دیتاشیت LED قرمز عمیق SMD با توان متوسط مدل 67-21S - بسته‌بندی PLCC-2 - جریان 150mA - توان 405mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED با توان متوسط از نوع دستگاه نصب سطحی (SMD) در بسته‌بندی PLCC-2 را که نور قرمز عمیق ساطع می‌کند، به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه با استفاده از فناوری چیپ AlGaInP که در رزین شفاف آبی کپسوله شده، ساخته شده است. این LED برای کاربردهایی طراحی شده که به بازدهی بالا، زاویه دید گسترده و فاکتور فرم فشرده در محدوده مصرف توان متوسط نیاز دارند. این قطعه بدون سرب بوده و با دستورالعمل‌های RoHS مطابقت دارد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED شامل بازده نوری بالا است که به معنای خروجی نور کارآمد نسبت به توان الکتریکی مصرفی می‌باشد. زاویه دید گسترده 120 درجه، توزیع یکنواخت نور را تضمین می‌کند و آن را برای کاربردهایی که روشنایی گسترده حیاتی است، مناسب می‌سازد. بسته‌بندی فشرده PLCC-2 آن امکان چیدمان PCB با چگالی بالا را فراهم می‌کند. این ویژگی‌ها در مجموع، آن را به انتخابی ایده‌آل برای نورپردازی تزئینی و تفریحی، نورپردازی کشاورزی (مانند نور مکمل رشد گیاه) و اهداف روشنایی عمومی که به خروجی طیفی قرمز عمیق نیاز دارند، تبدیل می‌کند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد باید در چارچوب این مرزها حفظ شود.

• جریان مستقیم (I_F)): 150 میلی‌آمپر (پیوسته).
• جریان مستقیم پیک (I_FP)): 300 میلی‌آمپر (پالسی، چرخه کاری 1/10، عرض پالس 10 میلی‌ثانیه).
• اتلاف توان (P_d)): 405 میلی‌وات. این حداکثر اتلاف توان مجاز در پیوندگاه است.
• دمای عملیاتی (T_opr)): 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس.
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg)): 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس.
• مقاومت حرارتی (R_{th J-S})): 50 درجه سلسیوس بر وات (پیوندگاه تا نقطه لحیم‌کاری). این پارامتر برای طراحی مدیریت حرارتی حیاتی است.
• دمای پیوندگاه (T_j)): 115 درجه سلسیوس (حداکثر).
• دمای لحیم‌کاری: ریفلو: حداکثر 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه. لحیم‌کاری دستی: حداکثر 350 درجه سلسیوس به مدت 3 ثانیه. دستگاه به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس است.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

اندازه‌گیری شده در دمای نقطه لحیم‌کاری (T_soldering) برابر 25 درجه سلسیوس. مقادیر معمول برای مرجع ارائه شده‌اند؛ مقادیر حداقل/حداکثر گستره عملکرد تضمین شده را تعریف می‌کنند.

• توان رادیومتریک (Φ_e)): 80 میلی‌وات (حداقل)، 180 میلی‌وات (حداکثر) در I_F=150mA. این کل توان نوری خروجی است که بر حسب میلی‌وات اندازه‌گیری می‌شود. تلرانس ±11% است.
• ولتاژ مستقیم (V_F)): 1.8 ولت (حداقل)، 2.7 ولت (حداکثر) در I_F=150mA. مقدار معمول در این محدوده قرار می‌گیرد. تلرانس ±0.1 ولت از مقدار بسته‌بندی شده است.
• زاویه دید (2θ_1/2)): 120 درجه (معمول) در I_F=150mA. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار پیک می‌رسد.
• جریان معکوس (I_R)): 50 میکروآمپر (حداکثر) در ولتاژ معکوس (V_R) برابر 5 ولت.

3. توضیح سیستم بسته‌بندی (بینینگ)

LED بر اساس پارامترهای کلیدی در بسته‌ها (بین‌ها) طبقه‌بندی می‌شود تا یکنواختی در طراحی کاربرد تضمین شود. کدهای بسته خاص، بخشی از شماره سفارش محصول هستند.

3.1 بسته‌های توان رادیومتریک

بسته‌بندی شده در I_F=150mA. کدهای C1 تا C5 نشان‌دهنده محدوده‌های افزایشی توان خروجی هستند.

