دیتاشیت LED SMD 11-21/R6C-AR2S2B/2T - قرمز درخشان - ابعاد 2.0x1.25x0.8mm - حداکثر ولتاژ 2.35V - توان 60mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ال ای دی SMD مدل 11-21 یک قطعه فشرده و نصب‌سطحی است که برای کاربردهای نشانگر و نور پس‌زمینه طراحی شده است. این قطعه از یک چیپ AlGaInP برای تولید نور قرمز درخشان استفاده می‌کند. مزیت اصلی آن در اندازه مینیاتوری آن است که امکان چگالی بالاتر قطعات روی برد مدار چاپی (PCB)، کاهش نیاز به فضای ذخیره‌سازی و در نهایت کمک به طراحی تجهیزات نهایی کوچک‌تر را فراهم می‌کند. این قطعه سبک‌وزن است و آن را به ویژه برای کاربردهای قابل حمل و با محدودیت فضا مناسب می‌سازد.

موقعیت‌دهی کلیدی محصول شامل استفاده به عنوان یک نشانگر قابل اعتماد و مقرون‌به‌صرفه در الکترونیک مصرفی، تجهیزات مخابراتی و فضای داخلی خودرو می‌شود. مزایای اصلی آن اندازه کوچک، سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار و مطابقت با مقررات زیست‌محیطی مدرن از جمله RoHS، REACH و الزامات عاری از هالوژن است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

محدودیت‌های عملکردی دستگاه در شرایط دمای محیط (Ta)=25°C تعریف شده است. تجاوز از این مقادیر ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. اعمال ولتاژی بالاتر از این مقدار در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوند PN ال ای دی شود.
• جریان مستقیم پیوسته (IF):25 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC توصیه شده برای عملکرد مطمئن بلندمدت است.
• جریان مستقیم پیک (IFP):60 میلی‌آمپر. این جریان پالسی (با چرخه کاری 1/10 در فرکانس 1kHz) برای مدت‌زمان کوتاه قابل تحمل است اما برای استفاده پیوسته نیست.
• توان تلف شده (Pd):60 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که بسته‌بندی می‌تواند بدون تجاوز از محدودیت‌های حرارتی خود تلف کند.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):مدل بدن انسان (HBM) 2000 ولت. این رتبه‌بندی نشان‌دهنده سطح متوسطی از استحکام در برابر ESD است؛ با این حال رعایت روش‌های صحیح حمل و نقل همچنان ضروری است.
• محدوده‌های دمایی:دمای کاری از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد؛ دمای نگهداری از 40- درجه سانتی‌گراد تا 90+ درجه سانتی‌گراد. این محدوده وسیع با بسیاری از محیط‌های صنعتی و خودرویی سازگار است.
• دمای لحیم‌کاری:مقاوم در برابر لحیم‌کاری ریفلو در دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه یا لحیم‌کاری دستی در دمای 350 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه برای هر پایه.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

عملکرد معمول در دمای محیط (Ta)=25°C و با جریان راه‌اندازی (IF)=20mA اندازه‌گیری می‌شود، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (Iv):از حداقل 140.0 میلی‌کاندلا تا حداکثر 285.0 میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار معمول در این محدوده قرار دارد و مقادیر خاص توسط کد دسته‌بندی (بینینگ) (R2, S1, S2) تعیین می‌شود.
• زاویه دید (2θ1/2):زاویه معمول 60 درجه، که مخروطی را تعریف می‌کند که در آن شدت نور حداقل نصف شدت پیک است.
• طول موج پیک (λp):معمولاً 632 نانومتر، که نشان‌دهنده طول موجی است که در آن تابش طیفی در قوی‌ترین حالت خود است.
• طول موج غالب (λd):از 617.5 نانومتر تا 633.5 نانومتر متغیر است. این درک تک‌طول‌موجی چشم انسان از رنگ ال ای دی است و همچنین مشمول دسته‌بندی (بینینگ) (E4-E7) می‌شود.
• پهنای باند طیفی (Δλ):معمولاً 20 نانومتر، که در نصف حداکثر شدت (FWHM) اندازه‌گیری می‌شود.
• ولتاژ مستقیم (VF):در جریان 20mA از 1.75 ولت تا 2.35 ولت متغیر است. دسته‌های ولتاژ مستقیم پایین‌تر (0, 1, 2) امکان طراحی سیستم کارآمدتر، به ویژه در دستگاه‌های باتری‌خور را فراهم می‌کنند.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که بایاس معکوس 5 ولت اعمال می‌شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، ال ای دی‌ها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

