1. مرور کلی محصول
LTW-110ZDS5 یک دیود نورافشان (LED) نصب-سطحی (SMD) است که برای مونتاژهای الکترونیکی مدرن و با محدودیت فضا طراحی شده است. این قطعه متعلق به خانوادهای از اجزای مینیاتوری است که برای فرآیندهای اتوماتیک برداشت-و-جایگذاری و لحیمکاری رفلو بهینهسازی شدهاند. این مدل خاص از یک تراشه نیمههادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) برای تولید نور سفید استفاده میکند که در یک پکیج با پیکربندی دید از بغل قرار گرفته است. این جهتگیری بهویژه برای کاربردهایی که نور باید موازی با سطح برد مدار چاپی (PCB) منتشر شود، مانند پنلهای نورپردازی لبهای یا نشانگرهای وضعیت که از کنار دستگاه قابل مشاهده هستند، مفید است.
فلسفه طراحی اصلی پشت این قطعه، ارائه یک منبع نور روشن و قابل اطمینان است که بهطور یکپارچه در گردش کارهای تولید انبوه ادغام میشود. پکیج آن مطابق با استانداردهای EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک) است که تضمینکننده سازگاری با تجهیزات استاندارد صنعتی برای حمل و جایگذاری میباشد. این قطعه بر روی نوار حامل 8 میلیمتری که روی قرقرههایی به قطر 7 اینچ پیچیده شده است عرضه میشود که فرمت استاندارد برای خطوط مونتاژ خودکار بوده و بارگیری کارآمد در دستگاههای جایگذاری را تسهیل میکند.
1.1 ویژگیها و مزایای هستهای
- انطباق محیطزیستی: این دستگاه مطابق با دستورالعملهای ROHS (محدودیت مواد خطرناک) تولید شده است و اطمینان میدهد که عاری از مواد خطرناک خاصی مانند سرب، جیوه و کادمیوم است.
- فناوری پیشرفته نیمههادی: از یک تراشه InGaN فوقالعاده روشن استفاده میکند. فناوری InGaN به دلیل بازدهی بالا و توانایی تولید نور آبی و سفید درخشان شناخته شده است که سپس معمولاً با استفاده از یک پوشش فسفر به نور سفید تبدیل میشود.
- آمادگی تولید: دارای پایانه قلعاندود است که قابلیت لحیمکاری را بهبود میبخشد، به ویژه با آلیاژهای لحیم بدون سرب (Pb-free). این قطعه کاملاً با فرآیندهای لحیمکاری بازجریانی مادون قرمز (IR) سازگار است که روش اصلی مونتاژ SMD محسوب میشود.
- سازگاری طراحی: این دستگاه با مدارهای مجتمع (I.C.) سازگار است، به این معنی که الزامات راهاندازی آن (جریان، ولتاژ) به راحتی توسط خروجیهای سطح منطقی استاندارد یا مدارهای درایور ساده که معمولاً در کنار سایر ICها روی برد قرار دارند، مدیریت میشود.
- مناسب برای اتوماسیون: بستهبندی استاندارد EIA و بستهبندی نوار و قرقره عملکرد قابل اطمینانی در تجهیزات نصب خودکار پرسرعت تضمین میکند، خطاهای نصب را به حداقل میرساند و بازده تولید را افزایش میدهد.
1.2 بازار هدف و کاربردها
این LED برای طیف گستردهای از تجهیزات الکترونیکی طراحی شده است که در آنها به نشانگری قابل اعتماد، نور پسزمینه، یا روشنایی نمادین در قالببندی فشرده نیاز است. حوزههای کاربری اصلی آن شامل موارد زیر میشود:
- Telecommunication Equipment: Status indicators on routers, modems, switches, and base stations.
- اتوماسیون اداری و محاسبات: نور پسزمینه صفحهکلید در لپتاپها، چراغهای وضعیت در چاپگرها، اسکنرها و دستگاههای ذخیرهسازی خارجی.
- الکترونیک مصرفی و لوازم خانگی: نشانگرهای قدرت، حالت یا عملکرد روی تجهیزات صوتی/تصویری، لوازم آشپزخانه و دستگاههای خانه هوشمند.
- تجهیزات صنعتی: نشانگرهای پنل برای ماشینآلات، سیستمهای کنترل و ابزار دقیق.
