دیتاشیت سری 67-21 ال‌ای‌دی SMD رفلکتوردار - بسته‌بندی P-LCC-2 - حداکثر 3.5 ولت - 110 میلی‌وات - سبز/زرد/آبی/نارنجی - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری 67-21 نماینده خانواده‌ای از دیودهای نورافشان نصب سطحی (SMD LED) است که دارای یک رفلکتور یکپارچه در داخل بسته‌بندی P-LCC-2 می‌باشد. این طراحی به گونه‌ای مهندسی شده است که زاویه دید گسترده و خروجی نور بهینه‌ای را فراهم کند و آن را به ویژه برای کاربردهایی که نیاز به کوپلینگ کارآمد نور به راهنماهای نوری یا لوله‌های نور دارند، مناسب می‌سازد. این سری در رنگ‌های متعددی از جمله نارنجی ملایم، سبز، آبی و زرد موجود است، با بدنه سفید و پنجره شفاف بی‌رنگ. نیاز به جریان مستقیم پایین آن، آن را به انتخابی ایده‌آل برای کاربردهای حساس به مصرف توان مانند دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل تبدیل می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این سری ال‌ای‌دی از طراحی بسته‌بندی آن نشأت می‌گیرد. رفلکتور داخلی یکپارچه به طور قابل توجهی استخراج نور و جهت‌دهی آن را بهبود می‌بخشد که منجر به الگوی تابش یکنواخت و گسترده می‌شود. این ویژگی برای نورپس زمینه نمادها، کلیدها و پنل‌های LCD که در آن‌ها روشنایی یکنواخت مورد نیاز است، حیاتی می‌باشد. این قطعه کاملاً با تجهیزات استاندارد اتوماتیک Pick-and-Place سازگار است و بر روی نوار 8 میلی‌متری و قرقره برای مونتاژ انبوه عرضه می‌شود. سازگاری آن با فرآیندهای مختلف لحیم‌کاری، از جمله ری‌فلو فاز بخار، ری‌فلو مادون قرمز و لحیم‌کاری موجی، انعطاف‌پذیری در تولید را ارائه می‌دهد. محصول همچنین مطابق با RoHS و بدون سرب است. بازارهای هدف شامل فضای داخلی خودرو (نورپس زمینه صفحه‌کیلومتر و کلیدها)، تجهیزات مخابراتی (نشانگر و نورپس زمینه در تلفن/دستگاه فکس) و الکترونیک مصرفی عمومی که نیاز به چراغ‌های نشانگر قابل اعتماد یا راه‌حل‌های نورپس زمینه دارند، می‌شود.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

عملکرد الکتریکی و نوری ال‌ای‌دی تحت شرایط آزمایش خاصی تعریف می‌شود، معمولاً در جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر و دمای محیط (T_a) 25 درجه سلسیوس. درک این پارامترها برای طراحی صحیح مدار و اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت ضروری است.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. آن‌ها برای کارکرد مداوم نیستند. محدودیت‌های کلیدی شامل حداکثر ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت، جریان مستقیم پیوسته (I_F) 30 میلی‌آمپر و جریان مستقیم پیک (I_FP) 100 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10 در 1 کیلوهرتز) است. حداکثر اتلاف توان (P_d) 110 میلی‌وات می‌باشد. قطعه می‌تواند در محدوده دمایی 40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس کار کند و می‌تواند بین 40- درجه تا 90+ درجه سلسیوس نگهداری شود. پروفیل‌های دمای لحیم‌کاری نیز برای جلوگیری از آسیب بسته‌بندی در حین مونتاژ مشخص شده‌اند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

پارامترهای عملکردی معمول، مقادیر مورد انتظار تحت شرایط کارکرد عادی را ارائه می‌دهند. برای گونه خاص اشاره شده در سند (احتمالاً یک ال‌ای‌دی سبز بر اساس داده طول موج)، شدت نور (I_v) از حداقل 900 میلی‌کاندلا تا حداکثر 1800 میلی‌کاندلا متغیر است. زاویه دید (2θ_1/2)، که به عنوان زاویه‌ای تعریف می‌شود که شدت به نصف مقدار پیک خود کاهش می‌یابد، معمولاً 120 درجه است که ادعای زاویه باز را تأیید می‌کند. طول موج غالب (λ_d) برای این مثال بین 520 نانومتر تا 535 نانومتر قرار دارد که آن را در طیف سبز قرار می‌دهد. ولتاژ مستقیم (V_F) در 20 میلی‌آمپر از 2.7 ولت تا 3.5 ولت متغیر است. یک مقاومت محدودکننده جریان در مدار کاربردی اجباری است تا از تجاوز از حداکثر جریان مستقیم جلوگیری کند، زیرا ال‌ای‌دی‌ها رابطه غیرخطی I-V را نشان می‌دهند که در آن افزایش کوچک ولتاژ می‌تواند باعث افزایش جریان بزرگ و بالقوه مخرب شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، ال‌ای‌دی‌ها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های عملکردی مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

خروجی نوری در سه کد دسته‌بندی دسته‌بندی شده است: V2 (1120-900 میلی‌کاندلا)، W1 (1420-1120 میلی‌کاندلا) و W2 (1800-1420 میلی‌کاندلا). تلرانس برای شدت نور ±11% است. طراحان هنگام طراحی برای حداقل نیازهای روشنایی باید این تغییرات را در نظر بگیرند.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

رنگ (طول موج غالب) در سه کد دسته‌بندی شده است: X (525-520 نانومتر)، Y (530-525 نانومتر) و Z (535-530 نانومتر)، با تلرانس دقیق ±1 نانومتر. این امر ثبات رنگ را در یک دسته تضمین می‌کند که برای کاربردهایی که چندین ال‌ای‌دی در مجاورت یکدیگر استفاده می‌شوند، حیاتی است.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم در چهار دسته مرتب شده است: 10 (2.90-2.70 ولت)، 11 (3.10-2.90 ولت)، 12 (3.30-3.10 ولت) و 13 (3.50-3.30 ولت)، با تلرانس ±0.1 ولت. آگاهی از دسته V_Fبرای محاسبه مقدار دقیق مقاومت محدودکننده جریان برای دستیابی به جریان راه‌اندازی مورد نظر، به ویژه هنگام کار با منبع تغذیه کم‌ولتاژ یا با تنظیم دقیق، مهم است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

قطعه از بسته‌بندی P-LCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) استفاده می‌کند. نقشه‌های دقیق ابعاد بسته‌بندی در دیتاشیت ارائه شده است که طول، عرض، ارتفاع، فاصله پایه‌ها و هندسه پد را مشخص می‌کند. این ابعاد برای طراحی جای پایه PCB حیاتی هستند. بسته‌بندی دارای بدنه سفید است که به انعکاس نور کمک می‌کند و یک لنز اپوکسی شفاف بی‌رنگ. قطبیت توسط ساختار فیزیکی بسته‌بندی نشان داده می‌شود، معمولاً با یک شکاف یا کاتد علامت‌گذاری شده. الگوی پد PCB توصیه شده، لحیم‌کاری صحیح و پایداری مکانیکی را تضمین می‌کند.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت و لحیم‌کاری صحیح برای حفظ یکپارچگی و عملکرد قطعه حیاتی است.

5.1 پروفیل لحیم‌کاری ری‌فلو

برای لحیم‌کاری بدون سرب، باید یک پروفیل دمای خاص دنبال شود. مرحله پیش‌گرمایش باید طی 120-60 ثانیه از 150 درجه سلسیوس تا 200 درجه سلسیوس افزایش یابد. زمان بالاتر از دمای مایع (217 درجه سلسیوس) باید برای 150-60 ثانیه حفظ شود، با حداکثر دمای پیک که بیش از 10 ثانیه از 260 درجه سلسیوس تجاوز نکند. حداکثر نرخ گرمایش باید 3 درجه سلسیوس بر ثانیه باشد و نرخ خنک‌سازی نباید از 6 درجه سلسیوس بر ثانیه تجاوز کند. لحیم‌کاری ری‌فلو نباید بیش از دو بار بر روی یک قطعه انجام شود.

5.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار رود. دمای نوک هویه باید زیر 350 درجه سلسیوس باشد و زمان تماس با هر ترمینال نباید بیش از 3 ثانیه باشد. استفاده از هویه کم‌توان (≤25 وات) توصیه می‌شود. حداقل فاصله 2 ثانیه بین لحیم‌کاری هر ترمینال باید رعایت شود تا از شوک حرارتی جلوگیری شود.

5.3 نگهداری و حساسیت به رطوبت

قطعات در کیسه‌های مقاوم در برابر رطوبت همراه با ماده جاذب رطوبت و کارت نشانگر رطوبت بسته‌بندی شده‌اند. کیسه باید بلافاصله قبل از استفاده در محیطی کنترل شده با کمتر از 30 درجه سلسیوس و 60% رطوبت نسبی باز شود. پس از باز شدن، قطعات باید در طول عمر مفید مشخص شده (که در متن صراحتاً ذکر نشده اما معمولاً توسط سطح حساسیت به رطوبت، MSL تعریف می‌شود) استفاده شوند. اگر کارت نشانگر رطوبت بیش از حد را نشان دهد، قطعات باید قبل از استفاده به مدت 24 ساعت در دمای 60 درجه سلسیوس ±5 درجه سلسیوس پخته شوند.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

ال‌ای‌دی‌ها بر روی نوار حامل برجسته 8 میلی‌متری عرضه می‌شوند و در قرقره‌های استاندارد بارگیری می‌شوند. یک قرقره معمولی حاوی 2000 قطعه است، اگرچه مقادیر حداقل سفارش 250، 500 یا 1000 قطعه ممکن است موجود باشد. ابعاد قرقره و نوار به طور دقیق مشخص شده است تا سازگاری با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک تضمین شود. برچسب بسته‌بندی شامل اطلاعات حیاتی مانند شماره محصول، مقدار و کدهای دسته‌بندی خاص برای شدت نور (CAT)، طول موج غالب (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF) به همراه شماره دسته برای ردیابی است.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

• فضای داخلی خودرو:نورپس زمینه برای ابزارهای صفحه‌کیلومتر، دکمه‌های کنترل و کلیدها. زاویه دید گسترده، دید از موقعیت‌های مختلف راننده را تضمین می‌کند.
• مخابرات/الکترونیک مصرفی:نشانگرهای وضعیت و نورپس زمینه صفحه کلید در تلفن‌ها، دستگاه‌های فکس و کنترل از راه دور. مصرف جریان پایین برای عمر باتری مفید است.
• چراغ‌های نشانگر عمومی:نشانگر وضعیت برق، انتخاب حالت و هشدار در دستگاه‌های الکترونیکی مختلف.
• کاربردهای لوله نوری:خروجی نور بهینه و زاویه باز، این سری را برای کوپلینگ به لوله‌های نوری آکریلیک یا پلی‌کربنات ایده‌آل می‌سازد، که سپس نور را به مکان مورد نظر روی یک پنل هدایت می‌کنند و امکان طراحی مکانیکی انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کنند.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری برای تنظیم جریان مستقیم استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_Fمحاسبه کنید. از حداکثر V_Fاز دیتاشیت (یا دسته خاص) استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان تحت بدترین شرایط هرگز از حداکثر ریتینگ تجاوز نمی‌کند.
• مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان پایین است، در صورت کار در دمای محیط بالا یا نزدیک به حداکثر جریان، اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس PCB یا وایاهای حرارتی وجود دارد تا دمای اتصال در محدوده مجاز حفظ شود.
• محافظت در برابر ESD:قطعه دارای ریتینگ تحمل ESD معادل 1000 ولت (HBM) است. در حین جابجایی و مونتاژ، اقدامات احتیاطی استاندارد ESD را اجرا کنید. برای کاربردهای حساس، در نظر بگیرید که سرکوب‌کننده ولتاژ گذرا را روی خطوط متصل به ال‌ای‌دی اضافه کنید.
• طراحی نوری:برای کاربردهای لوله نوری، فاصله و تراز بین ال‌ای‌دی و ورودی لوله حیاتی است. زاویه دید گسترده کمک می‌کند اما ممکن است نیاز به یک فنجان رفلکتور یا طراحی لوله سفارشی برای حداکثر کردن راندمان کوپلینگ داشته باشد.

8. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده کلیدی سری 67-21، رفلکتور یکپارچه در داخل بسته‌بندی P-LCC-2 است. در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های SMD استاندارد بدون این ویژگی، راندمان خروجی نور برتر و الگوی پرتو کنترل‌شده‌تر و گسترده‌تری را ارائه می‌دهد. این امر نیاز به رفلکتور خارجی را در بسیاری از طراحی‌ها حذف می‌کند و در فضا و هزینه صرفه‌جویی می‌کند. ترکیب زاویه دید گسترده 120 درجه و موجودی در رنگ‌های متعدد در داخل یک جای پایه بسته‌بندی یکسان، انعطاف‌پذیری طراحی را فراهم می‌کند. سازگاری آن با تمام فرآیندهای اصلی لحیم‌کاری نیز آن را به یک قطعه همه‌کاره و قابل جایگزینی برای خطوط تولید مختلف تبدیل می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 چرا مقاومت محدودکننده جریان کاملاً ضروری است؟

ال‌ای‌دی‌ها دیودهایی با رابطه نمایی جریان-ولتاژ (I-V) هستند. افزایش کوچک ولتاژ فراتر از ولتاژ مستقیم اسمی باعث افزایش بسیار زیاد جریان می‌شود. بدون یک مقاومت برای محدود کردن این جریان، ال‌ای‌دی به سرعت جریان بیش از حدی می‌کشد که منجر به گرمای بیش از حد و خرابی فاجعه‌بار می‌شود، حتی اگر ولتاژ منبع تغذیه فقط کمی بالا به نظر برسد. مقاومت یک افت ولتاژ خطی و قابل پیش‌بینی را برای تثبیت جریان فراهم می‌کند.

9.2 آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را مستقیماً با یک منبع ولتاژ راه‌اندازی کنم؟

خیر. راه‌اندازی مستقیم یک ال‌ای‌دی با یک منبع ولتاژ به شدت منع شده است و به احتمال زیاد قطعه را از بین می‌برد. باید با یک منبع جریان یا، رایج‌تر، یک منبع ولتاژ به صورت سری با یک مقاومت محدودکننده جریان همانطور که در بالا توضیح داده شد، راه‌اندازی شود.

9.3 "دسته‌بندی" پارامترها برای طراحی من چه معنایی دارد؟

دسته‌بندی به این معنی است که ال‌ای‌دی‌ها بر اساس عملکرد آزمایش و در گروه‌هایی مرتب می‌شوند. اگر طراحی شما نیاز به روشنایی یا رنگ بسیار یکنواخت در بین چندین واحد دارد، باید هنگام سفارش، کدهای دسته‌بندی مورد نیاز را مشخص کنید (مثلاً W2 برای بالاترین روشنایی، Y برای یک سایه سبز خاص). اگر طراحی شما می‌تواند تغییرات بیشتری را تحمل کند، ممکن است ترکیب گسترده‌تری از دسته‌ها را بپذیرید که می‌تواند مقرون به صرفه‌تر باشد.

9.4 چند بار می‌توانم این قطعه را ری‌فلو لحیم کنم؟

دیتاشیت مشخص می‌کند که لحیم‌کاری ری‌فلو نباید بیش از دو بار انجام شود. هر چرخه ری‌فلو قطعه را در معرض تنش حرارتی قرار می‌دهد که به طور بالقوه می‌تواند باعث تخریب اتصالات سیمی داخلی یا مواد پوششی اپوکسی شود. برای تعمیر، دستورالعمل‌های خاصی با استفاده از هویه دو سر برای به حداقل رساندن گرمایش موضعی ارائه شده است.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی پنل کلید غشایی با نورپس زمینه.یک طراح در حال ایجاد یک پنل کنترل با 12 دکمه روشن است. هر دکمه از یک لوله نوری برای هدایت نور از یک ال‌ای‌دی SMD نصب شده روی PCB اصلی به کلاهک دکمه استفاده می‌کند. سری 67-21 به دلیل زاویه دید گسترده‌اش انتخاب شده است که کوپلینگ کارآمد به ورودی لوله نوری را تضمین می‌کند و همچنین به دلیل مصرف جریان پایین آن، زیرا پنل توسط یک ریل 5 ولتی با بودجه جریان محدود تغذیه می‌شود. طراح مقدار مقاومت محدودکننده جریان را با استفاده از حداکثر V_Fمعادل 3.5 ولت برای تضمین عملکرد ایمن در تمام واحدها محاسبه می‌کند: R = (5V - 3.5V) / 0.02A = 75 اهم. یک مقاومت استاندارد 75Ω یا 82Ω انتخاب می‌شود. چیدمان PCB ال‌ای‌دی‌ها را دقیقاً زیر دهانه‌های لوله نوری قرار می‌دهد و مونتاژ پروفیل ری‌فلو مشخص شده را دنبال می‌کند. با مشخص کردن یک دسته طول موج دقیق (مثلاً Y: 530-525 نانومتر)، طراح اطمینان حاصل می‌کند که همه دکمه‌ها رنگ سبز یکنواختی دارند.

11. معرفی اصل عملکرد

دیودهای نورافشان، دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌های ماده نوع n در ناحیه فعال با حفره‌های ماده نوع p بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف باند مواد نیمه‌هادی مورد استفاده (مثلاً InGaN برای سبز/آبی) تعیین می‌شود. رفلکتور یکپارچه در سری 67-21 یک حفره شکل‌داده شده در اطراف تراشه نیمه‌هادی است. نورهایی را که در غیر این صورت به صورت جانبی ساطع می‌شدند یا توسط بسته‌بندی جذب می‌شدند، به سمت جهت دید بالا منعکس می‌کند و در نتیجه خروجی نور مفید را افزایش می‌دهد و الگوی تابش را به یک پرتو گسترده‌تر و یکنواخت‌تر شکل می‌دهد.

12. روندهای فناوری

روند کلی در ال‌ای‌دی‌های نشانگر SMD به سمت راندمان بالاتر (خروجی نور بیشتر در واحد توان الکتریکی)، بهبود ثبات رنگ از طریق دسته‌بندی پیشرفته و کنترل تولید و افزایش قابلیت اطمینان ادامه دارد. فناوری‌های بسته‌بندی در حال تکامل هستند تا امکان زوایای دید حتی گسترده‌تر و مدیریت حرارتی بهتر در جای پایه‌های کوچک‌تر را فراهم کنند. همچنین تأکید فزاینده‌ای بر سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب و دمای بالا برای برآورده کردن مقررات زیست‌محیطی جهانی و نیازهای کاربردهای درجه خودرو وجود دارد. یکپارچه‌سازی ویژگی‌های نوری، مانند رفلکتور در این سری، مستقیماً در بسته‌بندی ال‌ای‌دی، یک روند کلیدی است که طراحی محصول نهایی را ساده می‌کند و عملکرد نوری را بهبود می‌بخشد.