• C1: 80 - 100 میلی‌وات
• C2: 100 - 120 میلی‌وات
• C3: 120 - 140 میلی‌وات
• C4: 140 - 160 میلی‌وات
• C5: 160 - 180 میلی‌وات

3.2 بسته‌های ولتاژ مستقیم

بسته‌بندی شده در I_F=150mA. کدهای 25 تا 33 نشان‌دهنده محدوده‌های افزایشی ولتاژ مستقیم هستند.

• 2525: 1.8 - 1.9 ولت
• 2626: 1.9 - 2.0 ولت
• ... تا3333: 2.6 - 2.7 ولت

3.3 بسته‌های طول موج پیک

بسته‌بندی شده در I_F=150mA. پیک طیفی تابش قرمز عمیق را تعریف می‌کند.

• DA2: 650 - 660 نانومتر
• DA3: 660 - 670 نانومتر
• DA4: 670 - 680 نانومتر

تلرانس اندازه‌گیری طول موج غالب/پیک ±1 نانومتر است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 توزیع طیف

منحنی طیف ارائه شده، یک پیک باریک و به‌خوبی تعریف شده در ناحیه قرمز عمیق (تقریباً 650-680 نانومتر بسته به بسته) را نشان می‌دهد که مشخصه نیمه‌هادی‌های AlGaInP است. تابش در باندهای طیفی دیگر حداقل است و آن را برای کاربردهایی که به نور قرمز خالص نیاز دارند، مناسب می‌سازد.

4.2 ولتاژ مستقیم در مقابل دمای پیوندگاه

شکل 1 نشان می‌دهد که ولتاژ مستقیم (V_F) دارای ضریب دمایی منفی است. با افزایش دمای پیوندگاه (T_j) از 25 درجه سلسیوس به 115 درجه سلسیوس، V_Fبه طور خطی تقریباً 0.25 ولت کاهش می‌یابد. این یک ملاحظه حیاتی برای طراحی درایور جریان ثابت است تا عملکرد پایدار در دماهای مختلف تضمین شود.

4.3 توان رادیومتریک نسبی در مقابل جریان مستقیم

شکل 2 یک رابطه زیرخطی را نشان می‌دهد. توان رادیومتریک با جریان افزایش می‌یابد اما در جریان‌های بالاتر (بالای تقریباً 100mA) به دلیل افزایش اثرات حرارتی و افت بازده، شروع به اشباع می‌کند. کار در حداکثر جریان نامی (150mA) ممکن است خروجی متناسبی بالاتر نسبت به جریان کمی پایین‌تر نداشته باشد.

4.4 شدت نور نسبی در مقابل دمای پیوندگاه

شکل 3 اثر خاموشی حرارتی را نشان می‌دهد. با افزایش T_j، خروجی نوری کاهش می‌یابد. شدت نور در 115 درجه سلسیوس تقریباً 80-70% مقدار آن در 25 درجه سلسیوس است. هیت‌سینک مؤثر برای حفظ خروجی نور ضروری است.

4.5 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی IV)

شکل 4 مشخصه کلاسیک دیود IV را در 25 درجه سلسیوس ارائه می‌دهد. این منحنی رابطه نمایی را در ناحیه جریان کم و یک رفتار خطی‌تر و مقاومتی را در جریان عملیاتی 150mA نشان می‌دهد، جایی که می‌توان مقاومت دینامیک را استنباط کرد.

4.6 حداکثر جریان درایو در مقابل دمای لحیم‌کاری

شکل 5 یک منحنی کاهش رتبه (در-ریتینگ) است. نشان می‌دهد که اگر دمای نقطه لحیم‌کاری (T_S) از تقریباً 70 درجه سلسیوس فراتر رود، حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز باید کاهش یابد. به عنوان مثال، در T_S=90°C، حداکثر I_Fتقریباً به 110mA کاهش رتبه می‌یابد. این نمودار برای قابلیت اطمینان در محیط‌های با دمای محیطی بالا حیاتی است.

4.7 الگوی تابش

شکل 6 (نمودار تابش) الگوی تابش نزدیک به لامبرتین با زاویه دید 120 درجه را تأیید می‌کند. شدت نور در یک ناحیه مرکزی گسترده تقریباً یکنواخت است و در زوایای ±60 درجه از محور مکانیکی به 50% کاهش می‌یابد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

بسته‌بندی PLCC-2 دارای فوت‌پرینت استانداردی است. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر، تلرانس ±0.1mm مگر خلاف آن ذکر شده) شامل طول، عرض و ارتفاع کلی، و همچنین فاصله و اندازه پدها می‌شود. کاتد معمولاً توسط یک نشانگر روی بسته یا یک گوشه پخ‌خورده شناسایی می‌شود. برای طراحی الگوی لند PCB باید به نقشه ابعادی دقیق مراجعه کرد.

5.2 شناسایی قطبیت

برای عملکرد صحیح، جهت‌دهی مناسب الزامی است. نقشه بسته در دیتاشیت به وضوح پدهای آند و کاتد را نشان می‌دهد. اتصال قطبیت نادرست در حین لحیم‌کاری مانع روشن شدن LED شده و ممکن است آن را در بایاس معکوس قرار دهد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

حداکثر شرایط تحمل 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه است. یک پروفیل ریفلو استاندارد بدون سرب با دمای پیک زیر 260 درجه سلسیوس و زمان کنترل شده بالای مایع (TAL) توصیه می‌شود. تفاوت‌های جرم حرارتی روی PCB باید در نظر گرفته شود تا همه LEDها در معرض حرارت مشابهی قرار گیرند.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه نباید از 350 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان تماس با ترمینال LED باید به 3 ثانیه یا کمتر برای هر پد محدود شود. از تکنیک کم‌جرم حرارتی استفاده کنید.

6.3 شرایط نگهداری

قطعات در کیسه‌های مقاوم در برابر رطوبت با ماده خشک‌کن بسته‌بندی شده‌اند. پس از باز شدن کیسه مهر و موم شده، قطعات به جذب رطوبت حساس هستند (رتبه MSL). آن‌ها باید در طول عمر مفید مشخص شده استفاده شوند یا در صورت تجاوز از آن، طبق استانداردهای IPC/JEDEC قبل از ریفلو پخته شوند. نگهداری بلندمدت باید در محیطی خشک و در دمای بین 40- تا 100+ درجه سلسیوس انجام شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات ریل و نوار

LEDها بر روی نوارهای حامل برجسته که روی ریل‌ها پیچیده شده‌اند، عرضه می‌شوند. ابعاد استاندارد ریل و عرض نوار ارائه شده است. مقادیر رایج در هر ریل شامل 250، 500، 1000، 2000، 3000 و 4000 قطعه است که مونتاژ خودکار Pick-and-Place را تسهیل می‌کند.

7.2 توضیح برچسب

برچسب ریل حاوی اطلاعات حیاتی است: شماره محصول (P/N) که انتخاب‌های بسته خاص برای توان رادیومتریک (CAT)، طول موج (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF) را کدگذاری می‌کند؛ مقدار بسته‌بندی (QTY)؛ و شماره سری ساخت (LOT No) برای ردیابی.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• نورپردازی تزئینی و تفریحی: نورپردازی تأکیدی معماری، نورپردازی صحنه و تابلوهای علائم که به رنگ قرمز عمیق نیاز دارند.
• نورپردازی کشاورزی: نور مکمل در باغبانی، به ویژه برای پاسخ‌های فوتومورفوژنیک در گیاهان (مانند تأثیر بر گلدهی، طویل شدن ساقه) که به نور قرمز و قرمز دور حساس هستند.
• استفاده عمومی: چراغ‌های نشانگر، نور پس‌زمینه و هر کاربرد دیگری که به یک منبع نور قرمز قابل اطمینان و کارآمد نیاز دارد.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی: با R_{th J-S} برابر 50°C/W، PCB باید به عنوان یک هیت‌سینک مؤثر عمل کند. از مساحت کافی مس در زیر و اطراف پد حرارتی استفاده کنید و برای کاربردهای با توان بالا یا دمای محیطی بالا، وایاهای حرارتی به لایه‌های داخلی یا یک PCB با هسته فلزی را در نظر بگیرید.
• درایو جریان: همیشه از یک درایور جریان ثابت استفاده کنید، نه منبع ولتاژ ثابت. درایور باید طوری طراحی شود که محدوده بسته V_F و ضریب دمایی منفی آن را در خود جای دهد. در صورت نیاز، قابلیت‌های دیمر را در نظر بگیرید.
• طراحی نوری: زاویه دید گسترده ممکن است در صورت نیاز به شکل‌دهی یا فوکوس پرتو، به اپتیک ثانویه (عدسی‌ها، بازتابنده‌ها) نیاز داشته باشد. رزین شفاف آبی امکان استخراج نور خوبی را فراهم می‌کند.

9. قابلیت اطمینان و آزمایش

دیتاشیت یک برنامه آزمایش قابلیت اطمینان جامع را که با سطح اطمینان 90% و درصد معیوب تحمل لات (LTPD) 10% انجام شده است، تشریح می‌کند. آزمایش‌ها شامل موارد زیر هستند:

• مقاومت لحیم‌کاری ریفلو
• شوک حرارتی (10- تا 100+ درجه سلسیوس)
• چرخه دمایی (40- تا 100+ درجه سلسیوس)
• ذخیره‌سازی دمای بالا/رطوبت بالا (85°C/85% RH)
• آزمایش‌های ذخیره‌سازی و عمر عملیاتی دمای بالا/پایین تحت شرایط مختلف جریان و دما.

این آزمایش‌ها استحکام LED را تحت تنش‌های معمول ساخت و عملیاتی تأیید می‌کنند و عملکرد بلندمدت را تضمین می‌نمایند.

10. مقایسه و تمایز فنی

به عنوان یک LED قرمز عمیق با توان متوسط در بسته‌بندی PLCC-2، تمایزات کلیدی آن در تعادل عملکرد و اندازه نهفته است. در مقایسه با LEDهای کم‌توان، شار تابشی به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد. در مقایسه با LEDهای پرتوان، معمولاً مقاومت حرارتی کمتری به برد دارد و می‌تواند در جریان‌های پایین‌تری راه‌اندازی شود که طراحی درایور را ساده می‌کند. استفاده از فناوری AlGaInP در مقایسه با فناوری‌های دیگر مانند قرمزهای تبدیل شده با فسفر، بازدهی بالایی در طیف قرمز فراهم می‌کند. ترکیب خاص جریان درایو 150mA، اتلاف توان 405mW و زاویه 120° در این فاکتور فرم فشرده، یک جایگاه خاص در بازار نورپردازی را هدف قرار می‌دهد.

11. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

11.1 از چه جریان درایوری باید استفاده کنم؟

برای خروجی مشخص شده کامل، از جریان ثابت 150mA استفاده کنید. با این حال، برای افزایش طول عمر یا کاهش بار حرارتی، راه‌اندازی در جریان پایین‌تر (مثلاً 120-100mA) امکان‌پذیر است که خروجی آن با مراجعه به منحنی توان رادیومتریک نسبی در مقابل جریان (شکل 2) مشخص می‌شود. هرگز از 150mA پیوسته تجاوز نکنید.

11.2 چگونه کدهای بسته در شماره قطعه را تفسیر کنم؟

شماره قطعه (مثلاً NDR3C-P5080C1C51827Z15/2T) بسته‌های خاص را کدگذاری می‌کند. شما باید کدهای الفبایی-عددی را با جداول بسته در بخش‌های 3.1، 3.2 و 3.3 مطابقت دهید تا مقادیر حداقل و حداکثر تضمین شده برای توان رادیومتریک، ولتاژ مستقیم و طول موج پیک برای آن کالای قابل سفارش خاص را تعیین کنید.

11.3 چرا خروجی نور وقتی LED داغ می‌شود کاهش می‌یابد؟

این به دلیل خاصیت ذاتی مواد نیمه‌هادی معروف به خاموشی حرارتی یا افت بازده است، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. با افزایش دما، بازترکیب غیرتابشی افزایش می‌یابد و بازده کوانتومی داخلی را کاهش می‌دهد. هیت‌سینک مناسب، افزایش دمای پیوندگاه را به حداقل رسانده و خروجی نور بالاتری را حفظ می‌کند.

11.4 آیا می‌توانم چند LED را به صورت سری یا موازی وصل کنم؟

اتصال سری هنگام استفاده از درایور جریان ثابت عموماً ترجیح داده می‌شود، زیرا همان جریان از همه LEDها عبور می‌کند. با این حال، تلرانس‌های ولتاژ مستقیم (بسته‌ها) جمع می‌شوند و نیاز به درایوری با ولتاژ تطبیق کافی دارند. اتصال موازی بدون مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه یا کانال‌های اختصاصی به دلیل عدم تطابق V_Fتوصیه نمی‌شود، زیرا می‌تواند باعث هجوم جریان و روشنایی ناهموار یا خرابی شود.

12. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو: طراحی یک میله نور باغبانی برای نور قرمز مکمل در یک گلخانه با دمای محیطی حداکثر 40 درجه سلسیوس.

مراحل طراحی:

1. انتخاب: این LED قرمز عمیق را برای طیف هدفمند آن انتخاب کنید (مثلاً بسته DA3: 660-670 نانومتر، مرتبط با فعال‌سازی فیتوکروم).
2. تحلیل حرارتی: هدف، حداکثر دمای پیوندگاه (T_j) 85 درجه سلسیوس برای طول عمر خوب است. با توجه به T_ambient=40°C، R_{th J-S}=50°C/W، و P_d≈ V_F*I_F(مثلاً 2.2V * 0.15A = 0.33W). افزایش دما از نقطه لحیم‌کاری به پیوندگاه: ΔT = P_d* R_{th J-S}= 0.33W * 50°C/W = 16.5°C. بنابراین، دمای نقطه لحیم‌کاری (T_S) باید کمتر از T_j - ΔT = 85°C - 16.5°C = 68.5°C نگه داشته شود.
3. طراحی PCB: PCB را با یک پد مسی بزرگ و پیوسته که به پد حرارتی LED متصل است، طراحی کنید. از چندین وایای حرارتی به صفحات زمین داخلی یا یک لایه حرارتی اختصاصی استفاده کنید تا T_Sزیر 68.5°C نگه داشته شود وقتی T_ambient=40°C. به شکل 5 مراجعه کنید تا مطمئن شوید جریان درایو برای T_S.
4. محاسبه شده قابل قبول است.طراحی درایور_F: یک درایور جریان ثابت انتخاب کنید که قادر به تأمین 150mA برای هر رشته باشد. برای 10 LED به صورت سری، ولتاژ تطبیق خروجی درایور باید مجموع حداکثر V
5. در بسته انتخاب شده (مثلاً 10 * 2.3V = 23V) به علاوه مقداری حاشیه امنیت را پوشش دهد.چیدمان نوری

: LEDها را به طور مناسب روی میله فاصله دهید تا شدت نور یکنواخت مطلوب در سراسر سایبان گیاه با در نظر گرفتن زاویه دید 120 درجه حاصل شود.

13. اصل عملکرد

این LED یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی بر پایه ماده فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم (AlGaInP) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از آستانه روشن شدن دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار به صورت تابشی بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. انرژی گاف نواری خاص آلیاژ AlGaInP طول موج نور ساطع شده را تعیین می‌کند که در این مورد در طیف قرمز عمیق (680-650 نانومتر) است. کپسولانت اپوکسی شفاف آبی، چیپ نیمه‌هادی را محافظت می‌کند، پایداری مکانیکی فراهم می‌کند و الگوی خروجی نور را شکل می‌دهد.

14. روندهای فناوری

• LEDهای با توان متوسط مانند این مورد، نمایانگر یک روند مهم در نورپردازی حالت جامد هستند که شکاف بین LEDهای نشانگر کم‌توان و LEDهای روشنایی پرتوان را پر می‌کنند. روندهای کلیدی صنعت که بر این بخش تأثیر می‌گذارند عبارتند از:افزایش بازده
• : تحقیقات مداوم در مواد و بسته‌بندی با هدف ارائه توان رادیومتریک بالاتر (mW) به ازای هر واحد ورودی الکتریکی (mA) برای کاهش مصرف انرژی برای همان خروجی نور است.مدیریت حرارتی بهبود یافته
• : پیشرفت‌ها در طراحی بسته (مانند پدهای حرارتی تقویت شده) و مواد PCB (مانند بسترهای فلزی عایق‌شده، بردهای روکش حرارتی) امکان اتلاف حرارت بهتر را فراهم می‌کنند و اجازه جریان درایو بالاتر یا قابلیت اطمینان بهبود یافته در جریان‌های استاندارد را می‌دهند.پیک‌های طیفی باریک‌تر و طول‌موج‌های جدید
• : در باغبانی، تقاضا برای LEDهایی با پیک‌های تابشی بسیار خاص و باریک که با گیرنده‌های نوری گیاهان مطابقت دارند (مانند 660nm، 730nm) وجود دارد. توسعه برای بهینه‌سازی بازده در این طول‌موج‌های هدفمند ادامه دارد.مینیاتوری‌سازی و یکپارچه‌سازی