دیتاشیت LED زرد SMD با فناوری AlInGaP - بسته‌بندی SMD - ولتاژ مستقیم 1.8 تا 2.4 ولت - شار نوری تا 2.13 لومن - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED از نوع دستگاه نصب سطحی (SMD) را تشریح می‌کند که از ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) برای تولید نور زرد استفاده می‌کند. این قطعه در یک بسته‌بندی با لنز شفاف آبی (Water-Clear) قرار دارد و برای فرآیندهای مونتاژ خودکار و کاربردهای با محدودیت فضا طراحی شده است. عملکرد اصلی آن به عنوان نشانگر وضعیت، چراغ سیگنال یا قطعه نور پس‌زمینه پنل جلویی در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی است.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

• مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک).
• بسته‌بندی شده روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های 7 اینچی، مناسب برای تجهیزات اتوماتیک پیک و پلیس با سرعت بالا.
• دارای طرح کلی بسته‌بندی استاندارد EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک).
• سطح‌های منطقی سازگار با IC برای ادغام آسان با مدارهای کنترل.
• کاملاً سازگار با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR)، پشتیبانی از پروفایل‌های لحیم‌کاری بدون سرب.
• شرط‌دهی شده برای رسیدن به سطح حساسیت رطوبت JEDEC سطح 3، که نشان‌دهنده عمر مفید 168 ساعته در دمای <30°C و رطوبت نسبی 60% پس از باز کردن بسته است.

1.2 بازارهای هدف و کاربردها

این LED برای قابلیت اطمینان و عملکرد در بخش‌های متنوع طراحی شده است. حوزه‌های کلیدی کاربرد شامل موارد زیر است:

• مخابرات:نشانگرهای وضعیت در تلفن‌های بی‌سیم، تلفن‌های همراه و تجهیزات شبکه.
• اتوماسیون اداری:نشانگرهای پنل در پرینترها، اسکنرها و لپ‌تاپ‌ها.
• لوازم خانگی:نشانگرهای روشن بودن، حالت یا عملکرد در دستگاه‌های خانگی مختلف.
• تجهیزات صنعتی:نشانگرهای وضعیت عملیاتی و خطا در پنل‌های کنترل و ماشین‌آلات.
• نشانه‌گذاری عمومی:کاربردهای چراغ سیگنال و نماد، و همچنین نور پس‌زمینه پنل جلویی که در آن روشنایی یکنواخت مورد نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

بخش‌های زیر تجزیه‌ای دقیق از محدودیت‌های عملیاتی و مشخصات عملکرد دستگاه تحت شرایط آزمایش استاندارد (دمای محیط = 25°C) ارائه می‌دهند.

2.1 رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق

این مقادیر نشان‌دهنده محدودیت‌های تنش هستند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن‌ها برای دوره‌های طولانی توصیه نمی‌شود.

• اتلاف توان (Pd):72 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که دستگاه می‌تواند به صورت گرما تلف کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(PEAK)):80 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم لحظه‌ای است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مشخص می‌شود.
• جریان مستقیم DC پیوسته (I_F):30 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان توصیه شده برای عملکرد پیوسته است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس بیش از این مقدار می‌تواند باعث شکست پیوند شود.
• محدوده دمای عملیاتی:40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیطی که دستگاه برای عملکرد در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای نگهداری:40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمایی برای نگهداری در حالت غیرعملیاتی.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها عملکرد معمول LED را هنگامی که تحت شرایط آزمایش مشخص شده (I_F= 20mA) راه‌اندازی می‌شود، تعریف می‌کنند.

• شار نوری (Φ_v):0.67 لومن (حداقل) تا 2.13 لومن (حداکثر). این کل توان نور درک شده منتشر شده از منبع است که بر حسب لومن (lm) اندازه‌گیری می‌شود. محدوده وسیع از طریق دسته‌بندی مدیریت می‌شود.
• شدت نور (I_v):224 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 710 میلی‌کاندلا (حداکثر). این شار نوری در هر زاویه جامد در یک جهت معین است که بر حسب میلی‌کاندلا (mcd) اندازه‌گیری می‌شود. این یک مقدار مرجع است که از اندازه‌گیری شار نوری مشتق شده است.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمولی). این زاویه کامل است که در آن شدت نور نصف مقدار در محور نوری (0 درجه) است که نشان‌دهنده الگوی دید بسیار گسترده است.
• طول موج تابش پیک (λ_p):591 نانومتر (معمولی). طول موجی که در آن توزیع توان طیفی نور منتشر شده حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):584.5 نانومتر تا 594.5 نانومتر. طول موج واحدی که رنگ درک شده نور را تعریف می‌کند، با تلرانس ±1 نانومتر برای هر دسته.
• عرض نیم‌خط طیفی (Δλ):15 نانومتر (معمولی). عرض طیفی تابش در نصف شدت حداکثر آن که نشان‌دهنده خلوص رنگ است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.8 ولت (حداقل) تا 2.4 ولت (حداکثر) در 20mA. افت ولتاژ در دو سر LED هنگامی که جریان جاری است، با تلرانس ±0.1V برای هر دسته.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. جریان نشتی کوچکی که هنگام بایاس معکوس دستگاه جریان می‌یابد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های عملکردی مرتب می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربرد از نظر روشنایی، رنگ و ولتاژ را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شار نوری / شدت نور

LED بر اساس خروجی نور کل خود در دسته‌ها طبقه‌بندی می‌شود. تلرانس درون هر دسته شدت نور ±11% است.

• دسته D2:0.67 لومن تا 0.84 لومن (224 میلی‌کاندلا تا 280 میلی‌کاندلا)
• دسته E1:0.84 لومن تا 1.07 لومن (280 میلی‌کاندلا تا 355 میلی‌کاندلا)
• دسته E2:1.07 لومن تا 1.35 لومن (355 میلی‌کاندلا تا 450 میلی‌کاندلا)
• دسته F1:1.35 لومن تا 1.68 لومن (450 میلی‌کاندلا تا 560 میلی‌کاندلا)
• دسته F2:1.68 لومن تا 2.13 لومن (560 میلی‌کاندلا تا 710 میلی‌کاندلا)

3.2 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

LEDها همچنین بر اساس افت ولتاژ مستقیم در 20mA، با تلرانس ±0.1V برای هر دسته مرتب می‌شوند. این برای محاسبه مقاومت محدودکننده جریان و طراحی منبع تغذیه بسیار مهم است.

• دسته D2:1.8 ولت تا 2.0 ولت
• دسته D3:2.0 ولت تا 2.2 ولت
• دسته D4:2.2 ولت تا 2.4 ولت

3.3 دسته‌بندی رنگ / طول موج غالب

این دسته‌بندی یکنواختی رنگ را تضمین می‌کند. طول موج غالب، که رنگ زرد درک شده را تعریف می‌کند، در محدوده‌های خاصی با تلرانس ±1 نانومتر برای هر دسته مرتب می‌شود.

• دسته H:584.5 نانومتر تا 587.0 نانومتر
• دسته J:587.0 نانومتر تا 589.5 نانومتر
• دسته K:589.5 نانومتر تا 592.0 نانومتر
• دسته L:592.0 نانومتر تا 594.5 نانومتر

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، روندهای عملکرد معمول برای LEDهای AlInGaP قابل تحلیل است:

4.1 مشخصه جریان در مقابل ولتاژ (I-V)

ولتاژ مستقیم (V_F) رابطه لگاریتمی با جریان مستقیم (I_F) نشان می‌دهد. این ولتاژ به صورت غیرخطی افزایش می‌یابد، با افزایش تندتر در جریان‌های پایین (نزدیک ولتاژ روشن‌شدن) و افزایش خطی‌تر در جریان‌های بالاتر به دلیل مقاومت سری درون نیمه‌هادی و بسته‌بندی.

4.2 شار نوری در مقابل جریان مستقیم

خروجی نور (شار نوری) به طور کلی در یک محدوده عملیاتی قابل توجه متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، بازده (لومن بر وات) معمولاً در یک جریان خاص به اوج می‌رسد و ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش تولید گرما و افت بازده کاهش یابد.

4.3 وابستگی به دما

پارامترهای کلیدی تحت تأثیر دمای پیوند (T_j):

• ولتاژ مستقیم (V_F):با افزایش دما کاهش می‌یابد (ضریب دمایی منفی).
• شار نوری/شدت نور:به طور کلی با افزایش دما کاهش می‌یابد. نرخ کاهش یک عامل حیاتی برای مدیریت حرارتی در کاربردهای با توان بالا یا دمای محیط بالا است.
• طول موج غالب (λ_d):ممکن است با دما کمی جابجا شود و بر رنگ درک شده تأثیر بگذارد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه مطابق با طرح کلی بسته‌بندی SMD استاندارد EIA است. تمام ابعاد حیاتی، شامل طول بدنه، عرض، ارتفاع و فاصله پایه‌ها، در دیتاشیت با تلرانس استاندارد ±0.2 میلی‌متر ارائه شده است، مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. ماده لنز شفاف آبی معمولاً بر پایه اپوکسی یا سیلیکون است.

5.2 شناسایی قطبیت و طراحی پد

کاتد معمولاً روی بدنه دستگاه علامت‌گذاری شده است، اغلب با یک شکاف، نقطه سبز یا نشانگر بصری دیگر. دیتاشیت شامل یک الگوی لند (پد اتصال) برد مدار چاپی (PCB) توصیه شده برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز یا فاز بخار است. این الگو برای اطمینان از تشکیل صحیح اتصال لحیم، خودترازی در حین ریفلو و اتصال مکانیکی قابل اعتماد طراحی شده است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل پیشنهادی ریفلو IR

دستگاه با فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب سازگار است. دیتاشیت به یک پروفایل مطابق با J-STD-020B ارجاع می‌دهد. پارامترهای کلیدی معمولاً شامل موارد زیر است:

• پیش‌گرم:150°C تا 200°C، با حداکثر زمان 120 ثانیه برای گرم کردن تدریجی مجموعه و فعال‌سازی فلاکس.
• دمای پیک:حداکثر 260°C. زمان بالاتر از دمای مایع شدن لحیم (مثلاً 217°C برای SAC305) باید کنترل شود.
• کل زمان لحیم‌کاری:حداکثر 10 ثانیه در دمای پیک، با حداکثر دو چرخه ریفلو مجاز.

توجه:پروفایل بهینه به طراحی خاص PCB، قطعات، خمیر لحیم و فر بستگی دارد. پروفایل ارائه شده یک راهنما است که باید برای تنظیمات تولید واقعی مشخصه‌یابی شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار رود:

• دمای هویه:حداکثر 300°C.
• زمان لحیم‌کاری:حداکثر 3 ثانیه برای هر اتصال.
• محدودیت:فقط یک چرخه لحیم‌کاری برای لحیم‌کاری دستی مجاز است تا تنش حرارتی روی بسته LED به حداقل برسد.

6.3 تمیزکاری

فقط باید از مواد شوینده مشخص شده استفاده شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی یا بسته آسیب برسانند. در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، غوطه‌وری در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه توصیه می‌شود.

6.4 نگهداری و جابجایی

نگهداری مناسب به دلیل سطح حساسیت رطوبت دستگاه (MSL 3) بسیار مهم است:

• بسته مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤70% (RH) نگهداری شود. ظرف یک سال از تاریخ مهر و موم بسته استفاده شود.
• بسته باز شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شود. قطعات باید ظرف 168 ساعت (7 روز) پس از قرار گرفتن در معرض هوای محیط، ریفلو IR شوند.
• قرار گرفتن در معرض طولانی‌مدت:برای نگهداری بیش از 168 ساعت، در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در محیط نیتروژن نگهداری شود. قطعاتی که بیش از 168 ساعت در معرض هوا قرار گرفته‌اند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای تقریباً 60°C به مدت حداقل 48 ساعت دارند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

LEDها در نوار حامل برجسته استاندارد صنعتی عرضه می‌شوند:

• عرض نوار:8 میلی‌متر.
• قطر قرقره:7 اینچ.
• تعداد در هر قرقره:2000 قطعه (قرقره کامل استاندارد).
• حداقل مقدار سفارش (MOQ):500 قطعه برای مقادیر باقیمانده.
• نوار با یک نوار پوشش رویی مهر و موم شده است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است، با مجوز حداکثر دو قطعه مفقود متوالی.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 محدود کردن جریان

یک مقاومت سری محدودکننده جریان برای عملکرد قابل اعتماد اجباری است. مقدار مقاومت (R_s) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_s= (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F. از حداکثر V_Fاز دسته یا دیتاشیت استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان در بدترین شرایط از I_Fمورد نظر تجاوز نمی‌کند. رتبه توان مقاومت باید کافی باشد: P_R= (I_F)² * R_s.

8.2 مدیریت حرارتی

در حالی که این یک دستگاه کم‌توان است، طراحی حرارتی مناسب عمر مفید را افزایش داده و پایداری خروجی نور را حفظ می‌کند. اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB که به پد حرارتی LED (در صورت وجود) یا پایه‌ها متصل است برای دفع گرما وجود دارد. از عملکرد در حداکثر جریان مطلق و اتلاف توان در دمای محیط بالا خودداری کنید.

