سازی تجهیزات نهایی می‌شود. ساختار سبک وزن آن، این ال ای دی را به ویژه برای کاربردهایی که محدودیت فضا و وزن از اهمیت بالایی برخوردار است، مناسب می‌سازد.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

مزایای اصلی این ال ای دی ناشی از پکیج SMD و ترکیب مواد آن است. ویژگی‌های کلیدی شامل سازگاری با نوار استاندارد ۸ میلی‌متری روی قرقره‌های ۷ اینچی است که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ خودکار پیک اند پلیس (Pick-and-Place) سازگار می‌کند. این قطعه برای استفاده در فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو (Reflow) مادون قرمز و فاز بخار طراحی شده که با تکنیک‌های مدرن تولید انبوه همسو است. دستگاه بدون سرب (Pb-free) بوده و با مقررات اصلی زیست‌محیطی و ایمنی از جمله RoHS، EU REACH و استانداردهای بدون هالوژن (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm) مطابقت دارد. خود محصول نیز در محدوده مشخصات مطابق با RoHS نگهداری می‌شود.

1.2 کاربردهای هدف

این ال ای دی کاربردهای متنوعی در نقش‌های روشنایی و نشانگر دارد. کاربردهای رایج شامل نور پس‌زمینه (بک‌لایت) برای صفحه‌کیلومتر و سوئیچ‌های پنل ابزار است. در تجهیزات مخابراتی، به عنوان نشانگر یا نور پس‌زمینه برای دستگاه‌هایی مانند تلفن و فکس عمل می‌کند. همچنین برای تأمین نور پس‌زمینه تخت برای LCDها، سوئیچ‌ها و نمادها مناسب است. طراحی همه‌کاره آن، این ال ای دی را به انتخابی مطمئن برای طیف گسترده‌ای از محصولات الکترونیکی مصرفی و صنعتی که نیاز به یک نشانگر زرد روشن و فشرده دارند، تبدیل می‌کند.

2. مشخصات فنی و تفسیر عینی

این بخش، تحلیل دقیق و عینی از محدودیت‌های عملیاتی و ویژگی‌های عملکرد دستگاه تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C) را ارائه می‌دهد.

2.1 محدودیت‌های مطلق (Absolute Maximum Ratings)

این مقادیر، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن تضمین نمی‌شود. حداکثر ولتاژ معکوس (VR) برابر ۵ ولت است. جریان مستقیم پیوسته (IF) نباید از ۲۵ میلی‌آمپر تجاوز کند. برای کار پالسی، جریان مستقیم پیک (IFP) معادل ۶۰ میلی‌آمپر تحت چرخه کاری ۱/۱۰ در فرکانس ۱ کیلوهرتز مجاز است. حداکثر اتلاف توان (Pd) برابر ۶۰ میلی‌وات است. دستگاه می‌تواند در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) معادل ۲۰۰۰ ولت مطابق مدل بدن انسان (HBM) مقاومت کند. محدوده دمای عملیاتی (Topr) از ۴۰- درجه سلسیوس تا ۸۵+ درجه سلسیوس است، در حالی که محدوده دمای نگهداری (Tstg) کمی وسیع‌تر و از ۴۰- درجه سلسیوس تا ۹۰+ درجه سلسیوس می‌باشد. محدودیت‌های دمای لحیم‌کاری برای رفلو (۲۶۰ درجه سلسیوس حداکثر به مدت ۱۰ ثانیه) و لحیم‌کاری دستی (۳۵۰ درجه سلسیوس حداکثر به مدت ۳ ثانیه در نوک هویه) مشخص شده‌اند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها، خروجی نور و عملکرد الکتریکی را تحت شرایط کاری معمول (IF=20mA, Ta=25°C) تعریف می‌کنند. شدت نور (Iv) دارای یک محدوده معمول است که مقادیر حداقل و حداکثر خاص آن توسط سیستم دسته‌بندی (بینینگ) تعریف می‌شود. زاویه دید (2θ1/2) معمولاً ۱۲۰ درجه است که نشان‌دهنده الگوی تابش گسترده می‌باشد. طول موج پیک (λp) حول ۵۹۱ نانومتر متمرکز است و طول موج غالب (λd) از ۵۸۵.۵ نانومتر تا ۵۹۱.۵ نانومتر متغیر است که رنگ زرد درک‌شده را تعریف می‌کند. پهنای باند طیفی (Δλ) تقریباً ۱۵ نانومتر است. ولتاژ مستقیم (VF) معمولاً ۲.۲۰ ولت اندازه‌گیری می‌شود که محدوده آن از ۱.۷۰ ولت تا ۲.۴۰ ولت است. جریان معکوس (IR) بسیار پایین بوده و حداکثر ۱۰ میکروآمپر در VR=5V می‌باشد. توجه به این نکته حیاتی است که دستگاه برای کار تحت بایاس معکوس طراحی نشده است؛ ریتینگ VR فقط برای شرایط آزمایش IR اعمال می‌شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، ال ای دی‌ها در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. این دستگاه از دو پارامتر دسته‌بندی مستقل استفاده می‌کند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

