دیتاشیت LED آبی میان‌قدرت SMD مدل 67-21S/B3C - بسته‌بندی PLCC-2 - ولتاژ معمولی 3.2V - حداکثر توان 0.27W - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

مدل 67-21S/B3C یک LED میان‌قدرت از نوع نصب سطحی (SMD) است که برای کاربردهای روشنایی عمومی طراحی شده است. این محصول از بسته‌بندی PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) استفاده می‌کند که ابعاد فشرده‌ای داشته و برای فرآیندهای مونتاژ خودکار مناسب است. رنگ اصلی نوردهی آبی است که با فناوری تراشه InGaN حاصل می‌شود و دارای لنز رزینی شفاف با زاویه دید گسترده 120 درجه می‌باشد. این ترکیب ویژگی‌ها، آن را به یک منبع نور کارآمد و همه‌کاره تبدیل کرده است.

مزایای کلیدی این LED شامل بازده نوری بالا است که به معنای خروجی نور مناسب نسبت به سطح مصرف توان آن می‌باشد. بسته‌بندی فاقد سرب بوده و با مقررات اصلی زیست‌محیطی از جمله RoHS، REACH اتحادیه اروپا و الزامات عاری از هالوژن (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm) مطابقت دارد که تضمین می‌کند استانداردهای مدرن تولید و پایداری را برآورده می‌سازد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

محدودیت‌های عملیاتی دستگاه تحت شرایط خاص (دمای نقطه لحیم‌کاری در 25 درجه سلسیوس) تعریف شده‌اند. حداکثر جریان پیوسته رو به جلو (I_F) برابر 75 میلی‌آمپر است. برای کار پالسی، حداکثر جریان پیک رو به جلو (I_FP) معادل 150 میلی‌آمپر تحت چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 10 میلی‌ثانیه مجاز است. حداکثر اتلاف توان (P_d) برابر 270 میلی‌وات است. محدوده دمای عملیاتی (T_opr) از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس است، در حالی که محدوده دمای نگهداری بین 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس می‌باشد. مقاومت حرارتی از پیوند به نقطه لحیم‌کاری (R_{th J-S}) برابر 50 درجه سلسیوس بر وات است و حداکثر دمای مجاز پیوند (T_j) برابر 115 درجه سلسیوس می‌باشد. فرآیند لحیم‌کاری باید از پروفایل‌های دقیقی پیروی کند: لحیم‌کاری بازجوشی در دمای 260 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 10 ثانیه، یا لحیم‌کاری دستی در دمای 350 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 3 ثانیه. دستگاه نسبت به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس است و نیاز به رعایت اقدامات احتیاطی مناسب در هنگام جابجایی دارد.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

پارامترهای کلیدی عملکرد در دمای نقطه لحیم‌کاری 25 درجه سلسیوس و جریان رو به جلو 60 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده‌اند. شار نوری (I_v) دارای یک محدوده معمولی است که مقادیر حداقل و حداکثر آن در بخش دسته‌بندی (بینیگ) مشخص شده است. ولتاژ رو به جلو (V_F) معمولاً در جریان 60mA بین 2.9 ولت تا 3.6 ولت قرار دارد. زاویه دید (2θ_1/2) برابر 120 درجه است که الگوی تابش گسترده‌ای را فراهم می‌کند. جریان معکوس (I_R) در ولتاژ معکوس (V_R) معادل 5 ولت، حداکثر به 50 میکروآمپر محدود شده است. تلرانس‌های شار نوری و ولتاژ رو به جلو به ترتیب ±11% و ±0.1 ولت می‌باشند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینیگ)

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

3.1 دسته‌بندی شار نوری

شار نوری در دسته‌های D5، D6 و D7 دسته‌بندی شده است. دسته D5 محدوده 2.5 تا 3.0 لومن، D6 محدوده 3.0 تا 3.5 لومن و D7 محدوده 3.5 تا 4.0 لومن را پوشش می‌دهد که همگی در جریان I_F=60mA اندازه‌گیری شده‌اند.

3.2 دسته‌بندی ولتاژ رو به جلو

ولتاژ رو به جلو به صورت دقیق از کد 36 تا 42 دسته‌بندی شده است. هر دسته نشان‌دهنده گامی 0.1 ولتی است که از محدوده 2.9-3.0 ولت (دسته 36) تا 3.5-3.6 ولت (دسته 42) را در بر می‌گیرد و در جریان I_F=60mA اندازه‌گیری شده است.

3.3 دسته‌بندی طول موج غالب

رنگ آبی توسط دسته‌های طول موج غالب تعریف می‌شود. دسته B50 محدوده 445 نانومتر تا 450 نانومتر و دسته B51 محدوده 450 نانومتر تا 455 نانومتر را پوشش می‌دهد که در جریان I_F=60mA با تلرانس اندازه‌گیری ±1 نانومتر اندازه‌گیری شده‌اند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار ارائه می‌دهد که رفتار دستگاه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد.

4.1 توزیع طیف

یک نمودار، شدت نوری نسبی در مقابل طول موج را نشان می‌دهد که برای یک LED آبی InGaN معمولی است و پیکی در محدوده 455-460 نانومتر دارد.

4.2 ولتاژ رو به جلو در مقابل دما

شکل 1 تغییرات ولتاژ رو به جلو نسبت به دمای پیوند را به تصویر می‌کشد. ولتاژ معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد که این یک ویژگی دیودهای نیمه‌هادی است.

4.3 توان تابشی نسبی در مقابل جریان

شکل 2 نشان می‌دهد که خروجی نور با افزایش جریان رو به جلو افزایش می‌یابد، اما ممکن است در جریان‌های بالاتر به دلیل افت بازدهی و اثرات حرارتی، رفتار زیرخطی از خود نشان دهد.

4.4 شار نوری نسبی در مقابل دما

شکل 3 کاهش شار نوری (دریچینگ) با افزایش دمای پیوند را نشان می‌دهد. خروجی نور با افزایش دما کاهش می‌یابد که اهمیت مدیریت حرارتی را برجسته می‌سازد.

4.5 منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (IV)

شکل 4 رابطه بین جریان رو به جلو و ولتاژ رو به جلو را در یک دمای ثابت ارائه می‌دهد که منحنی نمایی معمول دیود را نشان می‌دهد.

4.6 کاهش جریان مجاز در مقابل دما

شکل 5 حداکثر جریان مجاز درایو رو به جلو را به عنوان تابعی از دمای لحیم‌کاری، با در نظر گرفتن مقاومت حرارتی، نشان می‌دهد. این نمودار برای تعیین شرایط عملیاتی ایمن در محیط‌های حرارتی مختلف بسیار حیاتی است.

4.7 الگوی تابش

شکل 6 یک نمودار قطبی است که توزیع فضایی شدت نور را نشان می‌دهد و زاویه دید گسترده 120 درجه با الگوی نزدیک به لامبرت را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

بسته‌بندی PLCC-2 دارای یک فوت‌پرینت و پروفایل تعریف شده است. نقشه‌های ابعادی دقیق ارائه شده‌اند که تلرانس استاندارد آن‌ها ±0.15 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. طراحی شامل نشانه‌های آند و کاتد برای جهت‌دهی صحیح روی PCB می‌باشد.

5.2 طراحی پد و قطبیت

طرح‌بندی پدهای لحیم‌کاری برای نصب پایدار و تشکیل اتصال لحیم‌کاری مناسب طراحی شده است. نشانگرهای واضح قطبیت (معمولاً یک شکاف یا کاتد علامت‌گذاری شده) روی بسته‌بندی و طرح ابریشمی PCB توصیه شده، نصب صحیح را تضمین می‌کنند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

برای جلوگیری از آسیب، باید از پروفایل‌های دقیق لحیم‌کاری پیروی کرد. برای لحیم‌کاری بازجوشی، دمای پیک نباید بیش از 260 درجه سلسیوس و بیش از 10 ثانیه باشد. برای لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه نباید از 350 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان تماس باید به 3 ثانیه برای هر پد محدود شود. دستگاه‌ها به رطوبت حساس هستند و باید در بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت اصلی خود نگهداری شوند. اگر زمان قرارگیری در معرض محیط از حد مجاز فراتر رود، ممکن است قبل از لحیم‌کاری نیاز به عملیات پخت (بیکینگ) باشد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

LEDها بر روی نوار و قرقره مقاوم در برابر رطوبت برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place عرضه می‌شوند. مقادیر استاندارد قرقره شامل 250، 500، 1000، 2000، 3000 و 4000 قطعه می‌باشد. ابعاد قرقره و نوار حامل با تلرانس ±0.1 میلی‌متر مشخص شده است. فرآیند بسته‌بندی شامل مهر و موم کردن قرقره در یک کیسه ضد رطوبت آلومینیومی همراه با جاذب رطوبت است. برچسب‌های روی کیسه و قرقره اطلاعات حیاتی زیر را ارائه می‌دهند: شماره محصول مشتری (CPN)، شماره محصول (P/N)، تعداد (QTY) و کدهای دسته‌بندی خاص برای شدت نور (CAT)، طول موج غالب (HUE) و ولتاژ رو به جلو (REF)، به همراه شماره بچ تولید (LOT No).

8. پیشنهادات کاربرد

8.1 سناریوهای کاربرد معمول

این LED برای روشنایی تزئینی و تفریحی، روشنایی کشاورزی (مانند نور آبی مکمل برای رشد گیاهان) و کاربردهای روشنایی عمومی که به یک منبع نور آبی فشرده و کارآمد نیاز دارند، مناسب است.

8.2 ملاحظات طراحی

طراحان به دلیل مقاومت حرارتی 50 درجه سلسیوس بر وات، باید مدیریت حرارتی را در نظر بگیرند. مساحت کافی مس روی PCB یا هیت‌سینک برای حفظ دمای پیوند پایین جهت عملکرد بهینه و طول عمر طولانی ضروری است. محدود کردن جریان امری حیاتی است؛ استفاده از درایور جریان ثابت به جای منبع ولتاژ ثابت برای اطمینان از خروجی نور پایدار و جلوگیری از فرار حرارتی توصیه می‌شود. کدهای دسته‌بندی باید برای بررسی یکنواختی رنگ و روشنایی در کاربرد نهایی مرور شوند.

9. تست قابلیت اطمینان

محصول تحت مجموعه جامعی از تست‌های قابلیت اطمینان با سطح اطمینان 90% و LTPD (درصد معیوب قابل تحمل در هر بچ) معادل 10% قرار می‌گیرد. تست‌ها شامل مقاومت در برابر لحیم‌کاری بازجوشی، شوک حرارتی (10- تا 100+ درجه سلسیوس)، چرخه دمایی (40- تا 100+ درجه سلسیوس)، ذخیره سازی در دمای بالا/رطوبت بالا (85 درجه سلسیوس/85%RH)، کار در دمای بالا/رطوبت بالا، ذخیره سازی در دمای پایین/بالا و انواع تست‌های عمر عملیاتی در دمای پایین/بالا تحت تنش‌های جریان مختلف می‌باشند. این تست‌ها استحکام LED را تحت تنش‌های محیطی و عملیاتی معمول تأیید می‌کنند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: جریان عملیاتی معمول چقدر است؟

پ: مشخصات الکترواپتیکی در جریان 60 میلی‌آمپر تعریف شده‌اند که می‌توان آن را به عنوان نقطه عملیاتی معمول در نظر گرفت. حداکثر جریان پیوسته مطلق 75 میلی‌آمپر است.

س: چگونه کدهای دسته‌بندی شار نوری را تفسیر کنم؟

پ: کد دسته‌بندی (D5، D6، D7) روی برچسب نشان‌دهنده محدوده حداقل و حداکثر تضمین شده شار نوری برای آن قرقره خاص از LEDها است که یکنواختی روشنایی در طراحی شما را تضمین می‌کند.

س: چرا مدیریت حرارتی مهم است؟

پ: همانطور که در منحنی‌های عملکرد نشان داده شده است، خروجی نوری کاهش یافته و ولتاژ رو به جلو با افزایش دمای پیوند تغییر می‌کند. تجاوز از حداکثر دمای پیوند (115 درجه سلسیوس) می‌تواند منجر به تخریب سریع‌تر یا خرابی شود. مقاومت حرارتی 50 درجه سلسیوس بر وات تعیین می‌کند که حرارت چقدر به راحتی می‌تواند دفع شود.

س: آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

پ: ممکن است، اما نه به صورت مستقیم. ولتاژ رو به جلو از 2.9 ولت تا 3.6 ولت متغیر است. یک منبع تغذیه ثابت 3.3 ولتی می‌تواند LEDهای موجود در دسته‌های ولتاژ پایین‌تر را اوردرایو کند یا نتواند LEDهای موجود در دسته‌های ولتاژ بالاتر را به درستی روشن کند. استفاده از درایور جریان ثابت روش توصیه شده است.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

یک طراحی برای یک نوار نور تزئینی آبی را در نظر بگیرید. طراح LED مدل 67-21S/B3C را به دلیل اندازه فشرده و زاویه دید گسترده آن انتخاب می‌کند. برای اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی، نیازمندی دسته‌بندی دقیقی را مشخص می‌کند، مثلاً B51 برای طول موج و D6 برای شار نوری. یک آی‌سی درایور جریان ثابت انتخاب می‌شود تا جریان 60 میلی‌آمپر برای هر LED تأمین کند. طرح‌بندی PCB شامل مس‌ریزی گسترده در زیر پدهای LED به عنوان پخش‌کننده حرارت است که به صفحه‌های زمین بزرگتر متصل شده تا حرارت را دفع کند و دمای پیوند تخمینی را در محیط عملیاتی زیر 85 درجه سلسیوس نگه دارد. بسته‌بندی نوار و قرقره امکان مونتاژ خودکار کارآمد نوار نور را فراهم می‌کند.

12. معرفی اصل فنی

این LED بر اساس یک ساختار ناهمگن نیمه‌هادی ساخته شده از نیترید گالیم ایندیم (InGaN) است. هنگامی که یک ولتاژ رو به جلو اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج نور آبی ساطع شده را مشخص می‌نماید. لنز رزین اپوکسی شفاف، تراشه را کپسوله کرده، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و پرتو خروجی نور را شکل می‌دهد.

13. روندهای فناوری

بخش LEDهای میان‌قدرت به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر بر وات)، بهبود یکنواختی رنگ و هزینه کمتر در حال تکامل است. پیشرفت‌ها در طراحی تراشه، فناوری فسفر (برای LEDهای سفید) و مواد بسته‌بندی به این روندها کمک می‌کنند. همچنین تلاش قوی‌ای برای کوچک‌سازی و ادغام بیشتر، و همچنین افزایش قابلیت اطمینان تحت جریان‌های درایو بالاتر و دمای عملیاتی بالاتر وجود دارد. مطابقت با استانداردهای عاری از هالوژن و سایر استانداردهای زیست‌محیطی اکنون یک انتظار پایه در صنعت است.