سه دسته برای شدت نور در جریان (IF)=20mA تعریف شده است:

• R2:140 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 180 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• S1:180 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 225 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• S2:225 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 285 میلی‌کاندلا (حداکثر)

در هر دسته، تلرانس ±11% اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

چهار دسته برای طول موج غالب در جریان (IF)=20mA تعریف شده است:

• E4:617.5 نانومتر (حداقل) تا 621.5 نانومتر (حداکثر)
• E5:621.5 نانومتر (حداقل) تا 625.5 نانومتر (حداکثر)
• E6:625.5 نانومتر (حداقل) تا 629.5 نانومتر (حداکثر)
• E7:629.5 نانومتر (حداقل) تا 633.5 نانومتر (حداکثر)

در هر دسته، تلرانس ±1 نانومتر اعمال می‌شود.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

سه دسته برای ولتاژ مستقیم در جریان (IF)=20mA تعریف شده است:

• 0:1.75 ولت (حداقل) تا 1.95 ولت (حداکثر)
• 1:1.95 ولت (حداقل) تا 2.15 ولت (حداکثر)
• 2:2.15 ولت (حداقل) تا 2.35 ولت (حداکثر)

در هر دسته، تلرانس ±0.1 ولت اعمال می‌شود.

شماره قطعه 11-21/R6C-AR2S2B/2T این کدهای دسته‌بندی را در بر می‌گیرد و امکان انتخاب دقیق بر اساس نیازهای کاربرد را فراهم می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات داده نشده‌اند، منحنی‌های معمول برای این نوع ال ای دی شامل موارد زیر می‌شود:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-I):رابطه‌ای تقریباً خطی در جریان‌های پایین نشان می‌دهد و در جریان‌های بالاتر به دلیل افت حرارتی و راندمان به اشباع می‌رسد.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (منحنی V-I):رابطه نمایی مشخصه یک دیود را نشان می‌دهد. این منحنی با دما جابجا می‌شود.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:خروجی نور معمولاً با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. نرخ کاهش یک پارامتر کلیدی برای مدیریت حرارتی است.
• توزیع طیفی:نموداری که شدت تابش را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد، حول پیک 632 نانومتر با پهنای نیم‌ارتفاع (FWHM) حدود 20 نانومتر متمرکز است.

طراحان باید برای درک رفتار در شرایط غیراستاندارد (جریان‌های راه‌اندازی یا دماهای مختلف) به این منحنی‌ها مراجعه کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

بسته‌بندی 11-21 دارای فرم فاکتور بسیار فشرده‌ای است. ابعاد کلیدی (معمول، با تلرانس ±0.1mm) شامل موارد زیر می‌شود:

• طول: 2.0 میلی‌متر
• عرض: 1.25 میلی‌متر
• ارتفاع: 0.8 میلی‌متر

نقشه‌های مکانیکی دقیق، طرح پد، نمای کلی قطعه و الگوی پد PCB توصیه شده را برای اطمینان از لحیم‌کاری صحیح و پایداری مکانیکی مشخص می‌کنند.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً علامت‌گذاری شده است، اغلب توسط یک شکاف، علامت سبز رنگ، یا اندازه پد متفاوت در زیر قطعه. جهت‌گیری صحیح برای عملکرد مدار حیاتی است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

پروفیل ریفلو بدون سرب (Pb-free) توصیه می‌شود:

• پیش‌گرمایش:150 تا 200 درجه سانتی‌گراد به مدت 60 تا 120 ثانیه.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (217°C):60 تا 150 ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد، که بیش از 10 ثانیه نگه داشته نشود.
• نرخ گرمایش:حداکثر 6 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه.
• زمان بالاتر از 255°C:حداکثر 30 ثانیه.
• نرخ سرمایش:حداکثر 3 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه.