خروجی نوری در هنگام راه‌اندازی با جریان ۲۰ میلی‌آمپر در چهار دسته (بین) Q1، Q2، R1 و R2 دسته‌بندی می‌شود. دسته Q1 محدوده ۷۲.۰ میلی‌کاندلا تا ۹۰.۰ میلی‌کاندلا را پوشش می‌دهد. Q2 از ۹۰.۰ میلی‌کاندلا تا ۱۱۲.۰ میلی‌کاندلا گسترده است. R1 محدوده ۱۱۲.۰ میلی‌کاندلا تا ۱۴۰.۰ میلی‌کاندلا را شامل می‌شود. دسته با بالاترین خروجی، R2، از ۱۴۰.۰ میلی‌کاندلا تا ۱۸۰.۰ میلی‌کاندلا متغیر است. یک تلرانس ±۱۱٪ برای شدت نور در هر دسته اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

رنگ (طول موج غالب) در دو دسته D3 و D4 برای کنترل تغییرات رنگ‌مایه (هیو) مرتب می‌شود. دسته D3 شامل ال ای دی‌هایی با طول موج غالب بین ۵۸۵.۵ نانومتر و ۵۸۸.۵ نانومتر است. دسته D4 شامل آن‌هایی است که طول موج غالبشان از ۵۸۸.۵ نانومتر تا ۵۹۱.۵ نانومتر می‌باشد. یک تلرانس ±۱ نانومتر برای طول موج غالب مشخص شده است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه است که رفتار دستگاه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد. این منحنی‌ها برای طراحی مدار و مدیریت حرارتی ضروری هستند.

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

این منحنی رابطه بین جریان عبوری از ال ای دی و افت ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی و مشخصه یک دیود است. این منحنی به طراحان اجازه می‌دهد تا ولتاژ کاری را برای یک جریان راه‌اندازی مشخص تعیین کنند که برای انتخاب مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب یا طراحی درایورهای جریان ثابت بسیار مهم است.

4.2 شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط

این نمودار وابستگی خروجی نور به دما را نشان می‌دهد. با افزایش دمای محیط (Ta)، شدت نور معمولاً کاهش می‌یابد. این مشخصه برای کاربردهایی که در محیط‌های با دمای بالا عمل می‌کنند حیاتی است، زیرا ممکن است نیاز به جبران نوری یا الکتریکی برای حفظ روشنایی ثابت داشته باشد.

4.3 شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم

این نمودار نشان می‌دهد که خروجی نور چگونه با جریان راه‌اندازی مقیاس می‌یابد. در حالی که افزایش جریان به طور کلی باعث افزایش روشنایی می‌شود، این رابطه کاملاً خطی نیست و بازده در جریان‌های بسیار بالا ممکن است کاهش یابد. این نمودار همچنین منحنی کاهش ریت جریان مستقیم (دری‌تینگ) را نشان می‌دهد که حداکثر جریان پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط برای باقی ماندن در محدوده‌های اتلاف توان مشخص می‌کند.

