فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 1.1 مزایای اصلی
- 1.2 بازار هدف و کاربردها
- 2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 مقادیر حداکثر مطلق
- 2.2 مشخصات الکترو-نوری
- 3. توضیح سیستم باینینگ
- 3.1 باینینگ شدت نور
- 4. تحلیل منحنیهای عملکرد
- 4.1 جریان پیشرو در مقابل شدت نور
- 4.2 ولتاژ پیشرو در مقابل جریان پیشرو
- 4.3 وابستگی به دما
- 5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 5.1 ابعاد بستهبندی
- 5.2 شناسایی قطبیت و طراحی پد
- 6. دستورالعملهای لحیمکاری و مونتاژ
- 6.1 پروفیل ریفلو IR توصیه شده
- 6.2 شرایط نگهداری
- 6.3 تمیزکاری
- 7. بستهبندی و جابجایی
- 8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی
- 8.1 طراحی مدار درایو
- 8.2 مدیریت حرارتی
- 8.3 طراحی نوری
- 9. قابلیت اطمینان و احتیاطها
- 10. مقایسه فنی و روندها
1. مرور کلی محصول
این سند مشخصات فنی کامل یک دیود نورافشان (LED) مینیاتوری مونتاژ سطحی (SMD) را ارائه میدهد. این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده است که آن را برای تولید انبوه ایدهآل میسازد. فرمفاکتور فشرده آن نیازهای کاربردهای با محدودیت فضا در طیف گستردهای از الکترونیک مدرن را برطرف میکند.
1.1 مزایای اصلی
این LED چندین مزیت کلیدی برای مهندسان طراح و تولیدکنندگان ارائه میدهد. این قطعه با دستورالعملهای RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد و ایمنی محیطی را تضمین میکند. قطعه بر روی قرقرههای 7 اینچی و در نوار استاندارد صنعتی 12 میلیمتری عرضه میشود که کاملاً با ماشینآلات اتوماتیک Pick-and-Place سازگار است و خط مونتاژ را روان میسازد. علاوه بر این، برای مقاومت در برابر فرآیندهای لحیمکاری ریفلو مادون قرمز (IR) که استاندارد مونتاژ PCB بدون سرب (Pb-free) است، طراحی شده است. مشخصات الکتریکی آن با سطوح منطقی مدارهای مجتمع (IC) سازگار است که طراحی مدار درایو را ساده میکند.
1.2 بازار هدف و کاربردها
تنوع پذیری این LED SMD آن را برای طیف گستردهای از تجهیزات الکترونیکی مناسب میسازد. حوزههای کاربرد اصلی شامل دستگاههای مخابراتی مانند تلفنهای بیسیم و همراه، محاسبات قابل حمل مانند لپتاپ و تبلت، و سیستمهای شبکهای میشود. همچنین معمولاً در لوازم خانگی برای نشانگر وضعیت و در تجهیزات صنعتی متنوع استفاده میشود. عملکردهای خاص درون این دستگاهها شامل نشانگرهای وضعیت، نور پسزمینه برای پنلهای جلویی و صفحهکلیدها، و نورپردازی سطح پایین برای نمادها و سیگنالها میشود.
2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
درک کامل پارامترهای الکتریکی و نوری برای طراحی مدار قابل اعتماد و دستیابی به عملکرد یکنواخت حیاتی است.
2.1 مقادیر حداکثر مطلق
این مقادیر محدودیتهای تنش را تعریف میکنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شدهاند. حداکثر جریان مستقیم پیوسته (IF) 30 میلیآمپر است. در شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلیثانیه، جریان پیک پیشرو 80 میلیآمپر مجاز است. کل اتلاف توان (Pd) نباید از 72 میلیوات تجاوز کند. قطعه برای کار در محدوده دمایی 40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس درجهبندی شده و میتواند در محیطهای 40- درجه تا 100+ درجه سلسیوس نگهداری شود.
2.2 مشخصات الکترو-نوری
این مشخصات تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C, IF=20mA) اندازهگیری شده و عملکرد معمول را تعریف میکنند. شدت نور (Iv) یک مقدار معمول در یک محدوده تعریف شده دارد، با مقادیر حداقل و حداکثر خاص که در بخش باینینگ توضیح داده شده است. زاویه دید (2θ1/2)، جایی که شدت نصف مقدار روی محور است، 110 درجه است که یک الگوی پرتو گسترده ارائه میدهد. نور ساطع شده در طیف قرمز است، با طول موج اوج انتشار (λp) 639 نانومتر و طول موج غالب (λd) 631 نانومتر. پهنای باند طیفی (Δλ) تقریباً 20 نانومتر است. ولتاژ پیشرو (VF) معمولاً 2.0 ولت اندازهگیری میشود، با حداکثر 2.4 ولت در 20mA. جریان معکوس (IR) در ولتاژ معکوس (VR) 5V به حداکثر 10 میکروآمپر محدود شده است؛ توجه داشته باشید که قطعه برای کار تحت بایاس معکوس طراحی نشده است.
