دیتاشیت فنی LED قرمز SMD مدل G67-21S/R3C با پکیج PLCC-2 - ابعاد 3.0x2.8x1.9mm - ولتاژ 1.8-2.9V - جریان 150mA - توان 435mW

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات فنی یک ال‌ای‌دی میان‌توان نصب سطحی (SMD) با پکیج PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) را شرح می‌دهد. این قطعه با تراشه نیمه‌هادی AlGaInP برای تابش نور قرمز طراحی شده و در رزین شفاف آب‌مانند کپسوله شده است. ویژگی‌های آن شامل ابعاد فشرده، بازدهی بالا مناسب برای رده توانی خود و زاویه دید گسترده است که آن را به یک قطعه همه‌کاره برای کاربردهای روشنایی متنوع تبدیل می‌کند. محصول از استانداردهای سخت‌گیرانه زیست‌محیطی پیروی می‌کند، بدون سرب (Pb-free)، مطابق با مقررات REACH اتحادیه اروپا و به عنوان عاری از هالوژن طبقه‌بندی شده است، به طوری که محتوای برم و کلر زیر محدوده‌های مشخص نگه داشته می‌شود.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

محدودیت‌های عملکردی دستگاه تحت دمای پایه لحیم‌کاری 25 درجه سانتی‌گراد تعریف شده است. حداکثر جریان مستقیم پیوسته (I_F) در 150 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده و حداکثر جریان مستقیم پیک (I_FP) در شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 10ms) تا 300 میلی‌آمپر مجاز است. حداکثر اتلاف توان (P_d) 435 میلی‌وات است. مقاومت حرارتی پیوند به نقطه لحیم‌کاری (R_{th J-S}) 50 درجه سانتی‌گراد بر وات است که برای طراحی مدیریت حرارتی حیاتی می‌باشد. حداکثر دمای مجاز پیوند (T_j) 115 درجه سانتی‌گراد است. محدوده دمای کاری از 40- درجه تا 85+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای نگهداری از 40- درجه تا 100+ درجه سانتی‌گراد است. دستگاه قابلیت تحمل تخلیه الکترواستاتیک (ESD) معادل 2000 ولت (مدل بدن انسان) را دارد، اگرچه استفاده از احتیاط‌های مناسب ESD در حین کار الزامی است. پارامترهای لحیم‌کاری هم برای فرآیند رفلو (260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه) و هم لحیم‌کاری دستی (350 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه) مشخص شده‌اند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

پارامترهای کلیدی عملکرد در دمای T_soldering= 25 درجه سانتی‌گراد و جریان I_F= 150 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده‌اند. شار نوری (Φ_v) محدوده معمولی 15.0 تا 24.0 لومن با تلرانس اعلام شده ±11% دارد. ولتاژ مستقیم (V_F) از 1.8 ولت تا 2.9 ولت متغیر است که با تلرانس ساخت دقیق‌تر ±0.1 ولت ارائه می‌شود. دستگاه دارای زاویه دید گسترده (2θ_1/2) 120 درجه است. حداکثر جریان معکوس (I_R) هنگام اعمال ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت، 50 میکروآمپر است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

محصول برای اطمینان از یکنواختی در پارامترهای کلیدی، در دسته‌هایی (بین) طبقه‌بندی می‌شود که امکان طراحی دقیق و تطابق رنگ را فراهم می‌کند.

3.1 دسته‌های توان تابشی (شار نوری)

خروجی شار نوری در دسته‌هایی با کدهایی مانند L6، L7، L8، L9، M3 و M4 دسته‌بندی شده است. هر دسته حداقل و حداکثر مقدار شار را در جریان I_F=150mA تعریف می‌کند، به عنوان مثال، دسته L6 محدوده 15-16 لومن را پوشش می‌دهد، در حالی که دسته M4 محدوده 21-24 لومن را پوشش می‌دهد. تلرانس ±11% در هر دسته اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌های ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم با استفاده از کدهای دو رقمی از 25 تا 35 دسته‌بندی می‌شود. هر کد نشان‌دهنده گام 0.1 ولتی است، به عنوان مثال، دسته 25 محدوده 1.8-1.9 ولت، دسته 26 محدوده 1.9-2.0 ولت را پوشش می‌دهد و به همین ترتیب تا دسته 35 که محدوده 2.8-2.9 ولت را پوشش می‌دهد. تلرانس ساخت در هر دسته ±0.1 ولت است.

