دیتاشیت LED زرد SMD AlInGaP - ابعاد پکیج - ولتاژ فوروارد 1.7-2.5 ولت - شدت نور 140-450 میلی‌کاندلا - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک دیود نور‌افشان (LED) از نوع نصب سطحی (SMD) را تشریح می‌کند که از ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) برای تولید نور زرد استفاده می‌کند. LEDهای SMD برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده‌اند و فرم‌فاکتور فشرده‌ای ارائه می‌دهند که برای کاربردهای با محدودیت فضا ایده‌آل است. عملکرد اصلی آنها خدمت به عنوان نشانگر وضعیت، چراغ‌های سیگنال یا نور پس‌زمینه پنل جلویی در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی است.

1.1 ویژگی‌ها

• مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک).
• بسته‌بندی شده روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های 7 اینچی برای جابجایی خودکار.
• فوت‌پرینت پکیج استاندارد EIA برای سازگاری طراحی.
• ورودی/خروجی سازگار با سطوح منطقی مدار مجتمع (IC).
• طراحی شده برای سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار Pick-and-Place.
• مناسب برای فرآیندهای لحیم‌کاری ری‌فلو مادون قرمز (IR) که معمولاً در فناوری نصب سطحی (SMT) استفاده می‌شود.
• پیش‌شرط‌سازی شده تا سطح حساسیت رطوبت JEDEC سطح 3، که نشان‌دهنده عمر مفید 168 ساعت در دمای <30°C و رطوبت نسبی 60% پس از باز کردن کیسه مهر و موم شده است.

1.2 کاربردها

این LED برای سیستم‌های الکترونیکی مختلفی که نیازمند نشانگرهای بصری قابل اعتماد هستند مناسب است. حوزه‌های کلیدی کاربرد شامل زیرساخت‌های مخابراتی، تجهیزات اتوماسیون اداری (پرینترها، اسکنرها)، لوازم خانگی و پنل‌های کنترل صنعتی می‌شود. کاربردهای خاص آن شامل نشانگر وضعیت (روشن بودن، حالت آماده‌باش، فعالیت)، روشنایی نمادین و نور پس‌زمینه برای نمایشگرها یا نوشته‌های پنل جلویی است.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 ریتینگ‌های 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 زیر آن تضمین نمی‌شود. تمامی ریتینگ‌ها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد مشخص شده‌اند.

• تلفات توان (Pd):75 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که پکیج LED می‌تواند به صورت گرما دفع کند بدون آنکه از محدودیت‌های حرارتی آن فراتر رود.
• جریان فوروارد پیک (I_FP):80 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان فوروارد لحظه‌ای است که تنها تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مجاز است.
• جریان فوروارد DC (I_F):30 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان فوروارد پیوسته توصیه شده برای عملکرد قابل اعتماد بلندمدت است.
• محدوده دمای عملکرد و ذخیره‌سازی:40- درجه سانتی‌گراد تا +100 درجه سانتی‌گراد. دستگاه می‌تواند در این محدوده دمایی کامل عمل کرده و ذخیره شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که تحت شرایط آزمایش استاندارد اندازه‌گیری شده‌اند (Ta=25°C, I_F=20mA مگر اینکه خلاف آن ذکر شود).

• شدت نور (I_V):140 - 450 میلی‌کاندلا. مقدار نور مرئی ساطع شده، که در یک زاویه دید خاص اندازه‌گیری می‌شود. مقدار واقعی باین شده است (به بخش 3 مراجعه کنید).
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمول). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور نصف مقدار پیک (روی محور) آن است. زاویه 120 درجه نشان‌دهنده یک الگوی انتشار گسترده و پخش است که برای دید گسترده مناسب می‌باشد.
• طول موج تابش پیک (λ_P):592 نانومتر (معمول). طول موجی که در آن خروجی توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):586 - 596 نانومتر. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ (زرد) را تعریف می‌کند. از مختصات رنگی CIE مشتق شده و آن نیز باین شده است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):15 نانومتر (معمول). عرض طیفی نور ساطع شده در نصف حداکثر توان آن. مقدار 15 نانومتر مشخصه LEDهای AlInGaP است که نشان‌دهنده رنگی نسبتاً خالص است.
• ولتاژ فوروارد (V_F):1.7 - 2.5 ولت. افت ولتاژ در دو سر LED هنگامی که با 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود. این محدوده، واریانس‌های طبیعی ساخت نیمه‌هادی را در نظر می‌گیرد.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. LEDها برای عملکرد بایاس معکوس طراحی نشده‌اند؛ این پارامتر تنها برای آزمایش جریان نشتی است.

3. توضیح سیستم رتبه‌بندی باین

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی مرتب (باین) می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که با نیازهای خاص کاربرد مطابقت دارند.