4.4 توزیع طیف و الگوی تابش

منحنی توزیع طیفی، شدت نسبی را در برابر طول موج ترسیم می‌کند که مقادیر طول موج پیک و غالب را تأیید کرده و شکل طیف نور ساطع شده را نشان می‌دهد. نمودار تابش (پلات قطبی) به صورت بصری زاویه دید ۱۲۰ درجه‌ای را نشان داده و نحوه توزیع فضایی شدت نور را نمایش می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

داده‌های مکانیکی دقیق برای چیدمان PCB و مونتاژ مورد نیاز است.

5.1 ابعاد پکیج

دیتاشیت یک نقشه ابعادی دقیق از پکیج ال ای دی را ارائه می‌دهد. تمام تلرانس‌های نامشخص ±۰.۱ میلی‌متر است. طراحان باید برای ایجاد الگوی صحیح لند پترن (فوترپرینت) روی PCB به این نقشه مراجعه کنند تا از لحیم‌کاری و تراز صحیح اطمینان حاصل شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح برای قابلیت اطمینان حیاتی است. این دستگاه به رطوبت حساس بوده و نیاز به پروفایل‌های لحیم‌کاری خاصی دارد.

6.1 نگهداری و حساسیت به رطوبت

ال ای دی‌ها در یک کیسه مقاوم در برابر رطوبت همراه با ماده جاذب رطوبت (دسیکانت) بسته‌بندی می‌شوند. این کیسه نباید تا زمانی که قطعات آماده استفاده هستند باز شود. پس از باز کردن، ال ای دی‌های استفاده نشده باید در دمای ≤۳۰°C و رطوبت نسبی ≤۶۰٪ نگهداری شوند. "عمر مفید پس از باز کردن" ۱۶۸ ساعت (۷ روز) است. اگر این زمان سپری شود یا اگر نشانگر جاذب رطوبت اشباع را نشان دهد، قبل از استفاده نیاز به عملیات پخت (بیکینگ) در دمای ۶۰ ±۵ درجه سلسیوس به مدت ۲۴ ساعت است.

6.2 پروفایل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفایل رفلو بدون سرب (Pb-free) مشخص شده است. پارامترهای کلیدی شامل مرحله پیش‌گرمایش بین ۱۵۰-۲۰۰ درجه سلسیوس به مدت ۶۰-۱۲۰ ثانیه، زمان بالای نقطه ذوب (۲۱۷ درجه سلسیوس) معادل ۶۰-۱۵۰ ثانیه، حداکثر دمای پیک که از ۲۶۰ درجه سلسیوس تجاوز نکرده و حداکثر به مدت ۱۰ ثانیه حفظ می‌شود و نرخ‌های کنترل شده افزایش و کاهش دما (به ترتیب حداکثر ۶ درجه سلسیوس بر ثانیه و ۳ درجه سلسیوس بر ثانیه) می‌باشد. لحیم‌کاری رفلو نباید بیش از دو بار انجام شود. باید از اعمال تنش بر بدنه ال ای دی در حین گرمایش و تاب برداشتن برد پس از لحیم‌کاری اجتناب شود.

6.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه باید زیر ۳۵۰ درجه سلسیوس بوده و برای هر ترمینال بیش از ۳ ثانیه اعمال نشود. استفاده از هویه کم‌توان (<۲۵ وات) توصیه می‌شود و بین لحیم‌کاری هر ترمینال باید حداقل ۲ ثانیه وقفه ایجاد شود. تعمیر پس از لحیم‌کاری اولیه توصیه نمی‌شود. در صورت اجتناب ناپذیر بودن، باید از یک هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو ترمینال استفاده شود تا تنش حرارتی به حداقل برسد. امکان آسیب باید از قبل ارزیابی شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

دستگاه در بسته‌بندی استاندارد صنعتی برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شود.

