دیتاشیت فنی SMD LED 0201 سفید/زرد - ابعاد 0.6x0.3x0.3 میلی‌متر - ولتاژ 2.6-3.2 ولت - توان 96 میلی‌وات

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک دیود نورافشان (LED) سطح‌نصب (SMD) مینیاتوری در اندازه بسته‌بندی 0201 را شرح می‌دهد. این LEDها برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده‌اند و برای کاربردهایی که تراکم قطعات حیاتی است و فضا محدود می‌باشد، ایده‌آل هستند. رنگ اصلی نور ساطع شده برای این شماره قطعه خاص، سفید با لنز زرد است که نقطه رنگی خاصی را ارائه می‌دهد.

مزایای اصلی این قطعه شامل ابعاد فوق‌العاده کوچک، سازگاری با تجهیزات پیک‌اندپلیس حجم بالا و مناسب بودن برای فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) بدون سرب است. این قطعه مطابق با استانداردهای RoHS (محدودیت مواد خطرناک) ساخته شده است.

بازارها و کاربردهای هدف گسترده هستند و شامل تجهیزات مخابراتی، دستگاه‌های اتوماسیون اداری، لوازم خانگی، سیستم‌های کنترل صنعتی و انواع مختلف الکترونیک مصرفی می‌شوند. کاربردهای متداول شامل نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه پنل‌های جلویی و روشنایی سیگنال‌ها یا نمادهای با سطح پایین است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

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

• توان اتلافی (Pd):96 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که بسته LED می‌تواند به صورت گرما بدون تجاوز از محدودیت‌های حرارتی خود دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(پیک)):100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم لحظه‌ای مجاز است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مشخص می‌شود.
• جریان مستقیم DC (I_F):30 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد قابل اعتماد درازمدت است.
• محدوده دمای کاری (T_opr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیطی که LED برای عملکرد صحیح در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای انبارداری (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمایی برای نگهداری قطعه هنگامی که روشن نیست.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

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

• شدت نور (I_V):1500 - 2900 میلی‌کاندلا. این مقدار نور مرئی ساطع شده در جهت دید اصلی را تعریف می‌کند. محدوده وسیع نشان‌دهنده استفاده از یک سیستم دسته‌بندی (بینینگ) است (بخش 3 را ببینید). اندازه‌گیری با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با پاسخ فتوبیک استاندارد CIE (چشم انسان) انجام می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):110 درجه (معمول). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری پیک خود کاهش می‌یابد. زاویه 110 درجه نشان‌دهنده یک الگوی انتشار پخش و وسیع مناسب برای روشنایی منطقه‌ای به جای یک پرتو متمرکز است.
• مختصات رنگی (x, y):(0.3100, 0.3100) معمول. این مختصات در نمودار رنگی CIE 1931 نقطه رنگ دقیق نور سفید ساطع شده را تعریف می‌کنند. این نقطه مربوط به یک سفید با دمای رنگ مرتبط (CCT) خاص است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.6 ولت (حداقل) - 3.2 ولت (حداکثر) در 20 میلی‌آمپر. افت ولتاژ در دو سر LED هنگام عبور جریان مشخص شده. این محدوده برای طراحی مدار درایور حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R= 5 ولت. جریان نشتی کوچک هنگامی که ولتاژ معکوس اعمال می‌شود.مهم:این قطعه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این پارامتر فقط برای اهداف آزمایشی است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌هایی (بین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص ولتاژ، روشنایی و رنگ را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم (V_F)

LEDها بر اساس افت ولتاژ مستقیم آن‌ها در 20 میلی‌آمپر دسته‌بندی می‌شوند.

• بین D8: V_F= 2.6 ولت تا 2.9 ولت
• بین D9: V_F= 2.9 ولت تا 3.2 ولت
• تلرانس درون هر بین ±0.10 ولت است.

