دیتاشیت فنی LED پاور متوسط SMD مدل 67-22ST - پکیج PLCC-2 - ابعاد 2.0x1.6x0.7mm - ولتاژ 1.8-2.7V - جریان 150mA - طیف قرمز دور (720-750nm)

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات فنی یک LED پاور متوسط نصب‌سطحی (SMD) را که در پکیج PLCC-2 کپسوله شده است، به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه نور را در طیف قرمز دور ساطع می‌کند و از فناوری چیپ AlGaInP بهره می‌برد. این LED برای کاربردهایی طراحی شده که به منابع نوری کارآمد و فشرده با زاویه دید وسیع نیاز دارند.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

مزایای اصلی این LED شامل بازده نوری بالا و پروفایل مصرف توان متوسط آن است که آن را برای ایجاد تعادل بین عملکرد و مدیریت حرارتی مناسب می‌سازد. پکیج آن زاویه دید وسیع 120 درجه‌ای را ارائه می‌دهد که توزیع نور گسترده‌ای را تضمین می‌کند. این محصول با مواد سازگار با محیط زیست ساخته شده، فاقد سرب (Pb-free) و مطابق با استانداردهای RoHS، EU REACH و عاری از هالوژن (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm) است. محصول همچنین از استانداردهای دسته‌بندی (بینینگ) ANSI برای دسته‌بندی عملکردی یکنواخت پیروی می‌کند.

1.2 کاربردها و بازارهای هدف

این LED برای کاربردهای روشنایی خاصی طراحی شده که از طول‌موج‌های قرمز دور بهره می‌برند. کاربردهای اصلی آن شامل روشنایی تزئینی و سرگرمی است که در آن‌ها اثرات رنگی خاصی مورد نظر است. یک کاربرد مهم در روشنایی کشاورزی، به ویژه باغبانی (هورتیکالچر) است، زیرا نور قرمز دور (720-750nm) نقش حیاتی در فتومورفوژنز گیاهان ایفا می‌کند و فرآیندهایی مانند جوانه‌زنی بذر، طویل شدن ساقه و گلدهی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. همچنین برای استفاده در روشنایی عمومی که خروجی طیفی خاص آن کاربرد دارد، مناسب است.

2. مشخصات فنی و تفسیر عمیق

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدوده‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر در دمای نقطه لحیم‌کاری (T_Soldering) برابر با 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• جریان مستقیم (I_F):150 میلی‌آمپر - حداکثر جریان DC پیوسته توصیه‌شده برای عملکرد مطمئن.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):300 میلی‌آمپر - فقط در شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 10 میلی‌ثانیه قابل اعمال است. حتی به‌طور مختصر نیز تجاوز از ریتینگ جریان پیوسته می‌تواند باعث تخریب LED شود.
• توان تلف شده (P_d):405 میلی‌وات - حداکثر توانی که پکیج می‌تواند تلف کند، که از V_F* I_Fو محدودیت‌های حرارتی محاسبه می‌شود.
• دمای کاری (T_opr):40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس - محدوده دمای محیط برای عملکرد عادی.
• دمای انبارداری (T_stg):40- درجه تا 100+ درجه سلسیوس.
• مقاومت حرارتی (R_{th J-S}):50 درجه سلسیوس بر وات - این پارامتر حیاتی، افزایش دما از پیوند نیمه‌هادی به نقطه لحیم‌کاری به ازای هر وات توان تلف شده را تعریف می‌کند. مقدار کمتر نشان‌دهنده انتقال حرارت بهتر از چیپ است.
• دمای پیوند (T_j):115 درجه سلسیوس - حداکثر دمای مجاز در خود پیوند نیمه‌هادی.
• دمای لحیم‌کاری:این قطعه می‌تواند لحیم‌کاری ریفلو در دمای 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه یا لحیم‌کاری دستی در دمای 350 درجه سلسیوس به مدت 3 ثانیه را تحمل کند. به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس است و نیاز به رویه‌های صحیح حمل و نقل دارد.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که در T_Soldering= 25°C و I_F= 150mA اندازه‌گیری شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• توان تابشی (Φ_e):80 تا 160 میلی‌وات - کل شار تابشی (توان نوری) ساطع شده. تلرانس ±11% است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.8 تا 2.7 ولت - افت ولتاژ دو سر LED در جریان مشخص شده. تلرانس ±0.1V است. V_Fپایین‌تر در یک جریان معین، عموماً نشان‌دهنده بازده الکتریکی بالاتر است.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه - زاویه کامل‌ای که در آن شدت نور به نصف شدت حداکثر (روی محور) می‌رسد.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R= 5V - LEDها برای بایاس معکوس طراحی نشده‌اند؛ این پارامتر نشتی را نشان می‌دهد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

محصول برای اطمینان از یکنواختی، در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شود. طراحان باید بین‌های مناسب را با توجه به نیازهای کاربرد خود انتخاب کنند.

3.1 دسته‌بندی توان تابشی

دسته‌بندی در I_F=150mA انجام شده است. کدهای C1 تا C4 نشان‌دهنده محدوده‌های افزایشی توان خروجی هستند (مثلاً C1: 80-100mW، C4: 140-160mW). تلرانس ±11% در داخل هر بین اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

دسته‌بندی در I_F=150mA انجام شده است. کدهای 25 تا 33 نشان‌دهنده محدوده‌های ولتاژ در گام‌های 0.1 ولت از 1.8-1.9V (بین 25) تا 2.6-2.7V (بین 33) هستند. تلرانس ±0.1V اعمال می‌شود. انتخاب LEDها از یک بین ولتاژ تنگ می‌تواند طراحی درایور را برای آرایه‌های چند LED ساده‌تر کند.

3.3 دسته‌بندی طول‌موج پیک

دسته‌بندی در I_F=150mA انجام شده است. این مورد خروجی طیفی را تعریف می‌کند:

• FA3: 720 - 730 نانومتر
• FA4: 730 - 740 نانومتر
• FA5: 740 - 750 نانومتر

تلرانس اندازه‌گیری طول‌موج غالب/پیک ±1nm است. این دسته‌بندی دقیق برای کاربردهایی مانند باغبانی که در آن طول‌موج‌های فوتونی خاص واکنش‌های مختلف گیاه را تحریک می‌کنند، حیاتی است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 توزیع طیف

نمودار طیف ارائه شده، یک منحنی انتشار معمول برای LED قرمز دور AlGaInP را نشان می‌دهد. پیک آن در محدوده بینینگ (720-750nm) قرار دارد، با پهنای باند طیفی نسبتاً باریک (عرض کامل در نصف بیشینه - FWHM) که مشخصه این ماده نیمه‌هادی است و خلوص رنگی را تضمین می‌کند.

4.2 ولتاژ مستقیم در مقابل دمای پیوند (شکل 1)

این منحنی نشان می‌دهد که ولتاژ مستقیم (V_F) دارای ضریب دمایی منفی است. با افزایش دمای پیوند (T_j) از 25°C به 115°C، V_Fکاهش می‌یابد. این یک ویژگی اساسی دیودهای نیمه‌هادی است. برای درایورهای جریان ثابت، این موضوع نگرانی عمده‌ای نیست، اما باید در طراحی حرارتی و برای مدارهایی که V_Fرا به عنوان نماینده‌ای برای T_j.

حس می‌کنند، در نظر گرفته شود.

4.3 توان تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم (شکل 2)

خروجی نوری با جریان رابطه زیرخطی دارد. در حالی که خروجی با جریان افزایش می‌یابد، بازده (mW/mA) معمولاً در جریان‌های بالاتر به دلیل افزایش حرارت و افت بازده (droop) کاهش می‌یابد. عملکرد به میزان قابل توجهی پایین‌تر از جریان حداکثر (مثلاً در 100mA به جای 150mA) می‌تواند بازده و طول عمر را بهبود بخشد.

4.4 شدت نور نسبی در مقابل دمای پیوند (شکل 3)_jاین نمودار خاموشی حرارتی (thermal quenching) را نشان می‌دهد. با افزایش T

، خروجی تابشی کاهش می‌یابد. حفظ دمای پیوند پایین از طریق مدیریت حرارتی مؤثر (مانند استفاده از PCB با وایاهای حرارتی خوب و هیت‌سینک) برای حفظ خروجی نور پایدار و طول عمر طولانی حیاتی است.

4.5 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (شکل 4)_Sاین منحنی کلاسیک I-V برای یک دیود است که رابطه نمایی را نشان می‌دهد. منحنی با دما جابجا می‌شود (همانطور که در شکل 1 مشاهده شد). نمودار ارائه شده در T

=25°C است.

4.6 جریان درایو حداکثر در مقابل دمای لحیم‌کاری (شکل 5)_{این منحنی کاهش ریتینگ (derating) برای قابلیت اطمینان ضروری است. نشان می‌دهد که اگر دمای نقطه لحیم‌کاری (و به تبع آن، پیوند) افزایش یابد، حداکثر جریان مستقیم مجاز باید کاهش یابد. به عنوان مثال، اگر نقطه لحیم‌کاری به 100°C برسد، حداکثر جریان پیوسته به میزان قابل توجهی کمتر از 150mA است. این نمودار بر اساس R}th J-S

داده شده 50°C/W ترسیم شده است.

4.7 نمودار تابش (شکل 6)

نمودار قطبی، زاویه دید 120 درجه‌ای را به صورت بصری نشان می‌دهد و شدت نسبی را در زوایای مختلف از 0° (روی محور) تا 90° نمایش می‌دهد. الگو لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی به نظر می‌رسد که برای این نوع پکیج با گنبد رزین شفاف (water-clear) رایج است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

پکیج PLCC-2 دارای ابعاد اسمی 2.0 میلی‌متر (طول) در 1.6 میلی‌متر (عرض) در 0.7 میلی‌متر (ارتفاع) است. نقشه ابعادی، ویژگی‌های کلیدی از جمله محل پدهای آند و کاتد، لنز و تلرانس‌های مکانیکی (معمولاً ±0.1mm مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد) را مشخص می‌کند. چیپ در یک فنجان بازتابنده (رفلکتور کاپ) نصب شده است.

5.2 شناسایی قطبیت

پکیج دارای کاتد علامت‌گذاری شده است (معمولاً با رنگ سبز روی پد کاتد، یک شکاف یا پخ در آن سمت پکیج نشان داده می‌شود). قطبیت صحیح در طول مونتاژ برای جلوگیری از آسیب ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو

این قطعه برای حداکثر دمای 260°C به مدت 10 ثانیه در طول لحیم‌کاری ریفلو ریت شده است. پیروی از یک پروفایل که به اندازه کافی پیش‌گرم می‌کند تا شوک حرارتی به حداقل برسد، به دمای پیک لازم برای ریفلو لحیم می‌رسد و با نرخ کنترل‌شده خنک می‌شود، حیاتی است. زمان خاص بالای مایع (TAL) باید مطابق با مشخصات سازنده خمیر لحیم کنترل شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه نباید از 350°C تجاوز کند و زمان تماس باید به 3 ثانیه برای هر پد محدود شود. از هویه کم‌توان (مثلاً 30 وات) با نوک ریز استفاده کنید. حرارت را به پد PCB اعمال کنید، نه مستقیماً به بدنه LED، و سپس قلع را وارد کنید.

6.3 انبارداری و حمل و نقل

قطعات به رطوبت حساس هستند (درجه MSL توسط بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت مشخص می‌شود). اگر کیسه محافظ باز شود یا زمان قرارگیری در معرض محیط (exposure time) بیش از حد مجاز شود، قبل از ریفلو نیاز به پخت (baking) برای جلوگیری از آسیب \"پاپ کورن\" (popcorning) وجود دارد. همیشه با رعایت احتیاط‌های ESD حمل و نقل کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات ریل و نوار

LEDها بر روی نوار حامل برجسته (embossed) که روی ریل پیچیده شده است، عرضه می‌شوند. ابعاد ریل، فاصله جیب‌ها (pitch) و عرض نوار به گونه‌ای مشخص شده که با تجهیزات استاندارد برداشت و قراردادن (pick-and-place) SMD سازگار باشد. هر ریل حاوی 4000 قطعه است.

7.2 بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت

ریل‌ها در داخل یک کیسه ضد رطوبت آلومینیومی همراه با جاذب رطوبت (دسیکانت) مهر و موم شده‌اند تا محیط خشک حفظ شود و الزامات سطح حساسیت به رطوبت (MSL) برآورده شود.

7.3 توضیح برچسب

برچسب ریل حاوی اطلاعات کلیدی است: شماره محصول مشتری (CPN)، شماره محصول (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY) و کدهای بین خاص برای رتبه شدت نور (CAT)، رتبه طول‌موج غالب (HUE) و رتبه ولتاژ مستقیم (REF)، به همراه شماره لات (LOT No).

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 مدیریت حرارتی_{با توجه به R}th J-S

برابر 50°C/W، هیت‌سینک مؤثر برای عملکرد مطمئن در جریان کامل غیرقابل مذاکره است. از PCB با یک پد حرارتی اختصاصی که به مسیر حرارتی LED (اغلب پد کاتد) متصل است استفاده کنید و از وایاهای حرارتی برای انتقال حرارت به لایه‌های زمین داخلی یا یک هیت‌سینک خارجی بهره ببرید. باید از منحنی کاهش ریتینگ (شکل 5) برای تعیین حداکثر جریان کاری ایمن برای مقاومت حرارتی خاص برد خود استفاده کنید.

8.2 درایو الکتریکی

همیشه LEDها را با یک منبع جریان ثابت درایو کنید، نه ولتاژ ثابت. این امر خروجی نور پایدار را تضمین می‌کند و LED را از فرار حرارتی (thermal runaway) محافظت می‌کند. درایور باید برای محدوده ولتاژ مستقیم بین انتخاب شده (1.8-2.7V) در جریان کاری مورد نظر ریت شده باشد. برای تنظیم نور (دیمینگ)، پیاده‌سازی مدولاسیون عرض پالس (PWM) را در نظر بگیرید تا از تغییر رنگ (color shift) که می‌تواند با دیمینگ آنالوگ (کاهش جریان) رخ دهد، اجتناب کنید.

8.3 یکپارچه‌سازی نوری

زاویه دید وسیع 120 درجه‌ای در صورت نیاز به پرتو متمرکزتر ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (لنزها، بازتابنده‌ها) داشته باشد. رزین شفاف (water-clear) امکان استخراج نور بالا را فراهم می‌کند. برای کاربردهای باغبانی، اطمینان حاصل کنید که طراحی چراغ، شار فوتونی قرمز دور یکنواختی را در سراسر ناحیه هدف، اغلب در ترکیب با طول‌موج‌های دیگر (مانند قرمز عمیق 660nm، آبی) فراهم می‌کند.

9. قابلیت اطمینان و تضمین کیفیت

• دیتاشیت مجموعه جامعی از تست‌های قابلیت اطمینان را که با سطح اطمینان 90% و درصد معیوب قابل تحمل لات (LTPD) 10% انجام شده‌اند، فهرست می‌کند. تست‌ها شامل موارد زیر هستند:
• مقاومت در برابر حرارت لحیم (260°C/10s، 3 بار)
• چرخه دمایی (40- درجه تا 100+ درجه سلسیوس)
• عمر در دمای بالا/رطوبت بالا (85°C/85% RH، 1000 ساعت)
• تست‌های انبارداری و عمر کاری در دمای بالا/پایین

تست‌های پالس و شوک حرارتی

این تست‌ها استحکام ساخت پکیج، باندهای سیمی و یکپارچگی نیمه‌هادی را تحت تنش‌های محیطی مختلف تأیید می‌کنند.

10. اصول فنی و روندها

10.1 اصل عملکرد

این LED بر پایه نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم (AlGaInP) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. انرژی گپ باند خاص آلیاژ AlGaInP طول‌موج ساطع شده را تعیین می‌کند که در این مورد در محدوده قرمز دور 720-750nm است. پکیج PLCC-2 حفاظت محیطی، یک لنز اولیه برای استخراج نور و یک مسیر حرارتی را فراهم می‌کند.

10.2 زمینه و روندهای صنعت