- نمایشگرهای تخصصی: نورپردازی برای صفحهکلیدها، نمایشگرهای کوچک، و تأمین روشنایی برای نمادها یا آیکونها روی پنلهای کنترل.
2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق
عملکرد LTW-110ZDS5 توسط مجموعهای جامع از پارامترهای الکتریکی، نوری و حرارتی تعریف میشود. درک این مشخصات برای طراحی صحیح مدار و اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت ضروری است.
2.1 محدودههای حداکثر مطلق
این محدودهها، مرزهای تنش را تعریف میکنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودهها یا نزدیک به آن تضمین نشده و در استفاده عادی باید از آن اجتناب کرد.
- اتلاف توان (Pd): 70 mW. این حداکثر میزان توان الکتریکی است که دستگاه میتواند بدون تخریب به صورت گرما تلف کند. تجاوز از این مقدار میتواند منجر به دمای اتصال بیش از حد، کاهش خروجی نور و کوتاه شدن عمر مفید شود.
- جریان پیشرو (DC): 20 میلیآمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوستهای است که برای عملکرد مطمئن توصیه میشود. شرایط عملیاتی معمول مشخص شده در دیتاشیت 5 میلیآمپر است.
- جریان مستقیم اوج: 100 میلیآمپر، اما تنها تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلیثانیه). این امکان لحظات کوتاهی از روشنایی بالاتر، مانند در نشانگرهای چشمکزن، بدون گرمای بیش از حد را فراهم میکند.
- محدوده دمای عملیاتی: 20- درجه سلسیوس تا 80+ درجه سلسیوس. عملکرد دستگاه در این محدوده دمای محیطی تضمین شده است.
- محدوده دمای نگهداری: 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. دستگاه میتواند در این محدوده وسیعتر، بدون عملیات، نگهداری شود.
- شرایط لحیمکاری مادون قرمز: تا دمای اوج 260 درجه سانتیگراد به مدت 10 ثانیه مقاومت میکند. این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای مونتاژ بدون سرب است که پروفیل حرارتی قابل تحمل قطعه در طی لحیمکاری بازجوشی را تعریف میکند.
2.2 Electrical and Optical Characteristics (at Ta=25°C)
اینها پارامترهای عملکردی معمولی هستند که تحت شرایط آزمایش استاندارد اندازهگیری میشوند.
- شدت نور (Iv): از حداقل 28.0 mcd (میلیکاندلا) تا حداکثر 112.0 mcd در جریان آزمایش (IF) معادل 5mA متغیر است. مقدار واقعی برای یک واحد خاص در یک رتبهبندی (N, P, Q) قرار میگیرد. شدت نور با استفاده از یک فیلتر که پاسخ فوتوپیک چشم انسان (منحنی CIE) را شبیهسازی میکند، اندازهگیری میشود.
- زاویه دید (2θ1/2): 130 درجه. این زاویه کاملای است که در آن شدت نور به نصف مقدار اوج خود (اندازهگیری شده در 0 درجه، مستقیماً عمود بر چیپ) کاهش مییابد. چنین زاویه دید گستردهای مشخصه LEDهای نمای جانبی است و روشنایی وسیع و یکنواختی فراهم میکند.
- مختصات رنگی (x, y): مقادیر معمول x=0.304 و y=0.301 در جریان 5mA هستند. این مختصات در نمودار رنگی CIE 1931، رنگ درکشده نور سفید را تعریف میکنند. واحدهای خاص در دستههای رنگ (S1-S6) طبقهبندی میشوند. یک تلرانس ±0.01 برای این مختصات اعمال میشود.
- ولتاژ مستقیم (VF): بین 2.70V و 3.15V در جریان 5mA. این افت ولتاژ دو سر LED هنگام عبور جریان مشخصشده است. واحدها بر اساس این پارامتر در گروههایی (L7, L8, L9) دستهبندی میشوند. به طور کلی VF پایینتر نشاندهنده بازده الکتریکی بالاتر است.
- جریان معکوس (IR): 0.6 تا 1.2 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (VR) برابر با 10 میلیآمپر. نکته حیاتی: دیتاشیت به صراحت بیان میکند که این شرایط آزمایش فقط برای تست IR (مادون قرمز) است و دستگاه طراحیشده برای عملکرد معکوس نیستاعمال بایاس معکوس در مدار میتواند به LED آسیب برساند.