7.1 مشخصات قرقره و نوار

ال ای دی‌ها بر روی نوار حامل به عرض ۸ میلی‌متر که روی قرقره‌هایی به قطر ۷ اینچ پیچیده شده‌اند، عرضه می‌شوند. هر قرقره حاوی ۳۰۰۰ قطعه است. نقشه‌های ابعادی دقیق برای نوار حامل و قرقره ارائه شده است که تلرانس استاندارد آن‌ها ±۰.۱ میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

7.2 توضیح برچسب

برچسب بسته‌بندی حاوی چندین شناسه کلیدی است: CPN (شماره محصول مشتری)، P/N (شماره محصول)، QTY (تعداد بسته‌بندی)، CAT (رتبه/دسته شدت نور)، HUE (مختصات رنگی و رتبه/دسته طول موج غالب)، REF (رتبه ولتاژ مستقیم) و LOT No (شماره سری ساخت برای ردیابی).

8. ملاحظات طراحی کاربردی

8.1 محافظت مدار

یک قانون اساسی طراحی، استفاده اجباری از یک مقاومت سری محدودکننده جریان است. ولتاژ مستقیم یک ال ای دی دارای ضریب دمایی منفی و واریانس تولید است. افزایش جزئی در ولتاژ تغذیه می‌تواند در صورت عدم محدود شدن توسط یک مقاومت یا درایور جریان ثابت، باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب در جریان مستقیم شود.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه این یک قطعه SMD کوچک است، اما باید اتلاف توان (حداکثر ۶۰ میلی‌وات) و کاهش ریت جریان مستقیم با دمای محیط در نظر گرفته شود. در کاربردهای با دمای بالا یا جریان بالا، ممکن است برای حفظ عملکرد و طول عمر، نیاز به مساحت کافی مس روی PCB در اطراف پدهای حرارتی (در صورت وجود) یا خنک‌سازی عمومی برد باشد.

8.3 طراحی نوری

زاویه دید گسترده ۱۲۰ درجه‌ای، این ال ای دی را برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی گسترده یا قابلیت مشاهده از زوایای متعدد دارند، مناسب می‌سازد. برای نور متمرکز، به اپتیک ثانویه (عدسی) نیاز خواهد بود. پکیج رزین شفاف آب‌مانند برای کاربردهایی که رنگ واقعی چیپ مورد نظر است بدون پخش شدن نور، بهینه می‌باشد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: برای منبع تغذیه ۵ ولت باید از چه مقدار مقاومت استفاده کنم؟

پ: با استفاده از قانون اهم (R = (Vsupply - Vf) / If) و مقادیر معمول (Vf=2.2V, If=20mA)، R = (5 - 2.2) / 0.02 = 140 اهم. یک مقاومت استاندارد ۱۵۰ اهم می‌تواند نقطه شروع ایمنی باشد، اما باید حداقل Vf (1.7V) بررسی شود تا اطمینان حاصل شود که جریان از حداکثر ریتینگ تجاوز نمی‌کند.

س: آیا می‌توانم این ال ای دی را با پین میکروکنترلر ۳.۳ ولتی راه‌اندازی کنم؟

پ: بله، اما بازده پایین‌تر خواهد بود. با Vf معمول=2.2V و منبع تغذیه 3.3V، افت ولتاژ روی مقاومت فقط 1.1V است. برای دستیابی به 20mA، R = 1.1 / 0.02 = 55 اهم. اطمینان حاصل کنید که پین میکروکنترلر می‌تواند جریان مورد نیاز را تأمین یا جذب کند.

س: چرا محدوده دمای نگهداری وسیع‌تر از محدوده عملیاتی است؟

پ: محدوده عملیاتی، رفتار نیمه‌هادی فعال، خروجی نور و قابلیت اطمینان بلندمدت تحت تنش الکتریکی را در نظر می‌گیرد. محدوده نگهداری برای قطعات غیرفعال است که فقط یکپارچگی مواد و جذب رطوبت مورد توجه است و اجازه می‌دهد پنجره دمایی کمی وسیع‌تر باشد.