8.3 طراحی نوری

زاویه دید 120 درجه یک پرتو بسیار گسترده ارائه می‌دهد. برای کاربردهایی که نیاز به پرتو متمرکزتر دارند، باید از اپتیک ثانویه (لنزها، لوله‌های نوری) استفاده شود. لنز شفاف آبی برای کاربردهایی که تصویر چیپ بحرانی نیست مناسب است؛ برای ظاهری پخش‌شده‌تر، یک لنز پخش‌شده شیری یا رنگی مورد نیاز خواهد بود.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

9.1 تفاوت بین شار نوری و شدت نور چیست؟

شار نوری (لومن)کل مقدار نور مرئی منتشر شده از منبع را در تمام جهات اندازه‌گیری می‌کند.شدت نور (میلی‌کاندلا)میزان روشنایی ظاهری منبع را در یک جهت خاص اندازه‌گیری می‌کند. یک LED با شدت بالا ممکن است پرتوی باریک داشته باشد، در حالی که یک LED با شار نوری بالا نور کل بیشتری منتشر می‌کند، احتمالاً در یک ناحیه وسیع‌تر. در این دیتاشیت، شدت نور یک مقدار مرجع است که از اندازه‌گیری شار نوری مشتق شده است.

9.2 چرا دسته‌بندی (بینینگ) مهم است؟

تغییرات ساخت باعث تفاوت در V_F، خروجی نور و رنگ بین LEDهای منفرد می‌شود. دسته‌بندی آن‌ها را در گروه‌هایی با پارامترهای کنترل شده دقیق مرتب می‌کند. برای کاربردهایی که نیاز به ظاهر یکنواخت دارند (مانند نمایشگرهای چند LED، نورهای پس‌زمینه) یا راه‌اندازی جریان دقیق، مشخص کردن یک دسته واحد یا ترکیبی از دسته‌های یک گروه ضروری است.

9.3 آیا می‌توانم این LED را بدون مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی کنم؟

No.یک LED یک دیود با مشخصه I-V غیرخطی است. یک افزایش کوچک در ولتاژ بالاتر از V_Fآن می‌تواند باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب در جریان شود. یک مقاومت سری (یا یک درایور جریان ثابت) همیشه برای تنظیم ایمن نقطه کار مورد نیاز است.

9.4 اگر زمان نگهداری یا ریفلو پس از باز کردن بسته بیش از حد شود چه اتفاقی می‌افتد؟

رطوبت جذب شده در بسته پلاستیکی می‌تواند در حین فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا به سرعت تبخیر شود و باعث لایه‌لایه شدن داخلی، ترک خوردگی یا آسیب سیم اتصال ("پاپ کورن شدن") شود. رعایت دستورالعمل‌های MSL 3 (عمر مفید 168 ساعته) و انجام پخت مورد نیاز در صورت تجاوز از آن، برای بازده مونتاژ و قابلیت اطمینان بلندمدت حیاتی است.

10. اصل عملکرد و فناوری

10.1 فناوری نیمه‌هادی AlInGaP

این LED از ترکیب نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) برای ناحیه فعال خود استفاده می‌کند. با کنترل دقیق نسبت این عناصر در حین رشد کریستال، گاف انرژی ماده به گونه‌ای مهندسی می‌شود که هنگامی که الکترون‌ها و حفره‌ها در سراسر گاف انرژی بازترکیب می‌شوند (الکترولومینسانس)، نور در ناحیه زرد طیف مرئی (حدود 590 نانومتر) ساطع کند. فناوری AlInGaP به دلیل بازده بالا در طول‌موج‌های قرمز، نارنجی و زرد شناخته شده است.

10.2 ساختار بسته‌بندی SMD

تراشه نیمه‌هادی روی یک فریم سربی نصب می‌شود که اتصالات الکتریکی (آند و کاتد) را فراهم می‌کند و اغلب به عنوان یک هیت‌سینک عمل می‌کند. سیم‌های اتصال بالای تراشه را به ترمینال دیگر فریم سربی متصل می‌کنند. این مجموعه سپس در یک ترکیب قالب‌گیری اپوکسی یا سیلیکون شفاف که لنز را تشکیل می‌دهد، کپسوله می‌شود. شکل لنز زاویه دید را تعیین کرده و محافظت مکانیکی و محیطی را فراهم می‌کند.