دیتاشیت LED SMD - قرمز پخش‌شونده AlInGaP - زاویه دید ۱۲۰ درجه - ولتاژ معمولی ۲.۰ ولت - توان ۷۲ میلی‌وات - سند فنی فارسی

۱. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED از نوع دستگاه نصب سطحی (SMD) را با استفاده از لنز پخش‌شونده و منبع نور AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) که نور قرمز ساطع می‌کند، به تفصیل شرح می‌دهد. این LEDها برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده‌اند و برای کاربردهایی که فضا محدود است و تولید انبوه مورد نیاز است، ایده‌آل هستند.

۱.۱ مزایای اصلی و بازارهای هدف

مزایای اصلی این قطعه شامل سازگاری آن با تجهیزات خودکار Pick-and-Place و فرآیندهای لحیم‌کاری بازجوشی مادون قرمز (IR) است که در تولید الکترونیک مدرن استاندارد هستند. این قطعه بر روی نوار ۸ میلی‌متری پیچیده شده بر روی قرقره‌های با قطر ۷ اینچ بسته‌بندی شده است که جابجایی و مونتاژ کارآمد را تسهیل می‌کند. دستگاه مطابق با RoHS است و اطمینان حاصل می‌کند که مقررات زیست‌محیطی را رعایت می‌کند. کاربردهای هدف آن طیف گسترده‌ای از الکترونیک مصرفی و صنعتی را شامل می‌شود، از جمله اما نه محدود به تجهیزات مخابراتی (مانند تلفن‌های بی‌سیم و همراه)، دستگاه‌های اتوماسیون اداری (مانند لپ‌تاپ‌ها)، سیستم‌های شبکه، لوازم خانگی و تابلوهای داخلی. معمولاً برای نشانگر وضعیت، روشنایی نمادین و نور پس زمینه پنل جلویی استفاده می‌شود.

۲. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

۲.۱ رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق

کارکرد دستگاه فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود. رتبه‌بندی‌های کلیدی در دمای محیط (Ta) ۲۵ درجه سانتی‌گراد عبارتند از:

• توان اتلافی (Pd):۷۲ میلی‌وات. این حداکثر توانی است که پکیج LED می‌تواند به صورت حرارت به طور ایمن اتلاف کند.
• جریان مستقیم پیوسته (IF):۳۰ میلی‌آمپر DC. حداکثر جریان حالت پایدار برای عملکرد قابل اطمینان.
• جریان مستقیم پیک:۸۰ میلی‌آمپر، تنها تحت شرایط پالسی مجاز است (چرخه وظیفه ۱/۱۰، عرض پالس ۰.۱ میلی‌ثانیه).
• محدوده دمای عملیاتی:۴۰- درجه سانتی‌گراد تا ۸۵+ درجه سانتی‌گراد.
• محدوده دمای نگهداری:۴۰- درجه سانتی‌گراد تا ۱۰۰+ درجه سانتی‌گراد.

۲.۲ مشخصات الکتریکی و نوری

عملکرد معمولی در Ta=25°C و جریان مستقیم (IF) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شود، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (Iv):از حداقل ۹۰.۰ میلی‌کاندلا تا حداکثر ۲۸۰.۰ میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار واقعی توسط کد باین تعیین می‌شود (به بخش ۳ مراجعه کنید).
• زاویه دید (2θ½):۱۲۰ درجه (معمولی). این زاویه دید گسترده، مشخصه لنز پخش‌شونده، اطمینان می‌دهد که نور در یک ناحیه وسیع پخش می‌شود به جای اینکه بسیار جهت‌دار باشد.
• طول موج غالب (λd):۶۳۱ نانومتر (معمولی)، با تلورانس ±۱ نانومتر. این پارامتر رنگ درک شده (قرمز) را تعریف می‌کند. طول موج تابش پیک (λp) معمولاً ۶۳۹ نانومتر است.
• عرض نیم‌خط طیفی (Δλ):تقریباً ۱۵ نانومتر، که نشان‌دهنده خلوص طیفی نور قرمز است.
• ولتاژ مستقیم (VF):۲.۰ ولت (معمولی)، با حداکثر ۲.۴ ولت در ۲۰ میلی‌آمپر. تلورانس ±۰.۱ ولت است.
• جریان معکوس (IR):حداکثر ۱۰ میکروآمپر در ولتاژ معکوس (VR) 5V. توجه به این نکته حیاتی است که این دستگاه برای کار تحت بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این شرایط آزمایش فقط برای مشخصه‌یابی است.

