دیتاشیت LED SMD 17-21/Y2C زرد درخشان - ابعاد 1.6x0.8x0.6mm - ولتاژ 2.0V - توان 60mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED از نوع نصب سطحی (SMD) با شناسه 17-21/Y2C-AN1P2/3T را به تفصیل شرح می‌دهد. این یک LED تک‌رنگ با رنگ زرد درخشان است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن طراحی شده که نیازمند راه‌حل‌های نشانگر یا نور پس‌زمینه فشرده، کارآمد و قابل اعتماد هستند. محصول فاقد سرب (Pb-free) بوده و با استانداردهای اصلی زیست‌محیطی و ایمنی از جمله RoHS، EU REACH و الزامات عاری از هالوژن (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm) مطابقت دارد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

پکیج LED SMD مدل 17-21 مزایای قابل توجهی نسبت به قطعات سنتی با پایه‌های سیمی (lead-frame) ارائه می‌دهد. ابعاد مینیاتوری آن (1.6mm x 0.8mm) امکان چگالی بسته‌بندی بالاتر روی بردهای مدار چاپی (PCB) را فراهم کرده و منجر به کاهش اندازه برد و در نهایت کوچکتر شدن تجهیزات نهایی می‌شود. ماهیت سبک وزن پکیج SMD آن را برای کاربردهای قابل حمل و مینیاتوری ایده‌آل می‌سازد. بازارهای هدف اصلی شامل الکترونیک مصرفی، تجهیزات مخابراتی (برای نشانگرها و نور پس‌زمینه صفحه کلید)، نور پس‌زمینه داشبورد و کلیدهای خودرو، و کاربردهای نشانگر عمومی می‌باشد که در آن‌ها محدودیت فضا و وزن از اهمیت حیاتی برخوردار است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش تحلیل عینی و دقیقی از مشخصات کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی LED ارائه می‌دهد.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد خارج از این محدودیت‌ها توصیه نمی‌شود.

• ولتاژ معکوس (V_R):5V. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوند (junction breakdown) شود.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):25 mA. حداکثر جریان DC برای عملکرد مطمئن.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):60 mA. این مقدار تنها تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10 @ 1kHz) مجاز است.
• توان تلف شده (P_d):60 mW. حداکثر توانی که پکیج می‌تواند در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد (Ta=25°C) تلف کند.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان (HBM):2000V. این نشان‌دهنده سطح متوسطی از مقاومت در برابر ESD است؛ با این حال رعایت روش‌های صحیح حمل و نقل همچنان ضروری است.
• دمای عملیاتی (T_opr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیط برای عملکرد نرمال.
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 90+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری (T_sol):ریفلو: حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه. لحیم‌کاری دستی: حداکثر 350 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه برای هر پایه.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

اندازه‌گیری شده در جریان مستقیم (I_F) برابر 20 میلی‌آمپر و دمای محیط (T_a) برابر 25 درجه سانتی‌گراد، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (I_v):28.5 میلی‌کاندلا (حداقل)، 72.0 میلی‌کاندلا (حداکثر). مقدار معمول مشخص نشده است که نشان‌دهنده محدوده وسیع دسته‌بندی (بینینگ) است (به بخش 3 مراجعه کنید). تلرانس ±11% اعمال می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):140 درجه (معمول). این زاویه دید گسترده، LED را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که قابلیت مشاهده از زوایای خارج از محور مهم است.
• طول موج اوج (λ_p):591 نانومتر (معمول). طول موجی که در آن تابش طیفی در قوی‌ترین حالت است.
• طول موج غالب (λ_d):585.5 نانومتر (حداقل)، 594.5 نانومتر (حداکثر). این پارامتر رنگ درک‌شده نور را تعریف می‌کند. تلرانس ±1 نانومتر اعمال می‌شود.
• پهنای باند طیفی (Δλ):15 نانومتر (معمول). عرض طیف تابشی در نصف حداکثر شدت (FWHM).
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.7V (حداقل)، 2.0V (معمول)، 2.4V (حداکثر) در I_F=20mA. این پارامتر برای محاسبه مقاومت محدودکننده جریان در طراحی مدار حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. قطعه برای عملکرد در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این پارامتر تنها برای اهداف تست نشتی (leakage) است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای مدیریت تغییرات تولید، LEDها بر اساس عملکرد دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازمندی‌های خاص روشنایی و یکنواختی رنگ را برای کاربردشان برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

دسته‌ها بر اساس مقادیر حداقل و حداکثر شدت نور در I_F=20mA تعریف می‌شوند.

