دیتاشیت SMD LED مدل 91-21SURC/S530-A6/TR7 - ابعاد 2.0x1.25x1.1mm - ولتاژ 2.0V - توان 60mW - رنگ قرمز درخشان - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک LED از نوع نصب سطحی (SMD) با شماره قطعه 91-21SURC/S530-A6/TR7 را ارائه می‌دهد. این قطعه یک LED تک‌رنگ قرمز درخشان است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن نیازمند مینیاتوری‌سازی، قابلیت اطمینان و مونتاژ کارآمد طراحی شده است.

مزیت اصلی این LED در بسته‌بندی فشرده و استاندارد EIA آن نهفته است که ابعادی در حدود 2.0x1.25x1.1 میلی‌متر دارد. این ابعاد کوچک امکان کاهش چشمگیر اندازه برد مدار چاپی (PCB)، افزایش تراکم قطعات، کاهش فضای ذخیره‌سازی مورد نیاز و در نهایت کمک به توسعه تجهیزات نهایی کوچک‌تر را فراهم می‌کند. وزن کم آن نیز آن را به انتخابی ایده‌آل برای کاربردهای مینیاتوری و قابل حمل تبدیل می‌کند. علاوه بر این، بسته‌بندی آن کاملاً با تجهیزات اتوماتیک Pick-and-Place سازگار است که دقت و یکنواختی بالای مونتاژ در محیط‌های تولید انبوه را تضمین می‌کند.

این محصول با دستورالعمل‌های اصلی زیست‌محیطی و ایمنی مطابقت دارد. به عنوان یک قطعه بدون سرب (Pb-free) تولید می‌شود. خود محصول در محدوده مشخصات نسخه سازگار با RoHS (محدودیت مواد خطرناک) باقی می‌ماند. همچنین با مقررات REACH اتحادیه اروپا مطابقت داشته و الزامات بدون هالوژن را برآورده می‌کند، به طوری که محتوای برم (Br) و کلر (Cl) هر کدام کمتر از 900 ppm و مجموع آن‌ها کمتر از 1500 ppm است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

مقادیر حداکثر مطلق محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر برای کارکرد مداوم نیستند.

• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوند (junction breakdown) شود.
• جریان پیشروی پیوسته (I_F):25 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC توصیه شده برای کارکرد قابل اطمینان بلندمدت است.
• جریان پیشروی پیک (I_FP):60 میلی‌آمپر. این جریان می‌تواند در شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 در فرکانس 1 کیلوهرتز اعمال شود.
• اتلاف توان (P_d):60 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که بسته‌بندی در دمای محیط (T_a) 25 درجه سانتی‌گراد می‌تواند تلف کند. در دماهای بالاتر ممکن است نیاز به کاهش رتبه (دری‌رِیتینگ) باشد.
• دمای کارکرد (T_opr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه برای عملکرد در این محدوده دمای محیط طراحی شده است.
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان (HBM):2000 ولت. باید روش‌های صحیح جابجایی ESD رعایت شود.
• دمای لحیم‌کاری:برای لحیم‌کاری رفلو، دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 10 ثانیه مشخص شده است. برای لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه نباید از 350 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه در هر پایه تجاوز کند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

مشخصات الکترواپتیکال در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد و جریان پیشروی 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این پارامترها خروجی نور و عملکرد الکتریکی را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_v):مقدار معمول 1232 میلی‌کاندلا (mcd) با حداقل 802 mcd است. این نشان‌دهنده خروجی بسیار درخشان نسبت به اندازه آن است.
• زاویه دید (2θ_1/2):25 درجه (معمول). این یک زاویه دید نسبتاً باریک است که خروجی نور را در یک پرتو جهت‌دار متمرکز می‌کند.
• طول موج پیک (λ_p):632 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):624 نانومتر (معمول). این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ را به عنوان قرمز درخشان تعریف می‌کند.
• پهنای باند طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمول). این عرض طیف منتشر شده را در نصف حداکثر شدت (FWHM) اندازه‌گیری می‌کند.
• ولتاژ پیشروی (V_F):2.0 ولت (معمول)، با محدوده‌ای از 1.7 ولت (حداقل) تا 2.4 ولت (حداکثر) در جریان 20 میلی‌آمپر. استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی برای جلوگیری از فرار حرارتی (thermal runaway) الزامی است، زیرا V_FLED دارای ضریب دمایی منفی است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس 5 ولت.