3. توضیح سیستم باینینگ
برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس عملکرد در دستههای مختلف (باین) مرتب میشوند. این به طراحان اجازه میدهد قطعاتی را انتخاب کنند که معیارهای حداقل عملکرد خاص برای کاربردشان را برآورده میکنند.
3.1 باینینگ شدت نور
شدت نور در دستههای مجزا دستهبندی میشود، که هر کدام با یک کد (R1, R2, S1, S2) و یک محدوده شدت حداقل/حداکثر اندازهگیری شده در میلیکاندلا (mcd) در 20mA تعریف میشوند. به عنوان مثال، باین R1 شدتهای 112 تا 140 mcd را پوشش میدهد، در حالی که باین S2 شدتهای 220 تا 280 mcd را پوشش میدهد. یک تلرانس +/-11% در هر باین اعمال میشود. این سیستم امکان تهیه LEDهایی با سطوح حداقل روشنایی تضمین شده را فراهم میکند.
4. تحلیل منحنیهای عملکرد
دادههای گرافیکی بینش عمیقتری در مورد رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ارائه میدهند که برای طراحی مستحکم ضروری است.
4.1 جریان پیشرو در مقابل شدت نور
رابطه بین جریان پیشرو (IF) و شدت نور (Iv) عموماً در محدوده کاری خطی است. افزایش جریان، خروجی نور را افزایش میدهد، اما طراحان باید در محدوده جریان و اتلاف توان حداکثر مطلق باقی بمانند تا طول عمر قطعه تضمین شود.
4.2 ولتاژ پیشرو در مقابل جریان پیشرو
این منحنی مشخصه IV دیود را نشان میدهد. ولتاژ پیشرو به صورت لگاریتمی با جریان افزایش مییابد. درک این منحنی برای طراحی مقاومت محدودکننده جریان سری با LED به منظور تنظیم نقطه کاری مطلوب و جبران تغییرات ولتاژ تغذیه مهم است.
4.3 وابستگی به دما
عملکرد LED به دما حساس است. معمولاً ولتاژ پیشرو (VF) با افزایش دمای اتصال کمی کاهش مییابد، در حالی که شدت نور (Iv) نیز کاهش مییابد. طراحیها برای محیطهای با دمای محیط بالا یا کار با توان بالا باید این کاهش ظرفیت (دریتینگ) را در نظر بگیرند.
5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
5.1 ابعاد بستهبندی
قطعه مطابق با طرح استاندارد صنعتی بستهبندی SMD است. ابعاد کلیدی شامل طول بدنه 2.0 میلیمتر، عرض 1.25 میلیمتر و ارتفاع 1.1 میلیمتر میشود. تمام تلرانسهای ابعادی معمولاً ±0.1 میلیمتر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. برای طراحی دقیق الگوی لند (پد) باید به نقشههای مکانیکی دقیق مراجعه شود.
5.2 شناسایی قطبیت و طراحی پد
کاتد معمولاً روی قطعه علامتگذاری شده است، اغلب توسط یک شکاف، یک نقطه سبز یا طول پایه متفاوت. الگوی لند PCB توصیه شده (فوتپرینت) ارائه شده است تا تشکیل اتصال لحیم مناسب در حین ریفلو تضمین شود. این الگوی برای دستیابی به اتصال مکانیکی و الکتریکی قابل اعتماد در عین جلوگیری از پل لحیم یا پدیده "تومباستونینگ" حیاتی است.
6. دستورالعملهای لحیمکاری و مونتاژ
مدیریت و مونتاژ صحیح برای حفظ قابلیت اطمینان و عملکرد قطعه حیاتی است.
6.1 پروفیل ریفلو IR توصیه شده
برای فرآیندهای لحیمکاری بدون سرب (Pb-free)، یک پروفیل دمای ریفلو خاص توصیه میشود که با استانداردهایی مانند J-STD-020 مطابقت دارد. این پروفیل شامل مرحله پیشگرم، افزایش دما، زمان بالای دمای مایع (TAL)، دمای پیک حداکثر 260 درجه سلسیوس و نرخ خنکسازی کنترل شده است. رعایت این پروفیل از شوک حرارتی و آسیب به بسته LED جلوگیری میکند.