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

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

دسته‌ها بر اساس مقادیر حداقل و حداکثر طول موج غالب در I_F=20mA تعریف می‌شوند.

• D3:585.5 نانومتر تا 588.5 نانومتر
• D4:588.5 نانومتر تا 591.5 نانومتر
• D5:591.5 نانومتر تا 594.5 نانومتر

ترکیب کد دسته شدت نور (مثلاً P1) و کد دسته طول موج (مثلاً D4)، عملکرد نوری کلیدی LED را به طور کامل مشخص می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

اگرچه نمودارهای خاصی در متن ارائه شده به تفصیل نیامده است، منحنی‌های مشخصه الکترواپتیکال معمول برای چنین LEDای شامل موارد زیر خواهد بود:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):رابطه نمایی بین ولتاژ مستقیم و جریان را نشان می‌دهد. منحنی دارای یک ولتاژ زانو (knee voltage) در حدود V_Fمعمول 2.0V خواهد بود.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:معمولاً افزایش تقریباً خطی شدت نور با جریان را تا حداکثر مقدار مجاز نشان می‌دهد، پس از آن بازده ممکن است کاهش یابد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش توان خروجی نور با افزایش دمای پیوند (junction) را نشان می‌دهد. برای LEDهای AlGaInP، خروجی عموماً با افزایش دما کاهش می‌یابد.
• توزیع طیفی:نموداری که شدت نسبی را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد، با اوج در حدود 591 نانومتر و پهنای نیم‌ارتفاع (FWHM) حدود 15 نانومتر، که رنگ زرد درخشان را تأیید می‌کند.
• ولتاژ مستقیم در مقابل دمای محیط:معمولاً ضریب دمایی منفی را نشان می‌دهد، جایی که V_Fبا افزایش دما کمی کاهش می‌یابد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج

LED در یک پکیج استاندارد SMD مدل 17-21 عرضه می‌شود. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر، تلرانس ±0.1mm مگر خلاف آن ذکر شده) عبارتند از: طول=1.6، عرض=0.8، ارتفاع=0.6. پکیج شامل علامت کاتد برای شناسایی قطبیت در حین مونتاژ است. طرح دقیق پد (land pattern) برای اطمینان از تشکیل صحیح اتصال لحیم و پایداری مکانیکی روی PCB ارائه شده است.

5.2 شناسایی قطبیت

قطبیت صحیح برای عملکرد ضروری است. پکیج دارای یک علامت متمایز کاتد است. دیتاشیت یک نمودار واضح ارائه می‌دهد که موقعیت این علامت را نسبت به چیپ داخلی و پدهای خارجی نشان می‌دهد. طراحان باید این را با طرح پایه (footprint) متناظر روی لایه‌بندی PCB هم‌تراز کنند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

رعایت این دستورالعمل‌ها برای قابلیت اطمینان و جلوگیری از آسیب در فرآیند تولید حیاتی است.

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفیل ریفلو عاری از سرب (Pb-free) مشخص شده است:

• پیش‌گرمایش:150 درجه سانتی‌گراد تا 200 درجه سانتی‌گراد به مدت 60-120 ثانیه.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (217°C):60-150 ثانیه.
• دمای اوج:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد، نگهداری شده برای حداکثر 10 ثانیه.
• نرخ گرمایش:حداکثر 6 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه تا 255 درجه سانتی‌گراد.
• نرخ سرمایش:حداکثر 3 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه.

لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی:

• از هویه‌ای با دمای نوک < 350 درجه سانتی‌گراد استفاده کنید.
• حرارت را به هر پایه برای < 3 ثانیه اعمال کنید.
• از هویه‌ای با توان نامی < 25W استفاده کنید.
• حداقل فاصله 2 ثانیه‌ای بین لحیم‌کاری هر پایه رعایت کنید.
• احتیاط شدید به خرج دهید زیرا لحیم‌کاری دستی خطر آسیب حرارتی بالاتری دارد.

6.3 ذخیره‌سازی و حساسیت به رطوبت

محصول در یک کیسه مقاوم در برابر رطوبت همراه با جاذب رطوبت (دسیکانت) بسته‌بندی شده است.

• کیسه را تا زمان آمادگی برای استفاده باز نکنید.
• پس از باز کردن، LEDهای استفاده نشده باید در دمای ≤ 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤ 60% ذخیره شوند.
• "عمر مفید پس از باز کردن" (floor life) 168 ساعت (7 روز) است.
• اگر عمر مفید پس از باز کردن سپری شود یا جاذب رطوبت نشان‌دهنده جذب رطوبت باشد، قبل از ریفلو، نیاز به عملیات خشک‌کردن (bake-out) در دمای 60 ± 5 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت است.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

LEDها در نوار حامل 8 میلی‌متری روی قرقره‌هایی با قطر 7 اینچ عرضه می‌شوند. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. ابعاد دقیق حفره‌های نوار حامل و قرقره ارائه شده است تا سازگاری با تجهیزات اتوماتیک برداشت و قراردهی (pick-and-place) تضمین شود.

7.2 اطلاعات برچسب

برچسب قرقره حاوی اطلاعات حیاتی برای ردیابی و کاربرد صحیح است:

• CPN:شماره محصول مشتری.
• P/N:شماره محصول سازنده (17-21/Y2C-AN1P2/3T).
• QTY:تعداد بسته‌بندی.
• CAT:رده شدت نور (مثلاً N1, P2).
• HUE:رده فام رنگ/طول موج غالب (مثلاً D4, D5).
• REF:رده ولتاژ مستقیم.
• LOT No:شماره دسته تولید برای قابلیت ردیابی.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

• نور پس‌زمینه:به دلیل زاویه دید گسترده و رنگ یکنواخت، برای ابزارهای داشبورد، کلیدهای غشایی (membrane switches) و روشنایی نمادها ایده‌آل است.
• مخابرات:نشانگرهای وضعیت و نور پس‌زمینه صفحه کلید در تلفن‌ها، فکس‌ها و تجهیزات شبکه.
• الکترونیک مصرفی:نشانگر وضعیت عمومی، چراغ‌های روشن بودن و نور پس‌زمینه برای نمایشگرهای LCD کوچک در دستگاه‌های قابل حمل مختلف.
• نشانگر عمومی:هر کاربرد که نیازمند یک سیگنال بصری زرد درخشان، فشرده و قابل اعتماد باشد.

8.2 ملاحظات حیاتی طراحی

• محدود کردن جریان:یک مقاومت سری خارجیالزامی استتا جریان مستقیم را محدود کند. V_FLED دارای یک محدوده (1.7V-2.4V) است، بنابراین مقاومت باید برای بدترین حالت (حداقل V_F) محاسبه شود تا از جریان بیش از حد و سوختن جلوگیری شود. فرمول به این صورت است: R = (V_supply- V_F) / I_F.
• مدیریت حرارتی:اگرچه توان تلف شده پایین است، اما اطمینان از یک مسیر حرارتی خوب از پدهای LED به PCB برای حفظ شدت نور و طول عمر، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا، مهم است.
• محافظت در برابر ESD:در حین حمل و نقل و مونتاژ، اقدامات احتیاطی استاندارد ESD را اجرا کنید. اگرچه برای 2000V HBM درجه‌بندی شده است، اما ممکن است در محیط‌های حساس به محافظت مدار اضافی نیاز باشد.
• طراحی نوری:هنگام طراحی راهنماهای نور، لنزها یا پخش‌کننده‌ها، زاویه دید 140 درجه‌ای را در نظر بگیرید تا الگوی روشنایی مطلوب حاصل شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر LEDهای سوراخ‌دار (through-hole)، این LED SMD موارد زیر را ارائه می‌دهد:

