دیتاشیت LED SMD مدل 22-21/GHC-YR1S2/2C - سبز درخشان - ابعاد 2.2x2.1 میلی‌متر - ولتاژ 3.3 ولت - جریان 20 میلی‌آمپر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ال ای دی 22-21/GHC-YR1S2/2C یک دستگاه نصب سطحی (SMD) است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن و فشرده طراحی شده است. این ال ای دی سبز درخشان با استفاده از فناوری چیپ اینیدیوم گالیوم نیترید (InGaN) ساخته شده و در رزین شفاف آب‌مانند کپسوله شده است. مزیت اصلی آن در ابعاد بسیار کوچک آن است که امکان کاهش چشمگیر اندازه برد مدار چاپی (PCB)، افزایش چگالی قطعات و کمک به کوچک‌سازی کلی تجهیزات نهایی را فراهم می‌کند. سبکی پکیج آن نیز آن را برای کاربردهای قابل حمل و با محدودیت فضا ایده‌آل می‌سازد.

این محصول کاملاً با استانداردهای زیست‌محیطی و ساخت معاصر مطابقت دارد. بدون سرب (Pb-free) است، از دستورالعمل RoHS پیروی می‌کند، با مقررات REACH اتحادیه اروپا سازگار است و الزامات بدون هالوژن (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm) را برآورده می‌سازد. این محصول بر روی نوار استاندارد صنعتی 8 میلی‌متری و قرقره‌های 7 اینچی (178 میلی‌متری) عرضه می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place سازگار کرده و برای فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو (Reflow) مادون قرمز و فاز بخار مناسب می‌سازد.

2. مشخصات فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق مجاز

مقادیر زیر محدوده‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این شرایط یا نزدیک به آن تضمین نشده و برای عملکرد مطمئن باید از آن اجتناب کرد.

• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):25 میلی‌آمپر
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر (چرخه کاری 1/10 @ 1 کیلوهرتز)
• توان تلف شده (P_d):95 میلی‌وات
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان (HBM):150 ولت
• محدوده دمای کاری (T_opr):40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس
• محدوده دمای انبارداری (T_stg):40- درجه سلسیوس تا 90+ درجه سلسیوس
• دمای لحیم‌کاری (T_sol):رفلو: حداکثر 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه؛ لحیم‌کاری دستی: حداکثر 350 درجه سلسیوس به مدت 3 ثانیه.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکال

این پارامترها در دمای محیط (T_a) 25 درجه سلسیوس و جریان مستقیم استاندارد (I_F) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این پارامترها عملکرد معمول ال ای دی را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_v):حداقل 112 میلی‌کاندلا، مقدار معمول مشخص نشده، حداکثر 285 میلی‌کاندلا. تلرانس: ±11%.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه (معمول).
• طول موج پیک (λ_p):518 نانومتر (معمول).
• طول موج غالب (λ_d):حداقل 520 نانومتر، حداکثر 535 نانومتر. تلرانس: ±1 نانومتر.
• پهنای باند طیفی (Δλ):35 نانومتر (معمول).
• ولتاژ مستقیم (V_F):حداقل 2.7 ولت، معمول 3.3 ولت، حداکثر 3.7 ولت در I_F=20mA.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 50 میکروآمپر در V_R=5V.

3. سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، ال ای دی‌ها بر اساس شدت نور و طول موج غالب در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

ال ای دی‌ها در چهار رده شدت نور (R1, R2, S1, S2) که در I_F= 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده، دسته‌بندی می‌شوند.

• R1:112 میلی‌کاندلا تا 140 میلی‌کاندلا
• R2:140 میلی‌کاندلا تا 180 میلی‌کاندلا
• S1:180 میلی‌کاندلا تا 225 میلی‌کاندلا
• S2:225 میلی‌کاندلا تا 285 میلی‌کاندلا

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

ال ای دی‌ها در سه رده طول موج (X, Y, Z) که در I_F= 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده، دسته‌بندی می‌شوند.

• X:520 نانومتر تا 525 نانومتر
• Y:525 نانومتر تا 530 نانومتر
• Z:530 نانومتر تا 535 نانومتر

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که برای طراحی مدار و مدیریت حرارتی حیاتی هستند. این نمودارها رابطه بین پارامترهای کلیدی در شرایط مختلف را نشان می‌دهند.

• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. طراحان باید این کاهش رتبه (دریتینگ) را در محیط‌های با دمای بالا در نظر بگیرند.
• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم:این نمودار رابطه غیرخطی بین جریان راه‌اندازی و خروجی نور را نشان می‌دهد. کارکرد بالاتر از جریان توصیه شده منجر به کاهش بازده و تسریع فرسودگی می‌شود.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم:منحنی I-V برای انتخاب مقاومت محدودکننده جریان مناسب ضروری است. مقدار معمول V_Fبرابر 3.3 ولت در 20 میلی‌آمپر یک پارامتر کلیدی طراحی است.
• جریان مستقیم در مقابل دمای محیط:این منحنی کاهش رتبه (دریتینگ)، حداکثر جریان مستقیم مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط نشان می‌دهد تا در محدوده مجاز توان تلف شده باقی بماند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد کلی پکیج

ال ای دی SMD مدل 22-21 دارای پکیج مستطیلی فشرده است. ابعاد اسمی آن 2.2 میلی‌متر طول و 2.1 میلی‌متر عرض است و ارتفاع آن معمولاً حدود 1.0 تا 1.2 میلی‌متر می‌باشد (ارتفاع دقیق باید از نقشه ابعادی تأیید شود). پکیج دارای دو ترمینال آند/کاتد در پایین است. تلرانس تمام ابعاد نامشخص ±0.1 میلی‌متر است. یک طرح پد پیشنهادی برای طراحی PCB ارائه شده است، اما به مهندسان توصیه می‌شود که آن را بر اساس فرآیند مونتاژ خاص و نیازهای حرارتی خود اصلاح کنند.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً با یک نقطه سبز، یک بریدگی در پکیج یا یک گوشه پخ‌خورده مشخص شده است. قطبیت صحیح باید در حین مونتاژ رعایت شود تا از آسیب ناشی از بایاس معکوس جلوگیری گردد.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل رفلو بدون سرب (Pb-free) توصیه می‌شود:

• پیش‌گرمایش:150 تا 200 درجه سلسیوس به مدت 60 تا 120 ثانیه.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (217 درجه سلسیوس):60 تا 150 ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سلسیوس، حداکثر به مدت 10 ثانیه حفظ شود.
• 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.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار رود. دمای نوک هویه باید زیر 350 درجه سلسیوس باشد و زمان تماس با هر ترمینال نباید از 3 ثانیه تجاوز کند. از هویه کم‌توان (≤25 وات) استفاده کنید و بین لحیم‌کاری هر ترمینال حداقل 2 ثانیه فاصله خنک‌شدن بدهید. از اعمال تنش مکانیکی به بدنه ال ای دی در حین گرمایش خودداری کنید.

6.3 انبارداری و جابجایی

ال ای دی‌ها در کیسه‌های مهر و موم شده حساس به رطوبت همراه با جاذب رطوبت (دسیکانت) بسته‌بندی شده‌اند.

• قبل از باز کردن:در دمای ≤30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی (RH) ≤90% انبار شود.
• پس از باز کردن (عمر مفید در محیط کار):1 سال در دمای ≤30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی ≤60%. قطعات استفاده نشده باید مجدداً در کیسه ضد رطوبت مهر و موم شوند.
• پخت (بیکینگ):اگر نشانگر جاذب رطوبت تغییر رنگ داد یا زمان انبارداری بیش از حد مجاز شد، قبل از استفاده به مدت 24 ساعت در دمای 60 ±5 درجه سلسیوس پخت شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

محصول بر روی نوار حامل برجسته‌کاری شده با عرض 8 میلی‌متر، پیچیده شده بر روی قرقره استاندارد با قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) عرضه می‌شود. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است. ابعاد دقیق قرقره و نوار حامل برای سازگاری با فیدرهای اتوماتیک ارائه شده است.

