دیتاشیت LED SMD مدل 17-21/G6C-FP1Q1B/3T - ابعاد 1.6x0.8x0.6 میلی‌متر - ولتاژ 1.75-2.35 ولت - توان 60 میلی‌وات - رنگ زرد سبز درخشان - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

مدل 17-21/G6C-FP1Q1B/3T یک LED از نوع مونتاژ سطحی (SMD) است که از فناوری چیپ آلگاین‌پی (AlGaInP) برای تولید نور زرد سبز درخشان استفاده می‌کند. این قطعه برای کاربردهای PCB با چگالی بالا طراحی شده است که محدودیت فضا و وزن از اهمیت بالایی برخوردار است. ابعاد فشرده 1.6x0.8x0.6 میلی‌متری آن امکان کاهش چشمگیر اندازه برد و ابعاد تجهیزات را در مقایسه با LEDهای سنتی با پایه‌های سیمی فراهم می‌کند.

این LED بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌ای به قطر 7 اینچ بسته‌بندی شده است که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place سازگار می‌کند. این قطعه برای فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز و فاز بخار واجد شرایط است. دستگاه به صورت تک رنگ با لنز رزینی شفاف (واتر کلیر) ساخته شده است. این محصول به صورت بدون سرب (Pb-free) تولید شده و با مقررات کلیدی زیست‌محیطی از جمله RoHS، EU REACH و استانداردهای بدون هالوژن (Br <900 ppm، Cl <900 ppm، Br+Cl < 1500 ppm) مطابقت دارد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزیت اصلی این LED اندازه مینیاتوری آن است که مستقیماً به معنای چگالی بسته‌بندی بالاتر روی PCB، نیاز کمتر به فضای ذخیره‌سازی و در نهایت، توسعه تجهیزات نهایی کوچک‌تر است. ساختار سبک وزن آن همچنین آن را برای کاربردهای الکترونیکی قابل حمل و مینیاتوری ایده‌آل می‌کند.

کاربردهای هدف متنوع هستند و بر عملکردهای نشانگر (اندیکاتور) و نور پس‌زمینه (بک‌لایت) متمرکزند. بازارهای کلیدی شامل فضای داخلی خودرو (مانند نور پس‌زمینه داشبورد و کلیدها)، تجهیزات مخابراتی (مانند نشانگر و نور پس‌زمینه در تلفن‌ها و فکس‌ها) و الکترونیک عمومی که نیاز به نور پس‌زمینه تخت برای LCDها، کلیدها و نمادها دارند، می‌شود.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق (Absolute Maximum Ratings)

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا زیر آن تضمین نمی‌شود.

• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوند (junction breakdown) شود.
• جریان مستقیم (I_F):25 میلی‌آمپر DC. جریان کاری پیوسته نباید از این مقدار تجاوز کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):60 میلی‌آمپر. این مقدار تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 در فرکانس 1 کیلوهرتز مجاز است.
• توان تلف شده (P_d):60 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که بسته (پکیج) می‌تواند در دمای محیط (T_a) 25 درجه سانتی‌گراد تلف کند.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):درجه‌بندی مدل بدن انسان (HBM) معادل 2000 ولت. رعایت روش‌های صحیح کنترل ESD الزامی است.
• دمای کاری (T_opr):از 40- درجه سانتی‌گراد تا +85 درجه سانتی‌گراد. عملکرد دستگاه در این محدوده دمای محیط تضمین می‌شود.
• دمای نگهداری (T_stg):از 40- درجه سانتی‌گراد تا +90 درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری (T_sol):برای لحیم‌کاری ریفلو، دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 10 ثانیه مشخص شده است. برای لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه باید زیر 350 درجه سانتی‌گراد و برای حداکثر 3 ثانیه در هر ترمینال باشد.

2.2 مشخصات الکترو-اپتیکال

این پارامترها در T_a=25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول دستگاه را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_v):در محدوده 45.0 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 90.0 میلی‌کاندلا (حداکثر) در جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر. مقدار معمول در این محدوده دسته‌بندی (بین) قرار می‌گیرد.
• زاویه دید (2\u03b8_1/2):یک زاویه دید عریض معمول معادل 140 درجه.
• طول موج پیک (\u03bb_p):معمولاً 575 نانومتر.
• طول موج غالب (\u03bb_d):در محدوده 570.0 نانومتر (حداقل) تا 574.5 نانومتر (حداکثر) که رنگ درک شده را به عنوان زرد سبز درخشان تعریف می‌کند.
• پهنای باند طیفی (\u0394\u03bb):معمولاً 20 نانومتر، اندازه‌گیری شده در نصف شدت پیک (FWHM).
• ولتاژ مستقیم (V_F):در محدوده 1.75 ولت (حداقل) تا 2.35 ولت (حداکثر) در I_F=20 میلی‌آمپر.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت اعمال شود.نکته مهم:این دستگاه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این شرایط آزمایش تنها برای مشخص‌سازی جریان نشتی است.

