فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 2. بررسی عمیق مشخصات فنی
- 2.1 محدودیتهای مطلق حداکثر
- 2.2 ویژگیهای الکترواپتیکی
- 3. توضیح سیستم Binning
- 3.1 دستهبندی شدت نور
- 3.2 دستهبندی طول موج غالب
- 3.3 دستهبندی ولتاژ مستقیم
- 4. تحلیل منحنی عملکرد
- 4.1 شدت نور در مقابل جریان مستقیم
- 4.2 شدت نور در مقابل دمای محیط
- 4.3 منحنی کاهش جریان مستقیم
- 4.4 توزیع طیف
- 4.5 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم
- 4.6 نمودار تابش
- 5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 5.1 ابعاد بستهبندی
- 5.2 شناسایی قطبیت
- 6. دستورالعملهای لحیمکاری و مونتاژ
- 6.1 حفاظت در برابر جریان بیشازحد
- 6.2 ذخیرهسازی و حساسیت به رطوبت
- 6.3 پروفیل لحیمکاری ریفلو
- 6.4 لحیمکاری و تعمیر دستی
- 7. اطلاعات بستهبندی و سفارش
- 7.1 مشخصات قرقره و نوار
- 7.2 توضیح برچسب
- 8. پیشنهادات کاربردی
- 8.1 سناریوهای کاربردی معمول
- 8.2 ملاحظات طراحی
- 9. مقایسه و تمایز فنی
- 10. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
- 10.1 با منبع تغذیه 5V از چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟
- 10.2 آیا میتوانم این LED را با جریان 30 میلیآمپر برای روشنایی بیشتر راهاندازی کنم؟
- 10.3 چرا پس از باز کردن بسته مخصوص رطوبت، محدودیت 7 روزه وجود دارد؟
- 10.4 کد سطل "R6C-AP1Q2L/3T" در شماره قطعه نشانه چیست؟
- 11. طراحی عملی و مورد استفاده
- 12. معرفی اصل فناوری
- 13. روندها و تحولات صنعت
1. مرور کلی محصول
17-21/R6C-AP1Q2L/3T یک LED از نوع نصب سطحی (SMD) است که از فناوری نیمههادی AIGaInP برای تولید خروجی نور قرمز درخشان استفاده میکند. این قطعه برای کاربردهای PCB با چگالی بالا طراحی شده است که در آن فضا و وزن محدودیتهای بحرانی هستند. مزایای اصلی آن شامل کاهش چشمگیر ردپا در مقایسه با LEDهای نوع لیدفریم است که امکان طراحیهای برد فشردهتر، چگالی بستهبندی بالاتر و در نهایت تجهیزات نهایی کوچکتر را فراهم میکند. ساختار سبکوزن آن را بهویژه برای دستگاههای الکترونیکی مینیاتوری و قابل حمل مناسب میسازد.
The LED is packaged on 8mm tape wound onto a 7-inch diameter reel, making it fully compatible with standard automated pick-and-place assembly equipment. It is formulated to be Pb-free and compliant with major environmental regulations including RoHS, EU REACH, and halogen-free standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). The device is compatible with both infrared and vapor phase reflow soldering processes.
2. بررسی عمیق مشخصات فنی
2.1 محدودیتهای مطلق حداکثر
این دستگاه برای کار در شرایط حداکثر مطلق زیر درجهبندی شده است و فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. تمامی درجهبندیها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شدهاند.
- ولتاژ معکوس (VR): 5 V. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس میتواند باعث شکست پیوند شود.
- جریان مستقیم پیوسته (IF): 25 میلیآمپر. این حداکثر جریان مستقیم برای عملکرد مطمئن است.
- جریان مستقیم پیک (IFP): 60 میلیآمپر. این مقدار تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 در فرکانس 1 کیلوهرتز اعمال میشود.
- اتلاف توان (Pd): 60 mW. این حداکثر توانی است که بستهبندی میتواند تلف کند.
- تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان (HBM): 2000 V. در طول مونتاژ، رعایت روشهای صحیح کنترل الکتریسیته ساکن (ESD) الزامی است.