س: رنگ "زرد درخشان" به چه چیزی اشاره دارد؟

پ: این عبارت رنگ‌مایه خاص تولید شده توسط ماده نیمه‌هادی آلگاینپ را توصیف می‌کند که مربوط به طول موج غالب در محدوده ۵۸۵-۵۹۲ نانومتر است. این رنگ زردی اشباع و خالص در مقایسه با زردهای طیف گسترده یا تبدیل شده با فسفر است.

10. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک وسیله الکترونیکی مصرفی.یک طراح به چندین نشانگر زرد روشن و یکنواخت روی یک PCB با تراکم بالا نیاز دارد. ال ای دی 19-213 به دلیل اندازه کوچک، سازگاری با مونتاژ خودکار و سیستم دسته‌بندی شفاف برای شدت نور (دسته R1 برای روشنایی بالا انتخاب شده) و طول موج (دسته D4 برای رنگ یکنواخت) انتخاب می‌شود. چیدمان PCB از ابعاد دقیق پکیج موجود در دیتاشیت استفاده می‌کند. یک ریل ۵ ولتی در دسترس است، بنابراین یک مقاومت ۱۵۰ اهمی سایز 0805 به صورت سری با هر ال ای دی قرار داده می‌شود که بر اساس Vf معمول محاسبه شده است. به کارخانه مونتاژ دستور داده می‌شود تا پروفایل رفلو مشخص شده را دنبال کرده و در صورتی که کیسه محافظ رطوبت بیش از ۴۸ ساعت قبل از استفاده باز شده باشد، قرقره‌ها را بپزد (بیک کند). زاویه دید گسترده اطمینان می‌دهد که نشانگرها از زوایای مختلف در محصول نهایی قابل مشاهده باشند.

11. معرفی اصل فنی

این ال ای دی بر اساس یک چیپ نیمه‌هادی آلگاینپ (آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفید) ساخته شده است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال نیمه‌هادی بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ آلگاینپ، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور ساطع شده مطابقت دارد - در این مورد، زرد (~۵۹۱ نانومتر). چیپ در یک پکیج سطح‌نصب با اپوکسی یا لحیم رسانا نصب شده و با سیم به پایه‌های پکیج متصل (وایر باند) می‌شود. سپس در یک رزین اپوکسی یا سیلیکون شفاف محصور می‌شود که از چیپ محافظت می‌کند، به عنوان عدسی برای شکل‌دهی به خروجی نور عمل کرده و پایداری مکانیکی را فراهم می‌کند.

12. روندها و زمینه فناوری

ال ای دی‌های SMD مانند 19-213 نمایانگر استاندارد صنعتی برای کاربردهای نشانگر و نور پس‌زمینه هستند که به دلیل کارایی تولید و اندازه کوچک، تا حد زیادی جایگزین ال ای دی‌های سوراخ‌دار (Through-Hole) شده‌اند. استفاده از ماده آلگاینپ، بازده بالا و خلوص رنگ را در طیف قرمز، نارنجی و زرد فراهم می‌کند. روندهای فعلی در صنعت گسترده‌تر ال ای دی همچنان بر افزایش بازده نوری (لومن بر وات)، بهبود شاخص نمود رنگ (CRI)، کوچک‌سازی بیشتر (مانند پکیج‌های در مقیاس چیپ) و افزایش قابلیت اطمینان تحت چگالی جریان و دمای بالاتر متمرکز است. برای کاربردهای نشانگر استاندارد، این فناوری بالغ است و تأکید بر تولید بهینه‌شده از نظر هزینه، دسته‌بندی دقیق برای یکنواختی و انطباق با مقررات زیست‌محیطی در حال تحول (بدون هالوژن، ردپای کربن کمتر) می‌باشد.