مشخصات فنی LED SMD 15-215/G7C-BN1P2B/2T - زرد سبز درخشان - 20mA - حداکثر 2.35 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ال ای دی 15-215/G7C-BN1P2B/2T یک دیود نورانی نصب سطحی (SMD) است که از تراشه نیمه‌هادی AlGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفید) برای انتشار نور زرد سبز درخشان استفاده می‌کند. این ال ای دی با ابعاد فشرده خود، طراحی‌های PCB کوچکتر، چگالی بالاتر قطعات و در نهایت توسعه تجهیزات الکترونیکی مینیاتوری‌تر را ممکن می‌سازد. ساختار سبک وزن آن نیز مناسب‌بودنش را برای کاربردهایی که محدودیت فضا و وزن از اهمیت بالایی برخوردار است، افزایش می‌دهد.

این قطعه بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره 7 اینچی بسته‌بندی شده و کاملاً با تجهیزات استاندارد مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place سازگار است. برای استفاده در فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز و فاز بخار طراحی شده است. محصول مطابق با مقررات کلیدی زیست‌محیطی و ایمنی است: بدون سرب (Pb-free)، مطابق با دستورالعمل RoHS اتحادیه اروپا، مقررات REACH اتحادیه اروپا و مطابق با استانداردهای بدون هالوژن (برم <900 ppm، کلر <900 ppm، Br+Cl < 1500 ppm).

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

مقادیر حداکثر مطلق، محدوده‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند. حداکثر ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت است. حداکثر جریان مستقیم پیوسته (IF) 25 میلی‌آمپر است. برای کار پالسی، حداکثر جریان مستقیم پیک (IFP) 60 میلی‌آمپر تحت چرخه کاری 1/10 در فرکانس 1 کیلوهرتز مجاز است. حداکثر اتلاف توان (Pd) 60 میلی‌وات است. قطعه می‌تواند در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) 2000 ولت مطابق مدل بدن انسان (HBM) مقاومت کند. محدوده دمای عملیاتی (Topr) از 40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس و محدوده دمای نگهداری (Tstg) از 40- درجه تا 90+ درجه سلسیوس است. برای لحیم‌کاری، می‌تواند لحیم‌کاری رفلو در 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه یا لحیم‌کاری دستی در 350 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 3 ثانیه را تحمل کند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

عملکرد اصلی تحت شرایط تست استاندارد (Ta=25°C, IF=20mA) تعریف می‌شود. شدت نور (Iv) دارای یک محدوده معمول است. این قطعه دارای زاویه دید گسترده (2θ1/2) تقریباً 140 درجه است. طول موج پیک (λp) حدود 575 نانومتر است، با طول موج غالب (λd) در محدوده 567.5 تا 575.5 نانومتر. پهنای باند طیفی (Δλ) معمولاً 20 نانومتر است. ولتاژ مستقیم (VF) از 1.75 تا 2.35 ولت متغیر است. جریان معکوس (IR) حداکثر 10 میکروآمپر است هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال شود. توجه به این نکته حیاتی است که قطعه برای کار تحت بایاس معکوس طراحی نشده است؛ ریتینگ VR صرفاً برای تست پارامتر IR است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، ال ای دی‌ها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (باین) دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که معیارهای عملکرد خاص برای کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ شدت نور

شدت نور در چهار باین (N1, N2, P1, P2) اندازه‌گیری شده در IF=20mA دسته‌بندی می‌شود. باین‌ها مقادیر حداقل و حداکثر را برای تضمین سطح روشنایی مشخصی تعریف می‌کنند. طراحان باید یک تلرانس اضافی ±11% روی شدت نور درون یک باین را در نظر بگیرند.

3.2 باینینگ طول موج غالب

رنگ، که توسط طول موج غالب تعریف می‌شود، در چهار باین (C15, C16, C17, C18) دسته‌بندی می‌شود که هر کدام محدوده 2 نانومتری از 567.5 تا 575.5 نانومتر را پوشش می‌دهند. یک تلرانس ±1 نانومتر برای طول موج غالب درون یک باین اعمال می‌شود.

