SMD LED 16-213/GHC-YR1S1/3T برگه مشخصات - سبز روشن - 2.7-3.7V - 25mA - سند فنی چینی ساده شده

1. مرور کلی محصول

16-213/GHC-YR1S1/3T یک LED از نوع دستگاه نصب‌شده روی سطح (SMD) است که به‌طور خاص برای کاربردهای الکترونیکی مدرنی طراحی شده که نیازمند ابعاد فشرده، قابلیت اطمینان بالا و عملکرد نوری عالی هستند. این قطعه از تراشه نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) استفاده می‌کند که خروجی نوری سبز روشن تولید می‌کند. مزایای اصلی آن شامل کاهش قابل توجه فضای اشغالی در مقایسه با LEDهای دارای قاب سیم‌پیچ سنتی است که منجر به افزایش چگالی قطعات روی برد مدار چاپی (PCB)، کاهش نیازهای ذخیره‌سازی و در نهایت کمک به کوچک‌سازی دستگاه نهایی می‌شود. این دستگاه سبک‌وزن است و به‌ویژه برای کاربردهای دارای محدودیت فضایی و قابل حمل مناسب می‌باشد.

موقعیت‌دهی کلیدی محصول شامل استفاده به عنوان چراغ نشانگر کارآمد و نور پس‌زمینه است. این محصول در بسته‌بندی نوار حامل 8 میلی‌متری ارائه می‌شود که بر روی قرقره‌ای به قطر 7 اینچ پیچیده شده است تا با تجهیزات استاندارد مونتاژ خودکار قطعات سطحی سازگار باشد. LED در رزین شفاف کپسوله شده است که خروجی نور را به حداکثر می‌رساند و ظاهری تمیز و روشن ارائه می‌دهد.

2. شرح جزئیات مشخصات فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

محدودیت‌های عملکرد دستگاه در شرایط Ta=25°C تعریف شده است. فراتر رفتن از این مقادیر نامی ممکن است منجر به آسیب دائمی شود.

• ولتاژ معکوس (V_R):5V. اعمال ولتاژ معکوس بالاتر از این مقدار ممکن است باعث شکست پیوند PN LED شود.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):25mA. این حداکثر جریان DC پیشنهادی برای کارکرد پیوسته است.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100mA. این مقدار نامی برای شرایط پالس با چرخه کاری 1/10 و فرکانس 1kHz اعمال می‌شود و اجازه کار با روشنایی بالا در مدت زمان کوتاه را می‌دهد.
• اتلاف توان (P_d):110mW. این حداکثر توانی است که بسته‌بندی می‌تواند بدون فراتر رفتن از محدوده حرارتی مجاز خود تلف کند.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):قادر به تحمل 150 ولت (مدل بدن انسان). در فرآیند مونتاژ باید روش‌های صحیح کنترل ESD رعایت شود.
• دمای کاری (T_opr):-40°C تا +85°C. این LED برای کار در طیف گسترده‌ای از شرایط محیطی طراحی شده است.
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg):-40°C تا +90°C.
• دمای جوشکاری (T_sol):این قطعه می‌تواند دمای اوج 260 درجه سانتی‌گراد را برای حداکثر 10 ثانیه در جوشکاری بازجریانی، یا حداکثر 3 ثانیه در دمای 350 درجه سانتی‌گراد برای هر پایه در جوشکاری دستی تحمل کند.

2.2 ویژگی‌های نوری-الکتریکی

عملکرد معمول در شرایط Ta=25°C و I_F=20mA اندازه‌گیری شده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شود.

• شدت نور (I_v):از حداقل 112 mcd تا حداکثر 225 mcd متغیر است و مقدار معمول در این محدوده دسته‌بندی قرار می‌گیرد. تلرانس قابل قبول ±11% است.
• زاویه دید (2θ)_1/2):120 درجه. این زاویه دید گسترده، قابلیت مشاهده خوبی را از زوایای مختلف تضمین می‌کند.
• طول موج پیک (λ_p):مقدار معمول 518 نانومتر، نشان‌دهنده طول موجی است که در آن شدت نور ساطع شده حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):محدوده از 520 نانومتر تا 535 نانومتر، رنگ درک‌شده (سبز) را تعریف می‌کند. تلرانس قابل قبول ±1 نانومتر است.
• پهنای باند طیفی (Δλ):مقدار معمول 35 نانومتر، اندازه‌گیری شده در نیمه حداکثر شدت (FWHM).
• ولتاژ مستقیم (V_F):محدوده از 2.7 ولت (حداقل) تا 3.7 ولت (حداکثر)، مقدار معمول در 20 میلی‌آمپر 3.3 ولت است. تلرانس قابل اعمال ±0.05 ولت می‌باشد.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 50 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس 5 ولت اعمال می‌شود.