• کاهش اندازه:ابعاد و پروفایل به شدت کوچکتر، امکان مینیاتوری‌سازی را فراهم می‌کند.
• سازگاری با اتوماسیون:طراحی شده برای برداشت و قراردهی اتوماتیک پرسرعت و لحیم‌کاری ریفلو، که هزینه مونتاژ را کاهش می‌دهد.
• قابلیت اطمینان بهبودیافته:ساختار SMD اغلب مقاومت بهتری در برابر لرزش و چرخه‌های حرارتی ارائه می‌دهد.
• زاویه دید گسترده‌تر:زاویه دید 140 درجه‌ای معمولاً برتر از بسیاری از LEDهای سنتی با پرتوهای باریک‌تر است.

در دسته LEDهای SMD، استفاده از ماده چیپ AIGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفید) برای تابش زرد، عموماً بازده بالاتر و پایداری دمایی بهتری نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (سوالات پرتکرار)

سوال 1: چگونه مقدار مقاومت محدودکننده جریان را محاسبه کنم؟

پاسخ: از فرمول R = (V_supply- V_F) / I_Fاستفاده کنید. برای منبع تغذیه 5V، با استفاده ازحداقل V_Fمقدار V_Fاز دیتاشیت (1.7V) و جریان هدف I

سوال 2: آیا می‌توانم این LED را بدون مقاومت راه‌اندازی کنم اگر ولتاژ منبع من با V_Fمعمول (2.0V) مطابقت داشته باشد؟

پاسخ:No.V_Fدارای یک محدوده (1.7V-2.4V) است. یک منبع 2.0V می‌تواند LEDهایی با V_Fواقعی پایین‌تر را بیش از حد راه‌اندازی کند. علاوه بر این، V_Fبا دما کاهش می‌یابد که خطر فرار حرارتی (thermal runaway) ایجاد می‌کند. همیشه از یک مقاومت سری استفاده کنید.

سوال 3: مشخصه رنگ "زرد درخشان" به چه معناست؟

پاسخ: به فام خاص رنگ زرد تولید شده توسط چیپ AIGaInP اشاره دارد که با طول موج غالب در محدوده 585-595 نانومتر مشخص می‌شود. این یک رنگ زرد اشباع‌شده و زنده است.

سوال 4: چرا محدودیت 7 روزه پس از باز کردن کیسه ضد رطوبت وجود دارد؟

پاسخ: پکیج‌های SMD می‌توانند رطوبت را از هوا جذب کنند. در حین لحیم‌کاری ریفلو، این رطوبت محبوس شده می‌تواند به سرعت منبسط شود ("اثر پاپ‌کورن") و باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا ترک خوردگی شود. عمر مفید 7 روزه پس از باز کردن و دستورالعمل خشک‌کردن، این خطر را مدیریت می‌کنند.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک دستگاه پزشکی قابل حمل.

نیازمندی‌ها:چندین LED وضعیت (برق، باتری ضعیف، خطا)، فضای برد بسیار محدود، باید تحمل تمیزکاری گاه‌به‌گاه را داشته باشد، روشنایی و رنگ یکنواخت در تمام واحدها.