3.3 باینینگ ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم در سه باین (0, 1, 2) گروه‌بندی می‌شود که هر کدام محدوده 0.2 ولتی از 1.75 تا 2.35 ولت را در بر می‌گیرند. یک تلرانس ±0.1 ولت برای ولتاژ مستقیم درون یک باین اعمال می‌شود. این باینینگ برای طراحی مدارهای درایو جریان یکنواخت، به ویژه هنگامی که چندین ال ای دی به صورت موازی متصل می‌شوند، حیاتی است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که رفتار قطعه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد. منحنیشدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیمنشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در جریان‌های بالاتر به دلیل گرمایش و افت راندمان به صورت زیرخطی است. منحنیکاهش‌رتبه جریان مستقیمبرای مدیریت حرارتی ضروری است؛ نشان می‌دهد که حداکثر جریان مستقیم مجاز باید با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سلسیوس کاهش یابد تا از تجاوز از حداکثر دمای اتصال و محدودیت‌های اتلاف توان جلوگیری شود. نمودارتوزیع طیفتوان تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج، حول 575 نانومتر با پهنای باند مشخصه 20 نانومتر، به تصویر می‌کشد. منحنیجریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد؛ افزایش کوچک در ولتاژ منجر به افزایش زیاد در جریان می‌شود که ضرورت مدار محدودکننده جریان را تأکید می‌کند. نموداردیاگرام تابش(نمودار قطبی) توزیع فضایی شدت نور را به صورت بصری نشان می‌دهد و زاویه دید 140 درجه را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

نقشه پکیج ابعاد حیاتی برای طراحی جای پای PCB را ارائه می‌دهد. اندازه‌گیری‌های کلیدی شامل طول و عرض کلی، اندازه و موقعیت پدهای لحیم‌کاری و ارتفاع قطعه می‌شود. تلرانس‌ها معمولاً ±0.1 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. قطبیت روی خود قطعه نشان داده شده است که باید با علامت قطبیت مربوطه روی جای پای PCB به درستی تراز شود تا عملکرد صحیح تضمین گردد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت و لحیم‌کاری صحیح برای قابلیت اطمینان حیاتی است. قطعه در بسته‌بندی حساس به رطوبت عرضه می‌شود. کیسه نباید باز شود تا زمانی که قطعات آماده استفاده هستند. پس از باز شدن، ال ای دی‌ها باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری و ظرف 168 ساعت (7 روز) استفاده شوند. اگر این زمان سپری شود یا نشانگر رطوبت‌گیر اشباع را نشان دهد، قبل از استفاده نیاز به عملیات پخت در دمای 60±5°C به مدت 24 ساعت است.

برای لحیم‌کاری رفلو بدون سرب، باید یک پروفیل دمایی خاص دنبال شود: پیش‌گرمایش بین 150-200°C به مدت 60-120 ثانیه، زمان بالای نقطه ذوب (217°C) به مدت 60-150 ثانیه، حداکثر دمای پیک که از 260°C تجاوز نکند و حداکثر به مدت 10 ثانیه حفظ شود، و نرخ‌های خنک‌سازی کنترل شده. لحیم‌کاری رفلو نباید بیش از دو بار انجام شود. در طول لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه باید زیر 350°C باشد، زمان تماس برای هر ترمینال نباید از 3 ثانیه تجاوز کند و بین لحیم‌کاری هر ترمینال باید فاصله مناسب رعایت شود. تعمیر پس از لحیم‌کاری اولیه توصیه نمی‌شود، اما اگر اجتناب‌ناپذیر است، باید از یک هویه دو سر مخصوص برای گرم کردن همزمان هر دو ترمینال و جلوگیری از تنش مکانیکی استفاده شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

ال ای دی‌ها در یک سیستم بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت تحویل داده می‌شوند. آن‌ها در نوار حامل بارگیری شده و سپس روی قرقره 7 اینچی پیچیده می‌شوند. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است. قرقره، همراه با رطوبت‌گیر، درون یک کیسه ضد رطوبت آلومینیومی مهر و موم می‌شود. برچسب کیسه حاوی اطلاعات ضروری برای ردیابی و شناسایی است، از جمله شماره محصول، مقدار و کدهای باین خاص برای شدت نور (CAT)، طول موج غالب (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF).

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

رنگ زرد سبز درخشان و فرمت SMD این ال ای دی را برای نقش‌های مختلف نشانگر و نور پس‌زمینه مناسب می‌سازد. کاربردهای اصلی شامل نور پس‌زمینه برای داشبوردهای کلاستر ابزار و سوئیچ‌های ممبران، نشانگرهای وضعیت و نور پس‌زمینه صفحه کلید در دستگاه‌های مخابراتی مانند تلفن و فکس، و نور پس‌زمینه تخت برای پنل‌های LCD کوچک، سوئیچ‌ها و نمادها می‌شود. ماهیت همه‌کاره آن همچنین امکان استفاده در الکترونیک مصرفی، کنترل‌های صنعتی و دستگاه‌های قابل حمل را فراهم می‌کند.

8.2 ملاحظات طراحی

درایو جریان:یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی اجباری است. مشخصه نمایی I-V به این معنی است که حتی یک تغییر کوچک در ولتاژ تغذیه می‌تواند باعث تغییر بزرگ و بالقوه مخربی در جریان مستقیم شود. مقدار مقاومت باید بر اساس ولتاژ تغذیه، ولتاژ مستقیم ال ای دی (با در نظر گرفتن باین و تلرانس) و جریان عملیاتی مورد نظر (که از 25 میلی‌آمپر پیوسته تجاوز نکند) محاسبه شود.
مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان کم است، اما چیدمان صحیح PCB مهم است. اطمینان از مساحت کافی مس در اطراف پدهای لحیم‌کاری به عنوان هیت‌سینک، به ویژه اگر در دمای محیط بالا یا نزدیک به حداکثر جریان کار می‌کند، ضروری است. به منحنی کاهش‌رتبه جریان پایبند باشید.
محافظت در برابر ESD:اگرچه برای 2000 ولت HBM ریت شده است، اما باید احتیاط‌های استاندارد ESD در طول جابجایی و مونتاژ رعایت شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با ال ای دی‌های پایه‌دار سنتی، این نوع SMD مزایای قابل توجهی در اندازه، وزن و مناسب‌بودن برای مونتاژ اتوماتیک ارائه می‌دهد که منجر به کاهش هزینه‌های کلی تولید می‌شود. در میان ال ای دی‌های SMD، استفاده از ماده AlGaInP برای انتشار زرد سبز معمولاً راندمان نوری بالاتر و اشباع رنگ بهتری نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaP ارائه می‌دهد. زاویه دید گسترده 140 درجه یک ویژگی کلیدی برای کاربردهایی است که نیاز به دید گسترده دارند، در مقابل ال ای دی‌های با زاویه باریک‌تر که برای نورپردازی متمرکز استفاده می‌شوند. مطابقت آن با استانداردهای زیست‌محیطی مدرن (RoHS، بدون هالوژن) یک نیاز پایه برای اکثر محصولات الکترونیکی معاصر است.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: با منبع تغذیه 5 ولت باید از چه مقدار مقاومت استفاده کنم؟
ج: شما باید حداکثر ولتاژ مستقیم از باین (مثلاً 2.35 ولت از باین 2) و جریان مورد نظر (مثلاً 20mA) را استفاده کنید. با استفاده از قانون اهم: R = (ولتاژ تغذیه - Vf) / If = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 اهم. یک مقاومت استاندارد 130 یا 150 اهم مناسب خواهد بود، به شرطی که جریان حتی در حداقل Vf از 25 میلی‌آمپر تجاوز نکند.

س: آیا می‌توانم این ال ای دی را بدون مقاومت محدودکننده جریان و با استفاده از یک منبع ولتاژ ثابت راه‌اندازی کنم؟
ج: خیر. این کار تقریباً به طور قطع به دلیل جریان کنترل‌نشده ناشی از مشخصه نمایی I-V دیود، ال ای دی را از بین خواهد برد.

س: دما چگونه بر روشنایی تأثیر می‌گذارد؟
ج: شدت نور معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. منحنی کاهش‌رتبه به طور غیرمستقیم این را با الزام به جریان‌های پایین‌تر در دمای محیط بالا برای جلوگیری از گرمای بیش از حد منعکس می‌کند، که به نوبه خود راندمان و طول عمر را بیشتر کاهش می‌دهد.

س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟
ج: طول موج پیک (λp) طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است. طول موج غالب (λd) طول موج تک‌رنگ نور است که با رنگ درک شده ال ای دی مطابقت دارد. برای یک منتشرکننده باند باریک مانند این، آن‌ها اغلب نزدیک هستند، اما λd برای مشخصه‌سازی رنگ مرتبط‌تر است.

11. موردکاوی طراحی و استفاده عملی

مورد: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت چند ال ای دی.یک طراح در حال ایجاد یک پنل کنترل با 10 نشانگر وضعیت زرد سبز است. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت، باید ال ای دی‌ها را از یک باین شدت نور یکسان (مثلاً همه P1) مشخص کند. برای اطمینان از ظاهر رنگ یکنواخت، باید ال ای دی‌ها را از یک باین طول موج غالب یکسان (مثلاً همه C17) مشخص کند. برای ساده‌سازی مدار درایو و اطمینان از توزیع یکنواخت جریان در صورت اتصال موازی ال ای دی‌ها، مشخص کردن ال ای دی‌ها از یک باین ولتاژ مستقیم یکسان (مثلاً همه 1) به شدت توصیه می‌شود. مدار درایو شامل یک رگولاتور ولتاژ (مثلاً 5V) و یک مقاومت محدودکننده جریان برای هر ال ای دی (یا یک IC درایور ال ای دی اختصاصی برای کنترل و قابلیت تنظیم نور بهتر) خواهد بود. چیدمان PCB ال ای دی‌ها را گروه‌بندی می‌کند اما مساحت کافی مس برای دفع حرارت فراهم می‌کند، به ویژه اگر قرار باشد برای مدت طولانی به طور همزمان روشن شوند.

12. معرفی اصول عملکرد

این ال ای دی بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n-type AlGaInP از طریق پیوند به ناحیه p-type تزریق می‌شوند و حفره‌ها در جهت مخالف تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار در ناحیه فعال نزدیک پیوند بازترکیب می‌شوند. در یک نیمه‌هادی با گاف مستقیم مانند AlGaInP، این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص اتم‌های آلومینیوم، گالیم، ایندیوم و فسفید، انرژی گاف را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور منتشر شده را دیکته می‌کند - در این مورد، زرد سبز درخشان (~575 نانومتر). رزین اپوکسی محافظ، از تراشه نیمه‌هادی محافظت می‌کند، پرتو خروجی نور را شکل می‌دهد (ایجاد زاویه دید 140 درجه) و پایداری مکانیکی را فراهم می‌کند.

13. روندهای توسعه

روند کلی در ال ای دی‌های SMD مانند این، همچنان به سمت راندمان نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر بر وات الکتریکی)، بهبود یکنواختی رنگ و تلرانس‌های باینینگ سخت‌گیرانه‌تر و قابلیت اطمینان بهبودیافته تحت شرایط محیطی سخت ادامه دارد. بسته‌بندی در حال تکامل است تا امکان جای پای حتی کوچکتر و پروفیل پایین‌تر را فراهم کند در حالی که عملکرد حرارتی حفظ یا بهبود می‌یابد. همچنین تلاش قوی‌ای به سمت قابلیت تنظیم طیف کامل و ال ای دی‌های هوشمند و آدرس‌پذیر یکپارچه با مدار کنترل وجود دارد. علم مواد پایه برای ال ای دی‌های AlGaInP بالغ است، اما تحقیقات جاری بر بهینه‌سازی راندمان در چگالی جریان بالاتر و بهبود طول عمر متمرکز است. تأکید بر مطابقت زیست‌محیطی (بدون هالوژن، RoHS) اکنون استاندارد است و همچنان یک نیاز پایه برای تمام قطعات الکترونیکی خواهد بود.