دیتاشیت LED آبی قدرت متوسط SMD مدل 67-21S - پکیج PLCC-2 - جریان 150mA - ولتاژ 3.2V - توان 540mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

مدل 67-21S یک LED قدرت متوسط از نوع نصب سطحی (SMD) است که برای کاربردهای روشنایی عمومی طراحی شده است. این LED از پکیج PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) استفاده می‌کند که ابعاد فشرده و مناسب برای فرآیندهای مونتاژ خودکار را ارائه می‌دهد. رنگ اصلی نور منتشر شده آبی است که از طریق فناوری تراشه InGaN به دست می‌آید و در رزین شفاف آب‌مانند کپسوله شده تا خروجی نور به حداکثر برسد. این LED با بازدهی بالا و زاویه دید گسترده 120 درجه شناخته می‌شود که آن را برای نیازهای روشنایی متنوع مناسب می‌سازد. این قطعه مطابق با دستورالعمل‌های RoHS بوده و به عنوان یک قطعه بدون سرب (Pb-free) تولید می‌شود.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای کلیدی این LED شامل تعادل بین عملکرد و مصرف توان است که اغلب به آن «قدرت متوسط» گفته می‌شود. این LED خروجی نوری بالاتری نسبت به LEDهای نشانگر کم‌توان معمولی ارائه می‌دهد و در عین حال مدیریت حرارتی و بازدهی بهتری نسبت به برخی از نمونه‌های پرتوان دارد. زاویه دید گسترده آن توزیع یکنواخت نور را تضمین می‌کند که برای روشنایی محیطی حیاتی است. بازارهای هدف اصلی، روشنایی تزئینی و تفریحی (که در آن رنگ و نور پخش‌شده مهم است) و روشنایی کشاورزی (که طیف‌های نوری خاص می‌توانند بر رشد گیاه تأثیر بگذارند) می‌باشند. همچنین برای روشنایی عمومی در محصولات مصرفی و تجاری مناسب است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

محدودیت‌های عملیاتی دستگاه تحت شرایط خاص (دمای نقطه لحیم‌کاری 25 درجه سانتی‌گراد) تعریف شده است. حداکثر جریان مستقیم پیوسته (I_F) برابر 150 میلی‌آمپر است. این LED می‌تواند جریان مستقیم پیک (I_FP) معادل 300 میلی‌آمپر را تحمل کند، اما تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 10 میلی‌ثانیه. حداکثر اتلاف توان (P_d) برابر 540 میلی‌وات است. محدوده دمای کاری (T_opr) از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای انبارش (T_stg) از 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد است. مقاومت حرارتی از اتصال به نقطه لحیم‌کاری (R_{th J-S}) برابر 50 درجه سانتی‌گراد بر وات است که یک پارامتر حیاتی برای طراحی مدیریت حرارتی محسوب می‌شود. حداکثر دمای مجاز اتصال (T_j) برابر 125 درجه سانتی‌گراد است. این دستگاه به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس است و نیاز به روش‌های صحیح حمل و نقل دارد.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

تحت شرایط آزمایش استاندارد (T_soldering= 25°C, I_F= 150 mA)، عملکرد معمول LED مشخص شده است. شار نوری (Φ) از حداقل 9.0 لومن تا حداکثر 15.0 لومن متغیر است، با تلرانس معمول ±11%. ولتاژ مستقیم (V_F) معمولاً بین 2.9 ولت و 3.6 ولت قرار دارد، با تلرانس تولید دقیق‌تر ±0.1 ولت. زاویه دید (2θ_1/2) که به عنوان زاویه‌ای تعریف می‌شود که شدت نور به نصف مقدار پیک خود می‌رسد، معمولاً 120 درجه است. جریان معکوس (I_R) حداکثر 50 میکروآمپر مشخص شده است، زمانی که ولتاژ معکوس (V_R) معادل 5 ولت اعمال شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی عملکرد در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی فوتومتریک (شار نوری)

خروجی شار نوری در کدهای دسته‌بندی متعددی (B8, B9, L1-L5) دسته‌بندی شده است. هر کد نشان‌دهنده یک محدوده شار خاص است که در جریان 150 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده است. به عنوان مثال، دسته B8 محدوده 9.0 تا 9.5 لومن را پوشش می‌دهد، در حالی که دسته L5 محدوده 14.0 تا 15.0 لومن را شامل می‌شود. این امر به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با سطح روشنایی مورد نظر برای کاربرد خود انتخاب کنند.

