دیتاشیت LED SMD 19-213 نارنجی مایل به قرمز - ابعاد بسته‌بندی - ولتاژ مستقیم 2.0V - اتلاف توان 60mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

مدل 19-213 یک LED از نوع دستگاه نصب سطحی (SMD) است که برای کاربردهای با چگالی بالا و مینیاتوری طراحی شده است. این قطعه از ماده نیمه‌هادی آلومینیوم گالیم ایندیم فسفید (AlGaInP) برای تولید نور نارنجی مایل به قرمز استفاده می‌کند. اندازه فشرده و ساختار سبک آن، آن را برای طراحی‌های الکترونیکی مدرن که فضا محدود است، ایده‌آل می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی

مزایای اصلی این قطعه شامل ردپای به‌طور قابل توجه کوچک‌تر آن در مقایسه با LEDهای نوع دارای پایه (Lead-frame) است که امکان کاهش اندازه برد و افزایش چگالی بسته‌بندی را فراهم می‌کند. این قطعه بر روی نوار 8 میلی‌متری و ریل با قطر 7 اینچ بسته‌بندی شده است تا با تجهیزات مونتاژ خودکار سازگار باشد. دستگاه فاقد سرب (Pb-free)، مطابق با دستورالعمل RoHS، منطبق با مقررات REACH اتحادیه اروپا بوده و استانداردهای عاری از هالوژن (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm) را برآورده می‌کند.

1.2 کاربردهای هدف

کاربردهای متداول شامل نور پس‌زمینه برای داشبوردها و کلیدها، نشانگر و نور پس‌زمینه در دستگاه‌های مخابراتی مانند تلفن و فکس، نور پس‌زمینه تخت برای LCDها، کلیدها و نمادها و همچنین استفاده عمومی به عنوان نشانگر می‌شود.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر، محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوند (junction breakdown) شود.
• جریان مستقیم (IF):25 میلی‌آمپر. حداکثر جریان DC پیوسته مجاز از طریق LED.
• جریان مستقیم پیک (IFP):60 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان پالسی است که در چرخه کاری 1/10 و فرکانس 1 کیلوهرتز مشخص شده است. نباید برای کارکرد پیوسته استفاده شود.
• اتلاف توان (Pd):60 میلی‌وات. حداکثر توانی که بسته‌بندی می‌تواند بدون تجاوز از محدودیت‌های حرارتی خود تلف کند.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مدل بدن انسان (HBM):2000 ولت. این نشان‌دهنده حساسیت دستگاه به الکتریسیته ساکن است؛ رعایت روش‌های صحیح کنترل ESD الزامی است.
• دمای کارکرد (Topr):40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیطی که عملکرد دستگاه در آن تضمین می‌شود.
• دمای نگهداری (Tstg):40- درجه سلسیوس تا 90+ درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری (Tsol):لحیم‌کاری رفلو: دمای پیک 260 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 10 ثانیه. لحیم‌کاری دستی: 350 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 3 ثانیه برای هر پایه.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها، خروجی نور و عملکرد الکتریکی را در شرایط کارکرد معمول (Ta=25°C, IF=20mA) تعریف می‌کنند.

• شدت نور (Iv):36.0 میلی‌کاندلا (حداقل)، 72.0 میلی‌کاندلا (حداکثر). مقدار معمول در این محدوده قرار دارد. خروجی واقعی دسته‌بندی شده است (به بخش 3 مراجعه کنید).
• زاویه دید (2θ1/2):120 درجه (معمول). این زاویه دید گسترده، آن را برای کاربردهای نیازمند روشنایی پخش مناسب می‌سازد.
• طول موج پیک (λp):621 نانومتر (معمول). طول موجی که در آن تابش طیفی قوی‌ترین است.
• طول موج غالب (λd):605.5 نانومتر (حداقل)، 625.5 نانومتر (حداکثر). این طول‌موج، رنگ درک‌شده نور است و آن نیز دسته‌بندی شده است.
• پهنای باند طیفی (Δλ):18 نانومتر (معمول). عرض طیف تابشی در نصف شدت پیک.
• ولتاژ مستقیم (VF):1.75 ولت (حداقل)، 2.00 ولت (معمول)، 2.35 ولت (حداکثر) در IF=20mA. این پارامتر دسته‌بندی شده و تأثیر مستقیمی بر طراحی منبع تغذیه دارد.
• جریان معکوس (IR):10 میکروآمپر (حداکثر) در VR=5V. توجه: دستگاه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این پارامتر فقط برای آزمایش جریان نشتی است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که معیارهای عملکرد خاص کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

دسته‌ها توسط مقادیر حداقل و حداکثر شدت نور در IF=20mA تعریف می‌شوند.