3.1 رتبه شدت نور (I_V)

LEDها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر در باین‌ها دسته‌بندی می‌شوند. تلرانس درون هر باین +/-11% است.

• R2:140.0 - 180.0 میلی‌کاندلا
• S1:180.0 - 224.0 میلی‌کاندلا
• S2:224.0 - 280.0 میلی‌کاندلا
• T1:280.0 - 355.0 میلی‌کاندلا
• T2:355.0 - 450.0 میلی‌کاندلا

3.2 رتبه طول موج غالب (WD)

LEDها همچنین بر اساس طول موج غالبشان برای کنترل رنگ باین می‌شوند. تلرانس برای هر باین +/- 1 نانومتر است.

• H:586.0 - 588.5 نانومتر
• J:588.5 - 591.0 نانومتر
• K:591.0 - 593.5 نانومتر
• L:593.5 - 596.0 نانومتر

یک شماره قطعه کامل معمولاً شامل این کدهای باین برای مشخص کردن هم روشنایی و هم رنگ است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، تفسیرهای زیر بر اساس رفتار استاندارد LED و پارامترهای ارائه شده است.

4.1 جریان فوروارد در مقابل ولتاژ فوروارد (منحنی I-V)

ولتاژ فوروارد (V_F) دارای ضریب دمایی مثبت است و به صورت لگاریتمی با جریان افزایش می‌یابد. محدوده مشخص شده V_Fبین 1.7 ولت تا 2.5 ولت در 20 میلی‌آمپر برای LEDهای زرد AlInGaP معمول است. راه‌اندازی LED با جریان ثابت، به جای ولتاژ ثابت، برای خروجی نور پایدار ضروری است.

4.2 شدت نور در مقابل جریان فوروارد

خروجی نور (I_V) تقریباً متناسب با جریان فوروارد (I_F) در محدوده عملکرد توصیه شده است. با این حال، راندمان ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش گرما کاهش یابد. حداکثر جریان DC مطلق 30 میلی‌آمپر است.

4.3 مشخصات دمایی

شدت نور LEDهای AlInGaP عموماً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. برای عملکرد قابل اعتماد در محدوده دمایی عملکرد 40- تا +100 درجه سانتی‌گراد، مدیریت حرارتی روی PCB (مساحت مسی کافی برای هیت‌سینک) باید در نظر گرفته شود، به ویژه هنگام کار نزدیک به حداکثر جریان یا در دمای محیط بالا.

4.4 توزیع طیفی

خروجی طیفی حول طول موج پیک 592 نانومتر (زرد) متمرکز شده است با نیم‌عرض معمول 15 نانومتر. باینینگ طول موج غالب اطمینان می‌دهد که رنگ درک شده در یک تلرانس تنگ باقی می‌ماند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج

LED در یک پکیج استاندارد SMD عرضه می‌شود. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر است و تلرانس عمومی ±0.2 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. رنگ لنز شفاف است و رنگ منبع نور زرد (AlInGaP) است.

5.2 شناسایی قطبیت و طراحی پد

قطعه دارای ترمینال‌های آند و کاتد است. طرح‌ریزی پد اتصال PCB توصیه شده برای لحیم‌کاری ری‌فلو مادون قرمز یا فاز بخار ارائه شده است تا تشکیل صحیح اتصال لحیم و پایداری مکانیکی تضمین شود. جهت‌دهی صحیح قطبیت در حین مونتاژ برای عملکرد دستگاه حیاتی است.

5.3 بسته‌بندی نوار و قرقره

LEDها روی نوار حامل برجسته 8 میلی‌متری عرضه می‌شوند که با یک نوار پوششی مهر و موم شده است. نوار روی قرقره‌های به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است. تعداد استاندارد قرقره 5000 قطعه است. بسته‌بندی از مشخصات ANSI/EIA-481 پیروی می‌کند. حداقل مقدار سفارش برای باقی‌مانده‌ها 500 قطعه موجود است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل ری‌فلو IR توصیه شده

برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب، پروفایل باید با J-STD-020B مطابقت داشته باشد. پارامترهای کلیدی شامل ناحیه پیش‌گرم (150-200°C، حداکثر 120 ثانیه)، دمای پیک که از 260°C تجاوز نکند و زمان بالای مایع (TAL) مناسب برای خمیر لحیم است. کل زمان در دمای پیک باید حداکثر به 10 ثانیه محدود شود و ری‌فلو حداکثر دو بار انجام شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، از هویه‌ای با دمای حداکثر 300 درجه سانتی‌گراد استفاده کنید. زمان تماس باید حداکثر به 3 ثانیه محدود شود و تنها یک بار انجام شود تا از آسیب حرارتی به پکیج پلاستیکی و دی نیمه‌هادی جلوگیری شود.

6.3 شرایط نگهداری

کیسه مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شود. عمر مفید در کیسه مهر و موم شده ضد رطوبت همراه با جاذب رطوبت یک سال است.
پس از باز کردن کیسه:قطعات دارای سطح حساسیت رطوبت (MSL) 3 هستند. آن‌ها باید ظرف 168 ساعت (7 روز) پس از قرار گرفتن در معرض محیطی با دمای ≤30°C و رطوبت نسبی 60% تحت لحیم‌کاری ری‌فلو IR قرار گیرند. برای نگهداری طولانی‌تر پس از باز کردن، در یک ظرف دربسته با جاذب رطوبت یا در یک دسیکاتور پُر شده با نیتروژن نگهداری کنید. قطعاتی که بیش از 168 ساعت در معرض محیط قرار گرفته‌اند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای تقریبی 60°C به مدت حداقل 48 ساعت دارند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از \"پاپ‌کورنینگ\" در حین ری‌فلو جلوگیری شود.

6.4 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، تنها از حلال‌های مشخص شده استفاده کنید. LED را در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور کنید. از تمیزکاری اولتراسونیک یا مایعات شیمیایی نامشخص استفاده نکنید، زیرا ممکن است به لنز اپوکسی یا پکیج آسیب برسانند.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

یک LED یک دستگاه جریان‌محور است. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت، به ویژه هنگام راه‌اندازی چندین LED به صورت موازی، همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر LED یا هر رشته موازی استفاده کنید. مقدار مقاومت (R) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F, که در آن V_Fولتاژ فوروارد LED در جریان مورد نظر I_F(مثلاً 20mA) است. استفاده از حداکثر V_Fاز دیتاشیت (2.5V) در محاسبه، حتی با تغییرات قطعه به قطعه، تضمین می‌کند که جریان از هدف فراتر نرود.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که طرح‌ریزی PCB ریلف حرارتی کافی را فراهم می‌کند، به ویژه هنگام کار در جریان‌های بالا یا دمای محیط بالا، تا راندمان و طول عمر LED حفظ شود.
• محافظت ESD:اگرچه به صراحت به عنوان حساس ذکر نشده است، اما توصیه می‌شود برای تمام دستگاه‌های نیمه‌هادی با احتیاط‌های استاندارد ESD برخورد شود.
• طراحی نوری:زاویه دید گسترده 120 درجه این LED را برای کاربردهایی که نیازمند دید گسترده هستند مناسب می‌سازد. برای پرتوهای متمرکز، اپتیک ثانویه (لنزها) مورد نیاز خواهد بود.

7.3 استفاده مورد نظر و محدودیت‌ها

این LED برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی معمولی طراحی شده است. برای کاربردهایی که خرابی می‌تواند مستقیماً جان یا سلامتی را به خطر بیندازد، مانند هوانوردی، کنترل حمل و نقل، سیستم‌های پشتیبانی حیات پزشکی یا دستگاه‌های ایمنی حیاتی، ریت نشده است. برای چنین کاربردهایی، با سازنده برای قطعات با صلاحیت‌های قابلیت اطمینان مناسب مشورت کنید.

8. مقایسه و تمایز فنی

این LED زرد AlInGaP تعادلی از مشخصات عملکردی ارائه می‌دهد. در مقایسه با LEDهای زرد فناوری قدیمی (مثلاً مبتنی بر GaAsP)، AlInGaP راندمان نوری بالاتر، خروجی روشن‌تر برای همان جریان راه‌اندازی و خلوص رنگ بهتر (عرض طیفی باریک‌تر) را فراهم می‌کند. زاویه دید گسترده 120 درجه یک تمایز کلیدی از LEDهای با لنز \"واتر کلیر\" است که پرتو بسیار باریک‌تری دارند و این قطعه را برای کاربردهایی که نشانگر باید از طیف گسترده‌ای از زوایا بدون دیفیوزر اضافی دیده شود، ایده‌آل می‌سازد. ریتینگ MSL 3 و سازگاری با پروفایل‌های استاندارد ری‌فلو بدون سرب، آن را به انتخابی قوی برای خطوط مونتاژ SMT مدرن و با حجم بالا تبدیل می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 با منبع تغذیه 5 ولت از چه مقاومتی باید استفاده کنم؟

با استفاده از حداکثر V_Fمعادل 2.5 ولت و هدف I_Fمعادل 20 میلی‌آمپر: R = (5V - 2.5V) / 0.02A = 125 اهم. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد 120 اهم یا 130 اهم مناسب خواهد بود. ریتینگ توان مقاومت باید حداقل P = I²R = (0.02)²* 120 = 0.048W باشد، بنابراین یک مقاومت استاندارد 1/8W (0.125W) یا 1/10W کافی است.

9.2 آیا می‌توانم این LED را با 30 میلی‌آمپر به صورت پیوسته راه‌اندازی کنم؟

بله، 30 میلی‌آمپر حداکثر جریان فوروارد DC توصیه شده است. با این حال، کار در ریتینگ حداکثر مطلق ممکن است قابلیت اطمینان بلندمدت را کاهش داده و دمای اتصال را افزایش دهد که می‌تواند خروجی نور را کاهش دهد. برای عمر بهینه و پایداری، در صورت برآورده شدن نیاز کاربرد توسط شدت نور، راه‌اندازی در 20 میلی‌آمپر یا کمتر توصیه می‌شود.

9.3 هنگام سفارش، \"کد باین\" به چه معناست؟

کد باین حداقل و حداکثر تضمین شده برای شدت نور (مثلاً T1: 280-355 میلی‌کاندلا) و طول موج غالب (مثلاً K: 591.0-593.5 نانومتر) را مشخص می‌کند. مشخص کردن کدهای باین اطمینان می‌دهد که LEDهایی با روشنایی و رنگ یکنواخت از سفارش به سفارش دریافت می‌کنید، که برای پنل‌های چند نشانگر یا محصولاتی که یکنواختی بصری در آن‌ها مهم است، حیاتی می‌باشد.

9.4 پس از باز کردن کیسه، تا چه مدت می‌توانم این LEDها را روی میز کار رها کنم؟

برای لحیم‌کاری قابل اعتماد، پس از باز کردن کیسه ضد رطوبت، 168 ساعت (7 روز) در شرایط کارخانه (≤30°C/60% RH) فرصت دارید. اگر این زمان سپری شود، LEDها باید قبل از تلاش برای لحیم‌کاری ری‌فلو، به مدت 48 ساعت در دمای 60°C پخته شوند تا از آسیب داخلی پکیج ناشی از تبخیر سریع رطوبت جلوگیری شود.

10. مورد استفاده عملی

سناریو: طراحی پنل نشانگر وضعیت برای یک روتر شبکه.پنل به 10 LED زرد برای نشان دادن فعالیت لینک و وضعیت سیستم نیاز دارد. برای اطمینان از ظاهر یکنواخت، طراح LEDهایی را از یک باین شدت نور یکسان (مثلاً S2: 224-280 میلی‌کاندلا) و باین طول موج یکسان (مثلاً J: 588.5-591.0 نانومتر) انتخاب می‌کند. هر LED توسط یک پین GPIO یک میکروکنترلر از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان 120 اهمی به ریل 3.3 ولت راه‌اندازی می‌شود که منجر به جریان فوروارد تقریبی ((3.3V - 2.1V معمول)/120Ω) ≈ 10mA می‌شود که روشنایی کافی را فراهم می‌کند و در عین حال در مصرف برق صرفه‌جویی می‌کند. زاویه دید گسترده 120 درجه اطمینان می‌دهد که نشانگرها از هر نقطه در مقابل دستگاه قابل مشاهده هستند. طرح‌ریزی PCB شامل فوت‌پرینت پد لحیم توصیه شده است و برای مونتاژ با استفاده از یک پروفایل استاندارد ری‌فلو بدون سرب با دمای پیک 250°C طراحی شده است.

11. معرفی اصل عملکرد

این LED مبتنی بر فناوری نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) است. هنگامی که یک ولتاژ فوروارد در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند که در آنجا بازترکیب می‌شوند. انرژی آزاد شده در طول این بازترکیب به صورت فوتون (نور) ساطع می‌شود. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، زرد (~592 نانومتر). لنز اپوکسی شفاف، دی نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و الگوی خروجی نور را شکل می‌دهد تا زاویه دید مشخص شده 120 درجه حاصل شود.

12. روندهای توسعه

روند کلی در LEDهای نشانگر SMD به سمت کارایی نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد ورودی الکتریکی) ادامه دارد که امکان مصرف برق کمتر برای همان روشنایی را فراهم می‌کند. اندازه پکیج‌ها نیز بیشتر در حال کوچک‌شدن است که امکان آرایه‌های نشانگر متراکم‌تر را فراهم می‌کند. تأکید فزاینده‌ای بر تلرانس‌های باینینگ تنگ‌تر برای هر دو رنگ و شدت نور برای پاسخگویی به خواسته‌های الکترونیک مصرفی که در آن ثبات بصری از اهمیت بالایی برخوردار است، وجود دارد. علاوه بر این، سازگاری با مقررات زیست‌محیطی به طور فزاینده سختگیرانه (فراتر از RoHS، مانند REACH) و توانایی تحمل پروفایل‌های لحیم‌کاری بدون سرب با دمای بالاتر همچنان محرک‌های کلیدی توسعه هستند. این فناوری بالغ است و بهبودهای تدریجی بر روی بازده تولید، کاهش هزینه و قابلیت اطمینان تحت شرایط سخت متمرکز است.