- محدوده دمای عملیاتی (Topr): 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس.
- محدوده دمای نگهداری (Tstg): ۴۰- درجه سلسیوس تا ۹۰+ درجه سلسیوس.
- دمای لحیمکاری (Tsol): این دستگاه میتواند لحیمکاری بازجریانی با دمای اوج ۲۶۰ درجه سلسیوس به مدت ۱۰ ثانیه، یا لحیمکاری دستی در دمای ۳۵۰ درجه سلسیوس به مدت ۳ ثانیه برای هر پایانه را تحمل کند.
2.2 ویژگیهای الکترواپتیکی
پارامترهای کلیدی عملکرد در دمای Ta=25°C و جریان آزمایش استاندارد IF=20 mA اندازهگیری میشوند. این پارامترها، خروجی نوری اصلی و رفتار الکتریکی LED را تعریف میکنند.
- شدت نور (Iv): از حداقل 45.0 mcd تا حداکثر 112.0 mcd متغیر است. مقدار معمول بر اساس کد بین خاص در این محدوده قرار میگیرد.
- زاویه دید (2θ1/2): یک زاویه دید گسترده معمولی 140 درجه، که روشنایی وسیع و یکنواختی فراهم میکند.
- طول موج اوج (λp): معمولاً 632 نانومتر، که نشاندهنده طولموجی است که توزیع توان طیفی در آن بیشترین مقدار را دارد.
- طول موج غالب (λd): از 617.5 نانومتر تا 633.5 نانومتر متغیر است. این درک تکطولموجی چشم انسان از رنگ LED است و پارامتری حیاتی برای یکنواختی رنگ محسوب میشود.
- پهنای باند طیفی (Δλ): معمولاً 20 نانومتر، که خلوص طیفی نور قرمز منتشرشده را تعریف میکند.
- ولتاژ پیشرو (VF): در جریان 20 میلیآمپر، از 1.7 ولت تا 2.3 ولت متغیر است. این پارامتر برای طراحی مدار و محاسبه مقاومت محدودکننده جریان حیاتی است.
- جریان معکوس (IR): حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس 5 ولت اعمال میشود. دستگاه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است.
نکات مهم: تلرانسها به صورت ±11% برای شدت نور، ±1nm برای طول موج غالب و ±0.05V برای ولتاژ مستقیم مشخص شدهاند. شرایط ولتاژ معکوس فقط برای آزمایش IR است؛ LED نباید در بایاس معکوس به کار گرفته شود.
3. توضیح سیستم Binning
برای اطمینان از عملکرد یکنواخت در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دستههای مختلف (بین) طبقهبندی میشوند. این امر به طراحان اجازه میدهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربرد از نظر روشنایی و رنگ را برآورده میسازند.
3.1 دستهبندی شدت نور
Binned at IF=20mA. The bin code (e.g., P1, Q2) defines the minimum and maximum luminous intensity.
- P1: 45.0 - 57.0 mcd
- P2: 57.0 - 72.0 mcd
- Q1: 72.0 - 90.0 mcd
- Q2: 90.0 - 112.0 mcd
3.2 دستهبندی طول موج غالب
در IF=20mA دستهبندی شده است. کد دسته (E4-E7) نقطه رنگ انتشار قرمز را تعریف میکند.
- E4: 617.5 - 621.5 nm
- E5: 621.5 - 625.5 nm
- E6: 625.5 - 629.5 نانومتر
- E7: 629.5 - 633.5 نانومتر
3.3 دستهبندی ولتاژ مستقیم
در IF=20mA دستهبندی شده است. کد دستهبندی (24-19) مشخصات الکتریکی را برای طراحی منبع تغذیه تعریف میکند.
- 19: 1.7 - 1.8 V
- 20: 1.8 - 1.9 V
- 21: 1.9 - 2.0 V
- 22: 2.0 - 2.1 V
- 23: 2.1 - 2.2 V
- 24: 2.2 - 2.3 V
4. تحلیل منحنی عملکرد
دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه میدهد که رفتار دستگاه را تحت شرایط مختلف نشان میدهند. این منحنیها برای طراحی سیستم مقاوم ضروری هستند.