2.3 انتخاب دستگاه و دسته‌بندی (بینینگ)

این LED از ماده چیپ AlGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیم فسفید) برای تولید رنگ قرمز درخشان خود استفاده می‌کند. لنز رزینی آن شفاف (water-clear) است که خروجی نور را حداکثر کرده و خلوص رنگ را حفظ می‌کند. دیتاشیت نشان‌دهنده وجود یک سیستم دسته‌بندی (بینینگ) برای پارامترهای کلیدی است، اگرچه جزئیات کدهای بین خاص در این بخش ارائه نشده است. به طور معمول، چنین سیستم‌هایی شامل رتبه‌بندی برای موارد زیر هستند:

• شدت نور (CAT):LEDها را بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده گروه‌بندی می‌کند.
• طول موج غالب / فام رنگ (HUE):LEDها را بر اساس نقطه رنگ دقیق آن‌ها گروه‌بندی می‌کند.
• ولتاژ پیشروی (REF):LEDها را بر اساس V_F characteristics.

آن‌ها گروه‌بندی می‌کند. این دسته‌بندی به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با عملکرد کاملاً همسان را برای کاربردهای نیازمند یکنواختی، مانند آرایه‌های نور پس‌زمینه یا خوشه‌های نشانگر وضعیت، انتخاب کنند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

اگرچه نمودارهای خاص در متن به تفصیل شرح داده نشده‌اند، اما منحنی‌های مشخصه الکترواپتیکال معمول برای چنین LEDای شامل موارد زیر خواهد بود:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان پیشروی (I_vدر مقابل I_F):این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در جریان‌های بالاتر به دلیل گرمایش و افت بازده (efficiency droop) به صورت زیرخطی است.
• ولتاژ پیشروی در مقابل جریان پیشروی (V_Fدر مقابل I_F):این منحنی I-V دیود است که رابطه نمایی را نشان می‌دهد. برای طراحی مدار درایور بسیار حیاتی است.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط (I_vدر مقابل T_a):این منحنی اثر خاموشی حرارتی (thermal quenching) را نشان می‌دهد، جایی که خروجی نور با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. درک این موضوع برای مدیریت حرارت در کاربردهای با توان بالا یا دمای محیط بالا کلیدی است.
• توزیع توان طیفی:نموداری که شدت نور منتشر شده را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد، که حول 632 نانومتر با پهنای باند حدود 20 نانومتر متمرکز شده است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد کلی بسته‌بندی

LED در یک بسته‌بندی SMD استاندارد قرار دارد. ابعاد کلیدی (معمول، بر حسب میلی‌متر، تلرانس ±0.1 مگر اینکه ذکر شده باشد) شامل طول بدنه حدود 2.0 میلی‌متر، عرض 1.25 میلی‌متر و ارتفاع 1.1 میلی‌متر است. بسته‌بندی شامل دو پایه آند/کاتد برای لحیم‌کاری است. یک نشانگر قطبیت (احتمالاً یک شکاف یا علامت روی بسته‌بندی) کاتد را مشخص می‌کند. برای طراحی دقیق چیدمان پد روی PCB و اطمینان از لحیم‌کاری و تراز صحیح، باید به نقشه‌های مکانیکی دقیق مراجعه کرد.

4.2 بسته‌بندی برای حمل‌ونقل و جابجایی

قطعات به صورت نوار و قرقره (tape-and-reel) سازگار با مونتاژ اتوماتیک عرضه می‌شوند. آن‌ها بر روی نوار به عرض 12 میلی‌متر که روی قرقره‌ای به قطر 7 اینچ سوار شده است، بسته‌بندی می‌شوند. هر قرقره حاوی 1000 قطعه است. از نظر حساسیت به رطوبت، قرقره‌ها در داخل یک کیسه ضد رطوبت آلومینیومی به همراه یک ماده خشک‌کن (دسیکانت) مهر و موم می‌شوند. یک برچسب روی کیسه اطلاعات حیاتی از جمله شماره محصول، شماره سری ساخت، تعداد و کدهای دسته‌بندی (بینینگ) مذکور (CAT, HUE, REF) را ارائه می‌دهد.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری، مونتاژ و جابجایی

5.1 ذخیره‌سازی و حساسیت به رطوبت

این LED به رطوبت حساس است. قبل از باز کردن کیسه مهر و موم شده، باید در دمای ≤ 30°C و رطوبت نسبی ≤ 90% ذخیره شود. پس از باز کردن، "عمر کف کارخانه" (زمانی که قطعات می‌توانند در معرض شرایط محیطی کارخانه قرار گیرند) در دمای ≤ 30°C و رطوبت نسبی ≤ 60%، 72 ساعت است. قطعات استفاده نشده باید در یک کیسه ضد رطوبت با ماده خشک‌کن تازه دوباره مهر و موم شوند. اگر نشانگر خشک‌کن تغییر رنگ داده یا زمان قرارگیری در معرض محیط بیش از حد مجاز باشد، قبل از لحیم‌کاری نیاز به عملیات پخت (بیکینگ) در دمای 60 ± 5°C به مدت 24 ساعت است.

5.2 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل لحیم‌کاری رفلو بدون سرب (Pb-free) مشخص شده است:

• پیش‌گرمایش:از دمای محیط تا 150-200 درجه سانتی‌گراد در 60-120 ثانیه (حداکثر نرخ افزایش دما 3 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه).
• رفلو:زمان بالاتر از نقطه مایع (217 درجه سانتی‌گراد) باید 60-150 ثانیه باشد. دمای پیک نباید از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان در محدوده 5 درجه سانتی‌گراد از پیک حداکثر باید 10 ثانیه باشد. زمان بالای 255 درجه سانتی‌گراد نباید از 30 ثانیه تجاوز کند.
• خنک‌سازی:حداکثر نرخ خنک‌سازی 6 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه.

لحیم‌کاری رفلو نباید بیش از دو بار روی یک قطعه انجام شود. در حین گرمایش یا خنک‌سازی نباید هیچ تنش مکانیکی به LED وارد شود.

5.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر

اگر لحیم‌کاری دستی اجتناب‌ناپذیر است، از یک هویه با دمای نوک ≤ 350°C استفاده کرده و حرارت را به هر پایه برای ≤ 3 ثانیه اعمال کنید. توان هویه باید ≤ 25 وات باشد. بین لحیم‌کاری هر پایه حداقل 2 ثانیه فاصله خنک‌شدن در نظر بگیرید. تعمیر (روورک) به شدت توصیه نمی‌شود. در صورت ضرورت مطلق، باید از یک هویه دو سر مخصوص طراحی شده برای قطعات SMD استفاده کرد تا هر دو پایه به طور همزمان گرم شده و قطعه بدون آسیب به پدهای PCB یا خود قطعه برداشته شود. تأثیر تعمیر بر عملکرد LED باید تأیید شود.

6. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 کاربردهای متداول

این LED SMD فشرده و پرنور برای طیف گسترده‌ای از کاربردها مناسب است، از جمله:

• نشانگرهای وضعیت کوچک در تجهیزات داخلی مصرفی و صنعتی.
• نور پس‌زمینه تخت برای پنل‌های LCD، کلیدهای ممبران و نمادها.
• نشانگر و نور پس‌زمینه در تجهیزات اتوماسیون اداری (پرینترها، اسکنرها).
• نشانگرهای دستگاه‌های با باتری (مانند ابزارهای قابل حمل، دستگاه‌های پزشکی).
• چراغ‌های نشانگر در تجهیزات صوتی/تصویری.
• نور پس‌زمینه برای داشبورد خودرو (نشانگرهای ثانویه) و کلیدهای کنترل.
• نشانگرهای تجهیزات مخابراتی (تلفن‌ها، فکس‌ها).

6.2 ملاحظات حیاتی طراحی

• محدود کردن جریان:استفاده از یک مقاومت سری خارجی برای تنظیم جریان پیشروی الزامی است. مدار درایور باید طوری طراحی شود که از اسپایک جریان یا تجاوز از مقادیر حداکثر مطلق جلوگیری کند.
• مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان کم است، اما اطمینان از یک مسیر حرارتی خوب از طریق پدهای PCB برای حفظ شدت نور و قابلیت اطمینان بلندمدت، به ویژه در دمای محیط بالا یا هنگام راه‌اندازی نزدیک به جریان حداکثر، مهم است.
• محافظت در برابر ESD:محافظت ESD مناسب را روی خطوط ورودی پیاده‌سازی کرده و روش‌های جابجایی صحیح را در حین مونتاژ رعایت کنید.
• طراحی اپتیکال:زاویه دید 25 درجه یک پرتو جهت‌دار فراهم می‌کند. برای روشنایی گسترده‌تر، ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (پخش‌کننده‌های نور، راهنمای نور) باشد.

7. قابلیت اطمینان و تضمین کیفیت

محصول تحت مجموعه جامعی از آزمایش‌های قابلیت اطمینان با سطح اطمینان 90% و درصد نقص قابل تحمل در هر دسته (LTPD) 10% قرار می‌گیرد. موارد کلیدی آزمایش شامل:

• مقاومت در برابر لحیم‌کاری رفلو (260°C/10s).
• شوک حرارتی (10- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد).
• چرخه دمایی (40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد).
• ذخیره‌سازی در دمای بالا/رطوبت بالا (85°C/85% RH، 1000 ساعت با بایاس).
• ذخیره‌سازی در دمای بالا و پایین.
• آزمایش عمر کارکرد DC (1000 ساعت در 20 میلی‌آمپر).

این آزمایش‌ها استحکام LED تحت تنش‌های محیطی و عملیاتی مختلف را تأیید می‌کنند و اطمینان حاصل می‌کنند که محصول نهایی استانداردهای صنعتی کیفیت و دوام را برآورده می‌کند.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر LEDهای سوراخ‌دار (through-hole)، این LED SMD مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد: ابعاد بسیار کوچک‌تر، مناسب‌بودن برای مونتاژ اتوماتیک پرسرعت و عملکرد حرارتی بهتر به دلیل نصب مستقیم روی PCB. در دسته LEDهای SMD، تمایزات کلیدی آن ترکیب خاص شدت نور بسیار بالا (1232 mcd معمول) از یک بسته‌بندی کوچک 2.0 میلی‌متری، رنگ قرمز درخشان کاملاً تعریف شده از فناوری AlGaInP و مطابقت جامع با استانداردهای زیست‌محیطی (RoHS, REACH, Halogen-Free) است. زاویه دید باریک آن را برای کاربردهای نیازمند پرتو جهت‌دار برتر می‌سازد تا انتشار همه‌جهته.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

9.1 برای راه‌اندازی این LED با جریان 20 میلی‌آمپر از منبع 5 ولت، چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

با استفاده از قانون اهم: R = (V_منبع- V_F) / I_F. با V_Fمعمول 2.0 ولت، R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 اهم. برای در نظر گرفتن حداکثر V_F(2.4V) و اطمینان از عدم تجاوز جریان از 25 میلی‌آمپر، برای بدترین حالت محاسبه کنید: R_حداقل= (5V - 1.7V) / 0.025A = 132 اهم. یک مقاومت استاندارد 150 اهم نقطه شروع خوبی است که با یک LED معمولی تقریباً 20 میلی‌آمپر جریان فراهم می‌کند. همیشه جریان واقعی در مدار را تأیید کنید.

9.2 آیا می‌توانم از مدولاسیون عرض پالس (PWM) برای کم‌نور کردن این LED استفاده کنم؟

بله، PWM یک روش مؤثر برای کم‌نور کردن LEDها است. جریان پیشروی در طول پالس "روشن" نباید از رتبه جریان پیشروی پیک (60 میلی‌آمپر در چرخه کاری 1/10 و فرکانس 1 کیلوهرتز) تجاوز کند. برای کم‌نور کردن، اطمینان حاصل کنید که فرکانس PWM به اندازه کافی بالا باشد (معمولاً >100 هرتز) تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود.

9.3 چرا روش‌های ذخیره‌سازی و جابجایی اینقدر سخت‌گیرانه است؟

بسته‌بندی پلاستیکی رزینی می‌تواند رطوبت را از هوا جذب کند. در طی فرآیند لحیم‌کاری رفلو با دمای بالا، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت منبسط شود و باعث جدایش داخلی یا "ترکیدن" (popcorning) شود که بسته‌بندی را ترک داده و LED را از بین می‌برد. سطح حساسیت به رطوبت (MSL) و روش‌های پخت (بیکینگ) از این حالت خرابی جلوگیری می‌کنند.

10. اصل عملکرد و فناوری

این LED بر اساس فناوری نیمه‌هادی AlGaInP ساخته شده است. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی بیشتر از پتانسیل پیوند دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. در مواد AlGaInP، این بازترکیب انرژی را عمدتاً به شکل فوتون در ناحیه قرمز تا کهربایی طیف مرئی آزاد می‌کند. ترکیب آلیاژ خاص آلومینیوم، گالیم، ایندیم و فسفر، انرژی گاف نواری دقیق و در نتیجه طول موج غالب نور منتشر شده را تعیین می‌کند که در این مورد قرمز درخشان است. لنز اپوکسی شفاف (water-clear) چیپ را محصور کرده، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و پرتو خروجی نور را شکل می‌دهد.