2.3 Thermal Characteristics
اگرچه بهطور صریح به عنوان یک رقم مقاومت حرارتی (RθJA) ارائه نشده است، اما عملکرد حرارتی از طریق رتبهبندی اتلاف توان (70mW) و محدوده دمای کاری استنباط میشود. حداکثر دمای اتصال یک عامل کلیدی در طول عمر LED است. کارکرد LED در جریانهای پایینتر از حداکثر، اطمینان از مساحت کافی مس PCB برای هیتسینک (همانطور که در طرح پد توصیه شده نشان داده شده است) و حفظ دمای محیط در محدوده مشخصه، همگی برای مدیریت عملکرد حرارتی ضروری هستند.
3. توضیح سیستم رتبهبندی Bin
برای در نظر گرفتن تغییرات طبیعی در ساخت نیمههادیها، LEDها در دستههای عملکردی (بن) مرتب میشوند. این امر به طراحان اجازه میدهد تا قطعاتی با ویژگیهای کنترل شده دقیق را برای کاربرد خود انتخاب کنند.
3.1 رتبهبندی ولتاژ مستقیم (VF)
LEDها بر اساس افت ولتاژ مستقیم آنها در جریان 5mA دستهبندی میشوند.
- Bin L7: VF = 2.70V تا 2.85V
- Bin L8: VF = 2.85V تا 3.00V
- Bin L9: VF = 3.00V تا 3.15V
تلرانس هر Bin برابر با ±0.1V است. انتخاب LEDها از یک Bin VF یکسان، هنگام تغذیه از منبع ولتاژ ثابت، یکنواختی روشنایی را تضمین میکند یا محاسبه مقاومت محدودکننده جریان برای رشتههای سری را ساده میسازد.
3.2 رتبه شدت نور (Iv)
LEDها بر اساس شدت نور خروجی آنها در جریان 5mA دستهبندی میشوند.
- Bin N: Iv = 28.0 mcd تا 45.0 mcd
- Bin P: Iv = 45.0 mcd تا 71.0 mcd
- Bin Q: Iv = 71.0 mcd تا 112.0 mcd
تلرانس هر بن ±15% است. این دستهبندی برای کاربردهایی که نیاز به یکنواختی روشنایی در بین چندین LED دارند، مانند آرایههای نور پسزمینه یا پنلهای چند نشانگر، حیاتی است.
3.3 Hue (Chromaticity) Rank
این پیچیدهترین نوع دستهبندی است که نقطه رنگ نور سفید را در نمودار CIE 1931 تعریف میکند. شش دسته (S1 تا S6) تعریف شدهاند که هر کدام نمایانگر یک ناحیه چهارضلعی کوچک در صفحه مختصات (x,y) هستند. به عنوان مثال، دسته S3 مختصاتی تقریباً از (0.294, 0.254) تا (0.314, 0.315) را پوشش میدهد. یک تلرانس ±0.01 اعمال میشود. این دستهبندی برای کاربردهایی که ثبات رنگ در آنها حیاتی است، ضروری میباشد و از ایجاد تفاوت محسوس در ته رنگ سفید (مثلاً سفید سرد در مقابل سفید گرم) بین LEDهای مجاور جلوگیری میکند.
4. تحلیل منحنی عملکرد
دیتاشیت شامل منحنیهای مشخصه معمول است که بینشهای ارزشمندی فراتر از نقاط داده جدولبندی شده ارائه میدهند.
4.1 Relative Luminous Intensity vs. Forward Current
این منحنی نشان میدهد که چگونه خروجی نور با جریان درایو افزایش مییابد. این رابطه معمولاً غیرخطی است. در حالی که خروجی با جریان افزایش مییابد، بازده (لومن بر وات) اغلب در جریانی کمتر از حداکثر مطلق به اوج خود میرسد. عملکرد در شرایط معمول 5mA احتمالاً نشاندهنده تعادل خوبی بین روشنایی و بازده برای این دستگاه است.
4.2 Forward Voltage vs. Forward Current
این منحنی مشخصه جریان-ولتاژ دیود را نشان میدهد. ولتاژ مستقیم با افزایش جریان افزایش مییابد، اما به صورت خطی نیست. درک این منحنی برای طراحی مدارهای درایور مهم است، به ویژه هنگام استفاده از منابع تغذیه با ولتاژ ثابت، زیرا تغییر کوچکی در ولتاژ میتواند منجر به تغییر بزرگی در جریان و در نتیجه، روشنایی شود.