3.3 دسته‌های طول موج غالب

نقطه رنگ از طریق دسته‌های طول موج غالب کنترل می‌شود. دسته‌های موجود O54 (620-615 نانومتر)، R51 (625-620 نانومتر) و R52 (630-625 نانومتر) هستند که سایه خاص قرمز تابش شده را تعریف می‌کنند. تلرانس اندازه‌گیری برای طول موج غالب/پیک ±1 نانومتر است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

4.1 توزیع طیفی

یک نمودار شدت نوری نسبی در مقابل طول موج را نشان می‌دهد که برای یک ال‌ای‌دی قرمز AlGaInP معمول است، با پیک در محدوده 660-620 نانومتر و عرض طیفی تعریف شده.

4.2 ولتاژ مستقیم در مقابل دمای پیوند

شکل 1 تغییرات ولتاژ مستقیم را در مقابل دمای پیوند ترسیم می‌کند. منحنی معمولاً یک ضریب منفی را نشان می‌دهد، به این معنی که V_Fبا افزایش T_jکاهش می‌یابد که عاملی حیاتی برای طراحی درایور جریان ثابت است.

4.3 توان تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم

شکل 2 رابطه زیرخطی بین خروجی نور (توان تابشی نسبی) و جریان مستقیم را نشان می‌دهد. خروجی با جریان افزایش می‌یابد اما در جریان‌های بالاتر به دلیل افت بازدهی و اثرات حرارتی، بازده افزایشی کاهش می‌یابد.

4.4 شار نوری نسبی در مقابل دمای پیوند

شکل 3 نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. این کاهش حرارتی برای پیش‌بینی عملکرد در کاربردهای واقعی که ممکن است هیت‌سینک محدود باشد، ضروری است.

4.5 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم و کاهش حرارتی

شکل 4 منحنی استاندارد I-V را به تصویر می‌کشد. شکل 5 برای قابلیت اطمینان حیاتی است و حداکثر جریان مستقیم مجاز درایو را به عنوان تابعی از دمای لحیم‌کاری نشان می‌دهد و اطمینان می‌دهد که دستگاه در حین کار پس از مونتاژ تحت تنش بیش از حد قرار نگیرد.

4.6 الگوی تابش

شکل 6 یک نمودار قطبی تابش را ارائه می‌دهد که زاویه دید 120 درجه (جایی که شدت به 50% مقدار محوری کاهش می‌یابد) و الگوی تابش متقارن شبه لامبرتیان معمول پکیج‌های PLCC با نمای بالا را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

پکیج PLCC-2 دارای ابعاد اسمی طول 3.0 میلی‌متر، عرض 2.8 میلی‌متر و ارتفاع 1.9 میلی‌متر است. یک نقشه ابعادی دقیق، مکان‌های پد، تلرانس کلی (±0.1 میلی‌متر مگر خلاف آن ذکر شود) و ساختار لنز را مشخص می‌کند. طراحی نمای بالا نشان می‌دهد که نور به صورت عمود بر صفحه نصب تابش می‌شود.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً توسط یک نشانگر بصری روی پکیج، مانند یک شکاف، یک نقطه یا یک گوشه برش‌خورده روی لنز یا بدنه، همانطور که در نقشه ابعاد نشان داده شده است، شناسایی می‌شود. جهت‌دهی صحیح قطبیت در حین مونتاژ ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلو

پروفایل توصیه شده لحیم‌کاری رفلو در دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه است. این یک الزام استاندارد فرآیند بدون سرب (SnAgCu) می‌باشد. در صورت لزوم، لحیم‌کاری دستی باید به 350 درجه سانتی‌گراد و حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه محدود شود و از هویه زمین‌شده استفاده گردد.

