ال‌ای‌دی SMD دو رنگ (قرمز/سبز) با لنز پخش‌کننده - ابعاد بسته‌بندی - ولتاژ مستقیم ۱.۸ تا ۲.۴ ولت - اتلاف توان ۷۲ میلی‌وات - برگه مشخصات فنی

۱. مرور کلی محصول

این سند جزئیات مشخصات یک دیود نورافشان (ال‌ای‌دی) نصب‌سطحی (SMD) با پیکربندی دو رنگ (قرمز و سبز) در یک بسته واحد را تشریح می‌کند. این قطعه از یک لنز پخش‌کننده استفاده می‌کند که به دستیابی به توزیع نور گسترده‌تر و یکنواخت‌تر کمک می‌نماید و آن را برای کاربردهای نیازمند عملکرد نشانگر یا نور پس‌زمینه با تفکیک رنگ مناسب می‌سازد. ال‌ای‌دی با استفاده از فناوری AlInGaP (فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم) برای هر دو تراشه رنگی ساخته شده است که به دلیل بازدهی و روشنایی بالا شناخته می‌شود. طراحی آن با تجهیزات اتوماتیک برداشت و نصب و فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری رفلوی مادون قرمز سازگار است و با گردش کارهای مدرن تولید الکترونیک هماهنگی دارد.

۲. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

۲.۱ حداکثر مقادیر مجاز مطلق

حداکثر مقادیر مجاز مطلق، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) ۲۵ درجه سلسیوس مشخص شده‌اند. برای تراشه‌های قرمز و سبز، جریان مستقیم پیوسته DC در ۳۰ میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است. جریان مستقیم پیک، که تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه ۱/۱۰، عرض پالس ۰.۱ میلی‌ثانیه) قابل اعمال است، ۸۰ میلی‌آمپر می‌باشد. حداکثر ولتاژ معکوس مجاز ۵ ولت است. اتلاف توان کل برای هر تراشه ۷۲ میلی‌وات است. این قطعه برای کار در محدوده دمایی ۴۰- تا ۸۵+ درجه سلسیوس درجه‌بندی شده و می‌تواند در محیط‌های ذخیره‌سازی با دمای ۴۰- تا ۱۰۰+ درجه سلسیوس نگهداری شود.

۲.۲ مشخصات الکتریکی و نوری

پارامترهای کلیدی عملکرد در Ta=25°C و جریان آزمایش استاندارد (IF) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند.

• شدت نور (Iv):برای تراشه قرمز، حداقل شدت نور ۱۱۲.۰ میلی‌کاندلا و حداکثر آن ۲۸۰.۰ میلی‌کاندلا است. تراشه سبز حداقل ۷۱.۰ میلی‌کاندلا و حداکثر ۲۲۴.۰ میلی‌کاندلا را دارد. مقدار معمول مشخص نشده است که نشان می‌دهد عملکرد از طریق دسته‌بندی مدیریت می‌شود.
• زاویه دید (2θ1/2):زاویه دید کامل معمول ۱۲۰ درجه است، به این معنی که زاویه خارج از محوری که در آن شدت نور به نصف مقدار روی محور می‌رسد، ۶۰ درجه است. این زاویه باز مشخصه یک لنز پخش‌کننده است.
• طول موج:تراشه قرمز دارای طول موج تابش اوج معمول (λP) ۶۳۹ نانومتر و طول موج غالب (λd) ۶۳۱ نانومتر است. تراشه سبز دارای λP معمول ۵۷۴ نانومتر و λd معمول ۵۷۱ نانومتر است. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) برای قرمز ۲۰ نانومتر و برای سبز ۱۵ نانومتر است.
• ولتاژ مستقیم (VF):ولتاژ مستقیم برای هر دو رنگ در ۲۰ میلی‌آمپر از حداقل ۱.۸ ولت تا حداکثر ۲.۴ ولت متغیر است، با تلرانس ذکر شده ±۰.۱ ولت.
• جریان معکوس (IR):حداکثر جریان معکوس ۱۰ میکروآمپر است هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال شود.

۳. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از یکنواختی در کاربردها، ال‌ای‌دی‌ها بر اساس شدت نورشان در دسته‌های مختلفی مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی خاص را برآورده می‌کنند.

۳.۱ دسته‌بندی رنگ قرمز

شدت نور برای تراشه قرمز در چهار دسته دسته‌بندی می‌شود: R1 (112.0-140.0 mcd)، R2 (140.0-180.0 mcd)، S1 (180.0-224.0 mcd) و S2 (224.0-280.0 mcd).

۳.۲ دسته‌بندی رنگ سبز

تراشه سبز از پنج دسته استفاده می‌کند: Q1 (71.0-90.0 mcd)، Q2 (90.0-112.0 mcd)، R1 (112.0-140.0 mcd)، R2 (140.0-180.0 mcd) و S1 (180.0-224.0 mcd). یک تلرانس ±۱۱٪ به هر دسته شدت اعمال می‌شود.

۴. تحلیل منحنی‌های عملکرد

برگه مشخصات به منحنی‌های مشخصه الکتریکی و نوری معمول اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، چنین منحنی‌هایی معمولاً رابطه بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم (منحنی IV)، تغییرات شدت نور با جریان مستقیم، وابستگی دمایی ولتاژ مستقیم و شدت نور، و توزیع توان طیفی را نشان می‌دهند. تحلیل این منحنی‌ها برای درک رفتار قطعه تحت شرایط غیراستاندارد، مانند جریان‌های راه‌اندازی مختلف یا دمای محیطی متفاوت، حیاتی است.

۵. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

۵.۱ ابعاد قطعه و تخصیص پایه‌ها

ال‌ای‌دی مطابق با طرح کلی بسته‌بندی استاندارد EIA است. نقشه ابعادی خاص ارجاع داده شده است. تخصیص پایه‌ها برای ال‌ای‌دی دو رنگ به شرح زیر است: پایه‌های ۱ و ۲ به تراشه قرمز اختصاص داده شده‌اند و پایه‌های ۳ و ۴ به تراشه سبز اختصاص داده شده‌اند. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس عمومی ±۰.۲ میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

۵.۲ بسته‌بندی نوار و قرقره

قطعات در نوار ۸ میلی‌متری روی قرقره‌هایی به قطر ۷ اینچ عرضه می‌شوند که با مونتاژ اتوماتیک سازگار است. هر قرقره حاوی ۲۰۰۰ قطعه است. بسته‌بندی از مشخصات EIA-481-1-B پیروی می‌کند. یادداشت‌ها مشخص می‌کنند که جیب‌های خالی مهر و موم شده‌اند، حداقل مقدار سفارش برای باقی‌مانده‌ها ۵۰۰ قطعه است و حداکثر دو قطعه مفقود متوالی در هر قرقره مجاز است.

۶. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

۶.۱ پروفیل لحیم‌کاری رفلوی

برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب، یک پروفیل رفلوی مادون قرمز مطابق با J-STD-020B توصیه می‌شود. پارامترهای کلیدی شامل دمای پیش‌گرم ۱۵۰-۲۰۰ درجه سلسیوس، زمان پیش‌گرم حداکثر تا ۱۲۰ ثانیه، دمای اوج حداکثر ۲۶۰ درجه سلسیوس و زمان بالای مایع (یا در اوج) حداکثر ۱۰ ثانیه است. رفلوی باید حداکثر دو بار انجام شود.

۶.۲ لحیم‌کاری دستی

اگر از هویه استفاده می‌شود، دمای نوک هویه نباید از ۳۰۰ درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان لحیم‌کاری برای هر پایه باید حداکثر به ۳ ثانیه محدود شود. لحیم‌کاری دستی باید فقط یک بار انجام شود.

۶.۳ ذخیره‌سازی و جابجایی

برای کیسه‌های ضد رطوبت بازنشده همراه با جاذب رطوبت، ال‌ای‌دی‌ها باید در دمای ≤۳۰°C و رطوبت نسبی ≤۷۰٪ ذخیره شده و ظرف یک سال استفاده شوند. پس از باز شدن، محیط ذخیره‌سازی باید ≤۳۰°C و ≤۶۰٪ RH باشد. قطعات خارج شده از بسته‌بندی اصلی باید ظرف ۱۶۸ ساعت تحت رفلوی مادون قرمز قرار گیرند. برای ذخیره‌سازی فراتر از این دوره، پخت در حدود ۶۰ درجه سلسیوس به مدت حداقل ۴۸ ساعت قبل از مونتاژ توصیه می‌شود.

۶.۴ تمیز کردن

در صورت نیاز به تمیز کردن، فقط باید از حلال‌های مشخص شده مانند الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل استفاده شود. ال‌ای‌دی باید در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. باید از مواد شیمیایی نامشخص اجتناب کرد زیرا ممکن است به بسته آسیب برسانند.

۷. پیشنهادات کاربرد

۷.۱ سناریوهای کاربرد معمول

این ال‌ای‌دی دو رنگ برای نشانگرهای وضعیت، نشانگرهای برق/شارژ، نور پس‌زمینه برای آیکون‌ها یا نمادهای نیازمند دو حالت رنگی (مانند روشن/خاموش، فعال/آماده به کار، حرکت/انتظار) و نمایشگرهای الکترونیک مصرفی بسیار مناسب است. لنز پخش‌کننده آن را برای کاربردهایی که زاویه دید گسترده و نور نرم و غیرخیره‌کننده مطلوب است، ایده‌آل می‌سازد.

۷.۲ ملاحظات طراحی

روش راه‌اندازی:ال‌ای‌دی‌ها قطعاتی با عملکرد جریان هستند. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت، به ویژه هنگامی که چندین ال‌ای‌دی به صورت موازی متصل می‌شوند، باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر ال‌ای‌دی یا هر کانال رنگی استفاده کرد. مقدار مقاومت بر اساس ولتاژ تغذیه (Vcc)، جریان مستقیم مورد نظر (IF، معمولاً ۲۰ میلی‌آمپر) و ولتاژ مستقیم (VF) ال‌ای‌دی محاسبه می‌شود: R = (Vcc - VF) / IF.

مدیریت حرارتی:در حالی که اتلاف توان نسبتاً کم است، اطمینان از چیدمان PCB مناسب برای دفع حرارت یک عمل خوب است، به ویژه در محیط‌های با دمای محیطی بالا یا هنگام راه‌اندازی نزدیک به حداکثر مقادیر مجاز.

قطبیت و جایگذاری:جهت‌دهی صحیح مطابق با نمودار تخصیص پایه‌ها بسیار مهم است. باید از طرح پد اتصال PCB توصیه شده پیروی کرد تا لحیم‌کاری صحیح و پایداری مکانیکی تضمین شود.

۸. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های کلیدی این قطعه شامل قابلیت دو رنگ آن در یک بسته SMD واحد است که در مقایسه با استفاده از دو ال‌ای‌دی مجزا، فضای برد را ذخیره می‌کند. استفاده از فناوری AlInGaP معمولاً بازدهی بالاتر و پایداری عملکرد بهتری در دما نسبت به برخی دیگر از سیستم‌های مواد برای رنگ‌های قرمز و کهربایی ارائه می‌دهد. زاویه دید ۱۲۰ درجه ارائه شده توسط لنز پخش‌کننده، دید گسترده‌تری را فراهم می‌کند. انطباق با RoHS و سازگاری با فرآیندهای رفلوی بدون سرب، آن را برای تولید مدرن و با توجه به محیط زیست مناسب می‌سازد.

۹. پرسش‌های متداول (FAQs)

س: آیا می‌توانم تراشه‌های قرمز و سبز را همزمان راه‌اندازی کنم تا رنگ زرد/نارنجی ایجاد شود؟

ج: اگرچه از نظر الکتریکی ممکن است، اما ترکیب رنگ‌ها با راه‌اندازی هر دو تراشه نیازمند کنترل دقیق جریان برای دستیابی به یک رنگ‌مایه خاص است. برگه مشخصات، مشخصات رنگ ترکیبی را ارائه نمی‌دهد، بنابراین نتایج ممکن است متفاوت باشد. برای ترکیب رنگ اختصاصی، یک ال‌ای‌دی RGB اختصاصی با مختصات رنگ مشخص‌شده توصیه می‌شود.

س: تفاوت بین طول موج اوج و طول موج غالب چیست؟

ج: طول موج اوج (λP) طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است. طول موج غالب (λd) از نمودار رنگ‌سنجی CIE مشتق شده و نشان‌دهنده طول موج منفرد طیف است که با رنگ درک شده ال‌ای‌دی مطابقت دارد. λd برای مشخص‌سازی رنگ در کاربردهای نمایشی مرتبط‌تر است.

س: چگونه دسته صحیح را برای کاربرد خود انتخاب کنم؟

ج: بر اساس حداقل روشنایی مورد نیاز برای طراحی شما تحت بدترین شرایط (مانند حداکثر ولتاژ مستقیم، دمای بالا) یک دسته را انتخاب کنید. استفاده از دسته‌ای با شدت حداقل بالاتر، حاشیه طراحی فراهم می‌کند. یکنواختی در چندین واحد در یک محصول با مشخص کردن یک کد دسته واحد حاصل می‌شود.

۱۰. مورد کاربردی عملی

سناریو: نشانگر وضعیت دوگانه برای یک دستگاه قابل حمل

در یک مانیتور پزشکی دستی، این ال‌ای‌دی می‌تواند برای نشان دادن وضعیت باتری استفاده شود. هنگامی که باتری در حال شارژ است، ال‌ای‌دی سبز روشن می‌شود. هنگامی که باتری کم است، ال‌ای‌دی قرمز روشن می‌شود. یک پین GPIO میکروکنترلر می‌تواند هر رنگ را از طریق یک مدار ساده کلید ترانزیستوری با یک مقاومت سری کنترل کند. زاویه دید گسترده اطمینان می‌دهد که وضعیت از زوایای مختلف قابل مشاهده است. طراحی باید تفاوت ولتاژ مستقیم را در نظر بگیرد و اطمینان حاصل کند که مقاومت محدودکننده جریان برای هر رنگ در صورت راه‌اندازی از یک ریل ولتاژ یکسان، جداگانه محاسبه شود، اگرچه در این مورد محدوده VF آن‌ها مشابه است.

۱۱. معرفی اصل عملکرد

تابش نور در یک ال‌ای‌دی AlInGaP بر اساس الکترولومینسانس است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. بازترکیب آن‌ها انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی شکاف باند مواد نیمه‌هادی در ناحیه فعال تعیین می‌شود. یک لنز پخش‌کننده، که معمولاً از اپوکسی یا سیلیکون با ذرات پراکنده ساخته شده است، روی تراشه قالب‌گیری می‌شود. این لنز نور را پراکنده می‌کند و الگوی تابش را از یک پرتو باریک به یک توزیع گسترده و شبه لامبرتی تبدیل می‌کند، در نتیجه زاویه دید مؤثر را افزایش می‌دهد.

۱۲. روندهای فناوری

روند کلی در ال‌ای‌دی‌های نشانگر SMD به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) ادامه دارد که امکان دستیابی به همان روشنایی در جریان‌های پایین‌تر را فراهم می‌کند و مصرف برق و تولید حرارت را کاهش می‌دهد. همچنین تلاشی برای کوچک‌سازی در حالی که عملکرد نوری حفظ یا بهبود می‌یابد، وجود دارد. قابلیت اطمینان افزایش یافته تحت شرایط محیطی سخت (دما، رطوبت) یک تمرکز ثابت است. علاوه بر این، ادغام چندین رنگ و حتی آی‌سی‌های کنترل تعبیه‌شده (مانند ال‌ای‌دی‌های RGB آدرس‌پذیر) در داخل طرح‌های استاندارد بسته‌بندی رایج‌تر می‌شود و عملکرد بیشتری در واحد سطح روی PCB ارائه می‌دهد.