4.3 Relative Luminous Intensity vs. Ambient Temperature
این منحنی برای درک اثرات حرارتی حیاتی است. با افزایش دمای محیط، شدت نور یک LED به طور کلی کاهش مییابد. شیب این منحنی نشاندهنده حساسیت حرارتی دستگاه است. طراحان باید خروجی نور مورد انتظار را کاهش دهند اگر LED در محیط با دمای بالا کار کند.
5. Mechanical and Package Information
5.1 Package Dimensions
دیتاشیت یک نقشه مکانیکی دقیق از LED ارائه میدهد. ابعاد کلیدی شامل طول، عرض و ارتفاع کلی، اندازه و موقعیت حفره تراشه نیمههادی، و مکان و اندازه ترمینالهای قابل لحیمکاری است. تمامی ابعاد بر حسب میلیمتر با تلرانس استاندارد ±0.1 میلیمتر است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. طراحی نمای جانبی به این معنی است که سطح اصلی نورتابی در سمت طولانیتر بسته قرار دارد.
5.2 پد اتصال PCB و قطبیت توصیه شده
یک توصیهی الگوی زمینی (فوتپرینت) برای طراحی PCB ارائه شده است. این، اندازه و شکل بهینهی پدهای مسی را نشان میدهد تا از تشکیل مناسب اتصال لحیم در طی فرآیند ریفلو اطمینان حاصل شود. نمودار به وضوح اتصالات آند و کاتد را نشان میدهد که برای جهتدهی صحیح در هنگام نصب و اطمینان از روشن شدن LED هنگام اعمال برق ضروری است. کاتد معمولاً توسط یک نشانگر روی بدنه خود LED، مانند یک شکاف، نقطه یا علامت سبز رنگ شناسایی میشود.
6. دستورالعملهای لحیمکاری و مونتاژ
6.1 پروفیل لحیمکاری ریفلو مادون قرمز (فرآیند بدون سرب)
یک پروفایل ریفلو پیشنهادی برای لحیم کاری بدون سرب ارائه شده است:
- پیش گرمایش: 150-200°C.
- زمان پیشگرمایش: حداکثر 120 ثانیه.
- اوج دما: حداکثر ۲۶۰ درجه سانتیگراد.
- زمان بالاتر از نقطه مایع (در اوج): حداکثر ۱۰ ثانیه، و این فرآیند ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.
دیتاشیت به درستی اشاره میکند که پروفایل بهینه به مونتاژ خاص PCB (ضخامت برد، تعداد قطعات، خمیر لحیم) بستگی دارد. پروفایل باید برای خط تولید خاص مشخص شود، اما باید در محدوده این مقادیر سطح قطعه باقی بماند.
6.2 لحیمکاری دستی (در صورت نیاز)
برای تعمیر یا نمونهسازی اولیه:
- دمای هویه: حداکثر ۳۰۰ درجه سانتیگراد.
- زمان لحیمکاری: حداکثر ۳ ثانیه برای هر اتصال.
- این عمل تنها باید یک بار انجام شود تا تنش حرارتی به حداقل برسد.
6.3 تمیزکاری
در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیمکاری، تنها باید از حلالهای مشخصشده استفاده شود تا از آسیب دیدن بستهبندی پلاستیکی جلوگیری گردد. دیتاشیت غوطهوری در اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه را توصیه میکند. باید از استفاده از مایعات شیمیایی نامشخص اجتناب شود.
7. احتیاطهای نگهداری و حملونقل
7.1 حساسیت به تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
LED میتواند توسط الکتریسیته ساکن و موجهای الکتریکی آسیب ببیند. توصیه میشود هنگام جابجایی از مچبند یا دستکشهای ضداستاتیک استفاده شود. تمام تجهیزات، از جمله میزهای کار و هویهها، باید به درستی زمینشده باشند.
7.2 حساسیت به رطوبت و نگهداری
این قطعه دارای سطح حساسیت به رطوبت (MSL) 3 است.
- بستهبندی مهر و موم شده: میتوان در دمای ≤30 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری کرد. مدت زمان ماندگاری در بسته رطوبتگیر اصلی همراه با جاذب رطوبت، یک سال است.
- بسته بازشده: شرایط محیطی نباید از 30 درجه سانتیگراد و 60% رطوبت نسبی تجاوز کند. قطعات خارج شده از بستهبندی اصلی باید ظرف یک هفته ریفلو-سولدر شوند.
- نگهداری طولانیمدت (خارج از بسته): باید در یک ظرف دربسته با ماده خشککننده یا در یک خشککن نیتروژن نگهداری شود.
- پخت مجدد: اگر بیش از یک هفته در معرض هوا قرار گرفته باشد، قطعات باید قبل از لحیمکاری در دمای تقریبی 60 درجه سانتیگراد به مدت حداقل 20 ساعت پخته شوند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پاپکورنینگ" در طول ریفلو جلوگیری شود.
8. اطلاعات بستهبندی و سفارشدهی
8.1 مشخصات نوار و قرقره
دستگاه بر روی نوار حامل برجسته به عرض 8 میلیمتر عرضه میشود. ابعاد کلیدی نوار شامل فاصله جیبها (پیچ)، اندازه جیب و موقعیتهای درز نوار پوششی است. نوار بر روی قرقرههای استاندارد با قطر 7 اینچ (178 میلیمتر) پیچیده میشود.
8.2 جزئیات بستهبندی قرقره
- تعداد در هر قرقره: 3000 قطعه.
- حداقل تعداد بستهبندی: 500 قطعه برای مقادیر باقیمانده.
- Cover Tape: جیبهای خالی با نوار پوشش بالا مهر و موم شدهاند.
- Missing Components: طبق روش استاندارد، حداکثر دو لامپ متوالی گمشده روی قرقره مجاز است.
- انطباق با استاندارد: بستهبندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 انجام میشود.
9. یادداشتهای کاربردی و ملاحظات طراحی
9.1 Typical Application Circuits
LED به یک مکانیزم محدودکننده جریان نیاز دارد. سادهترین روش استفاده از یک مقاومت سری است. مقدار آن با استفاده از قانون اهم محاسبه میشود: R = (Vsupply - VF_LED) / IF. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5 ولت، VF برابر 3.0 ولت (معمول) و IF مورد نظر 5 میلیآمپر: R = (5V - 3.0V) / 0.005A = 400 اهم. یک مقاومت استاندارد 390 اهم یا 430 اهم مناسب خواهد بود. برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی ثابت در برابر تغییرات ولتاژ منبع یا دما دارند، استفاده از مدار درایور جریان ثابت توصیه میشود.
9.2 Design for Reliability and Longevity
- کاهش جریان مجاز: کارکرد LED در جریان معمول 5mA یا کمتر، به جای حداکثر مطلق 20mA، عمر عملیاتی آن را به طور قابل توجهی افزایش داده و حفظ درخشندگی بلندمدت را بهبود میبخشد.
- مدیریت حرارتی: از طرح پد PCB توصیهشده استفاده کنید که شامل اتصالات تسکین حرارتی است. برای کاربردهای با توان بالا یا دمای محیط بالا، در نظر بگیرید که مساحت مسی اضافی یا وایاهای حرارتی در زیر جای پای LED اضافه کنید تا گرما را از اتصال دور کند.
- محافظت در برابر ولتاژ معکوس: از آنجا که دستگاه برای بایاس معکوس طراحی نشده است، اطمینان حاصل کنید که طراحی مدار از این شرایط جلوگیری میکند. در مدارهای AC یا دو قطبی، ممکن است یک دیود محافظ موازی لازم باشد.
10. مقایسه و تمایز فنی
در مقایسه با فناوریهای قدیمی LED مانند GaP (گالیوم فسفید) یا دستگاههای استاندارد GaN، تراشه InGaN در LTW-110ZDS5 کارایی نوری برتری ارائه میدهد، به این معنی که خروجی نور بیشتری به ازای هر واحد توان الکتریکی مصرفی دارد. بستهبندی نمای جانبی آن را از LEDهای نمای روبهرو متمایز میکند و چالشهای طراحی نوری خاصی را که در آنها نیاز به انتشار نور جانبی است، حل میکند. سازگاری آن با پروفیلهای ریفلو بدون سرب با دمای بالا، آن را به یک قطعه مدرن مناسب برای مقررات زیستمحیطی و استانداردهای تولید فعلی تبدیل میکند، برخلاف قطعات قدیمیتر که ممکن است فقط برای لحیم سربدار یا لحیمکاری موجی مناسب باشند.
11. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
س: آیا میتوانم این LED را مستقیماً از پایه میکروکنترلر 3.3 ولت راهاندازی کنم؟
ج: احتمالاً، اما با احتیاط. ولتاژ پیشروی معمول (VF) آن 3.0 ولت است، که تنها 0.3 ولت برای مقاومت محدودکننده جریان باقی میگذارد. در جریان 5 میلیآمپر، این به یک مقاومت 60 اهمی نیاز دارد. حاشیه ولتاژ کم به این معنی است که روشنایی ممکن است به دلیل تغییرات کوچک در VF یا ولتاژ منبع، ناپایدار باشد. یک درایور تخصصی LED یا یک ولتاژ منبع بالاتر، قابل اطمینانتر است.
س: "ZDS5" در شماره قطعه نشاندهنده چیست؟
A: در حالی که قرارداد نامگذاری کامل در اینجا توضیح داده نشده است، در بسیاری از سیستمهای سازنده، چنین پسوندهایی نشاندهنده ویژگیهای خاصی مانند رنگ (سفید)، سبک بستهبندی (نمای جانبی)، دستهبندی (رتبه شدت/رنگ) و آبکاری پایانه هستند. برای دریافت توضیحات دقیق، به راهنمای محصول سازنده مراجعه کنید.
Q: چگونه میتوانم ثبات رنگ را در طراحی چند LED خود تضمین کنم؟
A: قطعات را از یک دسته رنگ (S1-S6) و یک دسته شدت نور (N, P, Q) یکسان سفارش دهید. با توزیعکننده خود همکاری کنید تا این کدهای دستهبندی را برای سفارش خود مشخص کرده و عملکرد همسان را تضمین کنید.
Q: آیا این LED برای روشنایی داخلی خودرو مناسب است؟
A: محدوده دمای عملیاتی (۲۰- تا ۸۰+ درجه سانتیگراد) ممکن است برخی کاربردهای داخلی را پوشش دهد، اما گریدهای خودرویی معمولاً به محدوده وسیعتری (مانند ۴۰- تا ۱۰۵ یا ۱۲۵ درجه سانتیگراد) و تأییدیههای قابلیت اطمینان سختگیرانهتری (AEC-Q102) نیاز دارند. این دیتاشیت ادعای چنین مطابقتی را ندارد، بنابراین برای «تجهیزات الکترونیکی معمولی» مطابق تعریف بخش احتیاطها در نظر گرفته شده است.
12. Practical Use Case Example
سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک سوئیچ شبکه.
پنل دارای 10 LED وضعیت یکسان برای لینک/فعالیت است. الزامات: رنگ سفید یکنواخت، روشنایی ثابت و عملکرد قابل اطمینان 24/7.
مراحل طراحی:
1. طراحی مدار: از یک خط تغذیه 5 ولت پایدار استفاده کنید. یک مقاومت سری برای جریان راهاندازی تقریبی 5 میلیآمپر به ازای هر LED محاسبه کنید. با فرض باند VF مدل L8 (2.85-3.00 ولت)، از حداکثر VF برای محاسبه روشنایی در بدترین حالت استفاده کنید: R = (5V - 3.0V) / 0.005A = 400 اهم. 2. انتخاب قطعات: به تأمینکننده مشخص کنید: شماره قطعه LTW-110ZDS5، که تمام 10 قطعه از یک سطل رنگ یکسان (مثلاً S3) و یک سطل شدت نور یکسان (مثلاً P) باشند. این امر ثبات ظاهری را تضمین میکند. چیدمان PCB: الگوی پیشنهادی پد لحیمکاری را از دیتاشیت پیادهسازی کنید. پدهای کاتد را به یک صفحه زمین مشترک متصل کنید تا اتلاف حرارت مناسبی داشته باشید. مونتاژ: دستورالعملهای پروفیل ریفلو بدون سرب را دنبال کنید، اطمینان حاصل کنید که دمای اوج از ۲۶۰ درجه سانتیگراد تجاوز نکند. ۵. نتیجه: یک پنل با ظاهری حرفهای شامل ده نشانگر یکسان و سفید روشن که به دلیل طراحی محافظهکارانه جریان و طراحی حرارتی مناسب، عملکرد خود را در طولانی مدت حفظ خواهند کرد.
13. مقدمهای بر اصل عملکرد
LED یک دیود نیمههادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از گاف انرژی آن اعمال شود، الکترونهای نیمههادی نوع n با حفرههای نیمههادی نوع p در ناحیه فعال (تراشه InGaN) بازترکیب میشوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد میکند. طول موج خاص (رنگ) نور توسط انرژی گاف ماده نیمههادی تعیین میشود. InGaN دارای گاف انرژیای است که نور را در طیف آبی/فرابنفش تولید میکند. برای ایجاد نور سفید، تراشه LED با یک ماده فسفر پوشش داده میشود. نور آبی/فرابنفش ساطع شده از تراشه، فسفر را برانگیخته کرده و سپس نور را در طیف وسیعتری بازمیتاباند که در ترکیب با هم، ادراک نور سفید را ایجاد میکنند. بستهبندی نمای جانبی شامل یک لنز پلاستیکی قالبگیریشده است که خروجی نور را شکل داده و زاویه دید گسترده 130 درجه را ایجاد میکند.
14. روندها و زمینههای فناوری
LTW-110ZDS5 نمایانگر فناوری بالغ و بهطور گسترده پذیرفتهشدهای است. روندهای کنونی در الایدیهای SMD بر چند حوزه کلیدی متمرکز است: افزایش بازده: توسعه مداوم طرحهای تراشه و فسفرها برای دستیابی به لومن بیشتر در هر وات (lm/W)، کاهش مصرف انرژی برای همان میزان نوردهی. بهبود کیفیت رنگ: افزایش شاخص نمود رنگ (CRI) الئیدیهای سفید، مناسبسازی آنها برای کاربردهایی که درک دقیق رنگ حیاتی است، مانند نورپردازی فروشگاهی یا عکاسی. مینیاتوریسازی: توسعه اندازههای بستهبندی حتی کوچکتر (مانند 0402، 0201 متریک) برای دستگاههای فوق فشرده مانند پوشیدنیها و حسگرهای مینیاتوری. راهحلهای یکپارچه: رشد LEDهای مجهز به درایورهای داخلی، کنترلرها یا تراشههای چندرنگ (RGB) در یک بسته واحد، که طراحی مدار را برای نورپردازی هوشمند و جلوههای رنگ پویا ساده میکند. در حالی که این قطعه برای عملکردهای استاندارد نشانگر و نور پسزمینه یک جزء اصلی است، این روندها نوآوری را در بخشهای تخصصیتر بازار پیش میبرند.
اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
عملکرد فوتوالکتریک
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| Luminous Efficacy | lm/W (لومن بر وات) | خروجی نور به ازای هر وات برق، مقدار بالاتر به معنای بازده انرژی بیشتر است. | مستقیماً درجه بهرهوری انرژی و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری | lm (lumens) | کل نور منتشر شده از منبع، که معمولاً "روشنایی" نامیده میشود. | تعیین میکند که آیا نور به اندازه کافی روشن است. |
| زاویه دید | ° (درجه)، مثال: 120° | زاویهای که در آن شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده و یکنواختی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| CCT (دمای رنگ) | K (Kelvin)، مثلاً 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایینتر زردرنگ/گرم، مقادیر بالاتر سفیدرنگ/سرد. | جو روشنایی و سناریوهای مناسب را تعیین میکند. |
| CRI / Ra | بدون واحد، ۰–۱۰۰ | توانایی نمایش دقیق رنگهای اشیاء، Ra≥80 خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای پرتقاضا مانند مراکز خرید و موزهها استفاده میشود. |
| SDCM | مراحل بیضی مکآدام، به عنوان مثال، "5-step" | متریک یکنواختی رنگ، مراحل کوچکتر به معنای رنگ یکنواختتر است. | تضمین یکنواختی رنگ در سراسر دستهای از LEDهای مشابه. |
| طول موج غالب | nm (نانومتر)، به عنوان مثال: 620nm (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. | تعیینکننده فام (رنگ) LEDهای تکرنگ قرمز، زرد و سبز. |
| توزیع طیفی | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت را در طولموجهای مختلف نشان میدهد. | بر بازتولید رنگ و کیفیت تأثیر میگذارد. |
Electrical Parameters
| 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. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| Max Pulse Current | Ifp | جریان اوج قابل تحمل برای دورههای کوتاه، مورد استفاده برای تنظیم نور یا چشمک زدن. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| ولتاژ معکوس | Vr | حداکثر ولتاژ معکوس که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. | مدار باید از اتصال معکوس یا جهشهای ولتاژ جلوگیری کند. |
| مقاومت حرارتی | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از چیپ به لحیم، هرچه کمتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به دفع حرارت قویتر دارد. |
| ESD Immunity | ولتاژ (مدل بدن انسان)، مثلاً 1000V | توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، مقدار بالاتر به معنای آسیبپذیری کمتر است. | اقدامات ضد استاتیک در تولید مورد نیاز است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
Thermal Management & Reliability
| اصطلاح | Key Metric | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی درون تراشه LED. | هر کاهش 10 درجه سانتیگراد ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ دمای بیش از حد بالا باعث افت نور و تغییر رنگ میشود. |
| افت شار نوری | L70 / L80 (ساعت) | زمان کاهش روشنایی تا 70% یا 80% مقدار اولیه. | مستقیماً "طول عمر مفید" LED را تعریف میکند. |
| Lumen Maintenance | درصد (مثلاً ۷۰٪) | درصد روشنایی حفظشده پس از زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در طول استفاده بلندمدت است. |
| تغییر رنگ | Δu′v′ or MacAdam ellipse | میزان تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنههای نورپردازی تأثیر میگذارد. |
| پیرسازی حرارتی | تخریب مواد | زوال ناشی از دمای بالا در درازمدت. | ممکن است باعث کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
Packaging & Materials
| اصطلاح | انواع رایج | توضیح ساده | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC, PPA, Ceramic | ماده بدنه که از تراشه محافظت کرده و رابط نوری/حرارتی را فراهم میکند. | EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانیتر. |
| ساختار چیپ | Front, Flip Chip | Chip electrode arrangement. | Flip chip: better heat dissipation, higher efficacy, for high-power. |
| پوشش فسفر | YAG, Silicate, Nitride | تراشه آبی را میپوشاند، بخشی را به زرد/قرمز تبدیل میکند و برای تولید نور سفید ترکیب میکند. | فسفرهای مختلف بر بازده نوری، دمای رنگ و شاخص نمود رنگ تأثیر میگذارند. |
| Lens/Optics | Flat, Microlens, TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
Quality Control & Binning
| اصطلاح | محتوای دستهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دستهبندی شار نوری | کد مثلاً 2G، 2H | گروهبندی بر اساس روشنایی، هر گروه دارای مقادیر حداقل/حداکثر لومن است. | اطمینان از یکنواختی روشنایی در یک دسته. |
| Voltage Bin | Code e.g., 6W, 6X | گروهبندی شده بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | تطبیق درایور را تسهیل میکند، راندمان سیستم را بهبود میبخشد. |
| Color Bin | بیضی مکآدام ۵-گامی | گروهبندی بر اساس مختصات رنگی، تضمین محدوده تنگ. | تضمین یکنواختی رنگ، جلوگیری از رنگ ناهموار درون چراغ. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K etc. | گروهبندی شده بر اساس CCT، هر کدام محدوده مختصات مربوطه را دارند. | پاسخگوی نیازهای CCT صحنههای مختلف است. |
Testing & Certification
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمون حفظ شار نوری | روشنایی بلندمدت در دمای ثابت، ثبت کاهش روشنایی. | برای تخمین عمر LED (با TM-21) استفاده میشود. |
| TM-21 | استاندارد تخمین عمر | تخمین عمر در شرایط واقعی بر اساس دادههای LM-80. | پیشبینی علمی عمر را ارائه میدهد. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | روشهای آزمون نوری، الکتریکی و حرارتی را پوشش میدهد. | مبنای آزمون مورد تأیید صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهینامه محیطزیستی | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | الزامات دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهی بهرهوری انرژی. | گواهی بهرهوری و عملکرد انرژی برای روشنایی. | مورد استفاده در تدارکات دولتی، برنامههای یارانهای، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |