دیتاشیت LED SMD 17-21 قرمز عمیق - ابعاد 1.6x0.8x0.6mm - ولتاژ 1.75-2.35V - توان 60mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک LED قرمز عمیق نصب سطحی در بسته‌بندی فشرده 17-21 را شرح می‌دهد. این قطعه برای مونتاژ الکترونیکی مدرن طراحی شده و در مقایسه با LEDهای سنتی با پایه‌های سیمی، کاهش چشمگیری در اندازه و وزن ارائه می‌دهد. مزایای اصلی آن شامل امکان طراحی برد مدار چاپی (PCB) کوچکتر، چگالی بالاتر قطعات و در نهایت کمک به تجهیزات نهایی فشرده‌تر و سبک‌تر است.

1.1 ویژگی‌های اصلی و انطباق‌ها

این LED بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده روی ریل 7 اینچی عرضه می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place سازگار می‌کند. برای استفاده در فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز (IR) و فاز بخار واجد شرایط است. این قطعه از نوع تک‌رنگ بوده و نور قرمز عمیق ساطع می‌کند. با استفاده از مواد بدون سرب ساخته شده و با مقررات کلیدی زیست‌محیطی و ایمنی از جمله دستورالعمل RoHS اتحادیه اروپا، مقررات REACH اتحادیه اروپا و الزامات بدون هالوژن (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm) مطابقت دارد.

1.2 کاربردهای هدف

این LED برای انواع کاربردهای نشانگر و نور پس‌زمینه مناسب است. کاربردهای رایج شامل نور پس‌زمینه برای داشبورد پنل ابزار و کلیدها، نشانگر وضعیت و نور پس‌زمینه صفحه کلید در دستگاه‌های مخابراتی مانند تلفن و فکس، نور پس‌زمینه تخت برای LCDها و کاربردهای نشانگر عمومی که به یک منبع نور قرمز کوچک و قابل اعتماد نیاز دارند، می‌باشد.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

بخش‌های زیر تحلیل دقیق و عینی از مشخصات الکتریکی، نوری و حرارتی LED را بر اساس پارامترهای دیتاشیت ارائه می‌دهند. تمامی مقادیر نامی در دمای محیط (Ta) برابر 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شود.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این شرایط یا نزدیک به آن تضمین نشده و باید در طراحی مدار از آن اجتناب کرد.

• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در جهت معکوس می‌تواند باعث شکست اتصال (junction breakdown) شود.
• جریان مستقیم پیوسته (IF):25 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC توصیه شده برای عملکرد قابل اعتماد بلندمدت است.
• جریان مستقیم پیک (IFP):60 میلی‌آمپر. این مقدار فقط تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 در فرکانس 1 کیلوهرتز مجاز است و برای استفاده پیوسته نیست.
• توان تلف شده (Pd):60 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که بسته‌بندی می‌تواند بدون تجاوز از محدودیت‌های حرارتی خود تلف کند.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان (HBM):2000 ولت. این نشان‌دهنده حساسیت قطعه به الکتریسیته ساکن است؛ باید روش‌های صحیح کنترل ESD رعایت شود.
• دمای کاری (Topr):40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیطی که قطعه برای عملکرد در آن مشخص شده است.
• دمای نگهداری (Tstg):40- درجه تا 90+ درجه سلسیوس. محدوده دمایی برای نگهداری قطعه هنگامی که روشن نیست.
• دمای لحیم‌کاری (Tsol):برای لحیم‌کاری رفلو، دمای پیک 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 10 ثانیه مشخص شده است. برای لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه نباید از 350 درجه سلسیوس تجاوز کند و حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه اعمال شود.

2.2 مشخصه‌های الکترواپتیکی

این پارامترها خروجی نور و رفتار الکتریکی LED را در شرایط کاری نرمال (IF=20mA, Ta=25°C) تعریف می‌کنند.

• شدت نور (Iv):از حداقل 36.00 میلی‌کاندلا تا حداکثر 90.00 میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار معمول مشخص نشده که نشان می‌دهد عملکرد از طریق سیستم دسته‌بندی (بینینگ) مدیریت می‌شود (به بخش 3 مراجعه کنید).
• زاویه دید (2θ1/2):زاویه دید کامل معمول در نصف شدت، 140 درجه است که یک الگوی انتشار گسترده ارائه می‌دهد.
• طول موج اوج (λp):طول موج معمولی که در آن توان نوری خروجی حداکثر است، 639 نانومتر (nm) می‌باشد که آن را در ناحیه قرمز عمیق طیف قرار می‌دهد.
• طول موج غالب (λd):طول موج رنگ درک شده از 625.5 نانومتر تا 637.5 نانومتر متغیر است. این نیز از طریق دسته‌بندی مدیریت می‌شود.
• پهنای باند طیفی (Δλ):پهنای کامل معمول در نصف بیشینه (FWHM) طیف انتشار، 20 نانومتر است.
• ولتاژ مستقیم (VF):در جریان 20 میلی‌آمپر از 1.75 ولت تا 2.35 ولت متغیر است. این پارامتر دسته‌بندی شده است.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس 5 ولت اعمال می‌شود. دیتاشیت به صراحت ذکر می‌کند که قطعه برای کار معکوس طراحی نشده است؛ این پارامتر تست فقط برای تضمین کیفیت است.

یادداشت‌های مهم:دیتاشیت تلرانس‌های ساخت را مشخص می‌کند: شدت نور (±11%)، طول موج غالب (±1nm)، و ولتاژ مستقیم (±0.1V). اینها بر مقادیر دسته‌بندی شده اعمال می‌شوند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی عملکرد دسته‌بندی (بینینگ) می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص روشنایی و رنگ برنامه کاربردی آن‌ها را برآورده می‌کند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

LEDها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در IF=20mA در چهار دسته (N2, P1, P2, Q1) طبقه‌بندی می‌شوند. به عنوان مثال، یک LED از دسته Q1 شدت نوری بین 72.00 تا 90.00 میلی‌کاندلا خواهد داشت.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

رنگ درک شده (فام) از طریق سه دسته طول موج (E6, E7, E8) کنترل می‌شود. یک LED از دسته E6 طول موج غالب بین 625.50 نانومتر تا 629.50 نانومتر دارد که منجر به سایه‌ای کمی متفاوت از قرمز در مقایسه با دسته E8 (633.50 نانومتر تا 637.50 نانومتر) می‌شود.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم در سه گروه (0, 1, 2) دسته‌بندی می‌شود. این برای طراحی مدارهای محدودکننده جریان، به ویژه هنگام راه‌اندازی چندین LED به صورت سری، برای اطمینان از توزیع یکنواخت جریان بسیار مهم است. یک LED از دسته 0 دارای VF بین 1.75 ولت تا 1.95 ولت است، در حالی که یک LED از دسته 2 بین 2.15 ولت تا 2.35 ولت است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که بخش ارائه شده از PDF نشان‌دهنده بخشی برای "منحنی‌های مشخصه الکترواپتیکی معمول" است، نمودارهای خاص (مانند منحنی جریان-ولتاژ، شدت نسبی در مقابل جریان، شدت نسبی در مقابل دما، توزیع طیفی) در محتوای متنی گنجانده نشده‌اند. در یک دیتاشیت کامل، این منحنی‌ها برای طراحی ضروری هستند. آن‌ها معمولاً نشان می‌دهند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی جریان-ولتاژ):رابطه غیرخطی را نشان می‌دهد و به تعیین مقاومت دینامیک و ولتاژ راه‌اندازی لازم برای یک جریان معین کمک می‌کند.
• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که اغلب اثرات اشباع در جریان‌های بالاتر را نشان می‌دهد.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال (junction) را نشان می‌دهد که برای مدیریت حرارتی حیاتی است.
• توزیع طیفی نرمال‌شده:نموداری که شدت نسبی را در برابر طول موج ترسیم می‌کند و به صورت بصری طول موج اوج (639nm) و پهنای باند طیفی (20nm) را تأیید می‌کند.

طراحان باید دیتاشیت کامل همراه با نمودارها را برای مدل‌سازی دقیق رفتار LED در شرایط غیراستاندارد (جریان‌ها یا دماهای مختلف) بررسی کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی و قطبیت

این LED از طرح پایه استاندارد بسته‌بندی SMD 17-21 استفاده می‌کند. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر) برای طراحی الگوی لند PCB حیاتی هستند. بسته‌بندی دارای کاتد علامت‌گذاری شده برای شناسایی قطبیت است. یک الگوی لند معمولی دارای دو پد متناظر با پایه‌های آند و کاتد است، با اندازه و فاصله پد لحیم توصیه شده برای اطمینان از لحیم‌کاری صحیح و پایداری مکانیکی. ابعاد دقیق باید از نقشه "ابعاد بسته‌بندی" در دیتاشیت گرفته شود.

5.2 حساسیت به رطوبت و بسته‌بندی

قطعه در یک کیسه مهر و موم شده مقاوم در برابر رطوبت همراه با ماده جاذب رطوبت بسته‌بندی شده است تا از جذب رطوبت جوی که می‌تواند در طول فرآیند لحیم‌کاری رفلو دمای بالا باعث "ترکیدن" (ترک خوردن بسته‌بندی) شود، جلوگیری کند. برچسب روی کیسه حاوی اطلاعات حیاتی برای ردیابی و کاربرد است: شماره محصول مشتری (CPN)، شماره محصول (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY) و کدهای دسته خاص برای شدت نور (CAT)، طول موج غالب (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF).

5.3 مشخصات ریل و نوار حامل

قطعات بر روی نوار حامل برجسته‌دار پیچیده شده روی یک ریل 7 اینچی عرضه می‌شوند. ابعاد نوار (اندازه حفره، گام) و ابعاد ریل (قطر مرکزی، قطر فلنج) استاندارد شده‌اند تا با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک سازگار باشند. تعداد بارگذاری شده به عنوان 3000 قطعه در هر ریل مشخص شده است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

پایبندی به این دستورالعمل‌ها برای بازده مونتاژ و قابلیت اطمینان بلندمدت حیاتی است.

6.1 نگهداری و جابجایی

• کیسه ضد رطوبت را تا زمان آمادگی برای استفاده باز نکنید.
• پس از باز کردن، LEDهای استفاده نشده باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤60% نگهداری شوند.
• "عمر مفید پس از باز کردن" کیسه 168 ساعت (7 روز) است. قطعات استفاده نشده پس از این دوره باید قبل از استفاده مجدداً پخته (بیک) شوند (60±5°C به مدت 24 ساعت) و با ماده جاذب رطوبت تازه دوباره بسته‌بندی شوند.
• همیشه روش‌های ایمن جابجایی ESD (تخلیه الکترواستاتیک) را رعایت کنید.

6.2 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل رفلو بدون سرب مشخص شده است. پارامترهای کلیدی شامل:

• پیش‌گرمایش:150-200 درجه سلسیوس به مدت 60-120 ثانیه.
• زمان بالاتر از نقطه ذوب (217°C):60-150 ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سلسیوس.
• زمان در محدوده 5 درجه سلسیوس از پیک:حداکثر 10 ثانیه.
• حداکثر نرخ افزایش دما:6 درجه سلسیوس بر ثانیه.
• زمان بالای 255 درجه سلسیوس:حداکثر 30 ثانیه.
• حداکثر نرخ خنک‌سازی:3 درجه سلسیوس بر ثانیه.

قانون حیاتی:لحیم‌کاری رفلو نباید بیش از دو بار روی یک LED یکسان انجام شود.

6.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر

اگر لحیم‌کاری دستی اجتناب‌ناپذیر است، از هویه‌ای با دمای نوک ≤350°C استفاده کنید و حرارت را به هر پایه برای ≤3 ثانیه اعمال کنید. از هویه کم‌توان (≤25W) استفاده کنید و فاصله خنک‌سازی ≥2 ثانیه بین پایه‌ها را رعایت کنید. دیتاشیت به شدت تعمیر قطعه پس از لحیم شدن LED را منع می‌کند. اگر کاملاً ضروری است، باید از یک هویه دو سر تخصصی برای گرم کردن همزمان هر دو پایه در حین برداشتن برای جلوگیری از تنش مکانیکی استفاده شود و تأثیر آن بر مشخصات LED باید تأیید شود.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 محدود کردن جریان اجباری است

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. دیتاشیت به صراحت هشدار می‌دهد که یک مقاومت سری محدودکننده جریانبایداستفاده شود. ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی است و یک تغییر کوچک می‌تواند به دلیل مشخصه نمایی جریان-ولتاژ دیود، باعث تغییر بزرگی در جریان شود که بالقوه می‌تواند منجر به فرار حرارتی و خرابی شود.

7.2 مدیریت حرارتی

اگرچه بسته‌بندی کوچک است، اما باید حد مجاز تلفات توان 60mW رعایت شود. کار در دمای محیطی بالا یا جریان‌های بالا، خروجی نور و عمر مفید را کاهش می‌دهد. در صورت کار نزدیک به مقادیر حداکثر، اطمینان حاصل کنید که از مساحت کافی مس PCB یا وایاهای حرارتی استفاده شده است.

7.3 طراحی نوری

زاویه دید 140 درجه یک الگوی نور گسترده و پخش شده ارائه می‌دهد که برای روشنایی منطقه یا نشانگرهایی که نیاز به دید از زوایای مختلف دارند مناسب است. برای نور متمرکزتر، به لنزها یا بازتابنده‌های خارجی نیاز است.

8. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده اصلی این LED قرمز عمیق 17-21، ترکیب ماده نیمه‌هادی خاص (AIGaInP) و یک بسته‌بندی نصب سطحی بسیار فشرده است.

• در مقایسه با LEDهای قدیمی Through-Hole:صرفه‌جویی عظیم در فضا، کاهش وزن و سازگاری با مونتاژ اتوماتیک پرسرعت را ارائه می‌دهد که منجر به کاهش هزینه کلی ساخت می‌شود.
• در مقایسه با سایر LEDهای قرمز SMD:استفاده از فناوری AIGaInP معمولاً در مقایسه با برخی دیگر از سیستم‌های مواد برای انتشار نور قرمز، بازدهی بالاتر و پایداری عملکرد بهتری در برابر دما ارائه می‌دهد. رنگ قرمز عمیق/اوج خاص 639nm ممکن است به دلیل تمایز بصری یا اثربخشی آن در برخی کاربردهای سنسور انتخاب شده باشد.
• در مقایسه با بسته‌بندی‌های SMD بزرگتر (مانند 3528، 5050):بسته‌بندی 17-21 به طور قابل توجهی کوچکتر است و امکان طراحی‌های فوق‌میکرو را فراهم می‌کند اما به طور کلی به دلیل اندازه کوچکتر تراشه و محدودیت‌های حرارتی، در خروجی نور کل پایین‌تری قرار دارد.

8.1 اصل عملکرد

نور از طریق فرآیندی به نام الکترولومینسانس در داخل تراشه نیمه‌هادی AIGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفید) تولید می‌شود. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال اتصال نیمه‌هادی تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AIGaInP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، قرمز عمیق در حدود 639 نانومتر.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از منبع تغذیه منطقی 3.3V یا 5V راه‌اندازی کنم؟

پ: خیر. شما همیشه باید از یک مقاومت سری محدودکننده جریان استفاده کنید. مقدار مقاومت مورد نیاز با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_منبع - VF_LED) / I_موردنظر. با استفاده از حداکثر VF (2.35V) برای یک طراحی محافظه‌کارانه با منبع 3.3V و هدف 20mA: R = (3.3 - 2.35) / 0.02 = 47.5Ω. یک مقاومت استاندارد 47Ω یا 51Ω مناسب خواهد بود.

س: چرا شدت نور به صورت یک محدوده با دسته‌ها (بین) داده شده است؟

پ: به دلیل تغییرات ذاتی در فرآیند ساخت نیمه‌هادی، LEDهای منفرد عملکردهای کمی متفاوتی دارند. دسته‌بندی آن‌ها را به گروه‌هایی با حداقل و حداکثر مقادیر تضمین شده مرتب می‌کند و به طراحان اجازه می‌دهد درجه روشنایی مناسب را برای نیازهای هزینه و عملکرد خود انتخاب کنند.

س: اگر عمر مفید 7 روزه پس از باز کردن کیسه را تجاوز کنم چه اتفاقی می‌افتد؟

پ: رطوبت جذب شده می‌تواند در طول رفلو به بخار تبدیل شود و به طور بالقوه باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا ترک خوردگی شود. قطعات باید قبل از استفاده با پخت در دمای 60 درجه سلسیوس به مدت 24 ساعت احیا شوند.

س: آیا این LED برای روشنایی داشبورد خودرو مناسب است؟

پ: اگرچه "نور پس‌زمینه داشبورد" به عنوان یک کاربرد ذکر شده است، دیتاشیت شامل بخشی با عنوان "محدودیت‌های کاربرد" است. این بخش هشدار می‌دهد که کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا مانند سیستم‌های ایمنی/امنیتی خودرو ممکن است به یک محصول متفاوت و با صلاحیت‌دهی سخت‌گیرانه‌تر نیاز داشته باشند. برای روشنایی داشبورد غیرحیاتی، ممکن است مناسب باشد، اما برای نشانگرهای حیاتی از نظر ایمنی، باید محصولی که به طور خاص برای استانداردهای خودرو (مانند AEC-Q102) صلاحیت‌دهی شده است، تهیه شود.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت فشرده.یک طراح به چندین LED وضعیت قرمز عمیق روی یک برد کنترل با تراکم بالا نیاز دارد. او این LED 17-21 را به دلیل اندازه کوچک آن انتخاب می‌کند. او دسته روشنایی Q1 و دسته طول موج E7 را مشخص می‌کند تا رنگ روشن و یکنواخت در تمام نشانگرها تضمین شود. در چیدمان PCB، از الگوی لند توصیه شده از دیتاشیت استفاده می‌کند. مدار راه‌اندازی را با استفاده از یک رگولاتور 3.3V، یک مقاومت محدودکننده جریان 51Ω برای هر LED (منجر به ~18-20mA می‌شود) طراحی می‌کند و پدهای حرارتی کوچک قرار می‌دهد. در طول مونتاژ، اطمینان حاصل می‌کند که ریل مهر و موم شده کارخانه در طول عمر مفید استفاده شود و پروفیل رفلو مشخص شده را دنبال می‌کند. این منجر به یک سیستم نشانگر فشرده و قابل اعتماد می‌شود.

11. روندهای فناوری

روند کلی در فناوری LED، از جمله برای نشانگرها، به سمت چند حوزه کلیدی است:

• افزایش بازده:بهبودهای مستمر در علم مواد با هدف تولید نور بیشتر (لومن) به ازای هر واحد توان ورودی الکتریکی (وات)، کاهش مصرف انرژی و بار حرارتی.
• میکرونیزه‌سازی:بسته‌بندی‌ها به کوچک شدن ادامه می‌دهند (به عنوان مثال، از 17-21 به طرح‌های پایه حتی کوچکتر مانند 10-05) تا دستگاه‌های الکترونیکی هرچه کوچکتر را ممکن سازند.
• قابلیت اطمینان و استحکام بالاتر:بهبود در مواد بسته‌بندی و فناوری‌های اتصال تراشه، عمر مفید و مقاومت در برابر چرخه‌های حرارتی و رطوبت را افزایش می‌دهد.
• یکپارچه‌سازی:روندی به سمت یکپارچه‌سازی چندین LED (مانند RGB)، ICهای کنترل و حتی قطعات غیرفعال در بسته‌بندی‌های ماژول هوشمند منفرد وجود دارد.
• استانداردسازی و انطباق:مقررات زیست‌محیطی سخت‌گیرانه‌تر و گسترده‌تر (RoHS, REACH, بدون هالوژن) به تغییر مواد در سراسر صنعت ادامه می‌دهند.