3.2 دسته‌بندی شدت نور (I_V)

LEDها بر اساس توان خروجی نوری آن‌ها مرتب می‌شوند.

• بین X1: I_V= 1500.0 میلی‌کاندلا تا 2100.0 میلی‌کاندلا
• بین X2: I_V= 2100.0 میلی‌کاندلا تا 2900.0 میلی‌کاندلا
• تلرانس درون هر بین ±11٪ است.

3.3 دسته‌بندی رنگ (مختصات رنگی)

این مهم‌ترین دسته‌بندی برای یکنواختی رنگ است. LEDها در چهارضلعی‌های خاصی روی نمودار رنگی CIE که توسط چهار نقطه مختصات (x, y) تعریف شده‌اند، مرتب می‌شوند.

• بین‌های تعریف شده:Y2, W1, X1, W2. هر کد بین نشان‌دهنده یک منطقه خاص روی نمودار رنگ است.
• نقطه رنگی معمول (0.3100, 0.3100) درون این مناطق تعریف شده قرار می‌گیرد.
• تلرانس روی هر بین رنگ (مختصات x, y) ±0.01 است.

این دسته‌بندی چندبعدی (V_F, I_V, رنگ) اطمینان می‌دهد که LEDهای یک دسته تولیدی خاص، خواص الکتریکی و نوری کاملاً هم‌خوانی دارند، که برای کاربردهایی که نیاز به ظاهر یکنواخت دارند، مانند آرایه‌های نور پس‌زمینه یا خوشه‌های نشانگر وضعیت، ضروری است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، مفاهیم آن‌ها استاندارد است.

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):این منحنی نمایی است. V_Fمشخص شده در 20 میلی‌آمپر نقطه کاری است. افزایش‌های کوچک در ولتاژ منجر به افزایش‌های بزرگ در جریان می‌شود که نیازمند مدار محدودکننده جریان (مانند یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت) برای جلوگیری از فرار حرارتی است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:خروجی نور عموماً در محدوده کاری متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، بازده ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش گرما کاهش یابد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:خروجی نور LED معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. کار در حد بالای محدوده دما (85 درجه سانتی‌گراد) منجر به شدت نور کمتری نسبت به 25 درجه سانتی‌گراد خواهد شد. این کاهش رتبه (دری‌تینگ) باید در طراحی حرارتی در نظر گرفته شود.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

قطعه مطابق با طرح کلی بسته استاندارد EIA 0201 است. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر) عبارتند از:

• طول بسته: 0.6 میلی‌متر (تلرانس ±0.2 میلی‌متر)
• عرض بسته: 0.3 میلی‌متر (تلرانس ±0.2 میلی‌متر)
• ارتفاع بسته: 0.3 میلی‌متر (تلرانس ±0.2 میلی‌متر)

رنگ لنز زرد است، که نور سفید ساطع شده را فیلتر می‌کند تا رنگ نهایی حاصل شود. کاتد معمولاً توسط یک علامت یا هندسه خاص پد روی نوار و قرقره شناسایی می‌شود.

5.2 الگوی پد PCB توصیه شده

یک طرح پد لحیم پیشنهادی برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز یا فاز بخار ارائه شده است. این الگو برای اطمینان از تشکیل اتصال لحیم قابل اعتماد، تراز خودکار مناسب در حین ریفلو و استحکام مکانیکی کافی طراحی شده است. پیروی از الگوی پد توصیه شده برای جلوگیری از پدیده "سنگ قبر" (ایستادن قطعه به صورت عمودی) یا اتصالات لحیم ضعیف، به ویژه با چنین قطعات مینیاتوری، بسیار مهم است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو IR

قطعه با فرآیندهای ریفلو IR بدون سرب (Pb-free) مطابق با استاندارد J-STD-020B سازگار است. یک پروفیل کلی پیشنهاد می‌شود:

• پیش‌گرم:150-200 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 120 ثانیه برای افزایش آهسته دما و فعال‌سازی فلاکس.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد. زمان بالای نقطه ذوب (معمولاً ~217 درجه سانتی‌گراد برای لحیم بدون سرب) باید کنترل شود.
• زمان کل لحیم‌کاری:حداکثر 10 ثانیه در دمای پیک، با حداکثر دو سیکل ریفلو مجاز.

توجه:پروفیل بهینه به مونتاژ خاص PCB (ضخامت برد، تعداد لایه‌ها، سایر قطعات، خمیر لحیم) بستگی دارد. پروفیل ارائه شده یک هدف است؛ نیاز به مشخصه‌یابی فرآیند وجود دارد.

6.2 لحیم‌کاری دستی (در صورت لزوم)

اگر تعمیر دستی مورد نیاز است، مراقبت شدید لازم است:

• دمای هویه:حداکثر 300 درجه سانتی‌گراد.
• زمان تماس:حداکثر 3 ثانیه برای هر اتصال.
• محدودیت:فقط یک سیکل لحیم‌کاری. جرم حرارتی بسیار کم است و آن را مستعد گرمای بیش از حد می‌کند.

6.3 تمیزکاری

اگر تمیزکاری پس از لحیم مورد نیاز است، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود تا از آسیب به بسته پلاستیکی یا لنز جلوگیری شود.

• توصیه شده:اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل.
• فرآیند:غوطه‌وری در دمای معمولی کمتر از یک دقیقه. از تمیزکاری اولتراسونیک استفاده نکنید مگر اینکه برای بسته ایمن تأیید شده باشد.
• پرهیز کنید از:تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص یا خشن.

7. بسته‌بندی و جابجایی

7.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعات در نوار حامل برجسته استاندارد صنعتی برای جابجایی خودکار عرضه می‌شوند.

• اندازه قرقره:قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر).
• عرض نوار:12 میلی‌متر.
• تعداد در هر قرقره:4000 قطعه (قرقره کامل).
• حداقل مقدار سفارش (MOQ):500 قطعه برای قرقره‌های جزئی.
• بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است. نوار دارای پوشش برای محافظت از قطعات است.

7.2 حساسیت به رطوبت و انبارداری

بسته پلاستیکی به رطوبت حساس است (MSL).

• کیسه مهر و موم شده (با ماده خشک‌کن):در دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤70٪ نگهداری شود. عمر مفید از تاریخ مهر و موم کیسه یک سال است.
• پس از باز کردن کیسه:\"عمر کف\" آغاز می‌شود. در دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤60٪ نگهداری شود.
• محدودیت زمانی حیاتی:قطعات باید ظرف168 ساعت (7 روز)از قرار گرفتن در معرض شرایط محیطی کارخانه پس از باز کردن کیسه، تحت فرآیند لحیم‌کاری ریفلو IR قرار گیرند.
• نگهداری طولانی‌مدت (باز شده):در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در یک دسیکاتور نیتروژن نگهداری شود.
• تجاوز از عمر کف:اگر قطعات بیش از 168 ساعت در معرض محیط قرار گرفته‌اند، باید قبل از لحیم‌کاری تقریباً در دمای 60 درجه سانتی‌گراد حداقل به مدت 48 ساعت پخته شوند تا رطوبت جذب شده خارج شده و از \"پاپ‌کورنینگ\" (ترک خوردن بسته در حین ریفلو) جلوگیری شود.

8. راهنمای کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 طراحی مدار درایور

به دلیل مشخصه نمایی I-V، یک مقاومت سری ساده رایج‌ترین روش درایو برای کاربردهای نشانگر است. مقدار مقاومت (R_سری) به صورت زیر محاسبه می‌شود: R_سری= (V_منبع- V_F) / I_F. از حداکثر V_Fاز دیتاشیت (3.2 ولت) استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان حتی با یک قطعه با V_Fپایین از 20 میلی‌آمپر تجاوز نمی‌کند. برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی ثابت یا درایو چندین LED به صورت سری دارند، یک درایور جریان ثابت توصیه می‌شود.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان کم است (حداکثر 96 میلی‌وات)، بسته کوچک توانایی محدودی برای دفع گرما دارد. اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB که به پدهای حرارتی (در صورت وجود) یا اتصالات لحیم متصل است، به عنوان هیت‌سینک عمل کند. بدون تحلیل حرارتی، از کار در جریان حداکثر مطلق (30 میلی‌آمپر DC) در دمای محیطی بالا خودداری کنید.

8.3 یکپارچه‌سازی نوری

زاویه دید وسیع 110 درجه این LED را برای روشنایی مناطق کوچک یا لوله‌های نوری مناسب می‌کند. برای کوپلینگ نور بهینه به یک راهنمای نور، الگوی انتشار LED و زاویه پذیرش راهنما را در نظر بگیرید. لنز زرد به عنوان یک پخش‌کننده/فیلتر رنگ داخلی عمل می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از خروجی منطقی 5 ولت یا 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان سری استفاده کنید. اتصال مستقیم 5 ولت باعث جریان بیش از حد فاجعه‌بار می‌شود. برای منبع تغذیه 5 ولت و هدف 20 میلی‌آمپر، با استفاده از حداکثر V_Fبرابر 3.2 ولت، R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90Ω (از مقاومت استاندارد 91Ω یا 100Ω استفاده کنید).

س: چرا دسته‌بندی رنگ اینقدر مهم است؟

ج: چشم انسان به تفاوت‌های جزئی در نقطه سفید بسیار حساس است، به ویژه هنگامی که چندین LED در کنار هم دیده می‌شوند. استفاده از LEDهای از دسته‌های رنگی مختلف می‌تواند منجر به ظاهری لکه‌لکه یا ناهموار در یک آرایه شود.

س: اگر قبل از لحیم‌کاری از 168 ساعت عمر کف تجاوز کنم چه اتفاقی می‌افتد؟

ج: رطوبت جذب شده می‌تواند در حین گرمایش سریع ریفلو به بخار تبدیل شود و به طور بالقوه باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا ترک خوردن بسته پلاستیکی (\"پاپ‌کورنینگ\") شود که منجر به خرابی فوری یا نهفته می‌شود. پخت برای خارج کردن این رطوبت اجباری است.

س: آیا این LED برای کاربردهای فضای باز یا خودرو مناسب است؟

ج: محدوده دمای کاری (40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد) بسیاری از محیط‌ها را پوشش می‌دهد. با این حال، دیتاشیت مشخص می‌کند که برای \"تجهیزات الکترونیکی معمولی\" است. برای کاربردهایی با نیازمندی‌های قابلیت اطمینان بالا، تنش محیطی شدید (UV، رطوبت، سیکل حرارتی) یا عملکردهای حیاتی از نظر ایمنی (خودرو، پزشکی، هوانوردی)، مشورت با سازنده و آزمایش‌های صلاحیت‌یابی اضافی ضروری است. این LED درجه تجاری استاندارد ممکن است گواهینامه‌های قابلیت اطمینان لازم برای چنین مصارفی را نداشته باشد.

10. مثال طراحی و مورد استفاده

سناریو: نشانگر وضعیت روی یک ماژول بلوتوث قابل حمل

یک طراح در حال ایجاد یک ماژول صوتی بلوتوث فشرده است. فضای برد به شدت محدود است. آن‌ها به یک LED کوچک و کم‌مصرف برای نشان دادن وضعیت \"روشن بودن\" و \"جفت‌شدن\" نیاز دارند.

• انتخاب قطعه:این LED 0201 به دلیل ابعاد حداقلی (0.6x0.3 میلی‌متر) انتخاب شده است.
• طراحی مدار:ماژول روی یک باتری لیتیوم‌یون 3.7 ولتی کار می‌کند. یک پین GPIO روی میکروکنترلر، که قادر به تأمین 20 میلی‌آمپر است، LED را راه‌اندازی می‌کند. یک مقاومت سری محاسبه می‌شود: R = (3.7V - 2.9V_معمول) / 0.02A = 40Ω. یک مقاومت 39Ω انتخاب می‌شود که منجر به جریان حدود 20.5 میلی‌آمپر می‌شود که در محدوده مشخصات است.
• چیدمان PCB:از الگوی پد توصیه شده استفاده شده است. اتصالات تخلیه حرارتی کوچک روی پدها برای کمک به لحیم‌کاری استفاده شده‌اند اما مقداری اتصال حرارتی به یک صفحه زمین برای دفع گرما حفظ شده است.
• مونتاژ:مونتاژ کامل PCB از خمیر لحیم بدون سرب استفاده می‌کند و از پروفیل ریفلو JEDEC پیروی می‌کند. LEDها تا زمانی که خط تولید آماده است در کیسه مهر و موم شده خود نگهداری می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که عمر کف تجاوز نمی‌کند.
• نتیجه:یک نشانگر وضعیت قابل اعتماد و روشن که حداقل مساحت برد و توان را مصرف می‌کند و تمام نیازمندی‌های طراحی را برآورده می‌کند.

11. معرفی اصل فنی

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم به پایه‌های آن اعمال می‌شود (آند مثبت نسبت به کاتد)، الکترون‌ها از ماده نیمه‌هادی نوع n با حفره‌های ماده نوع p درون منطقه فعال بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور توسط گاف انرژی مواد نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود.

یک LED \"سفید\"، مانند این قطعه، معمولاً با استفاده از یک چیپ LED آبی یا فرابنفش پوشش داده شده با یک لایه فسفر ایجاد می‌شود. نور اولیه از چیپ فسفر را برانگیخته می‌کند، که سپس نور را در طیف وسیع‌تری بازتاب می‌دهد و برای تولید نور سفید ترکیب می‌شود. لنز زرد این خروجی را بیشتر تغییر می‌دهد تا مختصات رنگی مشخص شده روی طیف نور سفید حاصل شود.

12. روندها و زمینه صنعت

بسته‌بندی 0201 نشان‌دهنده روند جاری در الکترونیک به سمت مینیاتوری‌سازی و افزایش تراکم عملکردی روی PCB است. با کوچک‌تر شدن دستگاه‌های مصرفی مانند تلفن‌های هوشمند، پوشیدنی‌ها و سنسورهای اینترنت اشیا، تقاضا برای قطعات منفعل و فعال فوق‌العاده کوچک افزایش می‌یابد.

روندهای کلیدی مؤثر بر چنین قطعاتی عبارتند از:

• بسته‌بندی پیشرفته:بهبود عملکرد حرارتی و قابلیت اطمینان در ابعاد هرچه کوچک‌تر.
• بازده بالاتر:تحویل خروجی نوری بیشتر (لومن) به ازای هر واحد توان ورودی الکتریکی (وات)، کاهش مصرف انرژی و تولید گرما.
• دسته‌بندی دقیق‌تر:با تقاضای کاربردهای نمایش و روشنایی برای یکنواختی رنگ بالاتر، تلرانس‌ها روی دسته‌های رنگی و شدت نور همچون در حال سخت‌تر شدن است.
• سازگاری با اتوماسیون:قطعات باید برای ماشین‌های پیک‌اندپلیس با سرعت بالا و دقت بالا طراحی شوند، و بسته‌بندی قابل اعتماد نوار و قرقره بخش حیاتی زنجیره تأمین است.

این قطعه درون این اکوسیستم قرار دارد و امکان طراحی‌های فشرده را فراهم می‌کند در حالی که پارامترهای عملکردی لازم را برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای نشانگر و روشنایی سطح پایین ارائه می‌دهد.