تلرانس‌ها:دیتاشیت تلرانس‌های ساخت را مشخص می‌کند: شدت نور (\u00b111%)، طول موج غالب (\u00b11 نانومتر) و ولتاژ مستقیم (\u00b10.1 ولت).

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

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

3.1 دسته‌بندی شدت نور

دسته‌ها با کدهای P1، P2 و Q1 تعریف شده‌اند که در I_F=20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند.

• P1:45.0 \u2013 57.0 میلی‌کاندلا
• P2:57.0 \u2013 72.0 میلی‌کاندلا
• Q1:72.0 \u2013 90.0 میلی‌کاندلا

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

دسته‌ها با کدهای CC2، CC3 و CC4 تعریف شده‌اند که در I_F=20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند.

• CC2:570.00 \u2013 571.50 نانومتر
• CC3:571.50 \u2013 573.00 نانومتر
• CC4:573.00 \u2013 574.50 نانومتر

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

دسته‌ها با کدهای 0، 1 و 2 تعریف شده‌اند که در I_F=20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند.

• 0:1.75 \u2013 1.95 ولت
• 1:1.95 \u2013 2.15 ولت
• 2:2.15 \u2013 2.35 ولت

شماره قطعه خاص 17-21/G6C-FP1Q1B/3T این کدهای دسته‌بندی را در بر می‌گیرد، که در آن \"FP1Q1B\" احتمالاً نشان‌دهنده دسته‌های خاص شدت (Q1) و سایر مشخصات است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکترو-اپتیکال معمول اشاره می‌کند. اگرچه این منحنی‌ها در متن ارائه شده نمایش داده نشده‌اند، اما چنین منحنی‌هایی معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (I_F):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، معمولاً به صورت یک رابطه زیرخطی که در جریان‌های بالاتر به اشباع می‌رسد.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-V):رابطه نمایی را نشان می‌دهد که برای طراحی مدارهای محدودکننده جریان بسیار مهم است.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای پیوند (junction) را نشان می‌دهد که یک ملاحظه کلیدی برای مدیریت حرارتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج که پیک در حدود 575 نانومتر و پهنای باند FWHM حدود 20 نانومتر را نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها برای طراحان جهت پیش‌بینی عملکرد در شرایط غیراستاندارد (جریان‌ها و دماهای مختلف) و بهینه‌سازی مدار درایو ضروری هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته (پکیج)

LED SMD مدل 17-21 دارای یک بسته مستطیلی فشرده است. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر، با تلرانس \u00b10.1 میلی‌متر مگر خلاف آن مشخص شده باشد) شامل اندازه بدنه تقریباً 1.6 میلی‌متر طول، 0.8 میلی‌متر عرض و 0.6 میلی‌متر ارتفاع است. دیتاشیت شامل یک نقشه ابعادی دقیق است که چیدمان پد (Pad)، طرح کلی قطعه و محل علامت شناسایی کاتد را نشان می‌دهد.

5.2 شناسایی قطبیت

یک علامت کاتد واضح در نقشه بسته نشان داده شده است. قطبیت صحیح باید در حین مونتاژ رعایت شود تا از اتصال بایاس معکوس که می‌تواند به LED آسیب برساند، جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

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

• پیش‌گرمایش:150\u00b0C تا 200\u00b0C به مدت 60-120 ثانیه.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (217\u00b0C):60-150 ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر 260\u00b0C.
• زمان در محدوده 5\u00b0C از دمای پیک:حداکثر 10 ثانیه.
• نرخ گرمایش:حداکثر 6\u00b0C در ثانیه.
• زمان بالای 255\u00b0C:حداکثر 30 ثانیه.
• نرخ سرمایش:حداکثر 3\u00b0C در ثانیه.

نکات حیاتی:لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود. هیچ تنش مکانیکی نباید در حین گرمایش به LED اعمال شود. برد مدار پس از لحیم‌کاری نباید تاب بردارد.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، از هویه‌ای با دمای نوک زیر 350\u00b0C و توان کمتر از 25 وات استفاده کنید. زمان تماس برای هر ترمینال نباید از 3 ثانیه تجاوز کند. بین لحیم‌کاری هر ترمینال فاصله‌ای بیش از 2 ثانیه در نظر بگیرید. لحیم‌کاری دستی خطر آسیب حرارتی بالاتری دارد.

