دیتاشیت LED SMD 0201 قرمز AlInGaP - ابعاد 2.0x1.25x0.8mm - ولتاژ 2.0V - توان 120mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک دیود نورافشان (LED) مینیاتوری سطح‌نصب (SMD) در اندازه بسته 0201 را شرح می‌دهد. این قطعه از ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) برای تولید نور قرمز استفاده می‌کند. این LED که برای فرآیندهای مونتاژ خودکار طراحی شده است، برای کاربردهای دارای محدودیت فضا که نیاز به نشانگر وضعیت قابل اعتماد یا نور پس‌زمینه دارند، مناسب می‌باشد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این قطعه شامل ابعاد فوق‌العاده فشرده، سازگاری با تجهیزات خودکار برداشت و قرارگیری و لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز با حجم بالا و مطابقت با دستورالعمل‌های زیست‌محیطی RoHS است. اندازه مینیاتوری آن، آن را برای ادغام در مجموعه‌های الکترونیکی مدرن و متراکم ایده‌آل می‌سازد. کاربردهای هدف طیف گسترده‌ای را در بر می‌گیرد، از جمله اما نه محدود به تجهیزات مخابراتی (مانند تلفن‌های همراه)، دستگاه‌های محاسباتی قابل حمل (مانند لپ‌تاپ‌ها)، سخت‌افزار شبکه، لوازم خانگی و تابلوها یا پنل‌های نمایش داخلی که می‌تواند به عنوان نشانگر وضعیت، چراغ سیگنال یا نور پس‌زمینه پنل جلویی عمل کند.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این قطعه تحت محدودیت‌های محیطی خاصی مشخص شده است تا قابلیت اطمینان بلندمدت تضمین شود. مقادیر حداکثر مطلق، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. محدودیت‌های کلیدی شامل اتلاف توان 120 میلی‌وات، جریان مستقیم پیوسته DC معادل 30 میلی‌آمپر و جریان مستقیم پیک 100 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) است. حداکثر ولتاژ معکوس 5 ولت می‌باشد. محدوده دمای محیط عملیاتی از 30- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس مشخص شده است، در حالی که محدوده دمای نگهداری از 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس گسترش می‌یابد. عملکرد قطعه خارج از این محدوده‌ها توصیه نمی‌شود.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

عملکرد در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سلسیوس و جریان مستقیم (I_F) معادل 20 میلی‌آمپر مشخص شده است. شدت نور (I_V) به طور معمول در محدوده 200 تا 400 میلی‌کاندلا (mcd) قرار دارد. زاویه دید، که به صورت 2θ_1/2تعریف می‌شود (جایی که شدت به نصف مقدار محوری خود کاهش می‌یابد)، تقریباً 110 درجه است که نشان‌دهنده الگوی دید وسیع است. طول موج تابش پیک (λ_p) بر روی 631 نانومتر متمرکز است. طول موج غالب (λ_d)، که رنگ درک شده را تعریف می‌کند، بین 619 نانومتر تا 629 نانومتر قرار دارد. ولتاژ مستقیم (V_F) در 20 میلی‌آمپر دارای مقدار معمول 2.0 ولت و حداکثر 2.4 ولت است. این قطعه دارای ولتاژ تحمل تخلیه الکترواستاتیک (ESD) معادل 2 کیلوولت (مدل بدن انسان) می‌باشد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در طراحی کاربرد، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات مدار خاص برای افت ولتاژ و روشنایی را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم (V_F)

ولتاژ مستقیم در چندین دسته (بین) دسته‌بندی می‌شود که هر کدام دارای حداقل و حداکثر مقدار تعریف شده اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر هستند. به عنوان مثال، کد بین VA1 مربوط به V_Fاز 1.8 ولت تا 1.9 ولت است، در حالی که VC2 مربوط به 2.3 ولت تا 2.4 ولت می‌باشد. در هر بین، تلرانس ±0.10 ولت اعمال می‌شود. این دسته‌بندی برای طراحی درایورهای جریان ثابت پایدار و اطمینان از یکنواختی روشنایی هنگامی که چندین LED به صورت موازی متصل می‌شوند، حیاتی است.

3.2 دسته‌بندی شدت نور (I_V)

خروجی نوری در دو گروه اصلی اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر دسته‌بندی می‌شود. بین P1 شامل LEDهایی با شدت 200 تا 300 میلی‌کاندلا و بین P2 شامل LEDهایی با شدت 300 تا 400 میلی‌کاندلا است. برای هر بین شدت، تلرانس ±11% مشخص شده است. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا سطح روشنایی مناسب را برای کاربرد خود انتخاب کنند، خواه برای نشانگرهای با قابلیت دید بالا یا چراغ‌های وضعیت کم‌مصرف.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مانند شکل 1 برای توزیع طیفی، شکل 5 برای زاویه دید)، رفتار معمول آن‌ها قابل توصیف است. رابطه بین جریان مستقیم (I_F) و ولتاژ مستقیم (V_F) نمایی است که مشخصه یک دیود می‌باشد. شدت نور تقریباً متناسب با جریان مستقیم در محدوده عملیاتی مشخص شده است. طول موج غالب ممکن است ضریب دمایی منفی کمی از خود نشان دهد، به این معنی که با افزایش دمای اتصال می‌تواند به سمت طول‌موج‌های بلندتر (انتقال به قرمز) جابجا شود. الگوی زاویه دید برای این نوع بسته معمولاً لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی است که روشنایی وسیع و یکنواختی فراهم می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

این قطعه مطابق با طرح کلی بسته استاندارد EIA 0201 است. ابعاد کلیدی شامل طول بدنه معمول 2.0 میلی‌متر، عرض 1.25 میلی‌متر و ارتفاع 0.8 میلی‌متر می‌باشد. تلرانس ابعادی معمولاً ±0.2 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. لنز شفاف است و رنگ ساطع شده از تراشه AlInGaP قرمز می‌باشد.

5.2 پد پیشنهادی PCB و قطبیت

A land pattern design is provided for infrared or vapor phase reflow soldering. The design ensures proper solder joint formation and mechanical stability. The component has anode and cathode terminals; correct polarity must be observed during placement. The datasheet includes an illustration of the recommended pad geometry, including dimensions for the solder mask and copper pad.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری بازجریانی IR

یک پروفیل بازجریانی پیشنهادی مطابق با J-STD-020B برای فرآیندهای بدون سرب ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل دمای پیش‌گرم بین 150 تا 200 درجه سلسیوس، زمان پیش‌گرم حداکثر تا 120 ثانیه، حداکثر دمای بدنه نباید از 260 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان بالای 217 درجه سلسیوس (مایع) محدود به حداکثر 10 ثانیه است. پیروی از مشخصه‌سازی خاص PCB حیاتی است زیرا طراحی برد و جرم حرارتی بر پروفیل نهایی تأثیر می‌گذارد.

6.2 نگهداری و جابجایی

LEDها به رطوبت حساس هستند. هنگامی که در کیسه ضد رطوبت مهر و موم شده اصلی خود با ماده خشک‌کن نگهداری می‌شوند، باید در دمای ≤30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی ≤70% نگهداری شده و ظرف یک سال استفاده شوند. پس از باز شدن کیسه، محیط نگهداری نباید از 30 درجه سلسیوس و 60% رطوبت نسبی تجاوز کند. قطعاتی که بیش از 168 ساعت در معرض شرایط محیطی قرار گرفته‌اند، توصیه می‌شود قبل از لحیم‌کاری تقریباً در دمای 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 48 ساعت پخته شوند تا از ترک خوردن پاپ کورنی در حین بازجریان جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های الکلی مشخص شده مانند اتانول یا ایزوپروپیل الکل استفاده شود. LED باید در دمای معمولی کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به اپوکسی بسته آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

قطعات برای مونتاژ خودکار بسته‌بندی شده عرضه می‌شوند. آن‌ها بر روی نوار حامل برجسته به عرض 12 میلی‌متر نصب شده و بر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده می‌شوند. هر قرقره حاوی 4000 قطعه است. جیب‌های نوار با یک نوار پوشش رویی مهر و موم می‌شوند. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است. برای مقادیر سفارش کمتر از یک قرقره کامل، حداقل مقدار بسته‌بندی 500 قطعه برای باقی‌مانده‌ها موجود است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای روشنایی یکنواخت، به ویژه هنگامی که چندین LED به صورت موازی استفاده می‌شوند، اکیداً توصیه می‌شود که هر LED با مقاومت محدودکننده جریان مخصوص به خود که به صورت سری متصل شده است، راه‌اندازی شود. یک نمودار مدار ساده منبع ولتاژ (V_CC)، یک مقاومت (R_S) و LED را به صورت سری نشان می‌دهد. مقدار مقاومت به صورت R_S= (V_CC- V_F) / I_Fمحاسبه می‌شود، که در آن V_Fولتاژ مستقیم LED در جریان مورد نظر I_F.

است.

8.2 ملاحظات طراحی

طراحان باید مدیریت حرارتی را در نظر بگیرند. اگرچه کوچک است، اتلاف توان 120 میلی‌وات در صورت ناکافی بودن مسیر حرارتی PCB می‌تواند دمای اتصال را افزایش دهد و به طور بالقوه خروجی نور و طول عمر را کاهش دهد. زاویه دید وسیع (110 درجه) آن را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که نشانگر نیاز به دیده شدن از زوایای مختلف دارد. درجه‌بندی ESD معادل 2 کیلوولت برای قطعات درجه مصرف‌کننده معمول است؛ ممکن است در محیط‌های خشن به محافظت ESD خارجی اضافی نیاز باشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای SMD بزرگتر (مانند 0603، 0805)، بسته 0201 کاهش قابل توجهی در فضای برد ارائه می‌دهد و امکان طراحی‌های با چگالی بالاتر را فراهم می‌کند. فناوری AlInGaP در محدوده طیف قرمز/نارنجی/کهربایی کارایی نوری بالاتری نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP ارائه می‌دهد. سازگاری مشخص شده با لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز و پیش‌شرط‌سازی JEDEC (سطح 3) نشان‌دهنده مناسب بودن برای فرآیندهای مونتاژ استاندارد و با قابلیت اطمینان بالا رایج در صنعت است.

10. پرسش‌های متداول بر اساس پارامترهای فنی

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از خروجی منطقی 3.3 ولت یا 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

پ: خیر. یک LED باید با محدودیت جریان راه‌اندازی شود. اتصال مستقیم آن به یک منبع ولتاژ باعث جریان بیش از حد شده و دستگاه را از بین می‌برد. همیشه از یک مقاومت سری یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید.

س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟_pپ: طول موج پیک (λ_d) طول‌موجی است که در آن توزیع توان طیفی در بالاترین حد است. طول موج غالب (λ_d) از نمودار رنگی CIE استخراج می‌شود و نشان‌دهنده طول موج واحد یک نور تک‌رنگ خالص است که با رنگ درک شده LED مطابقت دارد. λ

برای مشخصه‌گذاری رنگ مرتبط‌تر است.

س: دما چگونه بر عملکرد تأثیر می‌گذارد؟

پ: به طور معمول، با افزایش دمای اتصال، ولتاژ مستقیم کمی کاهش می‌یابد و خروجی نوری کاهش می‌یابد. طول موج غالب نیز ممکن است جابجا شود. عملکرد در محدوده دمایی مشخص شده برای عملکرد پایدار ضروری است.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

یک دستگاه پوشیدنی فشرده را در نظر بگیرید که به چندین نشانگر وضعیت کم‌مصرف (برق، اتصال بلوتوث، هشدار باتری) نیاز دارد. استفاده از LEDهای قرمز 0201 به آن‌ها اجازه می‌دهد تا در یک آرایه فشرده در لبه دستگاه قرار گیرند. یک پین GPIO میکروکنترلر، که به عنوان خروجی درین باز پیکربندی شده است، می‌تواند جریان را از طریق هر LED و یک مقاومت سری 100 اهمی به ریل 3.3 ولت بکشد و جریان کنترل شده‌ای تقریباً معادل (3.3V - 2.0V)/100Ω = 13 میلی‌آمپر فراهم کند که در محدوده عملیاتی ایمن قرار دارد و روشنایی کافی را تأمین می‌کند. زاویه دید وسیع اطمینان می‌دهد که نشانگرها حتی هنگام پوشیدن دستگاه نیز قابل مشاهده هستند.

12. معرفی اصل عملکرد

تابش نور در این LED از نوع AlInGaP بر اساس الکترولومینسانس است. هنگامی که یک بایاس مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. در آنجا، آن‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. انرژی گاف نواری خاص آلیاژ نیمه‌هادی AlInGaP طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند که در این مورد در طیف قرمز (~631 نانومتر پیک) است. لنز اپوکسی تراشه نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و الگوی خروجی نور را شکل می‌دهد.

13. روندهای فناوری