4.1 شدت نور در مقابل جریان مستقیم
این منحنی یک رابطهی کلی خطی بین جریان مستقیم (IF) و شدت نور نسبی را تا حداکثر جریان نامی نشان میدهد. این تأیید میکند که خروجی نور در محدودهی عملکرد، مستقیماً با جریان راهاندازی متناسب است.
4.2 شدت نور در مقابل دمای محیط
این منحنی وابستگی خروجی نور به دما را نشان میدهد. شدت نور معمولاً با افزایش دمای محیط (Ta) کاهش مییابد، به ویژه بالاتر از دمای اتاق. این کاهش ظرفیت باید در کاربردهایی با دمای محیط بالا یا مدیریت حرارتی ضعیف در نظر گرفته شود.
4.3 منحنی کاهش جریان مستقیم
این نمودار حداکثر جریان مجاز پیوسته رو به جلو را به عنوان تابعی از دمای محیط تعریف میکند. با افزایش دما، حداکثر جریان مجاز باید کاهش یابد تا در محدودههای اتلاف توان دستگاه باقی بماند، از فرار حرارتی جلوگیری کند و قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین نماید.
4.4 توزیع طیف
منحنی خروجی طیفی، یک قله باریک و منفرد را نشان میدهد که حول 632 نانومتر متمرکز است و مشخصه LEDهای قرمز بر پایه AIGaInP میباشد. پهنای باند معمول 20 نانومتر، نشاندهنده اشباع رنگ خوب است.
4.5 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم
این منحنی جریان-ولتاژ رابطه نمایی مشخصه یک دیود را نشان میدهد. ولتاژ مستقیم با افزایش جریان افزایش مییابد و مقدار آن در 20 میلیآمپر پارامتر کلیدی مورد استفاده در دستهبندی و طراحی مدار است.
4.6 نمودار تابش
نمودار قطبی، توزیع فضایی شدت نور را نشان میدهد که زاویه دید گسترده 140 درجه را تأیید میکند. شدت نور در 0 درجه (عمود بر سطح LED) بیشترین مقدار است و به سمت لبهها کاهش مییابد.
5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
5.1 ابعاد بستهبندی
LED SMD 17-21 دارای یک بستهبندی مستطیلی فشرده است. ابعاد کلیدی (بر حسب میلیمتر، تلرانس ±0.1 میلیمتر مگر اینکه مشخص شده باشد) شامل طول بدنه 1.6 میلیمتر، عرض 0.8 میلیمتر و ارتفاع 0.6 میلیمتر میباشد. دیتاشیت یک نقشه دقیق ارائه میدهد که تمام ابعاد حیاتی، از جمله فاصله پد و توصیههای زمین لحیمکاری را نشان میدهد.
5.2 شناسایی قطبیت
کاتد به وضوح روی بستهبندی مشخص شده است. جهتدهی صحیح قطبیت در حین طراحی PCB و مونتاژ برای اطمینان از عملکرد صحیح ضروری است. نمودار دیتاشیت محل این نشانه را نسبت به هندسه بستهبندی نشان میدهد.
6. دستورالعملهای لحیمکاری و مونتاژ
6.1 حفاظت در برابر جریان بیشازحد
استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی اجباری است. ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی است، به این معنی که با گرم شدن پیوند، VF کاهش مییابد که در صورت تغذیه از یک منبع ولتاژ ثابت میتواند منجر به افزایش سریع جریان شود. این امر میتواند باعث فرار حرارتی و خرابی دستگاه شود. یک مقاومت سری، درایو جریان خطی و پایداری فراهم میکند.
6.2 ذخیرهسازی و حساسیت به رطوبت
The LEDs are packaged in a moisture-resistant barrier bag with desiccant to prevent moisture absorption, which can cause "popcorning" (package cracking) during reflow soldering.
- Do not open the bag until ready for use.
- پس از باز کردن، در صورت نگهداری در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60%، ظرف 168 ساعت (7 روز) استفاده شود.
- در صورت عدم استفاده در این مدت، یا در صورت نشان دادن اشباع توسط نشانگر رطوبتگیر، قطعات باید قبل از استفاده به مدت 24 ساعت در دمای 60 ±5°C پخته شوند.
6.3 پروفیل لحیمکاری ریفلو
یک پروفیل ریفلو بدون سرب مشخص شده است:
- پیشگرمایش: ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۶۰ تا ۱۲۰ ثانیه.
- Time Above Liquidus (TAL): ۶۰ تا ۱۵۰ ثانیه بالاتر از ۲۱۷ درجه سانتیگراد.
- دمای اوج: حداکثر ۲۶۰ درجه سانتیگراد، به مدت حداکثر ۱۰ ثانیه حفظ شود.
- نرخ گرمایش: حداکثر 6 درجه سانتیگراد بر ثانیه تا 255 درجه سانتیگراد، سپس حداکثر 3 درجه سانتیگراد بر ثانیه تا نقطه اوج.
- لحیمکاری Reflow نباید بیش از دو بار انجام شود.
- از اعمال تنش مکانیکی بر روی بستهبندی در حین گرمایش و سرمایش خودداری کنید.
6.4 لحیمکاری و تعمیر دستی
اگر hand soldering is necessary, use a soldering iron with a tip temperature <350°C, apply heat to each terminal for <3 seconds, and use an iron with a capacity of <25W. Allow a minimum 2-second interval between soldering each terminal. Repair after initial soldering is strongly discouraged. اگر absolutely unavoidable, use a dual-head soldering iron to simultaneously heat both terminals and lift the component to avoid stressing the solder joints. Always verify device functionality after any repair attempt.
7. اطلاعات بستهبندی و سفارش
7.1 مشخصات قرقره و نوار
قطعات در نوار حامل برجستهکاری شده بر روی قرقرههایی به قطر 7 اینچ عرضه میشوند. عرض نوار 8 میلیمتر است. هر قرقره حاوی 3000 قطعه میباشد. نقشههای دقیق ابعاد قرقره، ابعاد حفرههای نوار حامل و مشخصات نوار پوششی برای اطمینان از سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار ارائه شدهاند.
7.2 توضیح برچسب
برچسب قرقره شامل چند شناسه کلیدی است:
- CPN: شماره محصول مشتری (اختیاری).
- P/N: شماره کامل قطعه سازنده (مثال: 17-21/R6C-AP1Q2L/3T).
- تعداد: تعداد بستهبندی در هر قرقره (3000 عدد).
- CAT: رتبهبندی شدت روشنایی (به عنوان مثال، Q2).
- HUE: رتبهبندی فام/طول موج غالب (به عنوان مثال، E6).
- REF: رتبهبندی باین ولتاژ مستقیم (مثلاً 21).
- شماره LOT: شماره سری ساخت قابل ردیابی.
8. پیشنهادات کاربردی
8.1 سناریوهای کاربردی معمول
- نور پسزمینه: به دلیل اندازه کوچک و زاویه دید یکنواخت، برای نشانگرهای داشبورد، روشنایی سوئیچها و نور پسزمینه نمادها ایدهآل است.
- Telecommunication Equipment: نشانگرهای وضعیت و نور پسزمینه صفحه کلید در تلفنها، دستگاههای فکس و سایر تجهیزات ارتباطی.
- نور پسزمینه تخت LCD: میتواند در آرایههایی برای نمایشگرهای کوچک و کمحجم LCD استفاده شود.
- استفاده عمومی به عنوان نشانگر: وضعیت برق، نشانگر حالت و سیگنالهای هشدار در انواع گستردهای از لوازم الکترونیکی مصرفی و صنعتی.
8.2 ملاحظات طراحی
- Current Drive: همیشه از منبع جریان ثابت یا منبع ولتاژ با مقاومت سری استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از فرمول R = (Vsupply - VF) / IF محاسبه کنید، و از حداکثر مقدار VF موجود در دستهبندی یا دیتاشیت استفاده نمایید تا اطمینان حاصل شود که جریان در بدترین شرایط از 20mA (یا نقطه کار انتخاب شده) تجاوز نمیکند.