6.2 شرایط نگهداری
LEDهای SMD قطعات حساس به رطوبت (MSD) هستند. هنگامی که در کیسه رطوبتگیر اصلی مهر و موم شده با ماده جاذب رطوبت نگهداری میشوند، باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شده و در عرض یک سال استفاده شوند. پس از باز شدن کیسه، "عمر مفید" شروع میشود. قطعات باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شوند و توصیه میشود در عرض 168 ساعت (7 روز) پردازش (لحیمکاری ریفلو) شوند. اگر برای مدت طولانیتری در معرض محیط قرار گیرند، یک فرآیند پخت (مثلاً 60°C به مدت 48 ساعت) برای حذف رطوبت جذب شده و جلوگیری از "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو مورد نیاز است.
6.3 تمیزکاری
اگر تمیزکاری پس از لحیمکاری ضروری است، فقط باید از حلالهای مشخص شده استفاده شود. غوطهوری LED در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. مواد شیمیایی خشن یا نامشخص میتوانند به لنز اپوکسی یا مواد بسته آسیب برسانند.
7. بستهبندی و جابجایی
قطعات بر روی نوار حامل برجسته با یک نوار پوشش محافظ عرضه میشوند که بر روی قرقرههایی به قطر 7 اینچ (178 میلیمتر) پیچیده شدهاند. مقدار استاندارد هر قرقره 4000 قطعه است. بستهبندی با مشخصات ANSI/EIA-481 مطابقت دارد. در حین جابجایی باید اقدامات احتیاطی مناسب ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود.
8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی
8.1 طراحی مدار درایو
LEDها قطعات جریانمحور هستند. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت و جلوگیری از "جریاندزدی"، هر LED در یک پیکربندی موازی باید مقاومت محدودکننده جریان مخصوص به خود را داشته باشد. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه میشود: R = (Vcc - VF) / IF، که در آن Vcc ولتاژ تغذیه، VF ولتاژ پیشرو LED و IF جریان پیشرو مطلوب است. درایو کردن LED با یک منبع جریان ثابت پایدارترین روش است.
8.2 مدیریت حرارتی
اگرچه اتلاف توان پایین است، مدیریت حرارتی مؤثر روی PCB میتواند طول عمر را افزایش داده و خروجی نور پایدار را حفظ کند. اطمینان از مساحت کافی مس در اطراف پدهای LED به دفع گرما کمک میکند. برای کاربردهای شامل دمای محیط بالا یا جریان درایو بالا، ملاحظات حرارتی حیاتیتر میشوند.
8.3 طراحی نوری
زاویه دید 110 درجه یک الگوی انتشار گسترده مناسب برای نشانگرهای وضعیت ارائه میدهد. برای کاربردهایی که نیاز به پرتو متمرکزتر دارند، ممکن است از اپتیک ثانویه مانند لنزها یا لولههای نوری استفاده شود. انتخاب رنگ لنز (در این مورد شفاف) بر رنگ درک شده و پخش نور ساطع شده تأثیر میگذارد.
9. قابلیت اطمینان و احتیاطها
این محصول برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی تجاری و صنعتی استاندارد طراحی شده است. برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان استثنایی دارند که خرابی میتواند ایمنی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی)، صلاحیتسنجی اضافی و مشورت با سازنده قطعه اجباری است. همیشه قطعه را در محدوده مقادیر حداکثر مطلق منتشر شده و شرایط کاری توصیه شده به کار بگیرید.
10. مقایسه فنی و روندها
این LED قرمز مبتنی بر AlInGaP مزایایی در کارایی و پایداری رنگ در مقایسه با فناوریهای قدیمیتر مانند GaAsP ارائه میدهد. روند در LEDهای SMD به سمت بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر در هر وات)، اندازه بستهبندی کوچکتر و قابلیت اطمینان بهبود یافته تحت شرایط محیطی سخت ادامه دارد. پذیرش مواد و فرآیندهای بدون سرب و مطابق با RoHS اکنون در سراسر صنعت استاندارد است.
اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
عملکرد نوربرقی
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| بازده نوری | لومن/وات | خروجی نور در هر وات برق، بالاتر به معنای صرفهجویی بیشتر انرژی است. | مستقیماً درجه بازده انرژی و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری | لومن | کل نور ساطع شده از منبع، معمولاً "روشنی" نامیده میشود. | تعیین میکند که نور به اندازه کافی روشن است یا نه. |
| زاویه دید | درجه، مثل 120 درجه | زاویهای که شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده روشنایی و یکنواختی تأثیر میگذارد. |
| دمای رنگ | کلوین، مثل 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایین زرد/گرم، مقادیر بالا سفید/سرد. | جو روشنایی و سناریوهای مناسب را تعیین میکند. |
| شاخص نمود رنگ | بدون واحد، 100-0 | توانایی ارائه دقیق رنگهای جسم، Ra≥80 خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای پرتقاضا مانند مراکز خرید، موزهها استفاده میشود. |
| تلرانس رنگ | مراحل بیضی مکآدام، مثل "5 مرحله" | متریک سازگاری رنگ، مراحل کوچکتر به معنای رنگ سازگارتر است. | رنگ یکنواخت را در سراسر همان دسته LEDها تضمین میکند. |
| طول موج غالب | نانومتر، مثل 620 نانومتر (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. | فام قرمز، زرد، سبز LEDهای تکرنگ را تعیین میکند. |
| توزیع طیفی | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت در طول موجها را نشان میدهد. | بر نمود رنگ و کیفیت رنگ تأثیر میگذارد. |
پارامترهای الکتریکی
| اصطلاح | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم | Vf | حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". | ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع میشوند. |
| جریان مستقیم | If | مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. | معمولاً درایو جریان ثابت، جریان روشنایی و طول عمر را تعیین میکند. |
| حداکثر جریان پالس | Ifp | جریان اوج قابل تحمل برای دورههای کوتاه، برای تاریکی یا فلاش استفاده میشود. | عرض پالس و چرخه وظیفه باید به شدت کنترل شود تا از آسیب جلوگیری شود. |
| ولتاژ معکوس | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. | مدار باید از اتصال معکوس یا جهش ولتاژ جلوگیری کند. |
| مقاومت حرارتی | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از تراشه به لحیم، پایینتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به اتلاف حرارت قویتر دارد. |
| مقاومت ESD | V (HBM)، مثل 1000V | توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، بالاتر به معنای کمتر آسیبپذیر است. | اقدامات ضد استاتیک در تولید لازم است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان
| اصطلاح | متریک کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| دمای اتصال | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی داخل تراشه LED. | هر کاهش 10°C ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ خیلی زیاد باعث افت نور، تغییر رنگ میشود. |
| افت لومن | L70 / L80 (ساعت) | زمانی که روشنایی به 70% یا 80% مقدار اولیه کاهش یابد. | مستقیماً "عمر خدمت" LED را تعریف میکند. |
| نگهداری لومن | % (مثل 70%) | درصد روشنایی باقیمانده پس از زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در طول استفاده بلندمدت است. |
| تغییر رنگ | Δu′v′ یا بیضی مکآدام | درجه تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنههای روشنایی تأثیر میگذارد. |
| پیری حرارتی | تخریب ماده | تخریب ناشی از دمای بالا در بلندمدت. | ممکن است باعث افت روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
بسته بندی و مواد
| اصطلاح | انواع رایج | توضیح ساده | ویژگیها و کاربردها |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC، PPA، سرامیک | ماده محفظه محافظ تراشه، ارائه رابط نوری/حرارتی. | EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانیتر. |
| ساختار تراشه | جلو، تراشه معکوس | چینش الکترود تراشه. | تراشه معکوس: اتلاف حرارت بهتر، کارایی بالاتر، برای توان بالا. |
| پوشش فسفر | YAG، سیلیکات، نیترید | تراشه آبی را میپوشاند، مقداری را به زرد/قرمز تبدیل میکند، به سفید مخلوط میکند. | فسفرهای مختلف بر کارایی، CCT و CRI تأثیر میگذارند. |
| عدسی/اپتیک | مسطح، میکروعدسی، TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
کنترل کیفیت و دسته بندی
| اصطلاح | محتوای دستهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دسته لومن | کد مثل 2G، 2H | گروهبندی بر اساس روشنایی، هر گروه مقادیر حداقل/حداکثر لومن دارد. | روشنایی یکنواخت را در همان دسته تضمین میکند. |
| دسته ولتاژ | کد مثل 6W، 6X | گروهبندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | تسهیل تطبیق درایور، بهبود بازده سیستم. |
| دسته رنگ | بیضی مکآدام 5 مرحلهای | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، اطمینان از محدوده باریک. | یکنواختی رنگ را تضمین میکند، از رنگ ناهموار در داخل وسایل جلوگیری میکند. |
| دسته CCT | 2700K، 3000K و غیره | گروهبندی بر اساس CCT، هر کدام محدوده مختصات مربوطه را دارد. | الزامات CCT صحنه مختلف را برآورده میکند. |
آزمون و گواهینامه
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمون نگهداری لومن | روشنایی بلندمدت در دمای ثابت، ثبت افت روشنایی. | برای تخمین عمر LED استفاده میشود (با TM-21). |
| TM-21 | استاندارد تخمین عمر | عمر را تحت شرایط واقعی بر اساس دادههای LM-80 تخمین میزند. | پیشبینی علمی عمر ارائه میدهد. |
| IESNA | انجمن مهندسی روشنایی | روشهای آزمون نوری، الکتریکی، حرارتی را پوشش میدهد. | پایه آزمون شناخته شده صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهی محیط زیست | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | شرط دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهی بازده انرژی | گواهی بازده انرژی و عملکرد برای محصولات روشنایی. | در خریدهای دولتی، برنامههای یارانه استفاده میشود، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |