دیتاشیت SMD LED 19-218/GHC-YR1S2M/3T - سبز درخشان - 20mA - 3.2V معمولی - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند جزئیات مشخصات فنی یک LED نصب سطحی (SMD) را که نور سبز درخشان ساطع می‌کند، تشریح می‌نماید. این قطعه برای نصب با چگالی بالا بر روی بردهای مدار چاپی (PCB) طراحی شده است و مزایایی در زمینه مینیاتوری‌سازی و فرآیندهای مونتاژ خودکار ارائه می‌دهد.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

LED بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده بر روی قرقره‌ای با قطر 7 اینچ عرضه می‌شود که آن را با تجهیزات استاندارد برداشت و جایگذاری خودکار سازگار می‌سازد. این قطعه برای هر دو فرآیند لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز و فاز بخار مناسب است. این LED از نوع تک‌رنگ می‌باشد. محصول مطابق با مقررات زیست‌محیطی است: بدون سرب (Pb-free)، منطبق بر دستورالعمل RoHS، مطابق با مقررات REACH اتحادیه اروپا و واجد شرایط بدون هالوژن (برم <900 ppm، کلر <900 ppm، Br+Cl < 1500 ppm).

پکیج فشرده SMD در مقایسه با قطعات سنتی دارای پایه، مزایای طراحی قابل توجهی را ممکن می‌سازد. این مزایا شامل کاهش فضای مورد نیاز روی برد، چگالی بسته‌بندی قطعات بالاتر، حداقل‌سازی نیازمندی‌های انبارداری و در نهایت امکان ساخت تجهیزات نهایی کوچکتر است. سبکی پکیج نیز آن را برای کاربردهای مینیاتوری و قابل حمل ایده‌آل می‌سازد.

1.2 کاربردهای هدف

این LED برای انواع عملکردهای نشانگر و نور پس‌زمینه مناسب است، از جمله:

• نور پس‌زمینه داشبورد و کلیدها در کنترل‌های خودرویی یا صنعتی.
• نشانگرهای وضعیت و نور پس‌زمینه صفحه کلید در دستگاه‌های مخابراتی مانند تلفن و فکس.
• نور پس‌زمینه تخت برای نمایشگرهای کریستال مایع (LCD)، کلیدها و نمادها.
• کاربردهای نشانگر عمومی.

2. مشخصات فنی

2.1 انتخاب قطعه و مواد

تراشه LED با استفاده از ماده نیمه‌هادی نیترید گالیم ایندیم (InGaN) ساخته شده است که رنگ ساطع شده سبز درخشان را تولید می‌کند. رزین پوشاننده شفاف و بی‌رنگ است.

2.2 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

مقادیر زیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این شرایط یا نزدیک به آن تضمین نمی‌شود.

• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت
• جریان مستقیم (I_F):25 میلی‌آمپر (پیوسته)
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر (چرخه کاری 1/10 @ 1 کیلوهرتز)
• توان تلف شده (P_d):110 میلی‌وات
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان (HBM):150 ولت
• دمای کاری (T_opr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• دمای نگهداری (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 90+ درجه سانتی‌گراد
• دمای لحیم‌کاری (T_sol):
  • لحیم‌کاری ریفلو: حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه.
  • لحیم‌کاری دستی: حداکثر 350 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه.

2.3 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد مشخص شده و نمایانگر عملکرد معمول کاری هستند.

• شدت نور (I_v):112 - 285 میلی‌کاندلا (اندازه‌گیری شده در I_F= 20 میلی‌آمپر). تلرانس ±11% است.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمولی).
• طول موج پیک (λ_p):518 نانومتر (معمولی).
• طول موج غالب (λ_d):520 - 535 نانومتر. تلرانس ±1 نانومتر است.
• پهنای باند طیف تابشی (Δλ):20 نانومتر (معمولی).
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.75 - 3.95 ولت (در I_F= 20 میلی‌آمپر). تلرانس ±0.05 ولت است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 50 میکروآمپر (در V_R= 5 ولت).