3.2 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم در کدهای 36 تا 42 دسته‌بندی شده است. هر کد نشان‌دهنده یک محدوده 0.1 ولتی است، از 2.9-3.0 ولت برای دسته 36 تا 3.5-3.6 ولت برای دسته 42. انتخاب LEDها از یک دسته ولتاژ یکسان یا مجاور برای اطمینان از توزیع یکنواخت جریان زمانی که چندین LED به صورت موازی متصل می‌شوند، مهم است.

3.3 دسته‌بندی طول موج غالب

رنگ (طول موج غالب) در دو محدوده دسته‌بندی شده است: B54 (470-465 نانومتر) و B55 (475-470 نانومتر). این امر درجه‌ای از یکنواختی رنگ را برای کاربردهایی که نیاز به سایه آبی خاصی دارند، فراهم می‌کند. تلرانس اندازه‌گیری برای طول موج غالب/پیک ±1 نانومتر است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 توزیع طیف

نمودار طیف ارائه شده، یک منحنی انتشار معمول برای LED آبی InGaN را نشان می‌دهد. پیک در ناحیه طول موج آبی (حدود 475-465 نانومتر) متمرکز است، با عرض طیفی نسبتاً باریک که مشخصه این ماده نیمه‌هادی است.

4.2 ولتاژ مستقیم در مقابل دمای اتصال

شکل 1 نشان می‌دهد که ولتاژ مستقیم چگونه با افزایش دمای اتصال تغییر می‌کند. ولتاژ معمولاً به صورت خطی با افزایش دما کاهش می‌یابد (ضریب دمایی منفی)، که یک ویژگی رایج دیودهای نیمه‌هادی است. این موضوع باید در مدارهای درایو با ولتاژ ثابت در نظر گرفته شود.

4.3 توان رادیومتریک نسبی در مقابل جریان مستقیم

شکل 2 رابطه بین توان خروجی نوری و جریان مستقیم را نشان می‌دهد. خروجی به صورت زیرخطی با جریان افزایش می‌یابد و بازده ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش تولید گرما و سایر اثرات غیرایده‌آل کاهش یابد.

4.4 شار نوری نسبی در مقابل دمای اتصال

شکل 3 اثر خاموشی حرارتی را نشان می‌دهد. با افزایش دمای اتصال، خروجی شار نوری کاهش می‌یابد. استفاده از هیت‌سینک مناسب برای حفظ خروجی نور و طول عمر ضروری است.

4.5 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی IV)

شکل 4 منحنی مشخصه کلاسیک دیود IV را در دمای 25 درجه سانتی‌گراد ارائه می‌دهد. این نمودار رابطه نمایی بین جریان و ولتاژ را پس از عبور از ولتاژ روشن شدن نشان می‌دهد.

4.6 حداکثر جریان درایو در مقابل دمای لحیم‌کاری

شکل 5 یک منحنی کاهش رتبه (دریتینگ) ارائه می‌دهد. این نمودار حداکثر جریان مستقیم مجاز برای نگه داشتن دمای اتصال زیر حد 125 درجه سانتی‌گراد آن را، بر اساس دمای نقطه لحیم‌کاری (که به دمای PCB مرتبط است) نشان می‌دهد. در دماهای محیطی یا برد بالاتر، جریان باید کاهش یابد.

4.7 الگوی تابش

شکل 6 یک نمودار قطبی است که توزیع فضایی شدت نور را نشان می‌دهد. این الگو پروفایل انتشار گسترده و شبه لامبرتی با زاویه دید 120 درجه را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

دیتاشیت شامل یک نقشه ابعادی دقیق از پکیج PLCC-2 است. ابعاد کلیدی شامل طول، عرض و ارتفاع کلی، همچنین فاصله و اندازه پدها می‌باشد. کاتد معمولاً توسط یک علامت یا گوشه پخ‌خورده روی پکیج شناسایی می‌شود. تمامی تلرانس‌های نامشخص ±0.15 میلی‌متر است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

این LED برای لحیم‌کاری رفلو مناسب است. پروفایل حداکثر توصیه شده دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه است. برای لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه نباید از 350 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان تماس باید به 3 ثانیه برای هر پد محدود شود. این محدودیت‌ها برای جلوگیری از آسیب به پکیج پلاستیکی و اتصالات سیمی داخلی بسیار مهم هستند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات ریل و نوار (تِیپ اند ریل)

قطعات بر روی نوار مقاوم در برابر رطوبت و ریل برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place عرضه می‌شوند. ابعاد ریل و ابعاد جیب نوار حامل ارائه شده است. تعداد استاندارد بارگیری 4000 عدد در هر ریل است.

7.2 حساسیت به رطوبت و بسته‌بندی

LEDها در یک کیسه ضد رطوبت آلومینیومی همراه با سیلیکاژل بسته‌بندی می‌شوند تا در برابر رطوبت محیط در طول انبارش و حمل و نقل محافظت شوند، زیرا جذب رطوبت می‌تواند باعث «پاپ کورنینگ» در حین لحیم‌کاری رفلو شود.

7.3 توضیح برچسب

برچسب ریل حاوی اطلاعاتی مانند شماره محصول (P/N)، تعداد (QTY) و کدهای دسته‌بندی خاص برای شدت نور (CAT)، طول موج غالب (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF) است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

روشنایی تزئینی و تفریحی:رنگ آبی و زاویه دید گسترده آن را برای نورپردازی تأکیدی، تابلوها و جلوه‌های صحنه مناسب می‌سازد.
روشنایی کشاورزی:نور آبی یک جزء کلیدی در طیف‌های نورپردازی باغبانی است که بر ریخت‌شناسی گیاه و فتوسنتز تأثیر می‌گذارد.
روشنایی عمومی:می‌تواند در آرایه‌هایی برای چراغ‌های پنلی، دان‌لایت‌ها و سایر تجهیزات روشنایی که به منبع نور آبی پخش‌شده یا سفید (هنگامی که با فسفر ترکیب شود) نیاز دارند، استفاده شود.

8.2 ملاحظات طراحی

مدیریت حرارتی:با مقاومت حرارتی (R_{th J-S}) معادل 50 درجه سانتی‌گراد بر وات، استفاده از هیت‌سینک مؤثر از طریق PCB (با استفاده از وایاهای حرارتی، پورهای مسی) برای عملکرد قابل اعتماد در جریان کامل الزامی است.
درایو جریان:استفاده از یک درایو جریان ثابت به شدت نسبت به منبع ولتاژ ثابت توصیه می‌شود تا خروجی نور پایدار باشد و از فرار حرارتی جلوگیری شود.
اپتیک:زاویه دید گسترده ممکن است در صورت نیاز به پرتو متمرکزتر، نیاز به اپتیک ثانویه (عدسی‌ها، رفلکتورها) داشته باشد.
محافظت در برابر ESD:محافظت ESD را روی ورودی‌های PCB پیاده‌سازی کنید و اطمینان حاصل کنید که در طول مونتاژ به درستی حمل و نقل می‌شود.

9. قابلیت اطمینان و آزمایش

دیتاشیت مجموعه جامعی از آزمایش‌های قابلیت اطمینان انجام شده با سطح اطمینان 90% و LTPD 10% (درصد معیوب قابل تحمل در هر دسته) را فهرست می‌کند. آزمایش‌ها شامل مقاومت در برابر لحیم‌کاری رفلو، شوک حرارتی، چرخه دمایی، انبارش و کار در دمای بالا/رطوبت بالا، انبارش و کار در دمای پایین و چندین آزمایش عمر عملیاتی در دمای بالا تحت شرایط مختلف (25°C، 55°C، 85°C با جریان‌های مختلف) می‌باشد. این آزمایش‌ها استحکام LED تحت تنش‌های محیطی و عملیاتی معمول را تأیید می‌کنند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: آیا می‌توانم این LED را با جریان 300 میلی‌آمپر به صورت پیوسته راه‌اندازی کنم؟
پاسخ: خیر. رتبه 300 میلی‌آمپر فقط برای کار پالسی است (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 10 میلی‌ثانیه). حداکثر جریان پیوسته 150 میلی‌آمپر است. تجاوز از این مقدار احتمالاً باعث گرمای بیش از حد و آسیب به LED می‌شود.

سوال: چرا دسته‌بندی ولتاژ مستقیم مهم است؟
پاسخ: هنگام اتصال چندین LED به صورت موازی، تفاوت در ولتاژ مستقیم باعث توزیع نابرابر جریان می‌شود. LEDهایی با V_F پایین‌تر جریان بیشتری می‌کشند که ممکن است منجر به خرابی زودرس شود. استفاده از LEDها از یک دسته ولتاژ یکسان این خطر را به حداقل می‌رساند.

سوال: چگونه مقدار مقاومت حرارتی (50 درجه سانتی‌گراد بر وات) را تفسیر کنم؟
پاسخ: این بدان معناست که برای هر وات توان تلف شده در اتصال LED، دمای اتصال 50 درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای نقطه لحیم‌کاری افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، در جریان 150 میلی‌آمپر و V_F معادل 3.2 ولت، توان تقریباً 0.48 وات است. این باعث افزایش 24 درجه سانتی‌گرادی از پد PCB تا اتصال می‌شود.

سوال: هدف از کیسه ضد رطوبت چیست؟
پاسخ: پکیج‌های SMD می‌توانند رطوبت را از هوا جذب کنند. در طول فرآیند لحیم‌کاری رفلو با دمای بالا، این رطوبت محبوس شده می‌تواند به سرعت تبخیر شود و فشار داخلی ایجاد کند که پکیج را می‌ترکاند («پاپ کورنینگ»). کیسه ضد رطوبت و سیلیکاژل از جذب رطوبت قبل از استفاده جلوگیری می‌کنند.

11. مورد عملی طراحی

سناریو:طراحی یک میله نوری خطی با استفاده از 20 عدد LED مدل 67-21S.
مراحل طراحی:
1. طراحی الکتریکی:یک پیکربندی سری-موازی تصمیم‌گیری کنید. به عنوان مثال، 10 رشته را به صورت موازی وصل کنید، که هر رشته شامل 2 LED به صورت سری باشد. این کار به ولتاژ درایو تقریباً 6.4 ولت (2 * 3.2 ولت) و جریان کل 1.5 آمپر (10 رشته * 150 میلی‌آمپر) نیاز دارد. یک درایو جریان ثابت تنظیم شده روی 1.5 آمپر و قادر به خروجی >7 ولت مورد نیاز است.
2. طراحی حرارتی:کل اتلاف توان را محاسبه کنید: 20 LED * 0.48 وات ≈ 9.6 وات. PCB باید به عنوان هیت‌سینک عمل کند. از یک لایه مسی 2 اونس، وایاهای حرارتی زیر هر پد LED که به یک صفحه زمین داخلی بزرگ متصل می‌شوند استفاده کنید و برای پخش حرارت بهتر، PCB با هسته آلومینیوم (MCPCB) را در نظر بگیرید.
3. طراحی اپتیکال:برای یک میله خطی، پرتو ذاتی 120 درجه ممکن است کافی باشد. اگر از پوشش پخش‌کننده استفاده می‌شود، اطمینان حاصل کنید که ضریب عبور بالایی دارد تا بازده حفظ شود.
4. انتخاب قطعات:LEDها را از یک دسته شار نوری یکسان (مثلاً L2) و یک دسته ولتاژ مستقیم یکسان (مثلاً 38) مشخص کنید تا یکنواختی روشنایی و تقسیم جریان تضمین شود.

12. معرفی اصل فنی

LED مدل 67-21S بر اساس یک ساختار ناهمگن نیمه‌هادی ساخته شده از ایندیوم گالیم نیترید (InGaN) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. بازترکیب آن‌ها انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور منتشر شده را تعریف می‌کند - در این مورد، آبی. پکیج PLCC-2 تراشه نیمه‌هادی را روی یک لیدفریم قرار می‌دهد، آن را با سیم‌های نازک متصل می‌کند و در یک رزین اپوکسی یا سیلیکونی شفاف کپسوله می‌کند که از تراشه محافظت کرده و به عنوان یک المان اپتیکال اولیه عمل می‌کند.

13. روندهای فناوری

بازار LEDهای قدرت متوسط مانند مدل 67-21S همچنان در حال تکامل است. روندهای کلیدی شامل موارد زیر است:
افزایش بازده (لومن بر وات):بهبودهای مستمر در طراحی تراشه، رشد اپیتاکسیال و بازده استخراج پکیج منجر به خروجی نور بالاتر برای همان ورودی الکتریکی می‌شود.
بهبود یکنواختی رنگ:تلرانس‌های دسته‌بندی دقیق‌تر و کنترل‌های پیشرفته تولید، تغییرات رنگ در داخل و بین دسته‌های تولید را کاهش می‌دهند.
افزایش قابلیت اطمینان:توسعه مواد پکیج مقاوم‌تر (مانند سیلیکون‌های با دمای بالا) و فناوری‌های اتصال تراشه برای تحمل دمای عملیاتی بالاتر و محیط‌های سخت‌تر.
بهینه‌سازی ویژه کاربرد:LEDها به طور فزاینده‌ای برای بازارهای خاص مانند باغبانی (با طیف‌های بهینه‌شده برای گیرنده‌های نوری گیاه) یا برای نورپردازی انسان‌محور (با در نظر گرفتن ریتم‌های شبانه‌روزی) سفارشی می‌شوند.