6.3 نگهداری و حساسیت به رطوبت

محصول در یک کیسه مهر و موم شده مقاوم در برابر رطوبت همراه با ماده خشک‌کن (دسیکانت) بسته‌بندی شده است.

• تا زمان آمادگی برای استفاده، کیسه را باز نکنید.
• پس از باز کردن، LEDهای استفاده نشده باید در دمای \u2264 30\u00b0C و رطوبت نسبی \u2264 60% نگهداری شوند.
• \"عمر مفید پس از باز کردن\" کیسه 168 ساعت (7 روز) است.
• اگر زمان قرارگیری در معرض محیط بیش از حد مجاز باشد یا نشانگر خشک‌کن تغییر رنگ داده باشد، قبل از ریفلو، یک عملیات پخت (bake-out) در دمای 60 \u00b1 5\u00b0C به مدت 24 ساعت مورد نیاز است.

6.4 تعمیر

تعمیر پس از لحیم‌کاری به شدت توصیه نمی‌شود. در صورت اجتناب ناپذیر بودن مطلق، باید از یک هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو ترمینال و جلوگیری از تنش حرارتی استفاده شود. تأثیر بر مشخصات LED باید از قبل تأیید شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات قرقره و نوار

LEDها در نوار حامل برجسته (امباس) روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ عرضه می‌شوند. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. نقشه‌های ابعادی دقیق برای جیب‌های نوار حامل و قرقره ارائه شده است که سازگاری با فیدرهای اتوماتیک را تضمین می‌کند.

7.2 توضیح برچسب

برچسب قرقره حاوی چندین فیلد کلیدی است: شماره محصول مشتری (CPN)، شماره محصول سازنده (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY)، رتبه شدت نور (CAT)، رتبه رنگ/طول موج غالب (HUE)، رتبه ولتاژ مستقیم (REF) و شماره سری ساخت (LOT No).

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 محدود کردن جریان اجباری است

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند.یک مقاومت سری محدودکننده جریان (یا درایور جریان ثابت) کاملاً ضروری است.ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی و یک تلرانس ساخت است. افزایش جزئی در ولتاژ تغذیه بدون تنظیم جریان می‌تواند منجر به افزایش زیاد و بالقوه مخرب در جریان مستقیم شود.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه بسته کوچک است، اما تلفات توان (حداکثر 60 میلی‌وات) و کاهش شدت نور با دما باید در کاربردهای با دمای محیط بالا یا جریان بالا در نظر گرفته شود. مساحت کافی مس روی PCB برای پدهای LED می‌تواند به عنوان هیت سینک عمل کند.

8.3 محافظت در برابر ESD

اگرچه برای 2000 ولت HBM درجه‌بندی شده است، اما پیاده‌سازی دیودهای محافظ ESD روی خطوط سیگنال حساس متصل به آند/کاتد LED یک عمل خوب است، به ویژه در تجهیزات دستی یا با رابط‌های پرتکرار.

9. مقایسه و تمایز فنی

بسته 17-21 نسبت به LEDهای گرد سنتی 3 میلی‌متری یا 5 میلی‌متری (مثلاً 1.6x0.8 میلی‌متر در مقابل قطر 5 میلی‌متر) فضای اشغالی بسیار کمتری ارائه می‌دهد. در مقایسه با سایر LEDهای SMD مانند سایزهای 0402 یا 0603، مدل 17-21 ممکن است به دلیل اندازه چیپ بالقوه بزرگتر در داخل بسته خود، خروجی نور بالاتری ارائه دهد. استفاده از فناوری آلگاین‌پی در مقایسه با فناوری‌های قدیمی، بازدهی بالایی در ناحیه طیفی زرد-سبز فراهم می‌کند. مطابقت آن با مقررات بدون هالوژن و REACH، آن را برای طراحی‌های با ملاحظات زیست‌محیطی مورد نیاز در الکترونیک مدرن مناسب می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: برای منبع تغذیه 5 ولتی از چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

ج: با استفاده از قانون اهم: R = (V_منبع- V_F) / I_F. برای یک V_Fمعمول 2.0 ولت در 20 میلی‌آمپر: R = (5 - 2.0) / 0.02 = 150 \u03a9. همیشه از حداکثر V_Fاز دسته (بین) (2.35 ولت) برای محاسبه حداقل مقدار مقاومت استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود جریان از 20 میلی‌آمپر تجاوز نمی‌کند: R_حداقل= (5 - 2.35) / 0.02 = 132.5 \u03a9 (از مقدار استاندارد 150 \u03a9 یا 180 \u03a9 استفاده کنید).

س: آیا می‌توانم آن را با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: بله، زیرا V_Fمعمول (1.75-2.35 ولت) زیر 3.3 ولت است. محاسبه مقاومت به این صورت خواهد بود: R = (3.3 - V_F) / I_F.

س: چرا زاویه دید اینقدر عریض است (140\u00b0)؟

ج: گنبد رزین شفاف (واتر کلیر) به عنوان یک لنز عمل می‌کند. قرارگیری چیپ و شکل گنبد به گونه‌ای طراحی شده است که یک الگوی تابش عریض و شبیه لامبرتین ارائه دهد که برای کاربردهای نشانگری که دید از زوایای عریض مورد نیاز است، ایده‌آل است.

س: عبارت \"زرد سبز درخشان\" از نظر رنگ‌سنجی (کروماتیسیتی) به چه معناست؟

ج: این یک نام توصیفی برای رنگی است که توسط محدوده طول موج غالب 570-574.5 نانومتر تعریف می‌شود. این رنگ بین سبز خالص (~555 نانومتر) و زرد خالص (~585 نانومتر) قرار دارد.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک دستگاه شبکه.

پنل به 10 LED وضعیت مستقل (برق، لینک، فعالیت و غیره) در فضای بسیار محدود روی PCB جلویی نیاز دارد. استفاده از LEDهای گرد 5 میلی‌متری غیرممکن است. LED SMD مدل 17-21 انتخاب می‌شود. طراح بر اساس نقشه بسته دیتاشیت، یک فوت‌پرینت ایجاد می‌کند. یک ریل 5 ولتی روی برد موجود است. پین‌های GPIO میکروکنترلر می‌توانند 20 میلی‌آمپر جریان تأمین کنند. طراح برای هر LED یک مقاومت محدودکننده جریان 150\u03a9 محاسبه می‌کند (بر اساس بدترین حالت V_F). LEDها با فاصله مرکز به مرکز 0.1 اینچ (2.54 میلی‌متر) قرار می‌گیرند که به همه 10 عدد اجازه می‌دهد در یک ردیف به طول تنها 25.4 میلی‌متر جای بگیرند. زاویه دید عریض 140\u00b0 اطمینان می‌دهد که نشانگرها حتی هنگام مشاهده پنل از کنار نیز قابل مشاهده باشند. بسته‌بندی نوار و قرقره سازگار با Pick-and-Place امکان مونتاژ کاملاً اتوماتیک را فراهم می‌کند و هزینه و زمان تولید را کاهش می‌دهد.

12. معرفی اصل فناوری

این LED بر اساس ماده نیمه‌هادی آلگاین‌پی (فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم) که بر روی یک زیرلایه رشد داده شده است، ساخته شده است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب شده و انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند. نسبت خاص آلومینیوم، گالیم و ایندیم در شبکه کریستالی، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند. برای این LED زرد سبز درخشان، ترکیب به گونه‌ای تنظیم شده است که فوتون‌هایی با طول موجی حول و حوش 575 نانومتر تولید کند. رزین اپوکسی شفاف (واتر کلیر) که به عنوان پوشش (انکپسولانت) استفاده می‌شود، از چیپ نیمه‌هادی محافظت می‌کند، به عنوان لنز برای شکل‌دهی به پرتو نور خروجی عمل می‌کند و پایداری مکانیکی را فراهم می‌کند.

13. روندهای فناوری

روند کلی در LEDهای نشانگر به سمت اندازه بسته کوچک‌تر (مانند 01005، میکرو LED) برای کاربردهای با چگالی فوق‌العاده بالا ادامه دارد. همچنین تلاش قوی‌ای برای دستیابی به بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) در تمام رنگ‌ها وجود دارد. برای LEDهای مبتنی بر آلگاین‌پی، تحقیقات بر بهبود بازده کوانتومی داخلی و بازده استخراج نور از چیپ متمرکز است. یکپارچه‌سازی روند دیگری است، با LEDهای چند رنگ (RGB) یا آرایه‌های LED که در بسته‌های SMD منفرد و کمی بزرگتر در دسترس قرار می‌گیرند. علاوه بر این، تقاضا برای انطباق زیست‌محیطی گسترده‌تر (فراتر از RoHS برای شامل شدن اعلامیه‌های کامل مواد و ردپای کربن کمتر) بر فرآیندهای تولید و انتخاب مواد تأثیر می‌گذارد.