- مدیریت حرارتی: با وجود کوچک بودن پکیج، در صورت کارکرد در دمای محیط بالا یا نزدیک به جریان حداکثر، اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB یا وایاهای حرارتی وجود دارد تا دمای اتصال در محدوده مجاز حفظ شود.
- طراحی نوری: زاویه دید گسترده ۱۴۰ درجه، روشنایی وسیعی فراهم میکند. برای نور متمرکز، ممکن است به لنزها یا راهنماهای نور خارجی نیاز باشد.
- محافظت در برابر ESD: در طول جابجایی و مونتاژ، اقدامات احتیاطی استاندارد ESD را اجرا کنید. در صورتی که LED به پورتهای قابل دسترسی کاربر متصل است، اضافه کردن سرکش ولتاژ گذرا روی خطوط ورودی را در نظر بگیرید.
9. مقایسه و تمایز فنی
بستهبندی 17-21 مزایای متمایزی در زمینه LEDهای نشانگر ارائه میدهد.
- در مقابل LEDهای دارای پایه (مانند 3mm، 5mm): مزیت اصلی، کاهش چشمگیر فضای اشغالی و ارتفاع است که امکان طراحیهای مدرن و مینیاتوری را فراهم میکند. همچنین نیاز به قراردادن دستی و برش/خم کردن پایهها را از بین میبرد و فرآیند مونتاژ خودکار را سادهتر میکند.
- در مقابل سایر LEDهای SMD (مثلاً 0402، 0603): بستهبندی 17-21 (1.6x0.8mm) کمی بزرگتر از کوچکترین LEDهای چیپ است که در صورت لزوم، کار با آن و لحیمکاری دستی را آسانتر میکند، در حالی که همچنان بسیار فشرده است. همچنین ممکن است به دلیل اندازه بالقوه بزرگتر چیپ درون بستهبندی، خروجی نوری بالاتری ارائه دهد.
- فناوری مواد (AIGaInP): در مقایسه با فناوریهای قدیمیتر مانند GaAsP، AIGaInP با جریان ورودی یکسان، بازدهی بالاتر، خروجی درخشانتر و خلوص رنگ بهتری (قرمز اشباع) ارائه میدهد.
10. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
10.1 با منبع تغذیه 5V از چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟
با استفاده از حداکثر VF برابر با 2.3 ولت (از باین 24) و جریان هدف IF معادل 20 میلیآمپر برای ایمنی: R = (5V - 2.3V) / 0.020A = 135 اهم. نزدیکترین مقدار استاندارد 130 یا 150 اهم است. توان نامی مقاومت باید حداقل P = I^2 * R = (0.02^2)*150 = 0.06 وات باشد، بنابراین یک مقاومت 1/8W (0.125W) کافی است.
10.2 آیا میتوانم این LED را با جریان 30 میلیآمپر برای روشنایی بیشتر راهاندازی کنم؟
خیر. حداکثر جریان مجاز پیوسته مستقیم 25 میلیآمپر است. کارکرد با جریان 30 میلیآمپر از این حد مجاز فراتر میرود که باعث کاهش قابلیت اطمینان، تسریع افت شار نوری و ممکن است منجر به خرابی فوری شود. برای روشنایی بیشتر، LED را از دستهبندی شدت نور بالاتر (مانند Q2) یا سری محصولاتی که برای جریان بالاتر درجهبندی شدهاند انتخاب کنید.
10.3 چرا پس از باز کردن بسته مخصوص رطوبت، محدودیت 7 روزه وجود دارد؟
مواد بستهبندی پلاستیکی میتوانند رطوبت را از هوا جذب کنند. در طی فرآیند لحیمکاری ریفلو در دمای بالا، این رطوبت جذب شده به سرعت به بخار تبدیل میشود و فشار داخلی ایجاد میکند که میتواند باعث لایهلایه شدن بسته یا ترک خوردن لنز اپوکسی ("پاپ کورنینگ") شود. محدودیت ۷ روزه، تحت رطوبت کنترلشده، اطمینان میدهد که جذب رطوبت زیر سطح بحرانی باقی بماند.
10.4 کد سطل "R6C-AP1Q2L/3T" در شماره قطعه نشانه چیست؟
در حالی که رمزگشایی کامل ممکن است اختصاصی باشد، به طور معمول سری محصول (17-21)، رنگ (R برای قرمز، 6C احتمالاً مشخصکننده کروماتیسیته خاص) و بینهای عملکرد برای شدت، طول موج و ولتاژ (که توسط Q2 و غیره اشاره شده) را کدگذاری میکند. "3T" ممکن است به بستهبندی نوار اشاره داشته باشد. برای بینینگ دقیق، به کدهای CAT، HUE و REF روی برچسب قرقره مراجعه کنید.
11. طراحی عملی و مورد استفاده
سناریو: طراحی یک پنل وضعیت چند نشانگر برای یک دستگاه پزشکی قابل حمل.
دستگاه نیاز به 5 LED وضعیت قرمز مستقل (Battery Low, Charging, Error, Mode 1, Mode 2) روی یک PCB اصلی با تراکم بالا دارد. فضا بسیار محدود است و دستگاه باید سبک وزن باشد.
پیادهسازی راهحل:
- انتخاب قطعه: LED مدل 17-21/R6C-AP1Q2L/3T به دلیل ابعاد فوق فشرده 1.6x0.8 میلیمتری آن انتخاب شده است که در مقایسه با گزینههای بزرگتر، فضای باارزشی از برد را ذخیره میکند.
- طراحی مدار: میکروکنترلر سیستم با ولتاژ ۳.۳ ولت کار میکند. با استفاده از ولتاژ پیشروی معمول ۲.۰ ولت (بین ۲۱) و جریان طراحی ۱۵ میلیآمپر برای اطمینان از طول عمر زیاد و در نظر گرفتن تغییرات جزئی دما: R = (۳.۳V - ۲.۰V) / ۰.۰۱۵A = ۸۶.۷ اهم. یک مقاومت ۸۲ اهمی ۱٪ انتخاب شده که منجر به جریان کمی بالاتر در حدود ۱۶ میلیآمپر میشود که کاملاً در محدوده مجاز ۲۵ میلیآمپر قرار دارد.
- چیدمان PCB: LEDها با فاصله مرکز تا مرکز ۳.۰ میلیمتر قرار داده شدهاند تا جداسازی بصری واضحی فراهم شود. پد کاتد به پین GPIO میکروکنترلر (پیکربندی شده به عنوان خروجی درین باز) متصل شده تا LED را روشن/خاموش کند. پد آند از طریق مقاومت محدودکننده جریان به ۳.۳ ولت متصل میشود. یک ناحیه کوچک ممنوعه در زیر LED حفظ شده تا از جذب قلع جلوگیری شود.
- مونتاژ: LEDها بر روی قرقرههای نوار 8 میلیمتری عرضه میشوند که با دستگاه pick-and-place سازگار هستند. پروفیل reflow بدون سرب از بخش 6.3 در کوره برنامهریزی شده است. کارخانه فرآیندهای کنترل رطوبت را دنبال میکند و قرقرهای که بیش از 7 روز قبل از شروع تولید برای بررسی نمونه باز شده بود را bake میکند.
- نتیجه: مجموعهای قابل اعتماد، درخشان و یکنواخت از نشانگرهای وضعیت در حداقل فضای ممکن محقق شده است که به کوچکسازی کلی و قابلیت اطمینان دستگاه پزشکی نهایی کمک میکند.