۳. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات درخشندگی در بین دسته‌های تولید، LEDها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در ۲۰ میلی‌آمپر در باین‌ها دسته‌بندی می‌شوند.

۳.۱ باینینگ شدت نور

کدهای باین و محدوده‌های شدت متناظر آنها به شرح زیر است. تلورانس درون هر باین ±۱۱٪ است.

• Q2:۹۰.۰ – ۱۱۲.۰ میلی‌کاندلا
• R1:۱۱۲.۰ – ۱۴۰.۰ میلی‌کاندلا
• R2:۱۴۰.۰ – ۱۸۰.۰ میلی‌کاندلا
• S1:۱۸۰.۰ – ۲۲۴.۰ میلی‌کاندلا
• S2:۲۲۴.۰ – ۲۸۰.۰ میلی‌کاندلا

این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد تا درجه روشنایی مناسب را برای کاربرد خاص خود انتخاب کنند و عملکرد و هزینه را متعادل سازند.

۴. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، روابط معمولی را می‌توان اینگونه توصیف کرد:

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

ماده AlInGaP یک منحنی I-V مشخصه نشان می‌دهد که در آن ولتاژ مستقیم به صورت لگاریتمی با جریان افزایش می‌یابد. Vf معمولی ۲.۰V در 20mA یک پارامتر کلیدی برای طراحی مدار درایور است.

۴.۲ شدت نور در مقابل جریان مستقیم

خروجی نور (شدت نور) در محدوده عملیاتی توصیه شده تقریباً متناسب با جریان مستقیم است. تجاوز از حداکثر جریان DC نه تنها افزایش متناسبی در نور ایجاد نمی‌کند بلکه خطر آسیب به دستگاه را نیز به همراه دارد.

۴.۳ توزیع طیفی

طیف تابش حول ۶۳۱ نانومتر (طول موج غالب) با عرض نیمه معمولی ۱۵ نانومتر متمرکز شده است و یک رنگ قرمز اشباع تولید می‌کند.

۵. اطلاعات مکانیکی و پکیج

۵.۱ ابعاد پکیج و قطبیت

دستگاه مطابق با فوت‌پرینت استاندارد پکیج EIA است. نقشه‌های ابعادی دقیق در دیتاشیت ارائه شده است، با تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر و تلورانس عمومی ±۰.۲ میلی‌متر. کاتد معمولاً توسط یک علامت روی پکیج یا یک هندسه پد خاص روی نوار شناسایی می‌شود. طرح پد اتصال PCB توصیه شده برای لحیم‌کاری بازجوشی مادون قرمز یا فاز بخار نیز مشخص شده است تا اطمینان حاصل شود که اتصال لحیم به درستی تشکیل شده و پایداری مکانیکی دارد.

۵.۲ بسته‌بندی نوار و قرقره

LEDها در نوار حامل برجسته با یک نوار پوشش محافظ عرضه می‌شوند که بر روی قرقره‌های با قطر ۷ اینچ (۱۷۸ میلی‌متر) پیچیده شده‌اند. هر قرقره حاوی ۲۰۰۰ قطعه است. بسته‌بندی از مشخصات ANSI/EIA 481 پیروی می‌کند. نکات کلیدی شامل: جیب‌های قطعه خالی مهر و موم شده‌اند و حداکثر دو قطعه مفقود متوالی ("لامپ") در هر قرقره مجاز است.

۶. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

۶.۱ پروفیل لحیم‌کاری بازجوشی IR

یک پروفیل دمایی پیشنهادی مطابق با J-STD-020B برای فرآیندهای بدون سرب (Pb-free) ارائه شده است. پارامترهای حیاتی عبارتند از:

• پیش‌گرم:۱۵۰ درجه سانتی‌گراد تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر ۱۲۰ ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد.
• زمان بالاتر از نقطه مایع:توصیه می‌شود از مشخصات سازنده خمیر لحیم و راهنمای‌های JEDEC پیروی شود.

از آنجایی که طراحی برد، تراکم قطعات و مشخصات کوره متفاوت است، این پروفیل باید به عنوان یک هدف کلی استفاده شود و برای خط مونتاژ خاص تنظیم دقیق شود.

۶.۲ لحیم‌کاری دستی (هویه)

اگر بازکاری دستی ضروری است، دمای نوک هویه نباید از ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان تماس باید به حداکثر ۳ ثانیه برای هر اتصال لحیم محدود شود. لحیم‌کاری مجدد باید فقط یک بار انجام شود.

۷. احتیاط‌های نگهداری و جابجایی

۷.۱ شرایط نگهداری

• بسته مهر و موم شده:در دمای ≤ ۳۰ درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی (RH) ≤ ۷۰٪ نگهداری شود. عمر قفسه یک سال است وقتی در کیسه رطوبت‌گیر اصلی با ماده خشک‌کن نگهداری شود.
• بسته باز شده:قطعاتی که در معرض هوای محیط قرار گرفته‌اند باید در دمای ≤ ۳۰ درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤ ۶۰٪ نگهداری شوند. اکیداً توصیه می‌شود فرآیند بازجوشی IR را در عرض ۱۶۸ ساعت (۷ روز) پس از باز کردن کیسه تکمیل کنید.
• نگهداری طولانی‌مدت (خارج از کیسه):برای نگهداری بیش از ۱۶۸ ساعت، قطعات را در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در یک خشک‌کن نیتروژن قرار دهید. قطعاتی که بیش از ۱۶۸ ساعت خارج از کیسه نگهداری شده‌اند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای تقریبی ۶۰ درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل ۴۸ ساعت دارند تا رطوبت جذب شده حذف شود و از "پاپ کورن شدن" در حین بازجوشی جلوگیری شود.

۷.۲ تمیزکاری

اگر تمیز کردن پس از لحیم‌کاری لازم است، فقط از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) یا اتیل الکل استفاده کنید. LED را به مدت کمتر از یک دقیقه در دمای معمولی اتاق غوطه‌ور کنید. از تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص استفاده نکنید زیرا ممکن است به لنز اپوکسی یا پکیج آسیب برسانند.

۸. ملاحظات طراحی کاربردی

۸.۱ طراحی مدار درایو

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از یکنواختی روشنایی هنگام درایو چندین LED، استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر LED ضروری است. اتصال مستقیم LEDها به صورت موازی بدون مقاومت‌های جداگانه توصیه نمی‌شود، زیرا تغییرات جزئی در ولتاژ مستقیم (Vf) بین دستگاه‌ها می‌تواند باعث عدم تعادل قابل توجه جریان شود که منجر به روشنایی ناهموار و جریان بیش از حد احتمالی در برخی LEDها می‌شود. دیتاشیت مدار توصیه شده (مدار A) را با یک مقاومت سری برای هر LED نشان می‌دهد.

۸.۲ مدیریت حرارتی

در حالی که توان اتلافی نسبتاً کم است (۷۲ میلی‌وات)، حفظ دمای اتصال LED در محدوده مشخص شده برای قابلیت اطمینان بلندمدت و خروجی نور پایدار بسیار مهم است. اطمینان حاصل کنید که اگر LED در یا نزدیک حداکثر رتبه جریان خود کار می‌کند، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا، از مساحت کافی مس PCB یا وایاهای حرارتی استفاده شود.

۸.۳ محدوده و محدودیت‌های کاربردی

این قطعه برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی استاندارد در نظر گرفته شده است. برای کاربردهایی که قابلیت اطمینان بالا برای ایمنی حیاتی است، مانند هوانوردی، کنترل حمل و نقل، سیستم‌های پشتیبانی حیات پزشکی یا دستگاه‌های ایمنی، طراحی یا واجد شرایط نشده است. برای چنین کاربردهایی، مشورت با سازنده برای قطعات واجد شرایط خاص اجباری است.

۹. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی LED، LEDهای AlInGaP بازدهی بالاتر و اشباع رنگ بهتری برای رنگ‌های قرمز و کهربایی ارائه می‌دهند. پکیج لنز پخش‌شونده زاویه دید گسترده ۱۲۰ درجه‌ای را فراهم می‌کند که برای کاربردهای نیازمند روشنایی ناحیه وسیع یا دید از زوایای متعدد، در مقابل LEDهای زاویه باریک که برای پرتوهای متمرکز استفاده می‌شوند، مزیت دارد. سازگاری با فرآیندهای استاندارد بازجوشی IR آن را از LEDهایی که نیاز به لحیم‌کاری دستی یا لحیم‌کاری موجی دارند متمایز می‌کند و امکان مونتاژ مقرون‌به‌صرفه و پرسرعت را فراهم می‌کند.

۱۰. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

۱۰.۱ برای منبع تغذیه ۵ ولت از چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

با استفاده از قانون اهم (R = (Vsupply - Vf_LED) / I_LED) و با فرض Vf معمولی ۲.۰V و جریان مورد نظر ۲۰ میلی‌آمپر: R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 اهم. یک مقاومت استاندارد ۱۵۰ Ω مناسب خواهد بود. همیشه با استفاده از حداکثر Vf ممکن (۲.۴V) محاسبه کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان در بدترین شرایط از حداکثر رتبه تجاوز نمی‌کند.

۱۰.۲ آیا می‌توانم این LED را با جریان‌های بالاتر به صورت پالسی برای فلش‌های روشن‌تر استفاده کنم؟

بله، دیتاشیت یک جریان مستقیم پیک ۸۰ میلی‌آمپر را تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه ۱/۱۰، عرض پالس ۰.۱ میلی‌ثانیه) مشخص می‌کند. این می‌تواند برای دستیابی به درخشندگی لحظه‌ای بالاتر برای کاربردهای استروب یا نشانگر استفاده شود، اما جریان متوسط در طول زمان نباید باعث شود توان اتلافی از ۷۲ میلی‌وات تجاوز کند.

۱۰.۳ کد باین روی سفارش خود را چگونه تفسیر کنم؟

کد باین (مثلاً R2, S1) با محدوده شدت نور مطابقت دارد. هنگام سفارش، مشخص کردن یک کد باین اطمینان می‌دهد که LEDهایی با درخشندگی در آن محدوده خاص دریافت می‌کنید، که برای ثبات در ظاهر محصول شما مهم است.

۱۱. مثال عملی طراحی و استفاده

۱۱.۱ طراحی یک پنل نشانگر وضعیت

یک روتر با چندین LED وضعیت را در نظر بگیرید. با استفاده از این LED SMD، طراح باید:

1. درجه روشنایی مناسب (مثلاً R2 برای روشنایی متوسط) را بر اساس دید مورد نیاز انتخاب کند.
2. طرح PCB را با استفاده از ابعاد پد توصیه شده طراحی کند تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری و تراز مناسب است.
3. برای هر LED، یک مقاومت محدودکننده جریان سری بر اساس ولتاژ تغذیه سیستم (مثلاً ۳.۳V یا ۵V) محاسبه و قرار دهد.
4. در حین مونتاژ از پروفیل بازجوشی IR توصیه شده پیروی کند.
5. اگر برد مونتاژ نیاز به تمیز کردن دارد، فقط از ایزوپروپیل الکل استفاده کند.

این رویکرد چراغ‌های نشانگر قابل اطمینان، یکنواخت و با دوام را تضمین می‌کند.

۱۲. اصل عملکرد

این LED بر اساس ماده نیمه‌هادی AlInGaP است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه روشن شدن دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال نیمه‌هادی بازترکیب می‌شوند و انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص لایه‌های AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، قرمز در حدود ۶۳۱ نانومتر. لنز اپوکسی پخش‌شونده حاوی ذرات پراکنده‌کننده است که جهت فوتون‌های ساطع شده را تصادفی می‌کند و به جای یک پرتو باریک، یک زاویه دید گسترده و یکنواخت ایجاد می‌کند.

۱۳. روندهای فناوری

روند کلی در فناوری LED SMD همچنان به سمت بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر در هر وات ورودی الکتریکی)، بهبود بازآفرینی رنگ و اندازه پکیج کوچکتر که امکان طراحی‌های با تراکم بالاتر را فراهم می‌کند، ادامه دارد. همچنین تمرکز بر افزایش قابلیت اطمینان تحت شرایط عملیاتی دمای بالاتر و جریان بیشتر وجود دارد. پذیرش گسترده لحیم‌کاری بدون سرب و انطباق با RoHS، همانطور که در این قطعه مشاهده می‌شود، همچنان یک الزام استاندارد در تولید الکترونیک جهانی باقی مانده است.