ال‌ای‌دی اس‌ام‌دی RGB با لنز سفید پخش‌کننده بسته‌بندی 5630 - ابعاد 5.6x3.0x1.9 میلی‌متر - ولتاژ 1.8-3.8 ولت - توان 0.13 وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند جزئیات مشخصات یک ال‌ای‌دی دستگاه نصب سطحی (SMD) در قالب بسته‌بندی 5630 را شرح می‌دهد که دارای لنز سفید پخش‌کننده است. این دستگاه سه چیپ نورافشان مجزا را در یک بسته واحد ادغام می‌کند: یک قرمز (AlInGaP)، یک سبز (InGaN) و یک آبی (InGaN). این پیکربندی امکان ایجاد رنگ‌های مختلف را از طریق کنترل جداگانه یا ترکیبی چیپ‌ها فراهم می‌کند. هدف اصلی طراحی، ارائه یک راه‌حل روشنایی فشرده، قابل اعتماد و کارآمد است که مناسب فرآیندهای مونتاژ خودکار باشد.

1.1 مزایای اصلی

• طراحی مینیاتوری:فرم‌فاکتور کوچک برای کاربردهای دارای محدودیت فضا روی بردهای مدار چاپی (PCB) ایده‌آل است.
• سازگاری با اتوماسیون:بسته‌بندی برای سازگاری با تجهیزات خودکار برداشت و نصب (Pick-and-Place) و فرآیندهای لحیم‌کاری بازجوشی مادون قرمز (IR) طراحی شده است که تولید انبوه را تسهیل می‌کند.
• خروجی رنگ همه‌کاره:چیپ‌های RGB یکپارچه امکان ایجاد طیف وسیعی از رنگ‌ها را فراهم می‌کنند و آن را برای نشانگر وضعیت، نور پس‌زمینه و نورپردازی تزئینی مناسب می‌سازند.
• انطباق محیطی:محصول با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد.
• بسته‌بندی استاندارد:این محصول بر روی نوار 12 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های 7 اینچی (178 میلی‌متری) عرضه می‌شود و با استانداردهای EIA برای جابجایی و ذخیره‌سازی کارآمد مطابقت دارد.

1.2 کاربردهای هدف

این ال‌ای‌دی برای طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی طراحی شده است که به روشنایی نشانگر فشرده و قابل اعتماد نیاز دارند. حوزه‌های کاربردی معمول شامل موارد زیر است:

• الکترونیک مصرفی:نشانگرهای وضعیت در تلفن‌های بی‌سیم، تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و لوازم خانگی.
• تجهیزات حرفه‌ای و صنعتی:نشانگرهای پنل جلویی در سیستم‌های شبکه، دستگاه‌های اتوماسیون اداری و پنل‌های کنترل صنعتی.
• نمایش و تابلو:کاربردهای روشنایی سیگنال و نماد، و همچنین نور پس‌زمینه پنل جلویی که در آن خروجی نور پخش‌شده و یکنواخت مطلوب است.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• توان اتلافی (Pd):قرمز: 130 میلی‌وات؛ سبز/آبی: 114 میلی‌وات. این پارامتر حداکثر توانی را نشان می‌دهد که ال‌ای‌دی می‌تواند به صورت گرما تلف کند. تجاوز از این حد خطر آسیب حرارتی را به همراه دارد.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):برای همه رنگ‌ها تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) 100 میلی‌آمپر است. این برای فلش‌های کوتاه و پر شدت مفید است اما برای کار مداوم نیست.
• جریان مستقیم DC (I_F):قرمز: 50 میلی‌آمپر؛ سبز/آبی: 30 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد بلندمدت قابل اعتماد است.
• محدوده‌های دمایی:عملیاتی: 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد؛ ذخیره‌سازی: 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. این‌ها محدودیت‌های محیطی برای عملکرد دستگاه و ذخیره‌سازی غیرعملیاتی را تعریف می‌کنند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

در شرایط آزمایش استاندارد Ta=25°C و I_F=20mA اندازه‌گیری شده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (I_v):یک معیار کلیدی برای خروجی نور درک شده. مقادیر حداقل/معمول/حداکثر: قرمز: 560/-/1120 میلی‌کاندلا؛ سبز: 1400/-/2800 میلی‌کاندلا؛ آبی: 280/-/560 میلی‌کاندلا. چیپ سبز بالاترین خروجی معمول را نشان می‌دهد.
• زاویه دید (2θ_1/2):معمولاً 120 درجه. این زاویه دید گسترده، که توسط لنز پخش‌کننده تسهیل می‌شود، روشنایی وسیع و یکنواختی را فراهم می‌کند نه یک پرتو باریک، که برای کاربردهای نشانگر ایده‌آل است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):افت ولتاژ در دو سر ال‌ای‌دی هنگام هدایت. محدوده‌ها: قرمز: 1.8V تا 2.6V؛ سبز/آبی: 2.8V تا 3.8V. V_Fپایین‌تر چیپ قرمز مشخصه فناوری AlInGaP در مقایسه با InGaN (سبز/آبی) است. طراحان باید این تفاوت‌ها را در طراحی مدار درایور در نظر بگیرند.
• طول موج پیک (λ_P) و طول موج غالب (λ_d): λ_Pاوج طیفی است: قرمز ~630nm، سبز ~518nm، آبی ~468nm. λ_dطول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود، با دسته‌های مشخص شده برای سبز (520-530nm) و آبی (465-475nm).
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 μA در V_R=5V. دستگاه برای کار با بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این پارامتر فقط برای اهداف آزمایشی است. در صورت امکان وجود ولتاژ معکوس، محافظت مدار (مانند یک مقاومت سری یا دیود) توصیه می‌شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، ال‌ای‌دی‌ها بر اساس عملکرد در دسته‌هایی (بین) مرتب می‌شوند. این دستگاه از یک سیستم دسته‌بندی دو بعدی بر اساس شدت نور و طول موج غالب استفاده می‌کند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

هر چیپ رنگی بر اساس خروجی نور خود در 20mA به طور جداگانه دسته‌بندی می‌شود.

• قرمز:دسته‌های U2 (560-710 mcd)، V1 (710-900 mcd)، V2 (900-1120 mcd).
• سبز:دسته‌های W2 (1400-1800 mcd)، X1 (1800-2240 mcd)، X2 (2240-2800 mcd).
• آبی:دسته‌های T1 (280-355 mcd)، T2 (355-450 mcd)، U1 (450-560 mcd).
• تلورانس درون هر دسته شدت نور +/-11% است.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

برای کنترل رنگ‌دهی (هیو) بر روی چیپ‌های سبز و آبی اعمال می‌شود.

• سبز:دسته‌های AP (520-525 nm)، AQ (525-530 nm).
• آبی:دسته‌های AC (465-470 nm)، AD (470-475 nm).
• تلورانس درون هر دسته طول موج +/-1 nm است.

3.3 کد دسته ترکیبی (کد روی برچسب)

یک کد الفبایی-عددی (مانند A1، B4، D2) که روی برچسب قرقره محصول چاپ شده است، دسته‌های شدت نور برای هر سه رنگ و دسته‌های طول موج برای سبز/آبی را ترکیب می‌کند. این جدول ارجاع متقابل به طراحان اجازه می‌دهد تا ال‌ای‌دی‌هایی با ویژگی‌های نوری به شدت کنترل شده را مشخص و تهیه کنند و ثبات بصری را در محصولات نهایی خود تضمین کنند. به عنوان مثال، کد 'A1' مشخص می‌کند: قرمز در دسته U2، سبز در دسته W2 و آبی در دسته T1.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته

دستگاه با فرم استاندارد 5630 مطابقت دارد. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر، تلورانس ±0.2mm مگر خلاف آن ذکر شده) شامل طول بدنه تقریباً 5.6mm، عرض 3.0mm و ارتفاع 1.9mm است. یک نقشه ابعادی دقیق، مکان‌های پد، شکل لنز و نشانه‌های قطبیت را مشخص می‌کند.

4.2 تخصیص پایه و قطبیت

پیکربندی 6 پد امکان دسترسی مستقل به هر چیپ را فراهم می‌کند: پایه‌های 1 و 6: آبی؛ پایه‌های 2 و 5: سبز؛ پایه‌های 3 و 4: قرمز. کاتد برای هر چیپ معمولاً در نمودار فرم پد (فوترپرینت) نشان داده می‌شود. قطبیت صحیح باید در هنگام چیدمان PCB و مونتاژ رعایت شود.

4.3 پد اتصال PCB توصیه شده

یک الگوی لند (فوترپرینت) پیشنهادی ارائه شده است تا تشکیل صحیح اتصال لحیم، پایداری مکانیکی و اتلاف حرارت در طول فرآیند لحیم‌کاری بازجوشی تضمین شود. رعایت این الگو برای بازده مونتاژ و قابلیت اطمینان بلندمدت حیاتی است.

4.4 بسته‌بندی نوار و قرقره

ال‌ای‌دی‌ها در نوار حامل برجسته (عرض 12mm) که با یک نوار پوششی مهر و موم شده است عرضه می‌شوند. نوار بر روی یک قرقره استاندارد به قطر 7 اینچ (178mm) پیچیده شده است. هر قرقره حاوی 1000 قطعه است. بسته‌بندی با مشخصات EIA-481-1-B مطابقت دارد و سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار را تضمین می‌کند.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 پروفیل لحیم‌کاری بازجوشی IR

یک پروفیل بازجوشی توصیه شده برای فرآیندهای لحیم بدون سرب (Pb-free) ارائه شده است که با استاندارد J-STD-020B مطابقت دارد. این پروفیل پارامترهای حیاتی را به تفصیل شرح می‌دهد: پیش‌گرم، خیس‌اندن، دمای پیک بازجوشی (که نباید از حداکثر دمای مجاز ال‌ای‌دی تجاوز کند) و نرخ‌های خنک‌سازی. پیروی از این پروفیل برای جلوگیری از شوک حرارتی و آسیب به بسته ال‌ای‌دی یا لنز اپوکسی ضروری است.

5.2 تمیزکاری

در صورت لزوم تمیزکاری پس از مونتاژ، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. دیتاشیت غوطه‌وری در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه را توصیه می‌کند. استفاده از مواد شیمیایی نامشخص یا خورنده می‌تواند به مواد لنز یا نشانه‌های روی بسته آسیب برساند.

5.3 شرایط نگهداری

بسته مهر و موم شده:ال‌ای‌دی‌ها در کیسه ضد رطوبت اصلی خود همراه با ماده خشک‌کن باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شوند. عمر مفید توصیه شده تحت این شرایط یک سال است.
بسته باز شده:پس از باز شدن کیسه مانع رطوبت، قطعات باید به سرعت استفاده شوند. در صورت نیاز به نگهداری، شرایط نباید از 30°C و 60% RH تجاوز کند. قرار گرفتن در معرض رطوبت بالاتر می‌تواند منجر به جذب رطوبت شود که ممکن است در طول لحیم‌کاری بازجوشی باعث \"پاپ کورن شدن\" (ترک خوردن بسته) شود.

6. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 طراحی مدار درایور

به دلیل تفاوت ولتاژهای مستقیم (V_F) چیپ‌های قرمز، سبز و آبی، اتصال موازی ساده به یک منبع ولتاژ مشترک توصیه نمی‌شود، زیرا منجر به توزیع نابرابر جریان و روشنایی می‌شود. روش ترجیحی، درایو کردن هر کانال رنگی به طور مستقل با یک مقاومت محدودکننده جریان یا، برای ثبات و کنترل بهتر تاریکی، یک درایور جریان ثابت یا مدار PWM (مدولاسیون عرض پالس) است.

6.2 مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان نسبتاً کم است، طراحی حرارتی مناسب روی PCB همچنان برای طول عمر مهم است. اطمینان از مساحت کافی مس متصل به پدهای حرارتی (در صورت وجود) یا پدهای نصب دستگاه به اتلاف گرما کمک می‌کند، دمای اتصال پایین‌تر را حفظ می‌کند و خروجی نور و عمر مفید را حفظ می‌کند.

6.3 یکپارچه‌سازی نوری

لنز سفید پخش‌کننده یک الگوی انتشار لامبرتی (زاویه دید گسترده) ارائه می‌دهد. برای کاربردهایی که نیاز به نور هدایت‌شده‌تر دارند، اپتیک ثانویه (مانند راهنماهای نور یا لنزهای خارجی) ممکن است لازم باشد. ماهیت پخش‌شده به به حداقل رساندن نقاط داغ کمک می‌کند و ظاهری یکنواخت در هنگام مشاهده مستقیم فراهم می‌کند.

7. سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: آیا می‌توانم هر سه رنگ (RGB) را به صورت موازی از یک منبع تغذیه 3.3V درایو کنم؟
پاسخ: نه به طور موثر. ولتاژ مستقیم چیپ‌های آبی و سبز (حداقل 2.8V) نزدیک به 3.3V است، که افت ولتاژ بسیار کمی برای یک مقاومت محدودکننده جریان باقی می‌گذارد و کنترل جریان را نادقیق و حساس به تغییرات منبع می‌کند. چیپ قرمز (V_F~2.2V) جریان به طور نامتناسبی بالایی دریافت می‌کند. کنترل جریان مستقل برای هر کانال به شدت توصیه می‌شود.

سوال: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟
پاسخ: طول موج پیک (λ_P) بالاترین نقطه واقعی در توزیع توان طیفی ال‌ای‌دی است. طول موج غالب (λ_d) یک مقدار محاسبه شده است که نشان‌دهنده طول موج واحد یک نور تک‌رنگ خالص است که برای یک ناظر انسانی استاندارد، همان رنگ (هیو) ال‌ای‌دی را به نظر می‌رساند. λ_dبرای مشخص‌سازی رنگ مرتبط‌تر است.

سوال: حداکثر جریان DC برای سبز/آبی 30mA است، اما جریان پالسی پیک 100mA است. آیا می‌توانم از PWM در 100mA استفاده کنم؟
پاسخ: بله، اما با محدودیت‌های سخت. رتبه 100mA فقط تحت شرایط بسیار خاص اعمال می‌شود: عرض پالس 0.1ms و چرخه کاری 10% (یعنی ال‌ای‌دی به مدت 0.1ms روشن است، سپس به مدت 0.9ms خاموش است). جریان متوسط نباید از رتبه DC تجاوز کند. به عنوان مثال، یک پالس 100mA در چرخه کاری 10% منجر به جریان متوسط 10mA می‌شود که ایمن است. تجاوز از مشخصات عرض پالس یا چرخه کاری می‌تواند باعث گرمای بیش از حد شود.

سوال: چگونه کد دسته (بین) روی برچسب قرقره را تفسیر کنم؟
پاسخ: کد الفبایی-عددی (مانند C5، D1) یک ارجاع متقابل به جداول در بخش‌های 4.1 و 4.2 دیتاشیت است. شما این کد را جستجو می‌کنید تا محدوده شدت نور خاص برای قرمز، سبز و آبی، و همچنین محدوده طول موج غالب برای سبز و آبی را پیدا کنید. این تضمین می‌کند که شما ویژگی‌های عملکرد دقیق ال‌ای‌دی‌های روی آن قرقره را می‌دانید.

8. مورد عملی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک نشانگر وضعیت چندرنگ برای یک روتر شبکه.
دستگاه به ال‌ای‌دی‌هایی نیاز دارد که وضعیت برق (سبز ثابت)، فعالیت شبکه (سبز چشمک‌زن) و حالت‌های خطا (قرمز یا آبی) را نشان دهند. یک ال‌ای‌دی RGB واحد مانند LTST-G563EGBW می‌تواند تمام این نقش‌ها را انجام دهد و در مقایسه با استفاده از سه ال‌ای‌دی مجزا، فضای PCB را ذخیره کند.

پیاده‌سازی:
1. پایه‌های GPIO میکروکنترلر به سه ترانزیستور درایور جداگانه (یا یک IC درایور ال‌ای‌دی اختصاصی) متصل می‌شوند که هر کدام یک کانال رنگی از ال‌ای‌دی RGB را کنترل می‌کنند.
2. برای \"روشن بودن برق\"، کانال سبز در 10-15mA (به خوبی زیر حداکثر 30mA آن) درایو می‌شود تا نشانگری واضح و روشن ایجاد کند.
3. برای \"فعالیت شبکه\"، همان کانال سبز از طریق PWM در فرکانس بالا تغییر حالت می‌دهد تا اثر چشمک زدن ایجاد شود، در حالی که جریان متوسط همچنان در محدوده مجاز است.
4. برای حالت \"خطا\"، کانال قرمز می‌تواند روشن شود. یک \"خطای بحرانی\" خاص‌تر می‌تواند از کانال آبی یا ترکیبی (مثلاً قرمز+آبی = سرخابی) استفاده کند.
5. زاویه دید گسترده 120 درجه لنز پخش‌کننده تضمین می‌کند که وضعیت از زوایای مختلف اطراف روتر قابل مشاهده است.
6. با مشخص کردن یک کد دسته‌بندی دقیق (مثلاً نیاز به سبز در دسته X1 و یک دسته طول موج خاص)، طراح ثبات رنگ و روشنایی را در تمام واحدهای روتر تولید شده تضمین می‌کند.

9. معرفی فناوری

این ال‌ای‌دی از دو فناوری اصلی مواد نیمه‌هادی استفاده می‌کند:
آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP):برای چیپ نورافشان قرمز استفاده می‌شود. این سیستم ماده برای تولید نور در بخش قرمز تا کهربایی طیف کارآمد است و معمولاً ولتاژ مستقیم کمتری نسبت به ال‌ای‌دی‌های مبتنی بر InGaN نشان می‌دهد.
ایندیم گالیم نیترید (InGaN):برای چیپ‌های نورافشان سبز و آبی استفاده می‌شود. با تغییر نسبت ایندیم/گالیم در ساختار کریستالی، گاف نواری - و در نتیجه طول موج منتشر شده - قابل تنظیم است. دستیابی به نور سبز با بازده بالا با InGaN از نظر تاریخی چالش‌برانگیزتر از آبی بوده است، که این امر در پارامترهای عملکرد متفاوت (مانند ولتاژ مستقیم، بازده) بین چیپ‌های سبز و آبی منعکس می‌شود، علیرغم استفاده از ماده پایه یکسان.

لنز سفید پخش‌کننده معمولاً از رزین اپوکسی یا سیلیکون دوپ شده با ذرات پراکنده‌کننده ساخته می‌شود. این ماده پخش‌کننده جهت نور منتشر شده از چیپ کوچک را تصادفی می‌کند و آن را از یک پرتو باریک و جهت‌دار به یک الگوی انتشار لامبرتی وسیع تبدیل می‌کند و باعث می‌شود کل سطح لنز به طور یکنواخت روشن به نظر برسد.

10. روندهای توسعه

حوزه ال‌ای‌دی‌های اس‌ام‌دی همچنان در چند مسیر کلیدی مرتبط با قطعاتی مانند این یکی در حال تکامل است:
افزایش بازده (لومن بر وات):بهبودهای مستمر در رشد اپیتاکسیال، طراحی چیپ و تکنیک‌های استخراج نور، به طور پیوسته خروجی نور را برای یک جریان ورودی معین افزایش می‌دهد و امکان نشانگرهای روشن‌تر یا مصرف توان کمتر را فراهم می‌کند.
ثبات رنگ و دسته‌بندی:پیشرفت‌ها در کنترل فرآیند تولید، تغییرات طبیعی در ویژگی‌های ال‌ای‌دی را کاهش می‌دهند. این امر امکان مشخصات دسته‌بندی دقیق‌تر یا حتی ارائه \"بدون دسته\" را فراهم می‌کند، که مدیریت موجودی را برای تولیدکنندگان ساده می‌کند و یکنواختی رنگ برتر را در محصولات نهایی تضمین می‌کند.
مینیاتوری‌سازی و یکپارچه‌سازی:تلاش برای دستگاه‌های الکترونیکی کوچک‌تر، ال‌ای‌دی‌ها را در بسته‌های حتی فشرده‌تر پیش می‌برد. علاوه بر این، یکپارچه‌سازی در حال افزایش است، با بسته‌های چند چیپی پیچیده‌تر (مانند RGBW، ال‌ای‌دی‌های آدرس‌پذیر با درایورهای یکپارچه) که برای ساده‌سازی طراحی مدار رایج می‌شوند.
مواد با قابلیت اطمینان بالا:توسعه مواد لنز مقاوم‌تر (مانند سیلیکون‌های با دمای بالا) و ساختارهای بسته، مقاومت در برابر چرخه‌های حرارتی، رطوبت و محیط‌های خشن را بهبود می‌بخشد و فضاهای کاربردی ممکن را گسترش می‌دهد.