12. معرفی اصل فناوری
این LED بر پایه ماده نیمههادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AIGaInP) رشد یافته بر روی یک زیرلایه است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم به دو سر پیوند p-n اعمال میشود، الکترونها از ناحیه نوع n و حفرهها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق میشوند. هنگامی که این حاملهای بار بازترکیب میشوند، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد میکنند. طول موج خاص نور منتشر شده - در این مورد، قرمز درخشان در حدود 632 نانومتر - توسط انرژی شکاف باند ترکیب آلیاژ AIGaInP تعیین میشود. با کنترل دقیق نسبتهای آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفر در طول رشد کریستال، سازندگان میتوانند شکاف باند را برای تولید رنگهای خاص در طیف قرمز، نارنجی و زرد با بازدهی و خلوص رنگ بالا تنظیم کنند. پکیج رزین اپوکسی برای محافظت از تراشه نیمههادی ظریف عمل میکند، به عنوان عدسی برای شکلدهی به پرتو خروجی نور (که منجر به زاویه دید 140 درجه میشود) عمل میکند و ساختار مکانیکی لازم برای لحیمکاری را فراهم میکند.
13. روندها و تحولات صنعت
روند در LEDهای نشانگر و نور پسزمینه همچنان به شدت به سمت مینیاتوریسازی، افزایش بازدهی و قابلیت اطمینان بالاتر ادامه دارد. بستههایی مانند 17-21 بخشی از این تکامل هستند که فاصله بین کوچکترین بستههای در مقیاس تراشه و SMDهای بزرگتر و سنتیتر را پر میکنند. تأکید فزایندهای بر تلرانسهای سختگیرانهتر دستهبندی (بینینگ) هم برای رنگ و هم برای شار نوری وجود دارد تا نیازهای کاربردهایی که ظاهر یکنواخت میطلبند، مانند آرایههای نشانگر و پنلهای نور پسزمینه، برآورده شود. علاوه بر این، تلاش برای دستیابی به بازدهی بالاتر (لومن بیشتر بر وات) مداوم است که علم مواد را برای بهبود بازده کوانتومی داخلی و استخراج نور از بسته تحت فشار قرار میدهد. یکپارچهسازی روند دیگری است، که در آن بستههای چند LEDی و LEDهای مجهز به IC داخلی برای کنترل یا محافظت رایجتر میشوند، اگرچه قطعات گسسته مانند 17-21 برای طراحیهای انعطافپذیر و مقرونبهصرفه ضروری باقی میمانند. انطباق محیطزیستی (RoHS, REACH, Halogen-Free) اکنون یک الزام استاندارد در سراسر صنعت است، همانطور که در مشخصات این قطعه منعکس شده است.
اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
عملکرد فوتوالکتریک
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| بازده نوری | lm/W (لومن بر وات) | خروجی نور به ازای هر وات برق، عدد بالاتر به معنای بازده انرژی بیشتر است. | مستقیماً تعیینکننده رتبه بازده انرژی و هزینه برق است. |
| شار نوری | lm (lumens) | کل نور ساطع شده از منبع، که معمولاً "روشنایی" نامیده میشود. | تعیین میکند که آیا نور به اندازه کافی روشن است یا خیر. |
| زاویه دید | ° (درجه)، به عنوان مثال، 120° | زاویهای که در آن شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده و یکنواختی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| CCT (دمای رنگ) | K (کلوین)، مثلاً 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایینتر زرد/گرم، مقادیر بالاتر سفید/سرد. | تعیین کننده جو نورپردازی و سناریوهای مناسب. |
| CRI / Ra | بدون واحد، ۰ تا ۱۰۰ | توانایی نمایش دقیق رنگهای اشیا، Ra≥۸۰ خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای پرتقاضا مانند مراکز خرید و موزهها استفاده میشود. |
| SDCM | مراحل بیضی مکآدام، به عنوان مثال، "5-step" | معیار یکنواختی رنگ، مراحل کوچکتر به معنای یکنواختی رنگ بیشتر است. | یکنواختی رنگ در سرتاسر یک دسته LED یکسان را تضمین میکند. |
| Dominant Wavelength | نانومتر (nm)، به عنوان مثال، 620 نانومتر (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. | تعیین کننده رنگآمیزی (hue) LEDهای تکرنگ قرمز، زرد و سبز. |
| توزیع طیفی | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت را در طولموجهای مختلف نشان میدهد. | بر بازتولید رنگ و کیفیت تأثیر میگذارد. |
Electrical Parameters
| اصطلاح | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم | Vf | حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". | ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع میشوند. |
| Forward Current | اگر | مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| حداکثر جریان پالس | Ifp | جریان اوج قابل تحمل برای دورههای کوتاه، مورد استفاده برای کمنور کردن یا چشمک زدن. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| Reverse Voltage | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. | مدار باید از اتصال معکوس یا افزایش ناگهانی ولتاژ جلوگیری کند. |
| مقاومت حرارتی | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از چیپ به لحیم، هرچه کمتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به دفع حرارت قویتر دارد. |
| ایمنی در برابر تخلیه الکترواستاتیک | V (HBM)، به عنوان مثال، 1000V | توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، مقدار بالاتر به معنای آسیبپذیری کمتر است. | در فرآیند تولید نیاز به اقدامات ضد الکتریسیته ساکن است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
Thermal Management & Reliability
| اصطلاح | شاخص کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی در داخل تراشه LED. | کاهش هر 10 درجه سانتیگراد ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ دمای بیش از حد بالا باعث افت نور و تغییر رنگ میشود. |
| افت لومن | L70 / L80 (hours) | زمان کاهش روشنایی تا 70% یا 80% مقدار اولیه. | مستقیماً "طول عمر مفید" LED را تعریف میکند. |
| نگهداری لومن | % (مثلاً 70%) | درصد روشنایی حفظشده پس از زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در استفاده بلندمدت. |
| Color Shift | Δu′v′ یا بیضی مکآدام | درجه تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنههای نورپردازی تأثیر میگذارد. |
| Thermal Aging | Material degradation | تخریب ناشی از دمای بالا در طولانیمدت. | ممکن است باعث کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
Packaging & Materials
| اصطلاح | انواع رایج | توضیح ساده | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC, PPA, Ceramic | ماده بدنه که تراشه را محافظت کرده و رابط نوری/حرارتی را فراهم میکند. | EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ Ceramic: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانیتر. |
| Chip Structure | Front, Flip Chip | Chip electrode arrangement. | Flip chip: better heat dissipation, higher efficacy, for high-power. |
| پوشش فسفری | YAG, Silicate, Nitride | تراشههای آبی را پوشش میدهد، برخی را به زرد/قرمز تبدیل میکند و با ترکیب به سفید میرسد. | فسفرهای مختلف بر بازده نوری، دمای رنگ و شاخص نمود رنگ تأثیر میگذارند. |
| Lens/Optics | تخت، میکرولنز، TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
Quality Control & Binning
| اصطلاح | Binning Content | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دستهبندی شار نوری | Code e.g., 2G, 2H | گروهبندی بر اساس روشنایی، هر گروه دارای مقادیر حداقل/حداکثر لومن است. | یکنواختی روشنایی در یک دسته را تضمین میکند. |
| Voltage Bin | Code e.g., 6W, 6X | گروهبندی شده بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | تطبیق درایور را تسهیل میکند، راندمان سیستم را بهبود میبخشد. |
| Color Bin | بیضی مکآدام ۵-گامی | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، تضمین محدوده تنگ. | تضمین یکنواختی رنگ، جلوگیری از ناهماهنگی رنگ در داخل چراغ. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K etc. | بر اساس CCT گروهبندی شدهاند، هر کدام محدوده مختصات مربوط به خود را دارند. | الزامات CCT صحنههای مختلف را برآورده میکند. |
Testing & Certification
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمایش حفظ شار نوری | روشنایی طولانی مدت در دمای ثابت، ثبت کاهش روشنایی. | برای تخمین عمر LED (با TM-21) استفاده میشود. |
| TM-21 | استاندارد تخمین عمر | عمر را تحت شرایط واقعی بر اساس دادههای LM-80 تخمین میزند. | پیشبینی علمی عمر را ارائه میدهد. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | روشهای آزمایش نوری، الکتریکی و حرارتی را پوشش میدهد. | مبنای آزمایشی مورد تأیید صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهینامهی محیط زیستی | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | الزام دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهینامه بهرهوری انرژی | گواهینامه بهرهوری انرژی و عملکرد برای روشنایی. | مورد استفاده در تدارکات دولتی، برنامههای یارانهای، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |