دیتاشیت LED SMD نارنجی AlInGaP بسته‌بندی 0603 - ابعاد 1.6x0.8x0.6mm - ولتاژ 1.8-2.4V - توان 72mW - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات یک دیود نورافشان (LED) با روشنایی بالا و مینیاتوری با نصب سطحی (SMD) را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه در قالب استاندارد صنعتی بسته‌بندی 0603 طراحی شده است که آن را برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) مناسب می‌سازد. اندازه فشرده آن برای کاربردهایی که فضای محدود دارند و نیاز به نشانگر وضعیت قابل اعتماد یا نور پس‌زمینه است، ایده‌آل می‌باشد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED شامل سازگاری با تجهیزات خودکار پیک و پلیس با حجم بالا و فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) است که در تولید الکترونیک مدرن استاندارد هستند. این قطعه با استفاده از فناوری نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) ساخته شده است که به دلیل تولید نور نارنجی کارآمد و روشن شناخته می‌شود. این دستگاه با مقررات زیست‌محیطی مرتبط مطابقت دارد.

کاربردهای هدف آن طیف گسترده‌ای از الکترونیک مصرفی و صنعتی را در بر می‌گیرد، از جمله اما نه محدود به تجهیزات مخابراتی (مانند تلفن‌های همراه)، دستگاه‌های محاسباتی قابل حمل، سخت‌افزار شبکه، لوازم خانگی و تابلوهای داخلی یا نور پس‌زمینه نمایشگر. عملکرد اصلی آن به عنوان نشانگر وضعیت یا منبع نور سطح پایین است.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

این بخش تجزیه‌وتحلیل دقیقی از محدودیت‌های مطلق و مشخصات عملیاتی دستگاه ارائه می‌دهد. درک این پارامترها برای طراحی مدار قابل اعتماد و اطمینان از عملکرد بلندمدت بسیار مهم است.

2.1 رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق

رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. اینها شرایط برای عملکرد عادی نیستند.

• تلفات توان (Pd):72 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که دستگاه می‌تواند به صورت گرما بدون تجاوز از محدودیت‌های حرارتی خود تلف کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(PEAK)):80 میلی‌آمپر. این جریان فقط تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برای مدت‌های بسیار کوتاه، مانند حین آزمایش، مجاز است.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):30 میلی‌آمپر DC. این حداکثر جریان توصیه‌شده برای عملکرد پیوسته است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس بیش از این حد می‌تواند باعث شکست فوری شود. این دستگاه برای عملکرد با بایاس معکوس طراحی نشده است.
• محدوده دمای عملیاتی (T_opr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. عملکرد دستگاه در این محدوده دمای محیط تضمین می‌شود.
• محدوده دمای نگهداری (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه می‌تواند در این محدوده‌ها بدون تخریب نگهداری شود.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C, I_F=20mA) اندازه‌گیری شده و عملکرد دستگاه را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):280.0 - 90.0 میلی‌کاندلا. این معیاری از روشنایی درک‌شده خروجی نور است که توسط چشم انسان دیده می‌شود. دامنه گسترده از طریق یک سیستم باینینگ مدیریت می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):110 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار اندازه‌گیری شده در محور (مستقیماً در مقابل LED) کاهش می‌یابد. زاویه 110 درجه نشان‌دهنده یک الگوی دید گسترده است.
• طول موج تابش پیک (λ_P):611 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن خروجی توان طیفی در بالاترین حد است.
• طول موج غالب (λ_d):612 - 600 نانومتر. این طول موج واحدی است که به بهترین شکل رنگ درک‌شده نور را نشان می‌دهد و از مختصات رنگی مشتق شده است. این پارامتر کلیدی برای مرتب‌سازی رنگ است.
• عرض نیم‌خط طیفی (Δλ):17 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی است و عرض طیف تابش را در نصف حداکثر توان آن اندازه‌گیری می‌کند. مقدار کوچکتر نشان‌دهنده منبع نور تک‌رنگ‌تر است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.4 - 1.8 ولت. این افت ولتاژ در سراسر LED است وقتی که با جریان آزمایش 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود. این مقدار با جریان و دما تغییر می‌کند.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. این جریان نشتی کوچکی است که وقتی دستگاه در محدوده حداکثر رتبه‌بندی خود با بایاس معکوس قرار می‌گیرد، جریان می‌یابد.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی مرتب (باینینگ) می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات خاصی برای روشنایی، رنگ و ولتاژ را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ ولتاژ مستقیم

واحدها در I_F= 20mA اندازه‌گیری می‌شوند. تلرانس برای هر بین ±0.1V است.

• بین D2:1.8V (حداقل) تا 2.0V (حداکثر)
• بین D3:2.0V (حداقل) تا 2.2V (حداکثر)
• بین D4:2.2V (حداقل) تا 2.4V (حداکثر)

3.2 باینینگ شدت نور

واحدها بر حسب میلی‌کاندلا (mcd) در I_F= 20mA هستند. تلرانس روی هر بین ±11% است.

• بین Q2:90 mcd (حداقل) تا 112 mcd (حداکثر)
• بین R1:112 mcd (حداقل) تا 140 mcd (حداکثر)
• بین R2:140 mcd (حداقل) تا 180 mcd (حداکثر)
• بین S1:180 mcd (حداقل) تا 220 mcd (حداکثر)
• بین S2:220 mcd (حداقل) تا 280 mcd (حداکثر)

3.3 باینینگ طول موج غالب

واحدها بر حسب نانومتر (nm) در I_F= 20mA هستند. تلرانس برای هر بین ±1 نانومتر است.

• بین P:600 nm (حداقل) تا 603 nm (حداکثر)
• بین Q:603 nm (حداقل) تا 606 nm (حداکثر)
• بین R:606 nm (حداقل) تا 609 nm (حداکثر)
• بین S:609 nm (حداقل) تا 612 nm (حداکثر)

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در سند منبع ارجاع داده شده‌اند، منحنی‌های عملکرد معمول برای چنین دستگاه‌هایی روابط کلیدی ضروری برای طراحی را نشان می‌دهند.

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

منحنی I-V غیرخطی است. ولتاژ مستقیم (V_F) با جریان افزایش می‌یابد اما دارای ضریب دمایی است - V_Fمعمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. این باید در طراحی‌های درایو جریان ثابت در نظر گرفته شود.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

خروجی نور (شدت نور) در یک محدوده قابل توجه تقریباً متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، بازده ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش تولید گرما کاهش یابد. عملکرد در یا زیر جریان توصیه‌شده 20 میلی‌آمپر، بازده بهینه و طول عمر را تضمین می‌کند.

4.3 مشخصات دمایی

عملکرد LED وابسته به دما است. شدت نور عموماً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. طول موج غالب نیز ممکن است با دما کمی جابجا شود و بر رنگ درک‌شده تأثیر بگذارد، به ویژه در کاربردهای دقیق.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه مطابق با اندازه بسته‌بندی استاندارد EIA 0603 است. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر) تقریباً 1.6 میلی‌متر طول، 0.8 میلی‌متر عرض و 0.6 میلی‌متر ارتفاع است. تلرانس‌ها معمولاً ±0.1 میلی‌متر هستند. لنز شفاف است و رنگ نارنجی توسط تراشه نیمه‌هادی AlInGaP داخل آن تولید می‌شود.

5.2 الگوی پد PCB توصیه‌شده

یک الگوی پد برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز یا فاز بخار ارائه شده است. این الگو برای اطمینان از تشکیل صحیح اتصال لحیم، خودترازی در حین ریفلو و اتصال مکانیکی قابل اعتماد طراحی شده است. پیروی از هندسه پد توصیه‌شده برای جلوگیری از "تومبستونینگ" یا اتصالات لحیم ضعیف بسیار مهم است.

5.3 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً روی دستگاه علامت‌گذاری شده است، اغلب با یک ته‌رنگ سبز در سمت مربوطه بسته‌بندی یا یک شکاف کوچک. چاپ ابریشمی PCB و فوت‌پرینت باید به وضوح قطبیت را نشان دهند تا از قرارگیری نادرست جلوگیری شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو

دستگاه با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز بدون سرب (Pb-free) سازگار است. یک پروفایل پیشنهادی مطابق با J-STD-020B ارجاع داده شده است. پارامترهای کلیدی شامل:

• پیش‌گرم:200-150 درجه سانتی‌گراد
• زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد.
• زمان بالاتر از مایع:توصیه می‌شود از مشخصات سازنده خمیر لحیم پیروی شود.
• حداکثر چرخه‌های لحیم‌کاری:دو بار.

پروفایل‌ها باید برای مونتاژ PCB خاص، با در نظر گرفتن ضخامت برد، تراکم قطعات و نوع خمیر لحیم، مشخص شوند.

6.2 لحیم‌کاری دستی (در صورت لزوم)

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار رود:

• دمای هویه:حداکثر 300 درجه سانتی‌گراد.
• زمان لحیم‌کاری:حداکثر 3 ثانیه برای هر پد.
• محدودیت:فقط یک چرخه لحیم‌کاری. گرمای بیش از حد می‌تواند به دی داخلی یا بسته‌بندی پلاستیکی آسیب برساند.

6.3 شرایط نگهداری

LEDها دستگاه‌های حساس به رطوبت (MSD) هستند.

• کیسه مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شود. ظرف یک سال از تاریخ مهر و موم کیسه استفاده شود.
• کیسه باز شده/در معرض هوا:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شود. اکیداً توصیه می‌شود ریفلو مادون قرمز ظرف 168 ساعت (7 روز) از قرارگیری در معرض هوای محیط تکمیل شود.
• قرارگیری طولانی‌مدت در معرض هوا:اگر بیش از 168 ساعت در معرض هوا قرار گرفته باشد، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در حدود 60 درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل 48 ساعت است تا رطوبت جذب شده خارج شده و از "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.4 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم، فقط از حلال‌های الکلی تأیید شده مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) یا اتیل الکل استفاده کنید. غوطه‌وری باید در دمای معمولی و کمتر از یک دقیقه باشد. مواد شیمیایی خشن یا نامشخص می‌توانند به مواد بسته‌بندی یا لنز آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

دستگاه در نوار حامل برجسته به عرض 8 میلی‌متر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) بسته‌بندی و عرضه می‌شود. این بسته‌بندی با تجهیزات استاندارد مونتاژ SMD خودکار سازگار است.

• تعداد در هر قرقره:4000 قطعه.
• حداقل مقدار سفارش (MOQ) برای باقی‌مانده:500 قطعه.
• نوار پوششی:حفره‌های خالی قطعات با یک نوار پوششی بالایی مهر و موم می‌شوند.
• قطعات مفقود:طبق مشخصات، حداکثر دو قطعه مفقود متوالی مجاز است.

بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

LED یک دستگاه جریان‌محور است. برای عملکرد قابل اعتماد و روشنایی یکنواخت، به ویژه هنگامی که از چندین LED استفاده می‌شود، باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر LED یا هر رشته موازی از LEDها استفاده شود. راه‌اندازی مستقیم LEDها از یک منبع ولتاژ بدون کنترل جریان توصیه نمی‌شود و منجر به عملکرد ناهماهنگ و خرابی احتمالی دستگاه می‌شود. مقدار مقاومت سری با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_supply- V_F) / I_F, که در آن V_Fولتاژ مستقیم LED در جریان مورد نظر I_F.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:اگرچه تلفات توان کم است، اما اطمینان از مساحت کافی مس PCB یا تخلیه حرارتی می‌تواند به حفظ دمای اتصال پایین‌تر، حفظ خروجی نور و طول عمر کمک کند.
• کاهش رتبه جریان:برای عملکرد در دمای محیط بالا (نزدیک به 85+ درجه سانتی‌گراد)، کاهش رتبه جریان مستقیم را برای کاهش گرمای داخلی در نظر بگیرید.
• محافظت در برابر ESD:اگرچه به صراحت به عنوان بسیار حساس ذکر نشده است، اما باید احتیاط‌های استاندارد دستکاری ESD در حین مونتاژ و جابجایی رعایت شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند فسفید گالیم (GaP)، LEDهای AlInGaP بازده نوری و روشنایی به مراتب بالاتری برای رنگ‌های نارنجی و قرمز ارائه می‌دهند. بسته‌بندی 0603 نشان‌دهنده تعادلی بین مینیاتوری‌سازی و سهولت جابجایی/تولید است. بسته‌بندی‌های کوچکتر (مانند 0402) وجود دارند اما ممکن است برای برخی خطوط مونتاژ چالش‌برانگیزتر بوده و مشخصات حرارتی کمی متفاوتی داشته باشند. زاویه دید گسترده 110 درجه برای کاربردهایی که نیاز به دید گسترده دارند مناسب است، در مقابل LEDهای با زاویه باریک که برای روشنایی متمرکز استفاده می‌شوند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 آیا می‌توانم این LED را به طور پیوسته با جریان 30 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

بله، 30 میلی‌آمپر حداکثر جریان مستقیم DC پیوسته رتبه‌بندی شده است. با این حال، برای طول عمر بهینه و در نظر گرفتن افزایش حرارت احتمالی در کاربرد، طراحی برای جریان پایین‌تر مانند 20 میلی‌آمپر یک روش معمول است و حاشیه ایمنی فراهم می‌کند.

10.2 چرا دامنه شدت نور اینقدر گسترده است (280-90 میلی‌کاندلا)؟

این دامنه نشان‌دهنده گستره کلی در تمام تولید است. دستگاه‌ها در بین‌های شدت خاص (Q2, R1, R2, S1, S2) مرتب می‌شوند. طراحان می‌توانند یک کد بین مورد نیاز را مشخص کنند تا از یکنواختی روشنایی در محصول خود اطمینان حاصل کنند. اگر یک روشنایی خاص حیاتی است، باید بین‌های S1 یا S2 مشخص شوند.

10.3 اگر این LED را بیش از دو بار لحیم کنم چه اتفاقی می‌افتد؟

تجاوز از حداکثر چرخه‌های لحیم‌کاری توصیه‌شده (دو بار برای ریفلو، یک بار برای لحیم دستی)، دستگاه را در معرض تنش حرارتی تجمعی قرار می‌دهد. این می‌تواند باعث تخریب اتصالات سیم داخلی، آسیب به دی نیمه‌هادی یا لایه‌لایه شدن بسته‌بندی پلاستیکی شود که منجر به خرابی زودرس یا کاهش قابلیت اطمینان می‌شود.

10.4 آیا اگر کیسه به مدت یک هفته باز بوده باشد، همیشه نیاز به پخت است؟

بله. عمر مفید 168 ساعته (7 روزه) یک راهنمای حیاتی برای دستگاه‌های حساس به رطوبت است. اگر قطعات بیش از این مدت در معرض شرایط محیطی قرار گرفته‌اند بدون نگهداری خشک مناسب (مانند در خشک‌کن)، پخت اجباری (60 درجه سانتی‌گراد به مدت 48 ساعت) برای خارج کردن رطوبت جذب شده و جلوگیری از آسیب فشار بخار در حین فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا مورد نیاز است.

11. مطالعه موردی کاربردی عملی

سناریو:طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک روتر شبکه با پنج نشانگر LED نارنجی یکسان.

مراحل طراحی:

1. انتخاب پارامتر:کدهای بین را برای یکنواختی انتخاب کنید. به عنوان مثال، بین طول موج غالب R (609-606 نانومتر) و بین شدت نور S1 (220-180 میلی‌کاندلا) را مشخص کنید تا از رنگ و روشنایی یکنواخت اطمینان حاصل شود.
2. طراحی مدار:منبع منطقی داخلی روتر 3.3 ولت است. با استفاده از V_Fمعمول 2.1 ولت (از بین D3) و I_Fهدف 20 میلی‌آمپر، مقاومت سری را محاسبه کنید: R = (3.3V - 2.1V) / 0.020A = 60 اهم. از یک مقاومت استاندارد 62 اهمی استفاده می‌شود.
3. چیدمان PCB:از الگوی پد توصیه‌شده استفاده کنید. پنج LED را با جهت‌گیری یکسان قرار دهید. علائم قطبیت واضح را روی چاپ ابریشمی قرار دهید.
4. مونتاژ:اطمینان حاصل کنید که LEDها ظرف 168 ساعت پس از باز کردن کیسه مانع رطوبت استفاده شوند یا به درستی پخته شده باشند. از پروفایل ریفلو مادون قرمز توصیه‌شده پیروی کنید.
5. نتیجه:پنج نشانگر با رنگ و روشنایی منطبق از نظر بصری، که اطلاعات وضعیت واضحی را به کاربر نهایی ارائه می‌دهند.

12. معرفی اصل عملکرد

دیودهای نورافشان دستگاه‌های نیمه‌هادی پیوند p-n هستند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه پیوند (لایه فعال) تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار (الکترون‌ها و حفره‌ها) بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌شود. در یک LED، این انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی شکاف باند ماده نیمه‌هادی مورد استفاده در لایه فعال تعیین می‌شود. برای این LED نارنجی، ماده فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) است که دارای شکاف باندی متناظر با نور در بخش نارنجی/قرمز طیف مرئی است. لنز اپوکسی شفاف برای محافظت از تراشه نیمه‌هادی و شکل‌دهی به پرتو خروجی نور عمل می‌کند.

13. روندهای فناوری

روند کلی در LEDهای نشانگر به سمت بازده بالاتر (خروجی نور بیشتر در واحد توان الکتریکی) ادامه دارد، که اجازه می‌دهد همان روشنایی در جریان درایو پایین‌تر حاصل شود و مصرف برق سیستم و تولید گرما کاهش یابد. مینیاتوری‌سازی بسته‌بندی نیز ادامه دارد، با بسته‌بندی‌های 0402 و حتی 0201 که برای طراحی‌های با محدودیت فضای بسیار زیاد رایج‌تر می‌شوند. علاوه بر این، تمرکز بر بهبود یکنواختی رنگ و گسترش دامنه رنگ‌های اشباع شده موجود از طریق پیشرفت‌ها در مواد نیمه‌هادی و فناوری فسفر وجود دارد. تلاش برای اتوماسیون و قابلیت اطمینان در تولید، اهمیت قطعاتی را که کاملاً با فرآیندهای استاندارد پیک و پلیس و لحیم‌کاری ریفلو سازگار هستند، تقویت می‌کند، همانطور که توسط این دستگاه نشان داده شده است.