6.2 شرایط نگهداری

قطعات در کیسه‌های مهر و موم شده حساس به رطوبت همراه با ماده جاذب رطوبت (دسیکانت) بسته‌بندی می‌شوند. قبل از باز کردن کیسه، ال‌ای‌دی‌ها باید در دمای 30 درجه سانتی‌گراد یا کمتر و رطوبت نسبی 90% یا کمتر نگهداری شوند. پس از باز شدن، قطعات باید در یک بازه زمانی مشخص استفاده شوند یا طبق رویه‌های MSL (سطح حساسیت به رطوبت) خشک شوند تا از پدیده "پاپ کورن" در حین رفلو جلوگیری شود.

6.3 احتیاط‌های کاربردی

محافظت در برابر جریان بیش از حد:ال‌ای‌دی‌ها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی یا درایور جریان ثابت الزامی است. یک افزایش کوچک در ولتاژ مستقیم می‌تواند به دلیل مشخصه نمایی I-V دیود، باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب در جریان شود.
احتیاط‌های ESD:دستگاه به تخلیه الکترواستاتیک حساس است. در حین جابجایی و مونتاژ از ایستگاه‌های کاری، مچ‌بند و بسته‌بندی ضد ESD استفاده کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

ال‌ای‌دی‌ها بر روی نوار حامل برجسته‌دار برای مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place عرضه می‌شوند. عرض نوار، ابعاد حفره و فاصله سوراخ‌های زنجیری مشخص شده است. هر قرقره حاوی 4000 قطعه است. ابعاد قرقره (قطر، عرض، اندازه هاب) برای سازگاری با تجهیزات اتوماتیک ارائه شده است.

7.2 بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت

فرآیند کامل بسته‌بندی شامل قرار دادن قطعات قرقره‌شده در یک کیسه ضد رطوبت لایه‌ای آلومینیومی به همراه ماده جاذب رطوبت و کارت نشانگر رطوبت است. سپس کیسه مهر و موم می‌شود.

7.3 توضیح برچسب

برچسب‌های قرقره شامل چندین کد است: P/N (شماره محصول)، QTY (تعداد بسته‌بندی)، CAT (رده/دسته شدت نوری)، HUE (رده/دسته طول موج غالب)، REF (رده/دسته ولتاژ مستقیم) و LOT No (شماره دسته قابل ردیابی).

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

ترکیب توان متوسط، بازدهی خوب، زاویه گسترده و اندازه فشرده، این ال‌ای‌دی را برای موارد زیر مناسب می‌سازد:
• روشنایی تزئینی و سرگرمی:نورپردازی نمای معماری، تابلوها، افکت‌های نورپردازی صحنه که در آن‌ها رنگ قرمز مورد نیاز است.
• روشنایی کشاورزی:نورپردازی مکمل در باغبانی، که به طور بالقوه بر فتومورفوژنز گیاهان در طیف قرمز تأثیر می‌گذارد.
• روشنایی عمومی:چراغ‌های نشانگر، چراغ‌های وضعیت، نور پس‌زمینه برای پنل‌ها یا کلیدها و سایر کاربردهایی که نیاز به نشانگر قرمز قابل اطمینان دارند.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:با مقاومت حرارتی R_{th J-S} معادل 50 درجه سانتی‌گراد بر وات، طراحی مسیر حرارتی مؤثر روی PCB (با استفاده از وایاهای حرارتی، مس‌ریزی) برای حفظ دمای پیوند پایین، اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت و خروجی نور پایدار مهم است.
• درایو جریان:همیشه از یک منبع جریان ثابت یا یک منبع ولتاژ با یک مقاومت سری که بر اساس حداکثر V_F از جدول دسته‌بندی و جریان کاری هدف محاسبه شده است، استفاده کنید.
• طراحی اپتیکال:زاویه دید 120 درجه و الگوی لامبرتیان، طراحی اپتیک ثانویه برای شکل‌دهی پرتو در صورت نیاز را ساده می‌کند.

9. قابلیت اطمینان و تضمین کیفیت

مجموعه جامعی از تست‌های قابلیت اطمینان با سطح اطمینان 90% و LTPD (درصد معیوب قابل تحمل در هر دسته) 10% انجام می‌شود. ماتریس تست شامل موارد زیر است:
• مقاومت در برابر لحیم‌کاری رفلو
• شوک حرارتی (100+ تا 10- درجه سانتی‌گراد)
• چرخه دمایی (100+ تا 40- درجه سانتی‌گراد)
• نگهداری در دمای بالا/رطوبت بالا (85 درجه سانتی‌گراد/85% رطوبت نسبی)
• تست‌های عملیات و عمر نگهداری در دمای بالا/پایین در شرایط و جریان‌های مختلف (مانند 90mA، 180mA).
هر تست از نمونه‌ای با حجم 22 قطعه با معیار قبول/رد 0/1 استفاده می‌کند که نشان‌دهنده استانداردهای بالای قابلیت اطمینان است.

10. مقایسه و جایگاه فنی

این ال‌ای‌دی میان‌توان PLCC-2 جایگاه خاصی را اشغال می‌کند. در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های SMD کم‌توان (مانند سایزهای 0603، 0805)، شار نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد و آن را برای کاربردهای روشنایی به جای صرفاً نشانگر مناسب می‌سازد. در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های پرقدرت، به مدیریت حرارتی و مدار درایو پیچیده کمتری نیاز دارد و در عین حال خروجی نور مفیدی برای بسیاری از کاربردها ارائه می‌دهد. فناوری AlGaInP در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های سفید تبدیل‌شده با فسفر با اندازه مشابه، بازدهی بالایی در طیف قرمز/نارنجی/کهربایی ارائه می‌دهد. زاویه دید گسترده 120 درجه یک تمایز کلیدی نسبت به ال‌ای‌دی‌هایی با پرتوهای باریک‌تر و متمرکزتر است.

11. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: از چه جریان درایوری باید استفاده کنم؟
پاسخ: حداکثر جریان پیوسته مطلق 150 میلی‌آمپر است. برای تعادل بهینه بین بازدهی، عمر و خروجی نور، کارکرد در محدوده 60-120 میلی‌آمپر معمول است، اما همیشه به منحنی‌های کاهش حرارتی (شکل 5) بر اساس عملکرد حرارتی برد خود مراجعه کنید.
سوال: چگونه کدهای دسته‌بندی در سفارش خود را تفسیر کنم؟
پاسخ: کدهای برچسب CAT، HUE و REF به طور مستقیم با جداول دسته‌بندی شار نوری، طول موج غالب و ولتاژ مستقیم در بخش‌های 3.1، 3.2 و 3.3 مطابقت دارند. این به شما امکان می‌دهد محدوده عملکرد دقیق ال‌ای‌دی‌های دریافتی خود را بدانید.
سوال: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را مستقیماً از منبع تغذیه منطقی 3.3 ولت یا 5 ولت راه‌اندازی کنم؟
پاسخ: خیر. شما باید از یک مقاومت سری محدودکننده جریان استفاده کنید. مقدار مقاومت را به صورت R = (V_supply- V_F) / I_F محاسبه کنید. از حداکثر V_F از دسته ولتاژ خود استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که همیشه افت ولتاژ کافی در مقاومت وجود دارد.
سوال: تأثیر دمای پیوند بر عملکرد چیست؟
پاسخ: همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، خروجی نور با افزایش T_j کاهش می‌یابد. علاوه بر این، دمای بالاتر افت لومن را تسریع کرده و می‌تواند عمر دستگاه را کاهش دهد. حفظ دمای پیوند پایین (T_j) از طریق هیت‌سینک مناسب برای عملکرد پایدار و بلندمدت حیاتی است.

12. مثال مطالعه موردی طراحی

سناریو:طراحی یک چراغ ایمنی قرمز کم‌هزینه با باتری.
نیازمندی‌ها:قابل مشاهده از تمام زوایا، مصرف توان کم، مدار درایو ساده، فشرده.
انتخاب‌های طراحی:
1. انتخاب ال‌ای‌دی:این ال‌ای‌دی قرمز PLCC-2 به دلیل زاویه دید 120 درجه (همه‌جهتی خوب)، توان متوسط (روشنایی خوب در مقابل عمر باتری) و پکیج SMD (کوچک، مونتاژ آسان) انتخاب شده است.
2. مدار درایو:یک مدار ساده با استفاده از باتری سکه‌ای 3 ولتی، یک MOSFET برای سوئیچینگ و یک مقاومت سری. مقدار مقاومت برای جریان I_F= 100 میلی‌آمپر با استفاده از R = (3.0V - 2.5V_typ) / 0.1A = 5Ω محاسبه شده است. یک مقاومت 5.1Ω، 1/4W انتخاب شده است.
3. طراحی حرارتی و PCB:چراغ ایمنی در پالس‌های کوتاه (چرخه کاری 10%) کار می‌کند که توان متوسط و بار حرارتی را کاهش می‌دهد. PCB از یک طراحی دو لایه ساده استفاده می‌کند که پد ال‌ای‌دی به یک مس‌ریزی کوچک در لایه پایین برای هیت‌سینک جزئی متصل شده است.
4. نتیجه:یک چراغ ایمنی کاربردی و قابل اطمینان که اهداف اندازه، هزینه و عملکرد را برآورده می‌کند و از ویژگی‌های مشخص شده ال‌ای‌دی بهره می‌برد.

13. اصل عملکرد

این یک دستگاه فوتونیک نیمه‌هادی بر اساس یک هتروساختار AlGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفید) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از ولتاژ روشن شدن دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ترتیب از لایه‌های نوع n و نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار درون چاه‌های کوانتومی ناحیه فعال بازترکیب تابشی انجام داده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlGaInP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور تابش شده را تعریف می‌کند - در این مورد، در طیف قرمز (630-615 نانومتر). رزین اپوکسی شفاف محافظ، تراشه نیمه‌هادی را محافظت می‌کند، پایداری مکانیکی فراهم می‌کند و پرتو خروجی نور را شکل می‌دهد.

14. روندهای فناوری

ال‌ای‌دی‌های SMD میان‌توان مانند این نوع PLCC-2 همچنان در حال تکامل هستند. روندهای کلی صنعت شامل موارد زیر است:
• افزایش بازدهی:بهبودهای مستمر در بازده کوانتومی داخلی، استخراج نور و طراحی پکیج منجر به لومن بر وات (lm/W) بالاتر می‌شود و مصرف انرژی را برای همان خروجی نور کاهش می‌دهد.
• بهبود یکنواختی رنگ:تلرانس‌های سخت‌گیرانه‌تر دسته‌بندی برای طول موج و شار، که توسط کنترل فرآیند ساخت پیشرفته امکان‌پذیر شده است، امکان تطابق رنگ بهتر در آرایه‌های چند ال‌ای‌دی بدون نیاز به دسته‌بندی دستی را فراهم می‌کند.
• افزایش قابلیت اطمینان:توسعه مواد پکیج مقاوم‌تر (ترکیبات قالب، فریم‌های پایه) و بهبود قابلیت اطمینان در سطح تراشه منجر به عمر عملیاتی طولانی‌تر (معیارهای L70، L90) تحت جریان‌ها و دمای درایو بالاتر می‌شود.
• کوچک‌سازی همراه با عملکرد:تلاش برای آرایه‌های ال‌ای‌دی کوچک‌تر و چگال‌تر، اندازه پکیج را کاهش می‌دهد در حالی که خروجی نور حفظ یا افزایش می‌یابد، اگرچه این امر چالش‌های مدیریت حرارتی را تشدید می‌کند.
• راه‌حل‌های هوشمند و یکپارچه:بازار گسترده‌تر شاهد رشد ال‌ای‌دی‌هایی با درایورها، کنترلرها یا سنسورهای یکپارچه است، اگرچه این امر بیشتر در بخش‌های پرقدرت یا تخصصی رایج است.