پیاده‌سازی با LED مدل 17-21/Y2C:

1. انتخاب قطعه:LEDها را از یک دسته شدت نور واحد (مثلاً P1) و یک دسته طول موج واحد (مثلاً D4) مشخص کنید تا یکنواختی بصری تضمین شود.
2. لایه‌بندی PCB:از ابعاد کوچک 1.6x0.8mm استفاده کنید تا 3-4 LED را در یک ردیف در یک منطقه بسیار کوچک قرار دهید. از طرح پایه (land pattern) توصیه شده برای لحیم‌کاری مطمئن پیروی کنید.
3. طراحی مدار:از یک ریل مشترک 3.3V استفاده کنید. مقاومت برای هر LED را محاسبه کنید: R = (3.3 - 1.7) / 0.02 = 80 Ω (از 82 Ω استفاده کنید). توان مقاومت را تأیید کنید: P = I²R = (0.02)²*82 = 0.033W، بنابراین یک مقاومت با پکیج 0603 یا 0402 کافی است.
4. فرآیند مونتاژ:قرقره‌ها را تا زمان آمادگی خط تولید مهر و موم شده نگه دارید. پروفیل دقیق ریفلو را دنبال کنید. بازرسی بصری پس از لحیم‌کاری را انجام دهید.
5. نتیجه:یک پنل نشانگر فشرده و قابل اعتماد با سیگنال‌های زرد درخشان یکنواخت که نیازمندی‌های فضا، قابلیت اطمینان و زیبایی‌شناسی را برآورده می‌کند.

12. اصل عملکرد

این LED یک دستگاه فوتونیک نیمه‌هادی است. هسته آن یک چیپ ساخته شده از مواد AIGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفید) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل پیوند دیود (V_F) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال نیمه‌هادی تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص لایه‌های AIGaInP انرژی شکاف نواری (bandgap) را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور تابشی مطابقت دارد - در این مورد، زرد درخشان (~591 نانومتر). رزین اپوکسی محافظ (encapsulant) از چیپ محافظت می‌کند، به عنوان لنز برای شکل‌دهی به خروجی نور عمل می‌کند (دستیابی به زاویه دید 140 درجه)، و ممکن است حاوی فسفر یا رنگ‌دانه باشد، اگرچه برای یک زرد درخشان شفاف (water-clear)، معمولاً بدون تغییر است.

13. روندها و زمینه صنعت

LED SMD مدل 17-21 نمایانگر یک استاندارد پکیج بالغ و به طور گسترده پذیرفته شده در صنعت الکترونیک است. روندهای فعلی مؤثر بر این بخش محصول شامل موارد زیر است:

• مینیاتوری‌سازی افزایش‌یافته:در حالی که 17-21 (1608 متریک) همچنان محبوب است، فشار مداومی به سمت پکیج‌های حتی کوچکتر مانند 15-21 (1508) و 10-20 (1005) برای دستگاه‌های فوق‌فشرده وجود دارد.
• بازده بالاتر:بهبودهای مداوم در رشد اپیتاکسیال و طراحی چیپ، هدف ارائه شدت نور بالاتر (میلی‌کاندلا) در همان جریان راه‌اندازی یا کمتر را دنبال می‌کنند که بازده انرژی کلی سیستم را بهبود می‌بخشد.
• یکنواختی رنگ بهبودیافته:مشخصات دسته‌بندی (بینینگ) سخت‌گیرانه‌تر و کنترل‌های پیشرفته تولید، تغییرات درون و بین دسته‌های تولید را کاهش می‌دهند که برای کاربردهای نیازمند ظاهر یکنواخت حیاتی است.
• گسترش انطباق زیست‌محیطی:فراتر از RoHS و REACH، توجه فزاینده‌ای به اعلام کامل مواد و کاهش استفاده از سایر مواد نگران‌کننده در سراسر زنجیره تأمین وجود دارد.
• یکپارچه‌سازی:روندی به سمت یکپارچه‌سازی چندین چیپ LED (RGB، یا چند تک‌رنگ) در یک پکیج واحد، یا ترکیب LED با آی‌سی‌های درایور، برای راه‌حل‌های روشنایی و سیگنال‌دهی پیشرفته‌تر مشاهده می‌شود، اگرچه LEDهای گسسته ساده مانند این یکی، همچنان برای عملکردهای نشانگر پایه اساسی هستند.

این LED، با پکیج استاندارد، فناوری اثبات‌شده AIGaInP و انطباق جامع، در چارچوب این روندها به عنوان یک قطعه عمومی قابل اعتماد، موقعیت خوبی دارد.