فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 1.1 مزایای اصلی و بازار هدف
- 2. تجزیه و تحلیل عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 مقادیر حداکثر مطلق
- 2.2 مشخصات نوری-الکتریکی در دمای محیط Ta=25°C
- 2.3 ملاحظات حرارتی
- 3. توضیح سیستم رتبهبندی
- 3.1 درجهبندی ولتاژ مستقیم (Vf)
- 3.2 درجهبندی شدت نور (Iv)
- 3.3 دستهبندی رنگ (طول موج غالب)
- 4. تحلیل منحنی عملکرد
- 4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)
- 4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم
- 4.3 توزیع طیفی
- 4.4 وابستگی دمایی
- 5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 5.1 ابعاد بستهبندی و قطبیت
- 5.2 طراحی پیشنهادی پد PCB
- 6. راهنمای لحیمکاری، مونتاژ و کارکرد
- 6.1 راهنمای فرآیند جوشکاری
- 6.2 شستشو
- 6.3 ذخیرهسازی و حساسیت به رطوبت
- 6.4 اقدامات حفاظتی در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
- 7. اطلاعات بستهبندی و سفارش
- 7.1 مشخصات نوار و قرقره
- 8. توضیحات کاربردی و ملاحظات طراحی
- 8.1 مدار کاربردی معمول
- 8.2 ملاحظات طراحی
- 8.3 محدودیتهای کاربردی
- 9. مقایسه و تمایز فنی
- 10. پرسشهای متداول (FAQ)
- 10.1 تفاوت طول موج اوج (Peak Wavelength) با طول موج غالب (Dominant Wavelength) چیست؟
- 10.2 آیا میتوانم این LED را با 20mA برای روشنایی بیشتر راهاندازی کنم؟
- 10.3 چرا دستهبندی (بینینگ) مهم است؟
- 10.4 چگونه میتوان مقادیر نامی "شرایط جوشکاری مادون قرمز" را درک کرد؟
- 11. نمونههای عملی طراحی و استفاده
- 11.1 نور پسزمینه صفحهکلید دستگاههای همراه
- 11.2 چراغهای نشانگر وضعیت روتر شبکه
- 12. مقدمهای بر نحوه عملکرد
- 13. روندهای فناوری
1. مرور کلی محصول
این سند مشخصات فنی یک چراغ LED مینیاتوری نصبسطحی را به تفصیل شرح میدهد که بهطور خاص برای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی و کاربردهای با محدودیت فضا طراحی شده است. این قطعه یک LED فوقباریک و فوقدرخشان است که با استفاده از تراشه نیمههادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) نور سبز ساطع میکند. ابعاد فشرده و سازگاری آن با فرآیندهای تولید مدرن، آن را به یک مؤلفه همهکاره در طیف گستردهای از دستگاههای الکترونیکی تبدیل کرده است.
1.1 مزایای اصلی و بازار هدف
مزایای اصلی این LED شامل ضخامت بسیار کم 0.55 میلیمتری آن است که امکان ادغام در دستگاههای فوقنازک را فراهم میکند. تراشه InGaN آن میتواند شدت نور بالایی ارائه دهد. این قطعه کاملاً با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد مضر) مطابقت دارد. این قطعه در بستهبندی نوار 8 میلیمتری مطابق با استاندارد EIA، پیچیده شده روی قرقره 7 اینچی عرضه میشود که کاملاً با تجهیزات اتوماتیک سرعتبالای مونتاژ قطعات (پیست) سازگار است. علاوه بر این، طراحی آن تحمل فرآیند لحیمکاری رفلوو مادون قرمز را دارد که یک فرآیند استاندارد در خط مونتاژ فناوری نصب سطحی (SMT) است.
حوزههای کاربردی هدف گسترده هستند و تجهیزات ارتباطی، تجهیزات اتوماسیون اداری، لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی را در بر میگیرند. موارد استفاده خاص شامل نور پسزمینه صفحه کلید و کلیدها، چراغهای نشانگر وضعیت، نمایشگرهای مینیاتوری و کاربردهای مختلف روشنایی سیگنال یا نماد است.
2. تجزیه و تحلیل عمیق پارامترهای فنی
این بخش به تفسیر دقیق و عینی ویژگیهای الکتریکی، نوری و حرارتی تعریفشده در برگه مشخصات میپردازد. درک این پارامترها برای طراحی مدار قابل اعتماد و اطمینان از عملکرد بلندمدت حیاتی است.
2.1 مقادیر حداکثر مطلق
این مقادیر نامی محدودیتهای تنشی را تعریف میکنند که ممکن است منجر به آسیب دائمی قطعه شوند. آنها برای شرایط کار عادی در نظر گرفته نشدهاند.
- اتلاف توان (Pd):38 mW. این حداکثر توانی است که بستهبندی LED میتواند در دمای محیط (Ta) برابر با 25°C دفع کند. فراتر رفتن از این حد خطر گرمای بیش از حد و تسریع فرسودگی را به همراه دارد.
- جریان مستقیم رو به جلو (IF):10 mA. حداکثر جریان مستقیم پیوستهای که میتوان اعمال کرد.
- جریان اوج رو به جلو:40 میلیآمپر. این جریان تنها در شرایط پالس با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلیثانیه مجاز است. این امکان را فراهم میکند تا در مدت زمان کوتاهی روشنایی بیشتری بدون آسیب حرارتی به دست آید.
- محدوده دمای کاری:20- درجه سانتیگراد تا 80+ درجه سانتیگراد. این محدوده دمای محیطی است که LED برای عملکرد عادی در آن مشخص شده است.
- محدوده دمای ذخیرهسازی:30- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. محدوده دمای ذخیرهسازی دستگاه در حالت غیرفعال.
- شرایط لحیمکاری مادون قرمز:260°C به مدت 10 ثانیه. این مشخصهی حداکثر دما و منحنی زمانی قابل تحمل LED در فرآیند لحیمکاری بازجوشی را تعریف میکند که برای فرآیند مونتاژ بدون سرب ضروری است.
2.2 مشخصات نوری-الکتریکی در دمای محیط Ta=25°C
اینها پارامترهای عملکردی معمولی هستند که تحت شرایط آزمایش استاندارد اندازهگیری شدهاند. طراحان باید از این مقادیر برای محاسبات مدار استفاده کنند.
- شدت نور (Iv):در جریان مستقیم (IF) برابر با 2 میلیآمپر، از 11.2 میلیکاندلا (حداقل) تا 112.0 میلیکاندلا (حداکثر) متغیر است. این محدوده وسیع از طریق سیستم درجهبندی (بینینگ) مدیریت میشود (به بخش 3 مراجعه کنید). این پارامتر روشنایی درکشده توسط چشم انسان را اندازهگیری میکند.
- زاویه دید (2θ1/2):130 درجه. این زاویه کامل زمانی است که شدت نور به نصف مقدار اندازهگیری شده در محور میرسد. زاویه 130 درجه نشاندهنده حالت دید گسترده است و برای کاربردهایی مناسب است که نیاز به مشاهده نور از زوایای مختلف دارند.
- طول موج اوج تابش (λP):530 نانومتر. این طول موجی است که در آن خروجی طیفی LED در قویترین حالت خود قرار دارد.
- طول موج غالب (λd):525.0 نانومتر تا 545.0 نانومتر (در IF=2mA). این طول موج منفردی است که چشم انسان آن را درک میکند و رنگ (سبز) را تعریف میکند. این مقدار از نمودار رنگی CIE مشتق شده و با طول موج پیک متفاوت است.
- عرض نیمارتفاع خط طیفی (Δλ):35 نانومتر. این مقدار نشاندهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور منتشرشده است که در نصف حداکثر شدت اندازهگیری میشود.
- ولتاژ مستقیم (VF):2.30 V تا 3.30 V (در IF=2 mA). افت ولتاژ هنگام عبور جریان از LED. این محدوده نیز تحت تأثیر دستهبندی (Binning) قرار میگیرد.
- جریان معکوس (IR):در ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت، حداکثر 10 میکروآمپر. این قطعه برای کار در جهت معکوس طراحی نشده است؛ این آزمایش صرفاً برای تأیید کیفیت انجام میشود. باید از اعمال ولتاژ معکوس در مدار جلوگیری کرد که معمولاً با اطمینان از قطبیت صحیح یا استفاده از مدارهای محافظتی حاصل میشود.
2.3 ملاحظات حرارتی
اگرچه نمودار صریحی ارائه نشده است، اما مدیریت حرارتی را میتوان از مقادیر نامی توان مصرفی و محدوده دمای کاری استنباط کرد. مقدار نامی توان مصرفی پایین 38 میلیوات بر کممصرف بودن این قطعه تأکید دارد. با این حال، در چیدمانهای با تراکم بالا یا فضاهای محصور، توصیه میشود با استفاده از پدهای PCB اطمینان از دفع حرارت کافی حاصل شود تا دمای اتصال در محدوده ایمن حفظ شده و در نتیجه خروجی نوری و طول عمر حفظ گردد.
3. توضیح سیستم رتبهبندی
برای اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دستههای مختلف طبقهبندی میشوند. این امر به طراحان اجازه میدهد تا برای کاربرد خود، رده عملکرد خاصی را انتخاب کنند.
3.1 درجهبندی ولتاژ مستقیم (Vf)
LEDها بر اساس افت ولتاژ مستقیم آنها در جریان 2 میلیآمپر دستهبندی میشوند. محدوده دستهها از D4 (2.30V - 2.50V) تا D8 (3.10V - 3.30V) است و هر دسته دارای تلرانس ±0.1V میباشد. انتخاب دسته Vf باریک به اطمینان از یکنواختی روشنایی هنگام راهاندازی موازی چند LED با منبع ولتاژ ثابت کمک میکند.
3.2 درجهبندی شدت نور (Iv)
این طبقهبندی خروجی روشنایی را کنترل میکند. محدوده طبقات از L (18.0 - 11.2 mcd) تا Q (112.0 - 71.0 mcd) است که در جریان 2 mA اندازهگیری شده و هر طبقه تلرانس ±15% دارد. برنامههای کاربردی که نیاز به سطح روشنایی خاصی دارند (مانند چراغهای نشانگر با درجه نورسنجی مشخص) طبقه Iv را مشخص خواهند کرد.
3.3 دستهبندی رنگ (طول موج غالب)
این امر یکنواختی رنگ را تضمین میکند. طبقات طول موج غالب برای این LED سبز عبارتند از: AQ (525.0 - 530.0 nm)، AR (530.0 - 535.0 nm)، AS (535.0 - 540.0 nm) و AT (540.0 - 545.0 nm) با تلرانس ±1nm. برای برنامههای کاربردی که تطبیق دقیق رنگ در آنها حیاتی است (مانند نمایشگرهای چندرنگ یا چراغهای راهنمایی)، مشخص کردن طبقه رنگ باریک ضروری میباشد.
4. تحلیل منحنی عملکرد
دیتاشیت به منحنیهای عملکرد معمول اشاره دارد. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائهشده بازتولید نشدهاند، تفسیر استاندارد آنها برای طراحی حیاتی است.
4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)
این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان عبوری از LED و ولتاژ دو سر آن را نشان میدهد. این رابطه اساساً نمایی است. مقدار معمول VF ارائه شده (مثلاً حدود 2.8V در 2mA) یک نقطه روی این منحنی است. طراحان از این منحنی برای تعیین مقدار مقاومت محدودکننده جریان مورد نیاز در یک ولتاژ منبع تغذیه مشخص استفاده میکنند. معمولاً استفاده از منبع جریان ثابت برای راهاندازی LED به جای منبع ولتاژ ثابت با مقاومت سری ترجیح داده میشود، زیرا روشنایی پایدارتری فراهم میکند و تحمل بهتری در برابر تغییرات Vf دارد.
4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم
این نمودار معمولاً نشان میدهد که شدت نور با افزایش جریان مستقیم افزایش مییابد، اما این رابطه خطی نیست. در جریانهای بالاتر، بازده ممکن است به دلیل افزایش حرارت کاهش یابد. جریان مستقیم نامی 10mA نقطهای را نشان میدهد که تعادل خوبی بین روشنایی و قابلیت اطمینان برقرار میکند. کارکرد در نزدیکی حداکثر جریان مطلق، طول عمر را کاهش میدهد.
4.3 توزیع طیفی
نمودار خروجی طیفی رابطه شدت با طول موج را نشان میدهد که حول پیک 530 نانومتر و پهنای نیمارتفاع 35 نانومتر متمرکز است. این اطلاعات برای کاربردهایی که به طول موجهای خاص حساس هستند (مانند حسگرهای نوری یا سیستمهای فیلتر رنگ) حیاتی است.
4.4 وابستگی دمایی
اگرچه به تفصیل شرح داده نشده است، عملکرد LED به دما حساس است. به طور معمول، ولتاژ مستقیم با افزایش دما کاهش مییابد (ضریب دمایی منفی) و خروجی نوری نیز کاهش مییابد. برای کاربردهای دقیق، در نظر گرفتن این اثرات ضروری است، به ویژه زمانی که LED در محیطهای حرارتی متغیر کار میکند.
5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
5.1 ابعاد بستهبندی و قطبیت
این LED دارای پروفیل فوقالعاده نازک 0.55 میلیمتری است. ابعاد پکیج در دیتاشیت ارائه شده و تلورانس استاندارد آن ±0.1mm است. لنز شفاف است. کاتد معمولاً از طریق نشانگر روی پکیج (مانند فرورفتگی، نقطه سبز یا گوشه برشخورده) شناسایی میشود. شناسایی صحیح قطبیت در هنگام مونتاژ برای جلوگیری از آسیب ناشی از بایاس معکوس ضروری است.
5.2 طراحی پیشنهادی پد PCB
پیشنهاداتی برای الگوی پد (فوتپرینت) به منظور اطمینان از اتصال لحیم قابل اعتماد و پایداری مکانیکی ارائه شده است. رعایت این طراحی برای تشکیل صحیح فیله لحیم، مدیریت انتقال حرارت و جلوگیری از پدیده tombstoning (بلند شدن یک سر قطعه در هنگام ریفلو) حیاتی است. طراحی پد همچنین به تراز صحیح قطعه در فرآیند مونتاژ خودکار کمک میکند.
6. راهنمای لحیمکاری، مونتاژ و کارکرد
6.1 راهنمای فرآیند جوشکاری
این LED با فرآیند لحیمکاری بازجریانی مادون قرمز سازگار است. منحنی دمای پیشنهادی برای فرآیند بدون سرب به شرح زیر است و پارامترهای کلیدی عبارتند از:
- پیشگرمایش:150-200°C.
- زمان پیشگرمایش:حداکثر 120 ثانیه، برای گرم کردن تدریجی برد مدار و قطعات.
- دمای اوج:حداکثر 260 درجه سانتیگراد.
- زمان بالای خط مایع (در نقطه اوج):حداکثر 10 ثانیه. منحنی دما باید مطابق با استاندارد JEDEC باشد تا قابلیت اطمینان تضمین شود.
6.2 شستشو
در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیمکاری، باید تنها از حلالهای مشخصشده استفاده شود. برگه مشخصات پیشنهاد میکند که قطعه حداکثر به مدت یک دقیقه در اتانول یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق غوطهور شود. مواد شیمیایی نامشخص یا با خاصیت خورندگی شدید ممکن است به مواد بستهبندی یا عدسی نوری آسیب برسانند.
6.3 ذخیرهسازی و حساسیت به رطوبت
این LED به رطوبت حساس است. هنگامی که کیسه ضد رطوبت مهر و موم شده (حاوی ماده خشککن) باز نشده است، باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤90% ذخیره شده و در طول یک سال استفاده شود. پس از باز شدن بستهبندی اصلی، محیط نگهداری نباید از 30°C / 60% RH تجاوز کند. قطعات خارج شده از بستهبندی اصلی باید در عرض 672 ساعت (28 روز، سطح MSL2a) تحت عملیات لحیمکاری بازجریانی مادون قرمز قرار گیرند. اگر مدت زمان ذخیرهسازی خارج از کیسه اصلی طولانیتر باشد، لازم است قبل از لحیمکاری حداقل به مدت 20 ساعت در حدود 60°C پخت شوند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از پدیده "پاپ کورن" (ترک خوردن بستهبندی در اثر فشار بخار در هنگام لحیمکاری بازجریانی) جلوگیری شود.
6.4 اقدامات حفاظتی در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
این LED در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) و موج اضافه ولتاژ آسیبپذیر است. توصیه میشود برای کار با قطعه از مچبند اتصال به زمین یا دستکش ضداستاتیک استفاده شود. تمامی تجهیزات، ایستگاههای کاری و ماشینآلات باید به درستی زمین شوند تا از تجمع الکتریسیته ساکن جلوگیری شود.
7. اطلاعات بستهبندی و سفارش
7.1 مشخصات نوار و قرقره
LEDها به صورت نوار حامل برجسته با نوار پوشش محافظ ارائه میشوند و روی قرقرهای به قطر ۷ اینچ (۱۷۸ میلیمتر) پیچیده شدهاند. تعداد استاندارد قطعات در هر قرقره ۵۰۰۰ عدد است. عرض نوار ۸ میلیمتر است. بستهبندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 میباشد. دستورالعملهایی برای حداقل تعداد بستهبندی باقیمانده و حداکثر تعداد قطعات مفقوده متوالی در نوار وجود دارد.
8. توضیحات کاربردی و ملاحظات طراحی
8.1 مدار کاربردی معمول
متداولترین روش راهاندازی، استفاده از مقاومت سری محدودکننده جریان است. فرمول محاسبه مقدار مقاومت (R) به این صورت است: R = (ولتاژ منبع - ولتاژ مستقیم LED) / جریان مطلوب. به عنوان مثال، با منبع 5 ولت، ولتاژ مستقیم متداول 2.8 ولت و جریان مطلوب 5 میلیآمپر: R = (5 - 2.8) / 0.005 = 440 اهم. مقاومت استاندارد 470 اهم مناسب است. برای پایداری بهتر روشنایی در برابر تغییرات دما و ولتاژ منبع، استفاده از یک منبع جریان ثابت ساده متشکل از ترانزیستور یا IC درایور LED اختصاصی توصیه میشود، به ویژه برای کاربردهای با چندین LED یا موارد حساس به روشنایی.
8.2 ملاحظات طراحی
- رانش جریان:همیشه از رانش جریان کنترلشده استفاده کنید، نه از ولتاژ ثابت مستقیم. مقادیر حداکثر مطلق را به عنوان محدودیت در نظر بگیرید، نه هدف.
- مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که طرحبندی PCB مساحت کافی مس را برای پدهای LED فراهم میکند تا به عنوان هیتسینک عمل کنند، به ویژه هنگام کار نزدیک به حداکثر جریان.
- طراحی نوری:زاویه دید گسترده 130 درجه، دید خوب خارج از محور را فراهم میکند. برای نور متمرکز، ممکن است به لنز خارجی یا قطعه راهنما نیاز باشد.
- محافظت در برابر ولتاژ معکوس:اگر احتمال اعمال ولتاژ معکوس وجود دارد (به عنوان مثال، در مدارهای AC یا بارهای القایی)، نیاز است یک دیود محافظ به صورت موازی با LED (کاتد به آند) نصب شود.
8.3 محدودیتهای کاربردی
دیتاشیت شامل یک هشدار است که این LEDها برای تجهیزات الکترونیکی معمولی مناسب هستند. برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان بسیار بالا دارند و خرابی ممکن است جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (هوانوردی، تجهیزات پزشکی، سیستمهای ایمنی حیاتی)، قبل از طراحی باید با سازنده مشورت شود. این یک سلب مسئولیت استاندارد برای قطعات درجه تجاری است.
9. مقایسه و تمایز فنی
در مقایسه با LEDهای سبز مبتنی بر فناوریهای قدیمیتر مانند AlGaInP، این LED سبز مبتنی بر InGaN معمولاً بازده نوری بالاتر و پایداری عملکرد بهتری ارائه میدهد. ارتفاع 0.55 میلیمتر یک عامل تمایز کلیدی در بازار است که امکان طراحی محصولاتی نازکتر نسبت به محصولاتی که از LED با ارتفاع استاندارد 0.6 یا 0.8 میلیمتر استفاده میکنند را فراهم میکند. سازگاری آن با فرآیندهای استاندارد لحیمکاری بازجریانی مادون قرمز و بستهبندی ریلی، آن را با جریان اصلی مونتاژ SMT مقرونبهصرفه همسو میکند که این امر با برخی LEDهای خاص که ممکن است نیاز به پردازش ویژه داشته باشند متفاوت است.
10. پرسشهای متداول (FAQ)
10.1 تفاوت طول موج اوج (Peak Wavelength) با طول موج غالب (Dominant Wavelength) چیست؟
طول موج اوج (λP) طول موج فیزیکی است که در آن LED بیشترین توان نوری را ساطع میکند. طول موج غالب (λd) مقداری است که بر اساس حس بینایی انسان (نمودار CIE) محاسبه میشود و به بهترین شکل نمایانگر رنگی است که ما میبینیم. برای LED سبز تکرنگ، این دو مقدار معمولاً نزدیک به هم اما کاملاً یکسان نیستند.
10.2 آیا میتوانم این LED را با 20mA برای روشنایی بیشتر راهاندازی کنم؟
خیر. حداکثر مقدار مجاز مطلق جریان مستقیم رو به جلو 10 میلیآمپر است. کار کردن با جریان 20mA از این مقدار مجاز فراتر رفته و منجر به گرمای بیش از حد، تسریع در افت نور و خرابی احتمالی فاجعهبار میشود. برای دستیابی به روشنایی بالاتر، لطفاً LED با درجه Iv بالاتر (مانند درجه Q) یا محصولی با جریان نامی بالاتر را انتخاب کنید.
10.3 چرا دستهبندی (بینینگ) مهم است؟
تفاوتهای ساختاری منجر به تغییرات در Vf، Iv و رنگ بین LEDهای منفرد میشود. دستهبندی (بینینگ) آنها را در گروههایی با پارامترهای کنترلشده دقیق طبقهبندی میکند. برای محصولاتی که از چندین LED استفاده میکنند (مانند آرایههای نور پسزمینه)، استفاده از LEDهای یک دسته، یکنواختی روشنایی و رنگ را تضمین میکند که برای کیفیت زیباییشناختی و عملکردی حیاتی است.
10.4 چگونه میتوان مقادیر نامی "شرایط جوشکاری مادون قرمز" را درک کرد؟
این بدان معناست که LED میتواند در منحنی دمایی بازجوشی زنده بماند، جایی که دمای بدنه قطعه به اوج 260 درجه سانتیگراد میرسد و حداکثر به مدت 10 ثانیه ادامه مییابد. این یک نیاز استاندارد برای خمیر لحیم بدون سرب است که نقطه ذوب آن بالاتر از لحیم سنتی قلع-سرب است.
11. نمونههای عملی طراحی و استفاده
11.1 نور پسزمینه صفحهکلید دستگاههای همراه
در صفحهکلید تلفن همراه، معمولاً چندین LED در زیر صفحه هدایت نور قرار میگیرند. استفاده از LEDهای با رده یکسان Iv و رنگ (مثلاً، با شدت رده N و رنگ رده AR) اطمینان میدهد که هر کلید با رنگ یکنواخت و یکسانی روشن شود. ارتفاع 0.55 میلیمتر در اینجا برای تطبیق با فضای بدنه فوقنازک بسیار حیاتی است. آنها از طریق مقاومتهای سری جداگانه یا درایور IC تخصصی نور پسزمینه که جریان ثابت فراهم میکند، به صورت موازی راهاندازی میشوند.
11.2 چراغهای نشانگر وضعیت روتر شبکه
یک LED منفرد میتواند برای نشاندادن وضعیت برق، فعالیت شبکه یا خطا استفاده شود. زاویه دید گسترده 130 درجهای امکان مشاهده وضعیت را تقریباً از هر جهت در اتاق فراهم میکند. یک مدار ساده شامل پین GPIO میکروکنترلر، یک مقاومت سری (مثلاً 330 اهم هنگام راهاندازی جریان 5mA از منبع 3.3V) و LED کافی است. نرمافزار میتواند الگوهای چشمکزن را کنترل کند.
12. مقدمهای بر نحوه عملکرد
این LED یک دستگاه فوتونیک نیمههادی است. این دستگاه بر اساس ساختار ناهمگن InGaN ساخته شده است. هنگامی که ولتاژ مستقیم اعمال میشود، الکترونها و حفرهها به ناحیه فعال تراشه نیمههادی تزریق میشوند. آنها ترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد میکنند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN انرژی شکاف نواری را تعیین میکند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور منتشر شده را مشخص مینماید - در این مورد، رنگ سبز. لنز اپوکسی شفاف، تراشه را محصور کرده، محافظت مکانیکی فراهم میکند و الگوی خروجی نور را شکل میدهد.
13. روندهای فناوری
توسعه مواد InGaN، دستیابی به LEDهای سبز و آلی با کارایی بالا را ممکن ساخت که منجر به تحقق LEDهای سفید (از طریق تبدیل فسفر) و نمایشگرهای تمامرنگ شد. روند فعلی SMD LEDها همچنان به سمت بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر بر وات)، مقاومت حرارتی کمتر برای قابلیت مدیریت توان بهتر و ابعاد بستهبندی کوچکتر در حرکت است. همچنین، تمرکز بر بهبود شاخص نمود رنگ و یکنواختی برای کاربردهای روشنایی وجود دارد. محرک کوچکسازی در محصولات الکترونیک مصرفی، بستهبندی را به سمت ارتفاع نازکتر و ردپای کوچکتر سوق داده است که این قطعه 0.55 میلیمتری نمونهای از آن است.
توضیح دقیق اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
شاخصهای کلیدی عملکرد نوری-الکتریکی
| اصطلاحات | واحد/نماد | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| کارایی نوری (Luminous Efficacy) | lm/W (لومن بر وات) | شار نوری منتشر شده به ازای هر وات انرژی الکتریکی، هرچه بالاتر باشد، انرژی کمتری مصرف میشود. | به طور مستقیم سطح بهرهوری انرژی چراغ و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری (Luminous Flux) | lm (لومن) | کل نور ساطعشده از یک منبع نور که معمولاً به آن «روشنایی» گفته میشود. | تعیین میکند که آیا یک چراغ به اندازه کافی روشن است یا خیر. |
| زاویه تابش (Viewing Angle) | ° (درجه)، مانند 120° | زاویهای که در آن شدت نور به نصف کاهش مییابد، پهنای پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده و یکنواختی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| دمای رنگ (CCT) | کلوین (K)، مانند 2700K/6500K | گرمی یا سردی رنگ نور، مقادیر پایین متمایل به زرد/گرم، مقادیر بالا متمایل به سفید/سرد. | تعیین فضای روشنایی و کاربرد مناسب. |
| شاخص نمود رنگ (CRI / Ra) | بدون واحد، 0–100 | توانایی منبع نور در بازتولید رنگ واقعی اشیاء، Ra≥80 مطلوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، برای مکانهای با الزامات بالا مانند مراکز خرید و گالریهای هنری استفاده میشود. |
| تلرانس رنگ (SDCM) | مراحل بیضی مک آدام، مانند "5-step" | شاخص کمی برای یکنواختی رنگ، هرچه تعداد مراحل کمتر باشد، یکنواختی رنگ بیشتر است. | اطمینان از عدم تفاوت رنگ در بین چراغهای یک دسته. |
| طول موج غالب (Dominant Wavelength) | nm (نانومتر)، مانند 620nm (قرمز) | مقادیر طول موج متناظر با رنگهای LED رنگی. | تعیین کننده فام (Hue) LED های تکرنگ مانند قرمز، زرد و سبز. |
| توزیع طیفی (Spectral Distribution) | منحنی طول موج در مقابل شدت | نمایش توزیع شدت نور ساطعشده از LED در طولموجهای مختلف. | تأثیر بر نمایش رنگ و کیفیت رنگ. |
2. پارامترهای الکتریکی
| اصطلاحات | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم (Forward Voltage) | Vf | حداقل ولتاژ مورد نیاز برای روشنشدن LED، مشابه "آستانه راهاندازی". | ولتاژ منبع تغذیه باید ≥ Vf باشد، در صورت اتصال سری چند LED، ولتاژها جمع میشوند. |
| جریان مستقیم (Forward Current) | اگر | مقدار جریان برای روشنایی عادی LED. | معمولاً از درایو جریان ثابت استفاده میشود، جریان تعیینکننده روشنایی و طول عمر است. |
| حداکثر جریان پالس (Pulse Current) | Ifp | جریان اوج قابل تحمل در مدت زمان کوتاه، برای تنظیم نور یا فلاش. | عرض پالس و نسبت چرخه کار باید به دقت کنترل شوند، در غیر این صورت آسیب ناشی از گرمای بیش از حد رخ میدهد. |
| Reverse Voltage | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است دچار شکست شود. | در مدار باید از اتصال معکوس یا شوک ولتاژ جلوگیری شود. |
| Thermal Resistance | Rth (°C/W) | مقاومت انتقال حرارت از چیپ به نقطه لحیمکاری، هرچه مقدار آن کمتر باشد، خنککنندگی بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیازمند طراحی خنککنندگی قویتر است، در غیر این صورت دمای اتصال افزایش مییابد. |
| تحمل تخلیه الکترواستاتیک (ESD Immunity) | V (HBM)، مانند 1000V | مقاومت در برابر ضربه الکترواستاتیک، هرچه مقدار آن بالاتر باشد، آسیبپذیری در برابر الکتریسیته ساکن کمتر است. | در فرآیند تولید باید اقدامات ضد الکتریسیته ساکن بهویژه برای LEDهای با حساسیت بالا رعایت شود. |
3. مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان
| اصطلاحات | شاخصهای کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی در داخل تراشه LED. | با هر کاهش 10 درجه سانتیگراد، عمر مفید ممکن است دو برابر شود؛ دمای بیش از حد بالا باعث افت نور و تغییر رنگ میشود. |
| افت نور (Lumen Depreciation) | L70 / L80 (ساعت) | زمان لازم برای کاهش روشنایی به 70% یا 80% مقدار اولیه. | تعریف مستقیم "عمر مفید" LED. |
| حفظ شار نوری (Lumen Maintenance) | % (مانند 70%) | درصد روشنایی باقیمانده پس از مدتزمانی استفاده. | نشاندهنده توانایی حفظ روشنایی پس از استفاده طولانیمدت. |
| Color Shift | Δu′v′ یا بیضی مکآدام | میزان تغییر رنگ در طول فرآیند استفاده. | تأثیر بر یکنواختی رنگ در صحنهی روشنایی. |
| پیری حرارتی (Thermal Aging) | کاهش عملکرد مواد | تخریب مواد بستهبندی ناشی از دمای بالا در طولانیمدت. | ممکن است منجر به کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
چهارم: بستهبندی و مواد.
| اصطلاحات | انواع رایج | توضیح ساده | ویژگیها و کاربردها |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC, PPA, سرامیک | ماده پوششی که تراشه را محافظت کرده و رابطهای نوری و حرارتی فراهم میکند. | EMC مقاومت حرارتی خوب و هزینه کم دارد؛ سرامیک دارای اتلاف حرارتی عالی و عمر طولانی است. |
| ساختار چیپ | نصب معمولی، نصب معکوس (Flip Chip) | روش چیدمان الکترودهای تراشه. | نصب معکوس دارای خنککنندگی بهتر و بازده نوری بالاتر است و برای توانهای بالا مناسب میباشد. |
| پوشش فسفر | YAG، سیلیکات، نیترید | روی تراشه نور آبی پوشانده میشود، بخشی از آن به نور زرد/قرمز تبدیل شده و با هم ترکیب میشوند تا نور سفید تولید شود. | فسفرهای مختلف بر بازده نوری، دمای رنگ و شاخص نمود رنگ تأثیر میگذارند. |
| لنز/طراحی اپتیکال | صفحهای، میکرولنز، بازتاب کلی | ساختار نوری سطح بستهبندی، کنترل توزیع نور. | تعیین زاویه تابش و منحنی توزیع نور. |
5. کنترل کیفیت و درجهبندی
| اصطلاحات | محتوای درجهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| طبقهبندی شار نوری | کدها مانند 2G، 2H | گروهبندی بر اساس سطح روشنایی، هر گروه دارای حداقل/حداکثر مقدار لومن است. | اطمینان از یکنواختی روشنایی در یک دسته محصول. |
| دستهبندی ولتاژ | کد مانند 6W، 6X | گروهبندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | برای تطبیق آسانتر با منبع تغذیه درایو و افزایش بازدهی سیستم. |
| درجهبندی بر اساس رنگ. | بیضی MacAdam 5 مرحلهای | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، اطمینان از قرارگیری رنگ در محدودهای بسیار کوچک. | اطمینان از یکنواختی رنگ، جلوگیری از ناهمگونی رنگ در داخل یک چراغ. |
| دستهبندی دمای رنگ | 2700K, 3000K و غیره | بر اساس دمای رنگ گروهبندی شده و هر گروه محدوده مختصات مربوط به خود را دارد. | پاسخگوی نیازهای دمای رنگ در صحنههای مختلف. |
شش: آزمایش و گواهی
| اصطلاحات | استاندارد/آزمایش | توضیح ساده | معنا |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمایش حفظ لومن | روشنایی مداوم در شرایط دمای ثابت و ثبت دادههای کاهش روشنایی. | برای محاسبه عمر LED (همراه با TM-21). |
| TM-21 | استاندارد برونیابی عمر | برآورد عمر در شرایط استفاده واقعی بر اساس دادههای LM-80. | ارائه پیشبینی علمی عمر. |
| IESNA Standard | Illuminating Engineering Society Standard | شامل روشهای آزمون نوری، الکتریکی و حرارتی. | مبنای آزمون پذیرفتهشده در صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهینامه زیستمحیطی | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (مانند سرب، جیوه) در محصول. | شرایط دسترسی به بازارهای بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهینامه بهرهوری انرژی | گواهینامه بهرهوری انرژی و عملکرد برای محصولات روشنایی. | معمولاً در پروژههای خرید دولتی و یارانهای استفاده میشود تا رقابتپذیری بازار را افزایش دهد. |