دیتاشیت فنی LED SMD زرد سبز AlInGaP با زاویه دید 120 درجه - ابعاد بسته‌بندی - ولتاژ مستقیم 1.8-2.4V @20mA - شدت نور 56-180mcd

1. مرور کلی محصول

این سند به تشریح مشخصات یک دیود نورافشان (LED) با قابلیت نصب سطحی (SMD) فشرده و با عملکرد بالا می‌پردازد. این قطعه از ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) برای تولید نور زرد سبز استفاده می‌کند. این قطعه در قالب استاندارد بسته‌بندی EIA طراحی شده است که آن را با تجهیزات مونتاژ خودکار Pick-and-Place و فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) سازگار می‌سازد. LED بر روی نوار استاندارد صنعتی 12 میلی‌متری که روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ سوار شده است، عرضه می‌گردد که تولید انبوه را تسهیل می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED شامل ابعاد بسیار کوچک، مناسب بودن برای مونتاژ خودکار و مطابقت با پروفیل‌های لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب (Pb-free) می‌باشد. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده است که محدودیت فضا وجود دارد و عملکرد قابل اعتماد و مونتاژ کارآمد در آن‌ها حیاتی است. بازارهای هدف طیف گسترده‌ای از الکترونیک مصرفی و صنعتی را شامل می‌شود، از جمله اما نه محدود به تجهیزات مخابراتی (مانند تلفن‌های بی‌سیم و همراه)، دستگاه‌های محاسباتی قابل حمل (مانند لپ‌تاپ‌ها)، سخت‌افزارهای شبکه، لوازم خانگی و تابلوهای داخلی یا نور پس‌زمینه نمایشگرها. عملکرد اصلی آن به عنوان نشانگر وضعیت، منبع نور سیگنال یا برای روشنایی پنل جلویی است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

تمامی مشخصات الکتریکی و نوری در دمای محیط (Ta) معادل 25 درجه سلسیوس تعیین شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. درک این پارامترها برای طراحی صحیح مدار و اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت ضروری است.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدوده‌ها یا نزدیک به آن تضمین نشده و باید در طراحی از آن اجتناب کرد.

• توان تلف شده (Pd):72 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که بسته‌بندی می‌تواند به صورت گرما دفع کند.
• جریان مستقیم پیوسته (IF):30 میلی‌آمپر DC. حداکثر جریان حالت پایدار برای عملکرد قابل اعتماد.
• جریان مستقیم پیک:80 میلی‌آمپر، تنها تحت شرایط پالسی مجاز است (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه).
• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. این قطعه برای عملکرد با بایاس معکوس طراحی نشده است؛ تجاوز از این ولتاژ ممکن است باعث شکست شود.
• محدوده دمای کاری:40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیط برای عملکرد عادی.
• محدوده دمای نگهداری:40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. محدوده دمای ایمن هنگامی که قطعه روشن نیست.

2.2 مشخصات الکترو-نوری در Ta=25°C (IF=20mA)

اینها پارامترهای عملکرد معمول تحت شرایط آزمایش استاندارد هستند.

• شار نوری (Φv):از حداقل 0.17 لومن تا حداکثر 0.54 لومن متغیر است. کل خروجی نور مرئی.
• شدت نور (Iv):متناظر با شار نوری است و از 56 میلی‌کاندلا (mcd) تا 180 میلی‌کاندلا متغیر است. این معیاری از روشنایی درک شده در یک جهت خاص است.
• زاویه دید (2θ1/2):120 درجه (معمول). به عنوان زاویه کامل‌ای تعریف می‌شود که در آن شدت نور نصف شدت در مرکز (0 درجه) است. این نشان‌دهنده یک الگوی نور پخش‌شده و گسترده است.
• طول موج تابش پیک (λp):574 نانومتر (معمول). طول موجی که در آن خروجی طیفی قوی‌ترین است.
• طول موج غالب (λd):از 564.5 نانومتر تا 576.5 نانومتر مشخص شده است. این طول موج منفردی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ (زرد سبز) را تعریف می‌کند.
• عرض نیم‌ارتفاع خط طیفی (Δλ):15 نانومتر (معمول). پهنای باند طیف تابشی در نصف شدت پیک، که نشان‌دهنده خلوص رنگ است.
• ولتاژ مستقیم (VF):در جریان 20mA از 1.8 ولت (حداقل) تا 2.4 ولت (حداکثر) متغیر است. افت ولتاژ دو سر LED هنگام هدایت جریان.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر در VR=5V. یک جریان نشتی کوچک هنگامی که ولتاژ معکوس اعمال می‌شود.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های (باین) مختلف دسته‌بندی می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات خاصی برای روشنایی، ولتاژ و رنگ را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ شار/شدت نوری

خروجی نوری در پنج دسته (A2, B1, B2, C1, C2) دسته‌بندی شده است. به عنوان مثال، دسته C2 بالاترین خروجی را ارائه می‌دهد که شار نوری آن بین 0.42 لومن تا 0.54 لومن است و متناظر با شدت 140-180 میلی‌کاندلا می‌باشد. دسته A2 پایین‌ترین درجه خروجی است. طراحان باید برای اطلاع از دسته‌بندی خاص شماره قطعه سفارش‌داده‌شده خود، به دیتاشیت مراجعه کنند تا خروجی نور را به دقت پیش‌بینی کنند.