• دسته N2:36.0 میلی‌کاندلا تا 45.0 میلی‌کاندلا
• دسته P1:45.0 میلی‌کاندلا تا 57.0 میلی‌کاندلا
• دسته P2:57.0 میلی‌کاندلا تا 72.0 میلی‌کاندلا

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

دسته‌ها توسط مقادیر حداقل و حداکثر طول موج غالب در IF=20mA تعریف می‌شوند.

• دسته E1:605.5 نانومتر تا 609.5 نانومتر
• دسته E2:609.5 نانومتر تا 613.5 نانومتر
• دسته E3:613.5 نانومتر تا 617.5 نانومتر
• دسته E4:617.5 نانومتر تا 621.5 نانومتر
• دسته E5:621.5 نانومتر تا 625.5 نانومتر

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

دسته‌ها توسط مقادیر حداقل و حداکثر ولتاژ مستقیم در IF=20mA تعریف می‌شوند.

• دسته 0:1.75 ولت تا 1.95 ولت
• دسته 1:1.95 ولت تا 2.15 ولت
• دسته 2:2.15 ولت تا 2.35 ولت

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که برای درک رفتار دستگاه در شرایط مختلف ضروری هستند.

4.1 توزیع طیف

منحنی یک خروجی طیفی معمول را نشان می‌دهد که حول طول موج 621 نانومتر (طول موج پیک) با پهنای باند تقریبی 18 نانومتر متمرکز شده است. این امر، مشخصه تابش تک‌رنگ و نارنجی مایل به قرمز ماده AlGaInP را تأیید می‌کند.

4.2 الگوی تابش

نمودار قطبی، توزیع فضایی شدت نور را نشان می‌دهد. زاویه دید 120 درجه تأیید می‌شود و یک الگوی تابش نزدیک به لامبرتین را نشان می‌دهد که در آن شدت نور در زاویه 0 درجه (عمود بر چیپ) بیشترین است و به تدریج به سمت لبه‌ها کاهش می‌یابد.

4.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

این منحنی I-V رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم به صورت لگاریتمی با جریان افزایش می‌یابد. این منحنی برای تعیین نقطه کار و طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است.

4.4 شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که خروجی نور در محدوده کارکرد مشخص شده تقریباً متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، در جریان‌های بسیار بالا ممکن است به دلیل افزایش حرارت، بازده کاهش یابد.

4.5 شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط

این یک منحنی حیاتی برای مدیریت حرارتی است. شدت نور با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. منحنی نشان می‌دهد که خروجی می‌تواند به‌طور قابل توجهی با نزدیک شدن دما به حد مجاز کارکرد کاهش یابد که نیاز به اتلاف حرارت کافی در محیط‌های با دمای بالا را برجسته می‌کند.

4.6 منحنی کاهش جریان مستقیم

این نمودار حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط تعریف می‌کند. برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و اطمینان از قابلیت اطمینان، جریان مستقیم باید هنگام کار در دمای محیطی بالا کاهش یابد. این منحنی برای طراحی منبع تغذیه قابل اطمینان اساسی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه دارای یک بسته‌بندی استاندارد SMD است. نقشه ابعادی، اندازه‌های حیاتی از جمله طول، عرض، ارتفاع بدنه و فاصله پدها را ارائه می‌دهد. تمام تلرانس‌های نامشخص ±0.1 میلی‌متر است. ابعاد دقیق برای طراحی ردپای PCB و اطمینان از نصب و لحیم‌کاری صحیح بسیار مهم است.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً روی دستگاه علامت‌گذاری شده است، اغلب با یک شکاف، یک نقطه یا یک علامت سبز روی بسته‌بندی. جهت‌دهی صحیح قطبیت در حین مونتاژ برای عملکرد مناسب ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل لحیم‌کاری رفلو فاقد سرب توصیه می‌شود: پیش‌گرمایش بین 150 تا 200 درجه سلسیوس به مدت 60 تا 120 ثانیه، زمان بالای نقطه ذوب (217 درجه سلسیوس) به مدت 60 تا 150 ثانیه، با دمای پیک حداکثر 260 درجه سلسیوس به مدت حداکثر 10 ثانیه. حداکثر نرخ افزایش دما 6 درجه سلسیوس بر ثانیه و حداکثر نرخ کاهش دما 3 درجه سلسیوس بر ثانیه است. عملیات رفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه باید کمتر از 350 درجه سلسیوس باشد و زمان تماس برای هر پایه نباید از 3 ثانیه تجاوز کند. از هویه با ظرفیت 25 وات یا کمتر استفاده کنید. بین لحیم‌کاری هر پایه بیش از 2 ثانیه فاصله بگذارید تا از شوک حرارتی جلوگیری شود.

6.3 نگهداری و حساسیت به رطوبت

LEDها در کیسه‌های مقاوم در برابر رطوبت همراه با ماده خشک‌کن بسته‌بندی شده‌اند. کیسه نباید تا زمانی که قطعات آماده استفاده هستند باز شود. پس از باز کردن، LEDهای استفاده نشده باید در دمای 30 درجه سلسیوس یا کمتر و رطوبت نسبی 60% یا کمتر نگهداری شوند. "عمر مفید پس از باز کردن" 168 ساعت (7 روز) است. اگر این زمان سپری شود یا نشانگر خشک‌کن تغییر رنگ داده باشد، قبل از استفاده نیاز به عملیات پخت در دمای 60 ±5 درجه سلسیوس به مدت 24 ساعت است تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "ترکیدن" (popcorning) در حین رفلو جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات ریل و نوار حامل

قطعات بر روی نوار حامل به عرض 8 میلی‌متر که بر روی ریل با قطر 7 اینچ پیچیده شده است، عرضه می‌شوند. ابعاد ریل و ابعاد حفره‌های نوار حامل ارائه شده است تا سازگاری با ماشین‌های برداشت و نصب خودکار (pick-and-place) تضمین شود. هر ریل حاوی 3000 قطعه است.

7.2 اطلاعات برچسب

برچسب ریل حاوی اطلاعات کلیدی برای ردیابی و شناسایی است: شماره محصول مشتری (CPN)، شماره قطعه (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY)، رتبه شدت نور (CAT)، رتبه رنگ/طول موج غالب (HUE)، رتبه ولتاژ مستقیم (REF) و شماره سری ساخت (LOT No).

8. ملاحظات طراحی در کاربرد

8.1 محدود‌سازی جریان

بسیار مهم:همیشه باید از یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی به صورت سری با LED استفاده شود. ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی و تلرانس تنگ است، به این معنی که افزایش کوچکی در ولتاژ منبع تغذیه می‌تواند باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب جریان شود. مقدار مقاومت باید بر اساس ولتاژ منبع تغذیه (Vs)، حداکثر ولتاژ مستقیم (VF_max از دسته مربوطه) و جریان مستقیم مورد نظر (IF) و با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود: R = (Vs - VF_max) / IF.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه بسته‌بندی کوچک است، اما اتلاف توان (تا 60 میلی‌وات) باید در نظر گرفته شود، به ویژه در دمای محیطی بالا یا هنگام راه‌اندازی با جریان‌های بالا. از منحنی کاهش جریان برای انتخاب جریان کارکرد مناسب استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که PCB دارای مساحت مسی کافی یا وایاهای حرارتی است تا گرما را از پدهای LED دور کند، به ویژه در فضاهای بسته یا چیدمان‌های با چگالی بالا.

8.3 طراحی اپتیکی

زاویه دید 120 درجه، روشنایی پخش و گسترده‌ای فراهم می‌کند. برای کاربردهای نیازمند نور متمرکز یا جهت‌دار، اپتیک ثانویه (عدسی‌ها، راهنماهای نور) ضروری خواهد بود. رنگ رزین شفاف (water-clear) جذب حداقلی نور تابشی را تضمین می‌کند.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای قدیمی از نوع سوراخ‌دار (through-hole)، این نوع SMD دارای ردپا و پروفیل به شدت کاهش یافته‌ای است که امکان تولید محصولات نهایی نازک‌تر و فشرده‌تر را فراهم می‌کند. سازگاری آن با مونتاژ خودکار، هزینه تولید را کاهش داده و دقت نصب را بهبود می‌بخشد. فناوری AlGaInP بازدهی بالا و خلوص رنگ خوبی در طیف نارنجی-قرمز ارائه می‌دهد. سیستم جامع دسته‌بندی (بینینگ) به طراحان این امکان را می‌دهد که قطعاتی با مشخصات اپتیکی و الکتریکی کنترل شده دقیق انتخاب کنند که برای کاربردهای نیازمند ظاهر یکنواخت یا تطابق جریان دقیق در آرایه‌ها حیاتی است.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

10.1 هدف از کدهای دسته‌بندی مختلف چیست؟

دسته‌بندی (بینینگ) اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی درون یک دسته تولیدی را تضمین می‌کند. به عنوان مثال، در یک آرایه از LEDها، مشخص کردن دسته‌های یکسان شدت نور (CAT) و طول موج غالب (HUE) منجر به ظاهر بصری یکنواخت می‌شود. مشخص کردن یک دسته ولتاژ مستقیم (REF) می‌تواند در طراحی مدارهای درایور ساده‌تر و یکنواخت‌تر کمک کند.

10.2 آیا می‌توان این LED را بدون مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی کرد؟

No.این کار به شدت توصیه نمی‌شود و به احتمال زیاد منجر به خرابی فوری می‌شود. مشخصه V-I LED نمایی است و حتی یک منبع ولتاژ تنظیم‌شده با نویز یا تلرانس جزئی می‌تواند باعث شود جریان از حداکثر مقدار مجاز مطلق تجاوز کند.

10.3 چرا محدودیت زمانی نگهداری پس از باز کردن بسته وجود دارد؟

بسته‌بندی‌های SMD می‌توانند رطوبت را از جو جذب کنند. در طی فرآیند لحیم‌کاری رفلو با دمای بالا، این رطوبت محبوس شده می‌تواند به سرعت تبخیر شود و فشار داخلی ایجاد کند که ممکن است باعث ترک خوردن بسته‌بندی ("ترکیدن" یا popcorning) شود. عمر مفید 168 ساعته پس از باز کردن و دستورالعمل پخت برای جلوگیری از این حالت خرابی حیاتی است.

10.4 چگونه می‌توان رتبه جریان مستقیم پیک را تفسیر کرد؟

جریان مستقیم پیک 60 میلی‌آمپر (IFP) فقط برای کارکرد پالسی، در چرخه کاری 10% (1/10) و فرکانس 1 کیلوهرتز است. نباید برای تعیین اندازه جریان کارکرد DC استفاده شود. حداکثر جریان DC پیوسته 25 میلی‌آمپر (IF) است. پالس‌زنی می‌تواند برای مالتی‌پلکس کردن یا دستیابی به روشنایی لحظه‌ای بالاتر استفاده شود، اما جریان متوسط و اتلاف توان باید در محدوده مجاز باقی بماند.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک واحد کنترل صنعتی.پنل نیازمند چندین نشانگر نارنجی مایل به قرمز یکنواخت است. طراح ابتدا دسته شدت نور مناسب (مثلاً P1 برای روشنایی متوسط) و دسته طول موج غالب مناسب (مثلاً E3 برای یک سایه نارنجی خاص) را انتخاب می‌کند تا اطمینان از یکنواختی بصری در تمام نشانگرها حاصل شود. یک مدار درایور جریان ثابت تنظیم شده روی 20 میلی‌آمپر طراحی می‌شود، با مقدار مقاومت محدودکننده جریان که با استفاده از حداکثر VF از دسته ولتاژ انتخاب شده (مثلاً دسته 1: حداکثر 2.15 ولت) محاسبه شده است. چیدمان PCB شامل تسکین حرارتی کافی برای پدهای LED خواهد بود، زیرا محفظه ممکن است دمای محیطی بالا را تجربه کند. تیم تولید روش‌های کنترل رطوبت را دنبال کرده و مونتاژ برد را در طول عمر مفید پس از باز کردن ریل برنامه‌ریزی می‌کند یا چرخه پخت لازم را انجام می‌دهد.

12. اصل عملکرد

این LED بر اساس یک چیپ نیمه‌هادی ساخته شده از آلومینیوم گالیم ایندیم فسفید (AlGaInP) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از ولتاژ روشن شدن دیود (تقریباً 1.8 تا 2.2 ولت) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال نیمه‌هادی تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlGaInP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور تابشی مطابقت دارد - در این مورد، نارنجی مایل به قرمز (~621 نانومتر). چیپ در یک رزین اپوکسی شفاف (water-clear) کپسوله شده است که از نیمه‌هادی محافظت می‌کند، پرتو خروجی نور را شکل می‌دهد و ساختار مکانیکی را برای نصب سطحی فراهم می‌کند.

13. روندهای فناوری

روند کلی در LEDهای SMD به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، اندازه بسته‌بندی کوچک‌تر برای افزایش چگالی و بهبود قابلیت اطمینان در شرایط سخت (دمای بالاتر، رطوبت) است. همچنین تمرکز بر تلرانس‌های تنگ‌تر در دسته‌بندی برای پاسخگویی به نیازهای کاربردهایی مانند نمایشگرهای تمام رنگی و روشنایی خودرو وجود دارد که در آن یکنواختی رنگ و روشنایی از اهمیت بالایی برخوردار است. علاوه بر این، پیشرفت‌ها در مواد بسته‌بندی با هدف بهبود مقاومت در برابر تنش حرارتی و تخریب ناشی از نور آبی/فرابنفش برای طول عمر عملیاتی بیشتر است. حرکت به سمت مواد فاقد سرب و هالوژن، همانطور که در این قطعه مشاهده می‌شود، منعکس‌کننده روندهای گسترده‌تر محیط زیستی و مقرراتی در صنعت الکترونیک است.