عمل ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی:

• از هویه با دمای نوک < 350 درجه سانتی‌گراد استفاده کنید.
• زمان تماس را به ≤ 3 ثانیه برای هر پایه محدود کنید.
• از هویه با توان نامی ≤ 25 وات استفاده کنید.
• بین لحیم‌کاری هر پایه حداقل فاصله 2 ثانیه رعایت کنید تا از شوک حرارتی جلوگیری شود.

6.3 نگهداری و حساسیت به رطوبت

ال ای دی‌ها در کیسه‌های مقاوم در برابر رطوبت همراه با ماده خشک‌کن بسته‌بندی شده‌اند.

• قبل از باز کردن:در دمای ≤ 30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤ 90% نگهداری شود.
• پس از باز کردن:"عمر مفید" (floor life) در دمای ≤ 30°C و رطوبت نسبی ≤ 60%، 1 سال است. قطعات استفاده نشده باید مجدداً مهر و موم شوند.
• پخت (بیکینگ):اگر ماده خشک‌کن نشان‌دهنده جذب رطوبت باشد یا زمان نگهداری بیش از حد مجاز باشد، قبل از استفاده به مدت 24 ساعت در دمای 60 ±5°C پخت شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 بسته‌بندی استاندارد

محصول در نوار حامل برجسته به عرض 8 میلی‌متر، پیچیده شده روی قرقره‌ای به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) عرضه می‌شود. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است.

7.2 توضیح برچسب

برچسب بسته‌بندی شامل چندین کد کلیدی است:

• CPN:شماره محصول مشتری (اختیاری).
• P/N:شماره قطعه کامل سازنده (مثلاً 11-21/R6C-AR2S2B/2T).
• QTY:تعداد ال ای دی‌ها روی قرقره.
• CAT:کد دسته شدت نور (مثلاً S2).
• HUE:کد دسته رنگ‌سنجی/طول موج غالب (مثلاً E6).
• REF:کد دسته ولتاژ مستقیم (مثلاً 1).
• LOT No:شماره دسته تولید قابل ردیابی.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• فضای داخلی خودرو:نور پس‌زمینه برای ابزارهای داشبورد، کلیدها و پنل‌های کنترل.
• مخابرات:نشانگرهای وضعیت و نور پس‌زمینه صفحه کلید در تلفن‌ها و فکس‌ها.
• الکترونیک مصرفی:نور پس‌زمینه تخت برای LCDهای کوچک، روشنایی کلیدها و نشانگرهای نمادین.
• نشانگر عمومی:وضعیت برق، نشانگر حالت و سیگنال‌های هشدار در طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی.

8.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• محدود کردن جریان:استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی الزامی است. مشخصه نمایی V-I ال ای دی به این معنی است که افزایش کوچکی در ولتاژ باعث افزایش شدید جریان می‌شود که منجر به خرابی فوری می‌گردد.
• مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که طرح PCB تخلیه حرارتی کافی را فراهم می‌کند، به ویژه هنگام کار نزدیک به حداکثر جریان یا در دمای محیط بالا.
• محافظت در برابر ESD:با وجود رتبه‌بندی 2000V HBM، محافظت ESD را روی خطوط ورودی پیاده‌سازی کنید و روش‌های صحیح حمل و نقل را در طول مونتاژ اعمال نمایید.
• ملاحظات شکل موج:برای تنظیم نور PWM، اطمینان حاصل کنید که مدار راه‌انداز می‌تواند جریان پیک (IFP) را در محدوده چرخه کاری و فرکانس مشخص شده تحمل کند.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با بسته‌بندی‌های ال ای دی قدیمی از نوع سوراخ‌دار (مثلاً 3mm یا 5mm)، ال ای دی SMD مدل 11-21 مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد:

• اندازه و چگالی:ابعاد به شدت کوچک‌تر امکان مینیاتوری‌سازی را فراهم می‌کند.
• هزینه مونتاژ:کاملاً سازگار با ماشین‌های پیک و پلیس و لحیم‌کاری ریفلو پرسرعت، که زمان و هزینه مونتاژ را در مقایسه با نصب دستی کاهش می‌دهد.
• عملکرد:اغلب مسیر حرارتی بهتری از طریق پدهای لحیم خود به PCB ارائه می‌دهد که می‌تواند عملکرد پایدارتری در دماهای مختلف فراهم کند.
• قابلیت اطمینان:ساختار نصب‌سطحی تنش خمش پایه‌ها را حذف می‌کند و می‌تواند مقاومت در برابر لرزش را بهبود بخشد.

در مقایسه با سایر ال ای دی‌های SMD (مانند 0402، 0603)، بسته‌بندی 11-21 ممکن است به دلیل حفره چیپ بزرگ‌تر بالقوه، خروجی نور بالاتری ارائه دهد و آن را به گزینه‌ای مناسب تبدیل کند زمانی که در قالبی همچنان فشرده به روشنایی کمی بیشتری نیاز است.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال: برای این ال ای دی از چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

پاسخ: از قانون اهم استفاده کنید: R = (ولتاژ منبع - VF) / IF. برای منبع 5 ولت، VF معمول 2.0 ولت و IF مورد نظر 20mA: R = (5 - 2.0) / 0.02 = 150 اهم. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد را انتخاب کنید (مثلاً 150Ω یا 160Ω) و اطمینان حاصل کنید که توان نامی مقاومت کافی است (P = I²R).

سوال: آیا می‌توانم این ال ای دی را بدون منبع جریان ثابت راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: بله، یک مقاومت سری ساده برای اکثر کاربردهای نشانگر کافی است، همانطور که در بالا توضیح داده شد. یک درایور جریان ثابت برای کاربردهایی که نیاز به کنترل دقیق روشنایی دارند یا در محدوده ولتاژ وسیعی کار می‌کنند مفید است.

سوال: چگونه شماره قطعه 11-21/R6C-AR2S2B/2T را تفسیر کنم؟

پاسخ: در حالی که رمزگشایی دقیق آن اختصاصی است، به طور کلی این الگو را دنبال می‌کند: "11-21" کد بسته‌بندی است. "R6C" احتمالاً نشان‌دهنده فناوری/رنگ چیپ (قرمز درخشان) است. "AR2S2B" و "2T" کدهای دسته‌بندی برای شدت، طول موج و ولتاژ هستند که مطابق با دسته‌های S2، E6/E7 و 2 (یا مشابه) تعریف شده در دیتاشیت می‌باشند.

سوال: آیا این ال ای دی برای استفاده در فضای باز مناسب است؟

پاسخ: محدوده دمای کاری (40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد) نشان می‌دهد که می‌تواند بسیاری از شرایط فضای باز را تحمل کند. با این حال، طول عمر در معرض نور مستقیم خورشید، اشعه UV و آب و هوای سخت به دوام رزین پوششی بستگی دارد که مشخص نشده است. برای کاربردهای حیاتی فضای باز، برای داده‌های قابلیت اطمینان با سازنده مشورت کنید.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک نشانگر وضعیت کم‌مصرف برای یک دستگاه پزشکی قابل حمل که با باتری 3.3 ولت تغذیه می‌شود.

انتخاب:ال ای دی 11-21 به دلیل اندازه کوچک و مصرف برق کم انتخاب شده است.

مراحل طراحی:

1. انتخاب جریان:برای حداکثر کردن عمر باتری، جریان راه‌اندازی 10mA به جای 20mA انتخاب می‌شود. منحنی‌های عملکرد دیتاشیت (در صورت موجود بودن) شدت نسبی در 10mA را نشان می‌دهند.
2. محاسبه مقاومت:با استفاده از یک VF محافظه‌کارانه 2.2 ولت (از حداکثر دسته 2) برای طراحی بدترین حالت: R = (3.3V - 2.2V) / 0.01A = 110 اهم.
3. بررسی توان:توان تلف شده مقاومت: P = (0.01A)² * 110Ω = 0.011 وات. یک مقاومت استاندارد 1/16 وات یا 1/10 وات بیش از حد کافی است.
4. طرح PCB:الگوی پد توصیه شده از دیتاشیت استفاده می‌شود. اتصالات تخلیه حرارتی به پدهای ال ای دی اضافه می‌شود تا هم لحیم‌کاری را تسهیل کند و هم مسیر حرارتی خوبی فراهم نماید.
5. ملاحظات نرم‌افزاری:پین GPIO میکروکنترلری که ال ای دی را راه‌اندازی می‌کند به عنوان خروجی درین باز پیکربندی شده و مقاومت به VCC متصل است، که اجازه می‌دهد ال ای دی با پایین کشیدن پین روشن شود.

این رویکرد عملکرد مطمئن، عمر طولانی باتری و قابلیت ساخت آسان را تضمین می‌کند.

12. اصل عملکرد

ال ای دی بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند PN نیمه‌هادی عمل می‌کند. این دستگاه از یک چیپ AlGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفید) استفاده می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه پیوند (تقریباً 1.8 ولت) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. در آنجا، آن‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlGaInP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور ساطع شده مطابقت دارد - در این مورد، قرمز درخشان (~632 نانومتر). پوشش رزین شفاف از چیپ محافظت می‌کند و به عنوان یک لنز عمل کرده، خروجی نور را در یک زاویه دید 60 درجه شکل می‌دهد.

13. روندهای فناوری

ال ای دی‌های SMD مانند مدل 11-21 نمایانگر یک فناوری بالغ و به طور گسترده پذیرفته شده هستند. روندهای فعلی در این بخش بر موارد زیر متمرکز است:

• افزایش راندمان:بهبودهای مستمر در علم مواد با هدف تولید لومن بیشتر در هر وات (کارایی بالاتر)، که امکان خروجی روشن‌تر در جریان یکسان یا روشنایی یکسان با مصرف برق کمتر را فراهم می‌کند.
• مینیاتوری‌سازی:کاهش مداوم در اندازه بسته‌بندی (مثلاً از 11-21 به اندازه‌های حتی کوچک‌تر مانند 0805، 0603، 0402) برای امکان طراحی PCB با چگالی بالاتر.
• بهبود ثبات رنگ:تلرانس‌های تنگ‌تر دسته‌بندی و تکنیک‌های پیشرفته تولید در سطح ویفر، تغییرات رنگ و روشنایی درون یک دسته تولید را کاهش می‌دهند.
• افزایش قابلیت اطمینان:توسعه رزین‌های پوششی و مواد اتصال چیپ مقاوم‌تر برای بهبود عملکرد در محیط‌های با دمای بالا، رطوبت بالا یا لرزش بالا، که گسترش به بازارهای خودرویی و صنعتی را ممکن می‌سازد.
• یکپارچه‌سازی:روندی به سمت یکپارچه‌سازی چندین چیپ ال ای دی (مانند RGB)، قطعات محافظتی مانند دیود زنر، یا حتی مقاومت‌های محدودکننده جریان در یک بسته واحد برای ساده‌سازی طراحی مدار و صرفه‌جویی در فضای برد.

در حالی که فناوری‌های جدیدتری مانند Micro-LED و OLED پیشرفته برای کاربردهای نمایشگر ظهور می‌کنند، ال ای دی‌های نشانگر SMD متعارف به دلیل مقرون‌به‌صرفه بودن، قابلیت اطمینان و سادگی، همچنان راه‌حل غالب برای نشانگر وضعیت، نور پس‌زمینه پنل‌ها و نورپردازی تزئینی باقی می‌مانند.