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که با نیازمندی‌های خاص کاربرد مطابقت دارند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

LEDها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر در چهار دسته (R1, R2, S1, S2) دسته‌بندی می‌شوند.

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

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

طول موج غالب، که با رنگ درک شده مرتبط است، در سه گروه (X, Y, Z) دسته‌بندی می‌شود.

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

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم در گروه M در چهار کد (5, 6, 7, 8) دسته‌بندی می‌شود. این امر برای طراحی مدار محدودکننده جریان مهم است.

• 5:2.75 - 3.05 ولت
• 6:3.05 - 3.35 ولت
• 7:3.35 - 3.65 ولت
• 8:3.65 - 3.95 ولت

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که رفتار قطعه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهند. این منحنی‌ها برای طراحی مدار مقاوم حیاتی هستند.

4.1 شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط

این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. طراحان باید این کاهش رتبه حرارتی را به ویژه در محیط‌های با دمای بالا یا کاربردهای با توان بالا در نظر بگیرند تا اطمینان حاصل شود که روشنایی کافی حفظ می‌شود.

4.2 منحنی کاهش رتبه جریان مستقیم

این نمودار حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط تعریف می‌کند. با افزایش دما، حداکثر جریان ایمن کاهش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری کرده و قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین کند. حداکثر مطلق 25 میلی‌آمپر تنها در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد یا کمتر معتبر است.

4.3 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان راه‌اندازی و خروجی نور را به تصویر می‌کشد. در حالی که افزایش جریان، روشنایی را تقویت می‌کند، اما باعث افزایش اتلاف توان و دمای اتصال نیز می‌شود که بر بازده و طول عمر تأثیر می‌گذارد.

4.4 توزیع طیف

منحنی خروجی طیفی، شدت نور ساطع شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد که حول طول موج پیک تقریباً 518 نانومتر متمرکز است. پهنای باند باریک، مشخصه LEDهای سبز مبتنی بر InGaN است.

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

این منحنی اساسی رابطه نمایی بین ولتاژ و جریان در یک دیود را نشان می‌دهد. ولتاژ "زانو" جایی است که هدایت به طور قابل توجهی آغاز می‌شود. شیب در ناحیه کاری نشان‌دهنده مقاومت دینامیکی است.

4.6 الگوی تابش

نمودار قطبی، توزیع فضایی شدت نور را نشان می‌دهد. زاویه دید 120 درجه نشان‌دهنده الگوی تابش گسترده و شبیه لامبرتین است که برای روشنایی سطحی و نشانگرهای با دید وسیع مناسب است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

دیتاشیت شامل یک نقشه ابعادی دقیق از پکیج LED است. ابعاد حیاتی شامل طول، عرض، ارتفاع بدنه و محل قرارگیری پایه‌های کاتد/آند می‌شود. تمام تلرانس‌های نامشخص ±0.1 میلی‌متر است.

5.2 طرح پیشنهادی پد لحیم

یک طرح جای پایه پیشنهادی برای PCB ارائه شده است تا اطمینان از لحیم‌کاری قابل اعتماد و پایداری مکانیکی حاصل شود. ابعاد پد پیشنهادی برای مرجع است؛ طراحان باید آن‌ها را بر اساس فرآیند ساخت PCB خاص خود و نیازمندی‌های حرارتی اصلاح کنند.

6. اطلاعات برچسب و بسته‌بندی

6.1 توضیح برچسب

برچسب قرقره حاوی چندین کد برای ردیابی و شناسایی است:

• CPN:شماره محصول مشتری.
• P/N:شماره محصول سازنده (مثال: 19-218/GHC-YR1S2M/3T).
• QTY:تعداد بسته‌بندی.
• CAT:رتبه شدت نور (مثال: R1, S2).
• HUE:مختصات رنگی و رتبه طول موج غالب (مثال: X, Y, Z).
• REF:رتبه ولتاژ مستقیم (مثال: 5, 6, 7, 8).
• LOT No:شماره دسته ساخت برای قابلیت ردیابی.

6.2 ابعاد قرقره و نوار

ابعاد نوار حامل و قرقره با قطر 7 اینچ مشخص شده است. مقدار استاندارد بارگیری شده 3000 عدد در هر قرقره است.

6.3 بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت

LEDها در یک کیسه مانع رطوبت (کیسه ضد رطوبت آلومینیومی) همراه با یک ماده خشک‌کن برای جذب رطوبت محیط بسته‌بندی می‌شوند. یک برچسب روی کیسه سطح حساسیت به رطوبت (MSL) و دستورالعمل‌های نگهداری را نشان می‌دهد. این بسته‌بندی برای قطعات حساس به آسیب ناشی از رطوبت در حین لحیم‌کاری ریفلو ("پاپ کورن شدن") حیاتی است.

7. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

7.1 احتیاط‌های حیاتی

محافظت در برابر جریان بیش از حد:LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک مقاومت محدودکننده جریان خارجیبایدبه صورت سری استفاده شود. یک تغییر کوچک در ولتاژ مستقیم می‌تواند باعث تغییر بزرگی در جریان شود که ممکن است منجر به خرابی فوری (سوختن) گردد.

7.2 نگهداری و جابجایی

• تا زمانی که قطعات آماده استفاده نیستند، کیسه ضد رطوبت را باز نکنید.
• قبل از باز کردن: در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% (RH) نگهداری کنید.
• پس از باز کردن: "عمر کف کارخانه" (زمانی که قطعات می‌توانند در معرض هوای محیط کارخانه قرار گیرند) در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60%، 1 سال است. قطعات استفاده نشده باید در یک بسته‌بندی ضد رطوبت همراه با ماده خشک‌کن مجدداً مهر و موم شوند.
• اگر نشانگر ماده خشک‌کن تغییر رنگ داده یا زمان نگهداری بیش از حد مجاز شده باشد، نیاز به عملیات پخت (بیکینگ) است: 60 ±5°C به مدت 24 ساعت.

7.3 شرایط لحیم‌کاری

پروفیل لحیم‌کاری ریفلو (بدون سرب):

• پیش‌گرم: 150-200°C به مدت 60-120 ثانیه.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (217°C): 60-150 ثانیه.
• دمای پیک: حداکثر 260°C.
• زمان در محدوده 5°C از پیک: حداکثر 10 ثانیه.
• نرخ گرمایش: حداکثر 3°C/ثانیه (از پیش‌گرم تا پیک).
• نرخ سرمایش: حداکثر 6°C/ثانیه.

لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود. از اعمال تنش مکانیکی بر روی LED در حین گرمایش خودداری کنید و پس از لحیم‌کاری PCB را تاب ندهید.

لحیم‌کاری دستی:از یک هویه با دمای نوک <350°C برای حداکثر 3 ثانیه در هر پایه استفاده کنید. توان هویه باید 25 وات یا کمتر باشد. بین لحیم‌کاری هر پایه حداقل 2 ثانیه فاصله بگذارید. لحیم‌کاری دستی خطر آسیب حرارتی بالاتری دارد.

تعمیر:تعمیر پس از لحیم‌کاری توصیه نمی‌شود. در صورت اجتناب ناپذیر بودن، از یک هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو پایه استفاده کنید و قطعه را به طور یکنواخت بلند کنید تا از آسیب به پدهای لحیم یا خود LED جلوگیری شود. پس از هر تعمیر، عملکرد قطعه را تأیید کنید.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 طراحی مدار

همیشه از یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان مستقیم استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از قانون اهم محاسبه کنید: R = (V_منبع- V_F) / I_F. از حداکثر V_Fاز دسته یا دیتاشیت استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان در بدترین شرایط از محدودیت‌ها فراتر نمی‌رود. رتبه توان مقاومت را در نظر بگیرید (P = I_F²* R). برای راه‌اندازی چندین LED، پیکربندی سری برای تطبیق جریان ترجیح داده می‌شود، اما به ولتاژ منبع بالاتری نیاز دارد. پیکربندی‌های موازی نیاز به مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه برای هر LED دارند تا از "قاپیدن جریان" جلوگیری شود.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه یک قطعه SMD کوچک است، مدیریت حرارتی برای طول عمر و عملکرد پایدار حیاتی است. منحنی‌های کاهش رتبه به وضوح کاهش عملکرد با دما را نشان می‌دهند. اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB (پدهای تخلیه حرارتی) برای دفع گرما وجود دارد، به ویژه هنگام کار نزدیک به حداکثر رتبه‌های جریان یا در دمای محیط بالا. از قرار دادن LEDها در نزدیکی سایر قطعات تولیدکننده گرما خودداری کنید.

8.3 یکپارچه‌سازی نوری

زاویه دید گسترده 120 درجه، این LED را برای کاربردهای نیازمند روشنایی وسیع مناسب می‌سازد. برای نور هدایت‌شده‌تر، ممکن است لنزهای خارجی یا راهنماهای نور لازم باشد. رزین شفاف و بی‌رنگ، یک رنگ پایه خنثی برای کاربردهایی فراهم می‌کند که LED ممکن است با فیلترهای رنگی یا پخش‌کننده‌های نور استفاده شود.

9. مقایسه فنی و موقعیت‌یابی

این LED سبز مبتنی بر InGaN یک راه‌حل معمول در بازار LEDهای نشانگر SMD ارائه می‌دهد. تمایزهای کلیدی آن، انطباق با استانداردهای زیست‌محیطی مدرن (بدون هالوژن، REACH) و مشخصات آن برای فرآیندهای ریفلو بدون سرب است. اطلاعات دسته‌بندی ارائه شده، سطحی از یکنواختی رنگ و روشنایی را ارائه می‌دهد که برای آرایه‌ها یا نمایشگرهای چند LED مهم است. ترکیب شدت نور نسبتاً بالا (تا 285 میلی‌کاندلا در 20mA) و طرح جای پایه استاندارد SMD، آن را به انتخابی همه‌کاره برای وظایف نشانگر و نور پس‌زمینه سطح پایین تبدیل می‌کند. طراحان باید دسته‌بندی ولتاژ مستقیم و دسته‌های شدت نور را با نیازمندی‌های خاص کاربرد برای حاشیه ولتاژ و یکنواختی روشنایی مقایسه کنند.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: هدف کدهای دسته‌بندی چیست؟

ج: دسته‌بندی، یکنواختی الکتریکی و نوری را تضمین می‌کند. به عنوان مثال، استفاده از LEDها از یک دسته V_Fیکسان، اطمینان از روشنایی یکنواخت هنگام راه‌اندازی با یک مقاومت محدودکننده جریان مشترک را تضمین می‌کند. استفاده از LEDها از یک دسته طول موج یکسان، تطابق رنگ را تضمین می‌کند.

س: آیا می‌توانم این LED را بدون مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی کنم اگر منبع تغذیه من دقیقاً 3.2 ولت باشد؟

ج: خیر. ولتاژ مستقیم دارای یک محدوده است (2.75V-3.95V). یک منبع 3.2 ولتی می‌تواند باعث جریان بیش از حد در یک LED با V_Fپایین شود و منجر به خرابی گردد. یک مقاومت سری همیشه برای راه‌اندازی با ولتاژ ثابت اجباری است.

س: چگونه رتبه "جریان مستقیم پیک" 100mA را تفسیر کنم؟

ج: این یک رتبه جریان پالسی است (چرخه کاری 1/10 در 1kHz). نباید برای کارکرد پیوسته استفاده شود. جریان DC پیوسته نباید از 25mA تجاوز کند.

س: چرا بسته‌بندی حساس به رطوبت مهم است؟

ج: رطوبت جذب شده در پکیج پلاستیکی می‌تواند در حین فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا به سرعت تبخیر شود و باعث لایه‌لایه شدن داخلی، ترک خوردگی یا "پاپ کورن شدن" شود که قطعه را از بین می‌برد.

11. مثال موردی طراحی

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت با 10 LED سبز با روشنایی یکنواخت.

1. تنظیم جریان:یک جریان راه‌اندازی انتخاب کنید. برای تعادل بین روشنایی و طول عمر، I_F= 20 میلی‌آمپر را انتخاب کنید.
2. انتخاب دسته ولتاژ:برای اطمینان از روشنایی یکنواخت با یک مقدار مقاومت محدودکننده جریان، LEDهایی از یک دسته ولتاژ مستقیم یکسان مشخص کنید (مثال: دسته 6: 3.05-3.35V). از حداکثر V_Fاز آن دسته (3.35V) برای محاسبه مقاومت در بدترین حالت استفاده کنید.
3. انتخاب دسته روشنایی:دسته شدت نور مورد نیاز را مشخص کنید (مثال: S1: 180-225 میلی‌کاندلا) تا سطح حداقل روشنایی تضمین شود.
4. طراحی مدار:با یک منبع تغذیه 5 ولت (V_منبع)، مقاومت سری را محاسبه کنید: R = (5V - 3.35V) / 0.020A = 82.5Ω. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد، 82Ω استفاده کنید. توان مقاومت: P = (0.020A)²* 82Ω = 0.0328W. یک مقاومت استاندارد 1/10W (0.1W) کافی است.
5. چیدمان:LEDها را بر روی PCB با استفاده از طرح پد پیشنهادی قرار دهید. تمام LEDها را به صورت موازی وصل کنید، هر کدام با مقاومت سری 82Ω مخصوص به خود برای جلوگیری از عدم تعادل جریان.
6. مونتاژ:دستورالعمل‌های پروفیل ریفلو را دنبال کنید. قرقره‌های باز شده را در صورت عدم استفاده فوری در یک کابینت خشک نگهداری کنید.

12. اصل عملکرد

این LED یک دستگاه فوتونیک نیمه‌هادی است. هسته آن یک تراشه ساخته شده از مواد InGaN (نیترید گالیم ایندیم) است که یک اتصال p-n را تشکیل می‌دهد. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه اتصال اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در سراسر اتصال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور ساطع شده مطابقت دارد - در این مورد، سبز درخشان (~518-535 نانومتر). رزین اپوکسی شفاف و بی‌رنگ، تراشه را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی را فراهم می‌کند، الگوی تابش را شکل می‌دهد و به عنوان یک محیط شکست نور عمل می‌کند.

13. روندهای فناوری

توسعه LEDهای SMD مانند این مورد، توسط روندهای مینیاتوری‌سازی الکترونیک، اتوماسیون و بهره‌وری انرژی هدایت می‌شود. فشار مداومی برای بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر در هر وات الکتریکی) وجود دارد که بازده سیستم را بهبود بخشیده و بار حرارتی را کاهش می‌دهد. پیشرفت‌ها در فناوری فسفر و طراحی تراشه، گاموت رنگی و قابلیت‌های بازتولید رنگ LEDها را گسترش می‌دهند. علاوه بر این، یکپارچه‌سازی یک روند کلیدی است، با پکیج‌های چند تراشه‌ای (RGB، سفید) و حتی مدارهای مجتمع راه‌انداز که در ماژول‌های واحد ترکیب می‌شوند. تأکید بر انطباق زیست‌محیطی (بدون هالوژن، REACH) و فرآیندهای ساخت با قابلیت اطمینان بالا برای کاربردهای خودرویی و صنعتی، همچنان به شکل‌دهی مشخصات قطعات و نیازمندی‌های آزمایشی ادامه می‌دهد.