3. توضیح سیستم درجه‌بندی

محصولات بر اساس پارامترهای کلیدی نوری و الکتریکی درجه‌بندی می‌شوند تا یکنواختی در طراحی کاربرد تضمین شود.

3.1 دسته‌بندی شدت نوردهی

در شرایط I_v=20mA، I_Fدسته‌بندی می‌شود:

• R1:112 mcd تا 140 mcd
• R2:140 mcd تا 180 mcd
• S1:180 mcd تا 225 mcd

کد باندینگ خاص (به عنوان مثال، بخشی از GHC-YR1S1) نشان‌دهنده محدوده تضمین‌شده شدت برای آن واحد خاص است.

3.2 دسته‌بندی طول موج اصلی

در شرایط I_dتحت شرایط =20mA، برای λ_Fدسته‌بندی می‌شود:

• X:520 nm تا 525 nm
• Y:525 nm تا 530 nm
• Z:530 nm تا 535 nm

این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا برای کاربردهای تطبیق رنگ، LEDهایی با سایه سبز بسیار خاص انتخاب کنند.

4. تحلیل منحنی عملکرد

برگه مشخصات چندین منحنی مشخصه حیاتی برای طراحی ارائه می‌دهد.

4.1 رابطه شدت نور نسبی با دمای محیط

این منحنی نشان می‌دهد که از ۴۰- درجه سلسیوس تا حدود ۲۵ درجه سلسیوس، شدت نور نسبتاً پایدار است. پس از ۲۵ درجه سلسیوس، شدت با افزایش دما به تدریج کاهش می‌یابد که این یک ویژگی رایج LED ناشی از افزایش ترکیب غیرتابشی و سایر اثرات حرارتی است. در حداکثر دمای کاری ۸۵ درجه سلسیوس، خروجی ممکن است به طور قابل توجهی نسبت به دمای اتاق کمتر باشد. این نکته باید در طراحی‌هایی که دمای محیط بالاتری انتظار می‌رود، در نظر گرفته شود.

4.2 منحنی کاهش جریان مستقیم

این نمودار رابطه‌ی تابعی بین حداکثر جریان مستقیم مجاز و دمای محیط را تعریف می‌کند. در دمای 25°C، جریان کامل 25mA مجاز است. با افزایش دمای محیط، حداکثر جریان مجاز باید به صورت خطی کاهش یابد تا از تجاوز از محدودیت اتلاف توان 110mW قطعه جلوگیری شده و قابلیت اطمینان بلندمدت تضمین شود. این امر برای جلوگیری از فرار حرارتی و خرابی زودرس حیاتی است.

3.3 رابطه‌ی شدت نور با جریان مستقیم

در جریان‌های پایین، این رابطه معمولاً خطی است، اما در جریان‌های بالا (نزدیک به حداکثر مقدار نامی) ممکن است نشانه‌هایی از اشباع یا کاهش بازده نشان دهد. این منحنی به طراحان اجازه می‌دهد تا روشنایی را در جریان محرک داده‌شده پیش‌بینی کنند.

4.4 توزیع طیفی

طیف‌نگاری یک قله اصلی واحد را نشان می‌دهد که در حدود 518 نانومتر (سبز) متمرکز شده و دارای پهنای کامل در نصف بیشینه (FWHM) 35 نانومتر است. انتشار ناچیز در سایر بخش‌های طیف مرئی، خلوص رنگ سبز را تأیید می‌کند.

4.5 رابطه جریان مستقیم با ولتاژ مستقیم

این منحنی IV رابطه نمایی مشخصه دیود را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم با افزایش جریان افزایش می‌یابد. ولتاژ مشخصه V_Fمحدوده (2.7V-3.7V در 20mA) در این منحنی قابل مشاهده است. طراحان از این منحنی برای محاسبه مقدار مقاومت محدودکننده جریان مورد نیاز در یک ولتاژ منبع مشخص استفاده می‌کنند.

4.6 نمودار الگوی تابش

نمودار قطبی زاویه دید 120 درجه را نشان می‌دهد. شدت در ناحیه مخروطی مرکزی تقریباً یکنواخت است و به سمت لبه‌ها کاهش می‌یابد. این الگو برای کاربردهایی که نیاز به زاویه‌های روشنایی خاصی دارند بسیار مهم است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

این LED دارای یک سطح نصب SMD فشرده است. ابعاد کلیدی شامل اندازه بدنه، فاصله پایه‌ها و ارتفاع کلی می‌باشد. یک نقشه ابعادی دقیق در دیتاشیت ارائه شده است و تلرانس استاندارد، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد، ±0.1 میلی‌متر است. همچنین طرح پیشنهادی پد روی PCB نشان داده شده است که برای دستیابی به اتصال لحیم‌کاری قابل اعتماد و پایداری مکانیکی طراحی شده است. توصیه می‌شود طراحان ابعاد پد را با توجه به فرآیند ساخت PCB خاص و الزامات حرارتی خود تطبیق دهند.

5.2 نشانگر قطبیت

این قطعه دارای آند و کاتد است. نقشه‌های دیتاشیت قطبیت را نشان می‌دهند که معمولاً از طریق یک بریدگی، نقطه یا اشکال مختلف پایه مشخص می‌شود. توجه به قطبیت صحیح در طول طراحی چیدمان PCB و مونتاژ برای اطمینان از عملکرد صحیح ضروری است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل دمایی لحیم‌کاری بازجریانی

پروفیل دمای دقیق ریفلو بدون سرب ارائه شده است:

• پیش‌گرمایش:150-200°C، به مدت 60-120 ثانیه.
• زمان بالای خط‌مایع (217°C):60 تا 150 ثانیه.
• تعمیر پس از لحیم‌کاری توصیه نمی‌شود. در صورت اجتناب‌ناپذیری، باید از هویه دو سر برای گرم کردن همزمان دو پایه استفاده شود تا تنش وارد بر LED به حداقل برسد. ارزیابی تأثیر احتمالی تعمیر بر ویژگی‌های LED پیش از اقدام ضروری است.حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد، به مدت حداکثر 10 ثانیه حفظ شود.
• نرخ افزایش دما:حداکثر 6 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه.
• نرخ سرمایش:حداکثر 3 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه.

توصیه می‌شود LED بیش از دو چرخه لحیم‌کاری مجدد (Reflow) را تجربه نکند. باید از اعمال تنش بر بدنه LED در حین گرمایش و همچنین تاب برداشتن PCB پس از لحیم‌کاری اجتناب شود.

6.2 لحیم کاری دستی

در صورت ضرورت انجام لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه باید کمتر از 350 درجه سانتی‌گراد باشد و زمان تماس برای هر پایه نباید از 3 ثانیه تجاوز کند. استفاده از هویه کم‌توان (≤25W) توصیه می‌شود. بین لحیم‌کاری دو پایه متوالی، حداقل 2 ثانیه زمان خنک‌سازی باید فاصله باشد تا از شوک حرارتی جلوگیری شود.

6.3 بازسازی و تعمیر

تعمیر پس از لحیم‌کاری توصیه نمی‌شود. در صورت اجتناب‌ناپذیری، باید از هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو پایانه استفاده کرد تا فشار وارد بر LED به حداقل برسد. تأثیر بالقوه بازسازی بر ویژگی‌های LED باید از قبل ارزیابی شود.

7. بسته‌بندی و اطلاعات سفارش

7.1 مشخصات نوار رول

LEDها در بسته‌بندی نوار حامل ارائه می‌شوند که ابعاد آن در برگه مشخصات تعیین شده است. هر رول شامل 3000 قطعه است. ابعاد قرقره (قطر 7 اینچ) برای تنظیم تجهیزات پردازش خودکار ارائه شده است.

7.2 حساسیت به رطوبت و نگهداری

محصول در کیسه‌های فویل ضد رطوبت بسته‌بندی شده و حاوی سیلیکاژل و کارت نشانگر رطوبت است. برای جلوگیری از آسیب ناشی از رطوبت (اثر "پاپ کورن") در فرآیند لحیم‌کاری مجدد:

• قبل از باز کردن بسته:در شرایط دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شود.
• پس از باز کردن:در شرایط دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤60%، "عمر کارگاهی" یک سال است. قطعات استفاده نشده باید مجدداً مهر و موم شوند.
• پخت:اگر نشانگر خشک‌کننده اشباع شده باشد یا زمان ذخیره‌سازی از حد مجاز فراتر رفته باشد، قبل از استفاده باید به مدت 24 ساعت در دمای 60±5 درجه سانتی‌گراد پخته شود.

7.3 توضیحات برچسب

برچسب ریل شامل کدهای زیر است:

• شماره قطعه مشتری (CPN)
• شماره محصول (P/N)
• تعداد در بسته‌بندی (QTY)
• سطح شدت نور (CAT)
• سطح رنگ/طول موج اصلی (HUE)
• سطح ولتاژ مستقیم (REF)
• شماره بچ (LOT No.)

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

• نور پس‌زمینه:روشنایی پس‌زمینه مسطح برای چراغ‌های نشانگر داشبورد، روشنایی کلیدها و پنل‌ها و نمادهای LCD.
• تجهیزات مخابراتی:چراغ‌های نشانگر وضعیت و نور پس‌زمینه صفحه‌کلید در تلفن‌ها و دستگاه‌های فکس.
• نشانگر عمومی:به‌طور گسترده در نشانگرهای وضعیت منبع تغذیه، انتخاب حالت و سایر رابط‌های کاربری در الکترونیک مصرفی، الکترونیک صنعتی و الکترونیک خودرو استفاده می‌شود.

8.2 ملاحظات کلیدی طراحی

• محدودیت جریان:مقاومت سری خارجیکاملاً ضروری استبرای محدود کردن جریان مستقیم استفاده می‌شود. مشخصه نمایی V-I LED به این معنی است که افزایش کمی در ولتاژ منجر به افزایش جریان بزرگ و مخرب می‌شود.
• مدیریت حرارتی:از منحنی کاهش جریان مستقیم پیروی کنید. در صورت کار در دمای محیطی بالا یا نزدیک به حداکثر جریان، اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی فویل مسی PCB یا سایر اقدامات خنک‌کننده وجود دارد.
• محافظت ESD:پیاده‌سازی مدار محافظ ESD در خطوط حساس و رعایت رویه‌های صحیح دست‌کاری در فرآیند مونتاژ.
• طراحی نوری:در طراحی صفحه‌های راهنمای نور، لنزها یا پخش‌کننده‌ها، زاویه دید ۱۲۰ درجه و الگوی تابش را برای دستیابی به اثر روشنایی مطلوب در نظر بگیرید.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری قدیمی LEDهای سوراخدار، این LED SMD مزایای قابل توجهی دارد:

• اندازه و چگالی:مساحت اشغالی برد به میزان قابل توجهی کاهش یافته و به کوچکسازی کمک میکند.
• اتوماسیون:کاملاً با مونتاژ SMT سرعت بالا سازگار است و هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد.
• عملکرد:در مقایسه با مواد قدیمی، فناوری InGaN بازدهی بالاتر و خروجی نور سبز روشن‌تری ارائه می‌دهد.
• قابلیت اطمینان:در صورت لحیم‌کاری صحیح، ساختار SMD معمولاً عملکرد حرارتی و استحکام مکانیکی بهتری به همراه دارد.
• انطباق:该器件无铅，符合RoHS和欧盟REACH法规，并满足无卤标准（Br <900ppm，Cl <900ppm，Br+Cl <1500ppm），使其适合注重环保的设计和全球市场。

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 هنگام استفاده از منبع تغذیه 5 ولت، چه مقدار مقاومت باید انتخاب شود؟

با استفاده از قانون اهم (R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F)، و فرض کنید که در 20mA مقدار معمول V_F3.3V است: R = (5V - 3.3V) / 0.02A = 85 اهم. مقاومت‌های استاندارد 82 یا 100 اهم مناسب هستند. همیشه با حداقل V_F(2.7V) محاسبه کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان از حداکثر مقدار نامی تجاوز نمی‌کند.

10.2 آیا می‌توانم این LED را با 30 میلی‌آمپر برای روشنایی بیشتر راه‌اندازی کنم؟

خیر. حداکثر جریان مجاز پیوسته مستقیم 25mA است. تجاوز از این مقدار به قابلیت اطمینان آسیب زده و ممکن است منجر به خرابی فوری یا تدریجی شود. برای روشنایی بیشتر، LED با درجه‌بندی شدت نور بالاتر (مانند درجه S1) یا محصولی با جریان مجاز بالاتر را انتخاب کنید.

10.3 دما چگونه بر خروجی نور تأثیر می‌گذارد؟

همانطور که در منحنی عملکرد نشان داده شده است، شدت نور با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. در دمای 85°C، خروجی ممکن است تنها 60-70% مقدار آن در 25°C باشد. این موضوع باید در طراحی نوری سیستم در نظر گرفته شود.

10.4 آیا نیاز به هیت‌سینک (گرماخور) است؟

对于在20mA连续工作且环境温度适中（<50°C）的情况，热量通常通过LED引脚传导到PCB铜箔上即可充分散发。遵循建议的焊盘布局可改善散热。对于高环境温度或驱动电流接近最大值的情况，增加连接到LED焊盘的PCB铜箔面积可作为有效的散热片。

11. مطالعه موردی طراحی و کاربرد

صحنه: طراحی پنل چراغ‌های نشانگر وضعیت برای کنترلر صنعتی.

1. نیازمندی‌ها:چندین LED سبز روشن برای نشان دادن وضعیت "سیستم آماده" استفاده می‌شود. دمای محیط کاری پنل می‌تواند تا 60 درجه سانتی‌گراد برسد.
2. انتخاب نوع:انتخاب رده S1 از 16-213/GHC-YR1S1/3T (180-225 mcd) برای دستیابی به قابلیت دید بالا.
3. طراحی مدار:استفاده از ریل منبع تغذیه سیستم 3.3 ولت. فرض کنید V_F= 3.3V، مقاومت سری را محاسبه کنید: R = (3.3V - 3.3V) / 0.02A = 0 اهم. این مقدار نامعتبر است. بنابراین، LED را با جریان پایین‌تر، مثلاً 15mA، راه‌اندازی کنید. R = (3.3V - 3.0V*) / 0.015A = 20 اهم. (*بر اساس منحنی IV، V_Fدر 15mA پایین‌تر تخمین زده می‌شود).
4. بررسی حرارتی:در دمای محیط 60 درجه سانتی‌گراد، منحنی کاهش ظرفیت، کاهش جریان حداکثر را الزامی می‌کند. کارکرد با جریان 15 میلی‌آمپر، حاشیه ایمنی مناسبی زیر محدوده کاهش ظرفیت فراهم کرده و قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین می‌نماید.
5. چیدمان:طراحی پد PCB از توصیه‌های دفترچه مشخصات پیروی کرده و برای بهبود دفع حرارت، فویل مسی اضافی به پد کاتد متصل شده است.
6. نتایج:یک سیستم نشانگر قابل اعتماد و با روشنایی یکنواخت مناسب برای محیط‌های کاری.

12. معرفی مختصر نحوه عملکرد

این LED بر اساس اصل الکترولومینسانس در پیوند PN نیمه‌هادی کار می‌کند. ناحیه فعال از InGaN تشکیل شده است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بالاتر از ولتاژ آستانه دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ترتیب از لایه‌های نوع N و نوع P به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار ترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN انرژی شکاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور منتشرشده مطابقت دارد - در این مورد، سبز (~518 نانومتر). محفظه اپوکسی شفاف، تراشه نیمه‌هادی را محافظت می‌کند، پایداری مکانیکی فراهم می‌کند و به عنوان عدسی برای شکل‌دهی پرتو خروجی عمل می‌کند.

13. روندهای فناوری

توسعه این نوع از LEDهای SMD بخشی از روند گسترده‌تری در حوزه فوتونیک است:

• مینیاتوری‌سازی:ابعاد بسته‌بندی به طور مداوم در حال کاهش است (به عنوان مثال، از 0603 به 0402 و سپس به 0201 در اندازه‌های متریک) تا دستگاه‌های کوچکتری امکان‌پذیر شوند.
• بهبود کارایی:پیشرفت‌های مداوم در رشد اپیتاکسیال و طراحی تراشه، منجر به کارایی نوری بالاتر (تولید نور بیشتر به ازای هر وات ورودی برق) شده است.
• یکنواختی رنگ:مشخصات طبقه‌بندی سخت‌گیرانه‌تر و فرآیندهای تولید پیشرفته، یکنواختی بالای رنگ و روشنایی را بین دسته‌های تولید مختلف تضمین می‌کنند که برای آرایه‌های چند LED و نمایشگرها حیاتی است.
• افزایش قابلیت اطمینان:مواد بسته‌بندی بهبودیافته و طراحی مدیریت حرارتی در حال افزایش طول عمر عملیاتی هستند و امکان استفاده در محیط‌های سخت‌تر (دما و رطوبت بالاتر) را فراهم می‌کنند.
• یکپارچه‌سازی:روند شامل ادغام کنترل IC، مقاومت محدودکننده جریان و حتی تراشه‌های چندرنگ (RGB) در یک بسته واحد است که طراحی مدار را برای کاربر نهایی ساده می‌کند.

این روندها قطعات را به سمت عملکرد قوی‌تر، قابلیت اطمینان بیشتر و کاربری آسان‌تر سوق می‌دهند.