7.2 اطلاعات برچسب

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

• CPN:شماره محصول مشتری
• P/N:شماره محصول سازنده (مثال: 22-21/GHC-YR1S2/2C)
• QTY:تعداد در بسته
• CAT:رده شدت نور (مثال: S2)
• HUE:رده رنگ/طول موج غالب (مثال: Y)
• REF:رده ولتاژ مستقیم
• LOT No:شماره بچ تولید

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 کاربردهای معمول

این ال ای دی برای طیف وسیعی از کارکردهای نشانگر کم‌توان و نور پس‌زمینه مناسب است:

• مخابرات:نشانگر وضعیت و نور پس‌زمینه صفحه کلید در تلفن‌ها و فکس‌ها.
• الکترونیک مصرفی:نور پس‌زمینه تخت برای پنل‌های LCD کوچک، نور پس‌زمینه برای کلیدها و نمادها روی پنل‌های کنترل.
• نشانگر عمومی:وضعیت برق، نشانگر حالت و سایر بازخوردهای بصری در دستگاه‌های الکترونیکی مختلف.

8.2 ملاحظات طراحی حیاتی

محدود کردن جریان اجباری است:همیشه باید از یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی به صورت سری با ال ای دی استفاده شود. ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی و محدوده تلرانس تنگ است. افزایش جزئی در ولتاژ منبع می‌تواند در صورت محدود نشدن صحیح، باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب جریان مستقیم شود. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_منبع- V_F) / I_F. همیشه برای طراحی محافظه‌کارانه از حداکثر مقدار V_Fاز دیتاشیت استفاده کنید.

مدیریت حرارتی:اگرچه توان تلف شده کم است، اما اطمینان از مساحت کافی مس در اطراف پدهای ال ای دی روی PCB به دفع گرما کمک می‌کند و خروجی نور و طول عمر را حفظ می‌نماید، به ویژه در شرایط دمای محیطی بالا.

محافظت در برابر ESD:اگرچه برای 150 ولت HBM درجه‌بندی شده است، اما باید در حین مونتاژ و جابجایی، اقدامات احتیاطی استاندارد برای ESD رعایت شود.

8.3 محدودیت‌های کاربردی

این قطعه برای کاربردهای تجاری و صنعتی عمومی طراحی شده است. برای استفاده در سیستم‌های با قابلیت اطمینان بالا یا ایمنی‌حیاتی مانند تجهیزات نظامی/هوافضا، سیستم‌های ایمنی خودرو (مانند ایربگ، ترمز) یا تجهیزات پزشکی پشتیبان حیات، به طور خاص واجد شرایط یا تضمین نشده است. برای چنین کاربردهایی، باید قطعاتی با مدارک صلاحیت و داده‌های قابلیت اطمینان مناسب تهیه شوند.

9. مقایسه و جایگاه‌بندی فنی

پکیج 22-21 نشان‌دهنده تعادلی بین کوچک‌سازی و سهولت جابجایی است. در مقایسه با ال ای دی‌های پایه‌دار بزرگتر (مانند 3 یا 5 میلی‌متری)، ابعاد آن به طور چشمگیری کوچک‌تر است و برای مونتاژ اتوماتیک مناسب است. در مقایسه با پکیج‌های کوچکتر در مقیاس چیپ (CSP)، ویژگی‌های جابجایی بهتری برای فرآیندهای استاندارد SMT فراهم می‌کند و اغلب به دلیل لنز قالب‌گیری شده، زاویه دید مشخص‌تری دارد. رنگ سبز درخشان که با فناوری InGaN به دست آمده، در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaP، بازده نوری بالاتر و اشباع رنگ بهتری ارائه می‌دهد و آن را برای کاربردهای نشانگر زنده و پررنگ ایده‌آل می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

ج: طول موج پیک (λ_p) طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است. طول موج غالب (λ_d) طول موج تک‌رنگ نور است که با رنگ درک شده ال ای دی مطابقت دارد. λ_dبرای مشخصه‌گذاری رنگ مرتبط‌تر است.

س: آیا اگر منبع تغذیه من دقیقاً 3.3 ولت باشد، می‌توانم این ال ای دی را بدون مقاومت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. این کار بسیار خطرناک است. ولتاژ مستقیم از قطعه‌ای به قطعه دیگر متفاوت است (2.7 تا 3.7 ولت) و با دما کاهش می‌یابد. یک منبع 3.3 ولتی به راحتی می‌تواند یک ال ای دی با V_Fپایین را بیش از حد راه‌اندازی کند و منجر به خرابی سریع شود. همیشه از یک مقاومت سری استفاده کنید.

س: هنگام سفارش چگونه کدهای دسته‌بندی (مثلاً S2/Y) را تفسیر کنم؟

ج: کد دسته‌بندی، درجه عملکرد را مشخص می‌کند. \"S2/Y\" به این معنی است که ال ای دی از دسته شدت نور بالاترین (285-225 میلی‌کاندلا) و دسته طول موج غالب میانی (530-525 نانومتر) است. مشخص کردن دسته‌ها امکان ثبات بیشتر در ظاهر محصول شما را فراهم می‌کند.

س: آیا تمیز کردن پس از لحیم‌کاری لازم است؟

ج: رزین شفاف آب‌مانند عموماً در برابر حلال‌های تمیزکننده متداول مقاوم است، اما سازگاری باید تأیید شود. از تمیز کردن اولتراسونیک خودداری کنید زیرا ممکن است به اتصالات سیمی داخلی آسیب برساند.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک نشانگر وضعیت برای یک دستگاه قابل حمل

یک طراح در حال ساخت یک بلندگوی بلوتوث فشرده است. به یک نشانگر روشن و قابل اطمینان برای روشن بودن دستگاه نیاز است. ال ای دی سبز درخشان 22-21 به دلیل اندازه کوچک و قابلیت دید بالا انتخاب شده است.

مراحل طراحی:

1. دستگاه از خط تغذیه USB با ولتاژ 5 ولت استفاده می‌کند.

2. جریان مستقیم هدف (I_F) برای تعادل بین روشنایی و مصرف برق روی 15 میلی‌آمپر تنظیم شده است.

3. با استفاده از حداکثر V_Fبرابر 3.7 ولت برای طراحی محافظه‌کارانه: R = (5V - 3.7V) / 0.015A = 86.7 Ω. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد 91 Ω انتخاب می‌شود.

4. توان در مقاومت: P = I²R = (0.015)²* 91 = 0.0205 W. یک مقاومت استاندارد 1/10 وات یا 1/8 وات کافی است.

5. طرح PCB شامل پدهای تخلیه حرارتی متوسط متصل به یک صفحه زمین کوچک برای دفع گرما است.

6. لیست قطعات (BOM) ال ای دی را با کد دسته‌بندی \"S1/Y\" مشخص می‌کند تا رنگ سبز درخشان ثابت در تمام واحدهای تولیدی تضمین شود.

این رویکرد، یک نشانگر قوی و با دوام را تضمین می‌کند که الزامات زیبایی‌شناختی و عملکردی محصول را برآورده می‌سازد.

12. اصل عملکرد

این ال ای دی یک دستگاه فوتونیک نیمه‌هادی است. این قطعه بر پایه یک چیپ ایندیوم گالیوم نیترید (InGaN) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل اتصال دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ترتیب از لایه‌های نیمه‌هادی نوع n و نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را مشخص می‌نماید - در این مورد، سبز درخشان در حدود 535-518 نانومتر. رزین اپوکسی شفاف محافظ، چیپ را محافظت می‌کند، به عنوان لنز عمل کرده و خروجی نور را به یک زاویه دید 130 درجه شکل می‌دهد و ممکن است حاوی فسفر یا پخش‌کننده‌های نور باشد (اگرچه برای این نوع تک‌رنگ، احتمالاً شفاف است).

13. روندهای فناوری

پکیج 22-21 بخشی از یک روند بلندمدت صنعتی به سمت کوچک‌سازی، افزایش بازده و بهبود قابلیت ساخت در اپتوالکترونیک است. استفاده از مواد InGaN برای ال ای دی‌های سبز نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی نسبت به فناوری‌های قدیمی است که بازده بالاتر و پایداری رنگ بهتری ارائه می‌دهد. تحولات آینده در این کلاس از دستگاه‌ها ممکن است بر افزایش بیشتر بازده نوری (لومن بر وات)، بهبود بازآفرینی رنگ برای کاربردهای طیف گسترده‌تر و افزایش قابلیت اطمینان در شرایط دمایی و رطوبتی بالاتر متمرکز شود. تلاش برای مواد بدون هالوژن و سازگار با محیط زیست همچنان یک تأثیر قوی نظارتی و بازار خواهد بود. ادغام با درایورهای هوشمند برای تنظیم نور و کنترل رنگ نیز یک حوزه در حال رشد است، اگرچه معمولاً در سطح سیستم و نه در داخل پکیج ال ای دی گسسته پیاده‌سازی می‌شود.