3.2 باینینگ ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم در سه دسته (D2, D3, D4) با تلرانس ±0.1 ولت در هر دسته باین شده است.

• دسته D2: VF = 1.8V - 2.0V
• دسته D3: VF = 2.0V - 2.2V
• دسته D4: VF = 2.2V - 2.4V

این موضوع برای طراحی مدارهای محدودکننده جریان حیاتی است، به ویژه در کاربردهای مبتنی بر باتری که یکنواختی ولتاژ بر جریان و در نتیجه روشنایی تأثیر می‌گذارد.

3.3 باینینگ فام رنگ (طول موج غالب)

فام رنگ با باینینگ طول موج غالب در چهار گروه (B, C, D, E) کنترل می‌شود که هر کدام تلرانس ±1 نانومتر دارند.

• دسته B: λd = 564.5 nm - 567.5 nm
• دسته C: λd = 567.5 nm - 570.5 nm
• دسته D: λd = 570.5 nm - 573.5 nm
• دسته E: λd = 573.5 nm - 576.5 nm

این امر یکنواختی رنگ را در بین چندین LED مورد استفاده در یک آرایه یا نمایشگر تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینش عمیق‌تری از رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

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

منحنی I-V غیرخطی و مشخصه یک دیود است. ولتاژ مستقیم به صورت لگاریتمی با جریان افزایش می‌یابد. در جریان کاری معمول 20mA، VF در محدوده‌های باین شده مشخص شده قرار می‌گیرد. طراحان باید از این منحنی برای اطمینان از تأمین ولتاژ کافی توسط مدار درایور استفاده کنند، به ویژه در دماهای پایین که VF افزایش می‌یابد.

4.2 شدت نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که خروجی نور در محدوده کاری استاندارد تقریباً متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، راه‌اندازی LED بالاتر از حداکثر جریان DC مطلق آن (30mA) توصیه نمی‌شود، زیرا می‌تواند منجر به تخریب سریع‌تر، کاهش طول عمر و احتمال خرابی ناشی از گرمای بیش از حد شود.

4.3 شدت نوری نسبی در مقابل دمای محیط

شدت نور LEDهای AlInGaP با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. این منحنی برای کاربردهایی که در محیط‌های با دمای بالا عمل می‌کنند حیاتی است. اگر روشنایی یکنواخت در محدوده وسیعی از دما مورد نیاز باشد، طراحان ممکن است نیاز به کاهش رتبه (دری‌ت) خروجی نور مورد انتظار داشته باشند یا مدیریت حرارتی را پیاده‌سازی کنند.

4.4 توزیع طیفی

نمودار طیفی یک پیک باریک را نشان می‌دهد که حول 574 نانومتر (زرد سبز) متمرکز شده و عرض نیم‌ارتفاع معمول آن 15 نانومتر است. این موضوع خلوص رنگ و ناحیه طول موج خاص نور تابشی را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی قطعه

این LED مطابق با طرح کلی استاندارد بسته‌بندی SMD است. تمام ابعاد حیاتی بر حسب میلی‌متر با تلرانس عمومی ±0.2 میلی‌متر ارائه شده است. نقشه شامل طول، عرض، ارتفاع بدنه و موقعیت و اندازه پدها/ترمینال‌های لحیم‌کاری است. لنز به عنوان "شفاف آب" مشخص شده است.

5.2 طرح پد PCB توصیه شده برای اتصال

یک نمودار طرح لند پترن برای طراحی برد مدار چاپی (PCB) ارائه شده است. این نمودار اندازه و فاصله توصیه شده پد مسی را نشان می‌دهد تا اطمینان حاصل شود که اتصال لحیمی مناسب در حین ریفلو تشکیل می‌شود، چسبندگی مکانیکی خوبی دارد و تبادل حرارت مؤثری از ترمینال‌های LED صورت می‌گیرد.

5.3 شناسایی قطبیت

دیتاشیت باید شناسایی کاتد/آند را روی بسته‌بندی قطعه نشان دهد، که معمولاً از طریق یک علامت، یک شکاف یا اندازه متفاوت پد انجام می‌شود. قطبیت صحیح باید در حین مونتاژ رعایت شود تا از آسیب جلوگیری گردد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو IR

یک پروفیل دمای ریفلو دقیق ارائه شده است که با استاندارد J-STD-020B برای فرآیندهای بدون سرب (Pb-free) مطابقت دارد. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• پیش‌گرم/خیساندن:افزایش دما تا 150-200 درجه سلسیوس.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (TAL):زمان نگهداری توصیه شده.
• دمای پیک:نباید از 260 درجه سلسیوس تجاوز کند.
• زمان در محدوده 5 درجه سلسیوس از دمای پیک:باید محدود شود (مثلاً حداکثر 10 ثانیه).

پروفیل بر افزایش و کاهش کنترل‌شده دما تأکید دارد تا شوک حرارتی به قطعه به حداقل برسد.

6.2 لحیم‌کاری دستی (هویه)

اگر تعمیر دستی ضروری باشد، دمای نوک هویه نباید از 300 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان لحیم‌کاری برای هر پایه باید حداکثر به 3 ثانیه محدود شود. لحیم‌کاری باید تنها یک بار برای هر پد انجام شود تا از آسیب به بسته‌بندی یا اتصال داخلی دی (die) جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

اگر تمیزکاری پس از لحیم‌کاری مورد نیاز است، تنها باید از حلال‌های الکلی مشخص شده مانند اتانول یا ایزوپروپیل الکل استفاده شود. LED باید در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی یا بسته‌بندی آسیب برسانند.

6.4 نگهداری و حساسیت به رطوبت

این LEDها به رطوبت حساس هستند. هنگامی که در کیسه ضد رطوبت اصلی همراه با ماده خشک‌کننده مهر و موم شده‌اند، باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤70% نگهداری و ظرف یک سال استفاده شوند. پس از باز کردن کیسه، "عمر کف کارخانه" آغاز می‌شود. قطعات باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شوند و توصیه می‌شود ظرف 168 ساعت (7 روز) ریفلو IR شوند. برای نگهداری فراتر از این دوره، باید در یک ظرف دربسته همراه با ماده خشک‌کننده یا در محیط نیتروژن نگهداری شوند. قطعاتی که از عمر کف کارخانه فراتر رفته‌اند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به یک فرآیند پخت (تقریباً 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 48 ساعت) دارند تا رطوبت جذب شده حذف شود و از پدیده "پاپ کورن" در حین ریفلو جلوگیری گردد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعه بر روی نوار حامل برجسته‌کاری شده با یک نوار پوشش محافظ عرضه می‌شود. ابعاد دقیق جیب نوار، پیتچ و قرقره ارائه شده است که با استاندارد ANSI/EIA-481 مطابقت دارد. قرقره استاندارد دارای قطر 7 اینچ و حاوی 3000 قطعه است. حداقل مقدار بسته‌بندی برای سفارشات باقیمانده 500 قطعه موجود است. نوار تضمین کننده سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار پرسرعت است.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

این LED نیاز به یک المان محدودکننده جریان به صورت سری، مانند یک مقاومت دارد. مقدار مقاومت (R) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (Vsupply - VF) / IF، که در آن VF ولتاژ مستقیم LED در جریان مورد نظر IF است. استفاده از حداکثر VF از دسته باینینگ اطمینان می‌دهد که جریان حتی با تلرانس قطعات از حد مجاز تجاوز نکند. برای دقت یا روشنایی متغیر، استفاده از درایورهای جریان ثابت توصیه می‌شود.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه توان تلف شده پایین است (حداکثر 72mW)، طراحی حرارتی مؤثر روی PCB همچنان برای طول عمر مهم است، به ویژه در دمای محیط بالا یا هنگامی که با جریان بالا راه‌اندازی می‌شود. اطمینان از مساحت کافی مس متصل به پدهای حرارتی LED به دفع گرما و حفظ خروجی نور پایدار کمک می‌کند.

8.3 طراحی برای ساخت (DFM)

به طرح پد PCB توصیه شده و پروفیل ریفلو مشخص شده پایبند باشید. اطمینان حاصل کنید که نازل دستگاه Pick-and-Place با اندازه بسته‌بندی سازگار است. تنظیم فیدر نوار را با مشخصات نوار و قرقره تأیید کنید.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای فسفید گالیم (GaP)، LEDهای AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهند که منجر به خروجی روشن‌تر در جریان یکسان می‌شود. زاویه دید 120 درجه در مقایسه با LEDهای با زاویه دید باریک، الگوی نوری گسترده‌تر و پخش‌شده‌تری ایجاد می‌کند که آن را برای نشانگرهای وضعیتی که نیاز است از زوایای مختلف قابل مشاهده باشند ایده‌آل می‌سازد. بسته‌بندی استاندارد EIA تضمین کننده سازگاری کامل با اکوسیستم وسیعی از ابزارهای مونتاژ و طراحی‌های PCB موجود است.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

10.1 تفاوت بین شار نوری و شدت نور چیست؟

شار نوری (بر حسب لومن، lm) کل مقدار نور مرئی ساطع شده از منبع در تمام جهات است. شدت نور (بر حسب کاندلا یا میلی‌کاندلا، mcd) مقدار نور ساطع شده در یک جهت خاص است. دیتاشیت این LED هر دو را ارائه می‌دهد، که شدت نور در امتداد محور مرکزی (0 درجه) اندازه‌گیری شده است.

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

خیر. LED یک قطعه جریان‌محور است. اتصال مستقیم آن به یک منبع ولتاژ باعث جریان بیش از حد شده و به سرعت آن را از بین می‌برد. همیشه از یک مقاومت سری یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید.

10.3 چرا خروجی نور در دمای بالا کاهش می‌یابد؟

این یک ویژگی ذاتی مواد نیمه‌هادی است. افزایش دما بر بازده کوانتومی داخلی پیوند نورافشان تأثیر می‌گذارد و تعداد فوتون‌های تولید شده به ازای هر الکترون را کاهش می‌دهد. منحنی‌های عملکرد در دیتاشیت این اثر را کمّی می‌کنند.

10.4 هنگام سفارش چگونه کدهای باینینگ را تفسیر کنم؟

شماره قطعه کامل ممکن است شامل پسوندهایی باشد که دسته‌های خاصی را برای شدت نور (مثلاً C2)، ولتاژ مستقیم (مثلاً D3) و طول موج غالب (مثلاً E) نشان می‌دهند. به راهنمای سفارش سازنده مراجعه کنید. اگر یک دسته خاص مشخص نشده باشد، قطعاتی از توزیع تولید استاندارد در بین دسته‌های مشخص شده دریافت خواهید کرد.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

11.1 نشانگر وضعیت کم‌مصرف

در یک گره سنسور IoT مبتنی بر باتری، می‌توان از این LED به عنوان یک نشانگر "ضربان قلب" کم‌مصرف استفاده کرد. با استفاده از یک پین GPIO میکروکنترلر، LED می‌تواند با چرخه کاری کم پالس‌دهی شود (مثلاً 10 میلی‌ثانیه روشن، 990 میلی‌ثانیه خاموش) تا فعالیت دستگاه را نشان دهد در حالی که جریان متوسط بسیار کمی مصرف می‌کند و در نتیجه عمر باتری را افزایش می‌دهد.

11.2 نور پس‌زمینه پنل جلویی برای کی‌پد

یک آرایه از این LEDها که در پشت یک دیفیوزر قرار گرفته‌اند، می‌توانند نور پس‌زمینه یکنواختی برای کی‌پدهای غشایی یا نوشته‌های روی پنل‌های کنترل فراهم کنند. زاویه دید گسترده 120 درجه به دستیابی روشنایی یکنواخت در سطح پنل کمک می‌کند. طراحان باید فاصله‌گذاری و درایو جریان مناسب را برای رسیدن به سطح روشنایی مطلوب تضمین کنند.

12. معرفی اصل فناوری

این LED مبتنی بر فناوری نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم به دو سر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. آن‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. نسبت خاص آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفید در شبکه کریستالی، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، زرد سبز (~574 نانومتر). لنز اپوکسی "شفاف آب"، دی (die) نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت محیطی فراهم می‌کند و الگوی خروجی نور را شکل می‌دهد.

13. روندها و تحولات صنعت

روند کلی در LEDهای SMD به سمت بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی)، بهبود یکنواختی رنگ از طریق باینینگ دقیق‌تر و افزایش قابلیت اطمینان تحت شرایط محیطی سخت است. همچنین توسعه مستمر در زمینه مینیاتوری‌سازی (اندازه بسته‌بندی کوچکتر) و یکپارچه‌سازی (مانند LEDهای مجهز به IC داخلی برای کنترل) در جریان است. برای کاربردهای نشانگر، تمرکز همچنان بر مقرون‌به‌صرفه بودن، قابلیت اطمینان و سازگاری با فرآیندهای مونتاژ پیشرفته مانند ریفلو دوطرفه باقی مانده است. فناوری شرح داده شده در این دیتاشیت، یک راه‌حل بالغ و به طور گسترده پذیرفته شده برای نیازهای استاندارد نشانگرها را ارائه می‌دهد.