دیتاشیت LED SMD 0201 قرمز AlInGaP - ابعاد 0.6x0.3x0.25 میلی‌متر - ولتاژ 1.7-2.4 ولت - توان 72 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک دیود نورافشان نصب سطحی (SMD) مینیاتوری در اندازه پکیج 0201 را شرح می‌دهد. این قطعه از فناوری آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP) برای تولید نور قرمز استفاده می‌کند. ابعاد فوق‌العاده فشرده آن، آن را برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) و کاربردهایی که فضا محدود است، مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی

• ابعاد مینیاتوری:پکیج 0201 یکی از کوچک‌ترین اندازه‌های استاندارد LEDهای SMD است که امکان طراحی‌های PCB با چگالی بالا را فراهم می‌کند.
• سازگاری با اتوماسیون:طراحی شده برای سازگاری با تجهیزات اتوماتیک پیک و پلیس با سرعت بالا و فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR).
• مطابقت با RoHS:این قطعه مطابق با دستورالعمل‌های محدودیت مواد خطرناک (RoHS) تولید شده است.
• سازگاری با IC:مشخصات الکتریکی امکان اتصال مستقیم به خروجی‌های مدارهای مجتمع را فراهم می‌کند.

1.2 بازارها و کاربردهای هدف

این LED برای طیف گسترده‌ای از الکترونیک مصرفی و صنعتی که نیازمند اندازه کوچک و نشانگر قابل اعتماد هستند، در نظر گرفته شده است.

• الکترونیک قابل حمل:نشانگرهای وضعیت در تلفن‌های همراه، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها و دستگاه‌های پوشیدنی.
• تجهیزات شبکه و ارتباطات:چراغ‌های لینک/فعالیت روی روترها، سوئیچ‌ها و مودم‌ها.
• لوازم خانگی و اتوماسیون اداری:نشانگرهای برق، حالت یا عملکرد.
• نور پس زمینه پنل جلویی:روشنایی برای نمادها، آیکون‌ها یا دکمه‌ها.
• چراغ نشانگر وضعیت/سیگنال عمومی:هر کاربرد دیگری که نیازمند یک نشانگر بصری فشرده و روشن باشد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیری عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی تعریف شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد.

2.1 رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق

اینها محدودیت‌های تنشی هستند که تحت هیچ شرایطی، حتی لحظه‌ای، نباید از آن‌ها فراتر رفت. عملکرد فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• توان اتلافی (Pd):72 میلی‌وات. این حداکثر توان مجاز تلف شده به صورت حرارت است. فراتر رفتن از این مقدار می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد و کاهش طول عمر شود.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):80 میلی‌آمپر. این مقدار فقط تحت شرایط پالسی (سیکل وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است و برای کارکرد DC پیوسته نیست.
• جریان مستقیم DC (I_F):30 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد مطمئن بلندمدت است.
• دمای عملیاتی (T_opr):40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. عملکرد دستگاه در این محدوده دمای محیط تضمین شده است.
• دمای نگهداری (T_stg):40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. دستگاه در این محدوده و در حالت خاموش می‌تواند بدون آسیب ذخیره شود.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سلسیوس و جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (I_V):170 - 340 میلی‌کاندلا (حداقل - حداکثر). این روشنایی درک شده LED است که توسط یک سنسور فیلتر شده مطابق با پاسخ چشم انسان (منحنی CIE) اندازه‌گیری می‌شود. محدوده وسیع نشان‌دهنده استفاده از یک سیستم باینینگ است (به بخش 3 مراجعه کنید).
• زاویه دید (2θ_1/2):110 درجه (معمولی). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار پیک (روی محور) کاهش می‌یابد. زاویه 110 درجه یک مخروط دید بسیار گسترده فراهم می‌کند.
• طول موج تابش پیک (λ_p):624 نانومتر (معمولی). این طول موج در بالاترین نقطه طیف تابش نوری است.
• طول موج غالب (λ_d):617 - 630 نانومتر. این مقدار از نمودار رنگی CIE استخراج می‌شود و نشان‌دهنده طول موج واحدی است که بهترین توصیف از رنگ درک شده (قرمز) را ارائه می‌دهد.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):15 نانومتر (معمولی). این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر به معنای رنگ تک‌فام‌تر است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.7 - 2.4 ولت. افت ولتاژ دو سر LED هنگامی که با 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود. این محدوده نیز مشمول باینینگ است.
• جریان معکوس (I_R):100 میکروآمپر (حداکثر) در V_R= 5 ولت. دستگاه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این پارامتر فقط برای اهداف آزمایش نشتی است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی دسته‌بندی (باینینگ) می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص روشنایی و ولتاژ کاربرد آن‌ها را برآورده می‌کند.

3.1 باینینگ شدت نور (I_V)

LEDها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر در دسته‌ها (بین) طبقه‌بندی می‌شوند.

• کد بین S1:حداقل 170.0 میلی‌کاندلا، حداکثر 240.0 میلی‌کاندلا.
• کد بین S2:حداقل 240.0 میلی‌کاندلا، حداکثر 340.0 میلی‌کاندلا.
• تلرانس درون هر بین ±11% است.

3.2 باینینگ ولتاژ مستقیم (V_F)

LEDها همچنین بر اساس افت ولتاژ مستقیم در 20 میلی‌آمپر باینینگ می‌شوند، که برای تطابق جریان در مدارهای موازی و طراحی منبع تغذیه مهم است.

• کد بین D2:حداقل 1.7 ولت، حداکثر 2.0 ولت.
• کد بین D3:حداقل 2.0 ولت، حداکثر 2.2 ولت.
• کد بین D4:حداقل 2.2 ولت، حداکثر 2.4 ولت.
• تلرانس درون هر بین ±0.10 ولت است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، روندهای عملکرد معمول برای چنین LEDهایی در زیر توضیح داده شده است.

4.1 مشخصه جریان در مقابل ولتاژ (I-V)

یک LED یک منحنی I-V شبیه دیود نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم (V_F) به صورت لگاریتمی با جریان افزایش می‌یابد. محدوده مشخص شده V_Fدر 20 میلی‌آمپر برای طراحی مدار محدودکننده جریان (معمولاً یک مقاومت سری) حیاتی است.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

خروجی نور (I_V) در یک محدوده قابل توجه تقریباً متناسب با جریان مستقیم (I_F) است. با این حال، راندمان ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش حرارت کاهش یابد. کار در یا زیر جریان توصیه شده 20-30 میلی‌آمپر، عملکرد بهینه و طول عمر را تضمین می‌کند.

4.3 وابستگی دمایی

عملکرد LED به دما حساس است. معمولاً ولتاژ مستقیم (V_F) با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد، در حالی که شدت نور نیز کاهش می‌یابد. محدوده دمای عملیاتی مشخص شده 40- تا 85+ درجه سلسیوس، محدودیت‌های عملکرد تضمین شده را تعریف می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

دستگاه مطابق با طرح کلی پکیج استاندارد EIA 0201 است. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر) تقریباً طول 0.6 میلی‌متر، عرض 0.3 میلی‌متر و ارتفاع 0.25 میلی‌متر است. تلرانس‌ها معمولاً ±0.2 میلی‌متر است. لنز شفاف است و تراشه AlInGaP نور قرمز ساطع می‌کند.

5.2 طراحی پیشنهادی پد PCB

یک الگوی لند (فوت‌پرینت) برای PCB ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری صحیح و پایداری مکانیکی در طول ریفلو IR برقرار است. طراحی معمولاً شامل دو پد مستطیلی است که کمی بزرگ‌تر از ترمینال‌های دستگاه هستند تا تشکیل فیله لحیم خوبی را تسهیل کنند.

5.3 شناسایی قطبیت

برای پکیج 0201، قطبیت معمولاً توسط یک علامت روی بدنه قطعه یا توسط ساختار داخلی بسته‌بندی نوار و قرقره نشان داده می‌شود. کاتد معمولاً شناسایی می‌شود. طراحان باید نمودار جهت نوار را بررسی کنند تا از قرارگیری صحیح اطمینان حاصل کنند.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو

دستگاه با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) بدون سرب (Pb-free) سازگار است. یک پروفایل پیشنهادی مطابق با J-STD-020B ارائه شده است، با محدودیت‌های کلیدی:

• پیش‌گرم:150-200 درجه سلسیوس برای حداکثر 120 ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سلسیوس.
• زمان بالاتر از نقطه مایع:توصیه می‌شود در محدوده استاندارد پروفایل باشد تا اطمینان حاصل شود که اتصال به درستی تشکیل شده و آسیب حرارتی ندیده است.

توجه:پروفایل واقعی باید برای مونتاژ PCB خاص، با در نظر گرفتن ضخامت برد، چگالی قطعات و مشخصات خمیر لحیم، مشخص شود.

6.2 نگهداری و جابجایی

• حساسیت به رطوبت:قطعات در کیسه‌های ضد رطوبت با ماده خشک‌کن بسته‌بندی شده‌اند. پس از باز شدن کیسه اصلی، قطعات به رطوبت محیط حساس هستند.
• زمان ماندگاری در خط تولید:توصیه می‌شود ریفلو IR در عرض 168 ساعت (7 روز) پس از باز کردن کیسه خشک، در صورت نگهداری در دمای ≤ 30 درجه سلسیوس / رطوبت نسبی 60%، تکمیل شود.
• نگهداری طولانی‌مدت:برای نگهداری بیش از 168 ساعت، قطعات باید قبل از لحیم‌کاری مجدداً خشک شوند (مثلاً 60 درجه سلسیوس به مدت 48 ساعت) تا از "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

اگر تمیزکاری پس از لحیم‌کاری ضروری است، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) یا اتیل الکل استفاده شود. غوطه‌وری باید در دمای معمولی و کمتر از یک دقیقه باشد. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به پکیج LED آسیب برساند.

7. بسته‌بندی و سفارش‌دهی

7.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعات روی نوار حامل برجسته به عرض 12 میلی‌متر عرضه می‌شوند که روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده‌اند.

• تعداد در هر قرقره:4000 قطعه.
• حداقل مقدار سفارش (MOQ):500 قطعه برای مقادیر باقیمانده.
• استانداردهای بسته‌بندی:مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 طراحی مدار درایو

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از یکنواختی روشنایی، به ویژه هنگامی که چندین LED به صورت موازی متصل می‌شوند، هر LED ایده‌آل باید مقاومت محدودکننده جریان مخصوص به خود را داشته باشد. راه‌اندازی LEDها به صورت سری، جریان یکسان را تضمین می‌کند و تطابق شدت نور را تقویت می‌کند.

8.2 مدیریت حرارتی

Although power dissipation is low (72mW max), proper PCB layout can help dissipate heat. Ensuring adequate copper area around the solder pads and avoiding placement in localized hot spots on the PCB contributes to long-term reliability.

8.3 تأیید طراحی

به دلیل اندازه مینیاتوری، بازرسی بصری پس از لحیم‌کاری ممکن است نیاز به بزرگ‌نمایی داشته باشد. آزمایش الکتریکی باید تأیید کند که ولتاژ مستقیم و خروجی نور در محدوده مورد انتظار برای کدهای بین انتخاب شده قرار دارند.

9. مقایسه و تمایز فنی

تمایز اصلی این قطعه در اندازه پکیج آن نهفته است. فوت‌پرینت 0201 به طور قابل توجهی کوچک‌تر از جایگزین‌های رایج مانند LEDهای SMD 0402 یا 0603 است. این امکان چگالی قطعات بالاتر و محصولات نهایی فشرده‌تر را فراهم می‌کند. در مقابل، می‌تواند کمی توان اتلافی حداکثر کمتر و نیاز به تجهیزات مونتاژ دقیق‌تر در مقایسه با پکیج‌های بزرگ‌تر باشد.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

10.1 آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از خروجی منطقی 3.3V یا 5V راه‌اندازی کنم؟

خیر. همیشه به یک مقاومت سری محدودکننده جریان نیاز است. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_supply- V_F) / I_F. با استفاده از حداکثر V_F(2.4V) برای یک طراحی محافظه‌کارانه، با منبع تغذیه 3.3V و I_Fهدف 20mA، R = (3.3 - 2.4) / 0.02 = 45Ω. یک مقاومت استاندارد 47Ω مناسب خواهد بود.

10.2 چرا باینینگ مهم است؟

باینینگ تضمین می‌کند که رنگ و روشنایی درون یک دسته تولیدی یکنواخت باشد. برای کاربردهایی که چندین LED در کنار هم استفاده می‌شوند (مثلاً یک پنل نشانگر)، مشخص کردن کدهای بین شدت نور و ولتاژ یکسان برای جلوگیری از تفاوت‌های قابل مشاهده در روشنایی یا سایه رنگ بسیار مهم است.

10.3 اگر از حداکثر جریان DC مطلق فراتر بروم چه اتفاقی می‌افتد؟

کارکرد بالای 30 میلی‌آمپر DC دمای اتصال را فراتر از محدوده ایمنی افزایش می‌دهد. این امر کاهش لومن (کم نور شدن LED در طول زمان) را تسریع می‌کند و می‌تواند منجر به خرابی فاجعه‌بار شود. همیشه مدارها را طوری طراحی کنید که در محدوده جریان مستقیم DC توصیه شده کار کنند.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک ماژول سنسور IoT فشرده با یک LED وضعیت قرمز. فضا روی PCB چهار لایه بسیار محدود است.

پیاده‌سازی:LED 0201 به دلیل حداقل فوت‌پرینت انتخاب شده است. نزدیک لبه برد قرار می‌گیرد. یک مقاومت 47Ω با اندازه 0201 به صورت سری بین آند LED و یک پین GPIO یک میکروکنترلر 3.3V قرار می‌گیرد. GPIO به عنوان یک خروجی درین‌باز پیکربندی شده است که هنگام فعال بودن جریان را به زمین می‌کشد. کاتد به پین GPIO متصل است و آند از طریق مقاومت به 3.3V متصل می‌شود. این پیکربندی به MCU اجازه می‌دهد با تنظیم GPIO روی حالت LOW، LED را روشن کند. الگوی لند از دیتاشیت در لایه‌بندی PCB استفاده شده است. شرکت مونتاژ از سطح حساسیت به رطوبت (MSL) قطعه و نیاز به پروفایل ریفلو کنترل‌شده مطلع می‌شود.

12. اصل عملکرد

این LED بر اساس ماده نیمه‌هادی آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال اتصال نیمه‌هادی تزریق می‌شوند. بازترکیب آن‌ها انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور ساطع شده مطابقت دارد - در این مورد، در طیف قرمز (~624 نانومتر). لنز اپوکسی شفاف، تراشه نیمه‌هادی را محصور می‌کند و پرتو خروجی نور را شکل می‌دهد.

13. روندهای فناوری

روند کلی در LEDهای نشانگر به سمت اندازه‌های پکیج کوچک‌تر (مانند 0201 و 01005) برای پشتیبانی از کوچک‌سازی دستگاه‌های الکترونیکی ادامه دارد. همچنین تمرکز بر افزایش راندمان (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد توان الکتریکی) و بهبود قابلیت اطمینان تحت شرایط سخت وجود دارد. علاوه بر این، ادغام با سایر قطعات غیرفعال یا درایورها در ماژول‌های چند تراشه، یک حوزه توسعه است، اگرچه LEDهای گسسته مانند این یکی برای انعطاف‌پذیری طراحی و مقرون‌به‌صرفه بودن در بسیاری از کاربردها ضروری باقی می‌مانند.