دیتاشیت LED SMD 3014 سفید - ابعاد 3.0x1.4x0.8 میلی‌متر - ولتاژ 2.4-3.6 ولت - توان 0.093 وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک LED از نوع نصب سطحی (SMD) در قالب پکیج 3014 را ارائه می‌دهد که برای انتشار نور از بالا پیکربندی شده است. رنگ اصلی نور منتشر شده سفید است که از طریق ترکیب ماده چیپ InGaN و یک رزین پوششی زردرنگ حاصل می‌شود. این قطعه برای کاربردهای نشانگر و روشنایی عمومی طراحی شده است که در آن عملکرد قابل اعتماد و سهولت مونتاژ از اهمیت بالایی برخوردار است.

مزایای اصلی این LED شامل پکیج فشرده P-LCC-2 آن است که امکان نصب با چگالی بالا روی PCB را فراهم می‌کند. این قطعه دارای رفلکتور داخلی و بدنه سفید رنگ برای افزایش خروجی نور و جهت‌دهی آن است. دستگاه کاملاً با استانداردهای مدرن زیست‌محیطی و تولیدی مطابقت دارد، بدون سرب، مطابق با RoHS، مطابق با REACH و بدون هالوژن است. این قطعه مطابق با استاندارد JEDEC J-STD-020D Level 3 برای حساسیت رطوبتی از پیش شرط‌گذاری شده است که قابلیت اطمینان در فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو را تضمین می‌کند.

بازار هدف طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی را شامل می‌شود که به نشانگر وضعیت، نور پس‌زمینه یا روشنایی عمومی نیاز دارند. طراحی آن را برای الکترونیک مصرفی و صنعتی مناسب می‌سازد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدودیت‌های مطلق عملکرد

محدودیت‌های عملیاتی دستگاه تحت شرایط محیطی استاندارد (Ta=25°C) تعریف شده است. تجاوز از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. این حداکثر ولتاژی است که می‌توان در جهت معکوس روی پایانه‌های LED اعمال کرد.
• جریان مستقیم (IF):30 میلی‌آمپر. حداکثر جریان DC پیوسته توصیه شده برای عملکرد قابل اعتماد.
• جریان مستقیم پیک (IFP):60 میلی‌آمپر. این تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 در فرکانس 1 کیلوهرتز مجاز است.
• توان اتلافی (Pd):93 میلی‌وات. حداکثر توانی که پکیج می‌تواند بدون تجاوز از حد دمای اتصال تلف کند.
• دمای اتصال (Tj):115 درجه سانتی‌گراد. حداکثر دمای مجاز اتصال نیمه‌هادی.
• دمای عملیاتی (Topr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیطی که دستگاه برای کار در آن مشخص شده است.
• دمای نگهداری (Tstg):40- درجه سانتی‌گراد تا 90+ درجه سانتی‌گراد.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):مقاوم در برابر 2000 ولت (مدل بدن انسان)، که نشان‌دهنده حساسیت متوسط در هنگام جابجایی است.
• دمای لحیم‌کاری:دستگاه می‌تواند لحیم‌کاری ریفلو با دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه، یا لحیم‌کاری دستی در دمای 350 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه برای هر پایانه را تحمل کند.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکال

پارامترهای کلیدی عملکرد در دمای Ta=25°C و با جریان مستقیم (IF) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند که شرایط آزمایش استاندارد است.

• شدت نور (Iv):از حداقل 2240 میلی‌کاندلا تا حداکثر 3550 میلی‌کاندلا متغیر است، با یک مقدار معمولی که در این محدوده قرار دارد. تلرانس ±11٪ برای شدت نور اعمال می‌شود.
• زاویه دید (2θ1/2):زاویه کامل در جایی که شدت نور نصف شدت پیک است، معمولاً 120 درجه است که نشان‌دهنده الگوی دید گسترده مناسب برای روشنایی منتشر است.
• ولتاژ مستقیم (VF):در جریان 20 میلی‌آمپر از 2.40 ولت تا 3.60 ولت متغیر است. تلرانس ولتاژ مستقیم ±0.1 ولت مشخص شده است. این پارامتر برای طراحی مدار محدودکننده جریان بسیار مهم است.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس 5 ولت اعمال می‌شود، که نشان‌دهنده ویژگی‌های دیودی خوب است.
• تلرانس مختصات رنگی:نقطه رنگ روی نمودار CIE دارای تلرانس ±0.01 است که برای یکنواختی رنگ در کاربردهایی که به چندین LED نیاز دارند، مهم است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از یکنواختی در روشنایی و رنگ، LEDها بر اساس عملکرد اندازه‌گیری شده در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

LEDها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در IF=20mA در دو دسته اصلی طبقه‌بندی می‌شوند:

• کد دسته BB:محدوده شدت نور از 2240 میلی‌کاندلا تا 2800 میلی‌کاندلا.
• کد دسته CA:محدوده شدت نور از 2800 میلی‌کاندلا تا 3550 میلی‌کاندلا.

تلرانس ±11٪ در هر دسته اعمال می‌شود. این دسته‌بندی به طراحان اجازه می‌دهد LEDهای مناسب برای سطح روشنایی مورد نیاز در کاربرد خود را انتخاب کنند.

3.2 دسته‌بندی مختصات رنگی

رنگ نور سفید توسط مختصات آن روی نمودار رنگی CIE 1931 تعریف می‌شود. دیتاشیت جدولی دقیق از کدهای دسته (مانند SB, J5, J6, K5, K6, L5, L6, M5, M6) با مقادیر حداقل و حداکثر مختصات x و y مربوطه ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، کد دسته J5 مختصات از (0.2800, 0.2566) تا (0.2800, 0.2666) را پوشش می‌دهد. این دسته‌بندی دقیق برای کاربردهایی که یکنواختی رنگ در بین چندین LED حیاتی است، مانند نور پس‌زمینه نمایشگر یا نورپردازی معماری، ضروری است. تلرانس برای این مختصات ±0.01 است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه است که بینش عمیق‌تری از رفتار LED تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهد.

4.1 توزیع طیفی

منحنی توزیع طیفی معمولی، شدت نسبی نور منتشر شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد. برای یک LED سفید، این معمولاً یک قله پهن در ناحیه آبی (از چیپ InGaN) و یک قله ثانویه پهن‌تر در ناحیه زرد-سبز (از تبدیل فسفر) را نشان می‌دهد. طول‌موج پیک (λp) یک پارامتر کلیدی است. این منحنی با منحنی پاسخ استاندارد چشم V(λ) مقایسه می‌شود.

4.2 الگوی تابش

نمودار ویژگی‌های تابش (شدت نسبی در برابر زاویه) به صورت بصری زاویه دید 120 درجه را نشان می‌دهد و چگونگی کاهش شدت نور از مرکز (محور 0 درجه) به لبه‌ها را نمایش می‌دهد.

4.3 جریان مستقیم در برابر ولتاژ مستقیم

این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان عبوری از LED و افت ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. این برای طراحی مدار درایور ضروری است، زیرا یک تغییر کوچک در ولتاژ می‌تواند منجر به تغییر بزرگی در جریان شود. منحنی معمولاً یک افزایش نمایی را نشان می‌دهد.

4.4 رنگ‌سنجی در برابر جریان مستقیم

این نمودار نشان می‌دهد که چگونه مختصات رنگ (x, y) ممکن است با تغییرات جریان عملیاتی جابجا شوند. درک این رابطه برای کاربردهایی که از تنظیم نور یا مدولاسیون جریان استفاده می‌کنند مهم است، زیرا می‌تواند بر یکنواختی رنگ تأثیر بگذارد.

4.5 شدت نور نسبی در برابر جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان درایو افزایش می‌یابد. این رابطه معمولاً در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بالاتر اشباع می‌شود. کار کردن فراتر از ناحیه خطی ناکارآمد است و گرما را افزایش می‌دهد.

4.6 حداکثر جریان مستقیم مجاز در برابر دما

این منحنی کاهش رتبه برای قابلیت اطمینان بسیار مهم است. این منحنی حداکثر جریان مستقیمی را که LED می‌تواند به عنوان تابعی از دمای محیط (یا بدنه) تحمل کند، نشان می‌دهد. با افزایش دما، حداکثر جریان مجاز کاهش می‌یابد تا از گرم شدن بیش از حد اتصال فراتر از حد 115 درجه سانتی‌گراد آن جلوگیری شود. برای هر طراحی که در محیط‌های با دمای بالا کار می‌کند، باید به این نمودار مراجعه کرد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

LED در یک پکیج استاندارد 3014 ارائه می‌شود. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر، با تلرانس معمولی ±0.1 میلی‌متر مگر اینکه مشخص شده باشد) شامل موارد زیر است:

• طول کلی: 3.0 میلی‌متر
• عرض کلی: 1.4 میلی‌متر
• ارتفاع کلی: 0.8 میلی‌متر
• ابعاد و فاصله پد برای طراحی الگوی لند PCB.

نقشه ابعادی برای ایجاد فوت‌پرینت صحیح PCB به منظور اطمینان از لحیم‌کاری و تراز مناسب ضروری است.

5.2 شناسایی قطبیت

نمودار دید از بالا معمولاً علامت کاتد را نشان می‌دهد که برای جهت‌گیری صحیح در حین مونتاژ ضروری است. قطبیت نادرست مانع از روشن شدن LED می‌شود و ممکن است آن را در معرض ولتاژ معکوس قرار دهد.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

پروفیل دمای لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب توصیه شده ارائه شده است. مراحل کلیدی شامل موارد زیر است:

• پیش‌گرمایش:از محیط تا 150-200 درجه سانتی‌گراد با حداکثر نرخ 3 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه افزایش یابد، به مدت 60-120 ثانیه نگه داشته شود.
• ریفلو:دمای بالای 217 درجه سانتی‌گراد باید به مدت 60-150 ثانیه حفظ شود، با حداکثر دمای پیک که از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز نکند و حداکثر به مدت 10 ثانیه نگه داشته شود.
• خنک‌سازی:از بالای 255 درجه سانتی‌گراد با حداکثر نرخ 6 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه خنک شود.

لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار روی یک دستگاه انجام شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه باید کمتر از 350 درجه سانتی‌گراد باشد و زمان تماس برای هر پایانه نباید از 3 ثانیه تجاوز کند. استفاده از هویه کم‌توان (≤25 وات) توصیه می‌شود، با فاصله حداقل 2 ثانیه بین لحیم‌کاری هر پایانه برای اجازه خنک‌شدن.

6.3 نگهداری و جابجایی

• LEDها در کیسه‌های مقاوم در برابر رطوبت بسته‌بندی شده‌اند. کیسه باید بلافاصله قبل از استفاده باز شود.
• محیط توصیه شده پس از باز کردن <30°C و <60% رطوبت نسبی است.
• اگر شرایط سطح حساسیت رطوبت (MSL) فراتر رود، یا اگر کارت نشانگر رطوبت رطوبت بیش از حد را نشان دهد، قطعات باید قبل از استفاده به مدت 24 ساعت در دمای 60°C ±5°C پخته شوند.
• در حین گرم کردن یا پس از لحیم‌کاری نباید تنشی به بدنه LED وارد شود و بردهای مدار نباید تاب بردارند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات ریل و نوار

LEDها روی نوار حامل برجسته‌دار که روی ریل پیچیده شده است عرضه می‌شوند. مقادیر استاندارد بارگذاری شده در هر ریل 250، 500، 1000 یا 2000 قطعه است. ابعاد دقیق جیب نوار حامل، پیتچ و ریل ارائه شده است تا سازگاری با تجهیزات اتوماتیک Pick-and-Place تضمین شود.

7.2 توضیح برچسب

برچسب ریل حاوی اطلاعات کلیدی است: شماره محصول مشتری (CPN)، شماره محصول (P/N)، مقدار بسته‌بندی (QTY)، رتبه شدت نور (CAT)، رتبه طول‌موج غالب/فام (HUE)، رتبه ولتاژ مستقیم (REF) و شماره سری ساخت (LOT No).

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• نشانگرهای وضعیت:ایده‌آل برای سوئیچ‌ها، نمادها و نشانگرهای نوری در الکترونیک مصرفی، لوازم خانگی و پنل‌های کنترل صنعتی.
• نور پس‌زمینه:به دلیل پروفیل نازک و زاویه دید گسترده، برای تلفن‌های همراه، صفحه کلیدها و تابلوهای تبلیغاتی روشن مناسب است.
• روشنایی عمومی:می‌تواند به عنوان جایگزینی برای لامپ‌های نشانگر سنتی در کاربردهای داخلی و خارجی استفاده شود.
• کوپلینگ راهنمای نور:طراحی پکیج برای کوپل کردن نور به راهنماهای نور لبه‌ای برای روشنایی پنل بسیار مناسب است.

8.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• محدودکننده جریان:یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی کاملاً الزامی است. مشخصه نمایی I-V به این معنی است که یک تغییر کوچک در ولتاژ باعث تغییر بزرگی در جریان می‌شود که می‌تواند فوراً LED را از بین ببرد ("سوختن"). مقدار مقاومت باید بر اساس ولتاژ تغذیه و ولتاژ مستقیم LED در جریان عملیاتی مورد نظر محاسبه شود.
• مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان کم است، اما چیدمان مناسب PCB برای دفع گرما مهم است، به ویژه هنگام کار در دمای محیطی بالا یا نزدیک به حداکثر جریان. به منحنی کاهش رتبه مراجعه کنید.
• محافظت در برابر ESD:اگرچه برای 2000 ولت HBM درجه‌بندی شده است، اما باید احتیاط‌های استاندارد ESD در حین جابجایی و مونتاژ رعایت شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای سنتی Through-Hole، این LED SMD 3014 مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد:

• اندازه و چگالی:فوت‌پرینت فشرده 3.0x1.4 میلی‌متری امکان چگالی مونتاژ بسیار بالاتر روی PCB را فراهم می‌کند.
• هزینه مونتاژ:امکان لحیم‌کاری ریفلو و Pick-and-Place کاملاً اتوماتیک را فراهم می‌کند و در مقایسه با نصب دستی، زمان و هزینه مونتاژ را کاهش می‌دهد.
• عملکرد:معمولاً به دلیل تولید و دسته‌بندی اتوماتیک، بازده نوری بالاتر و ویژگی‌های نوری یکنواخت‌تری ارائه می‌دهد.
• قابلیت اطمینان:ساختار حالت جامد و طراحی نصب سطحی عموماً منجر به مقاومت بالاتر در برابر ضربه و لرزش می‌شود.

در خانواده LEDهای SMD، پکیج 3014 تعادلی بین خروجی نور، اندازه و هزینه ارائه می‌دهد و آن را بین پکیج‌های کوچکتر مانند 0402/0603 (خروجی کمتر) و پکیج‌های بزرگتر مانند 2835/5050 (خروجی بیشتر) قرار می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: برای منبع تغذیه 5 ولت به چه مقدار مقاومت نیاز دارم؟

پاسخ: با استفاده از قانون اهم: R = (Vsupply - Vf) / If. با فرض Vf معمولی 3.0 ولت و If مورد نظر 20 میلی‌آمپر: R = (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 اهم. همیشه برای طراحی محافظه‌کارانه از حداکثر Vf از دیتاشیت (3.6V) استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود جریان از محدودیت‌ها تجاوز نمی‌کند: R_min = (5V - 3.6V) / 0.030A ≈ 47 اهم. مقداری بین 68-100 اهم رایج است.

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

پاسخ: بله، اما با دقت. محدوده ولتاژ مستقیم (2.4V-3.6V) به این معنی است که برخی از LEDها اگر Vf آنها بالاتر باشد ممکن است در 3.3 ولت روشن نشوند. حتی اگر روشن شوند، جریان بدون یک مدار درایور به خوبی تنظیم نخواهد شد. برای کار با 3.3 ولت، استفاده از یک درایور جریان ثابت یا یک مقاومت با مقدار بسیار کم توصیه می‌شود.

سوال: چگونه کدهای دسته شدت نور BB و CA را تفسیر کنم؟

پاسخ: دسته BB شامل LEDهایی با روشنایی کمتر (2240-2800 میلی‌کاندلا) است و دسته CA شامل LEDهای روشن‌تر (2800-3550 میلی‌کاندلا) است. برای ظاهر یکنواخت در یک آرایه، LEDها را از یک کد دسته یکسان مشخص و استفاده کنید.

سوال: در دیتاشیت ذکر شده \"رزین نقطه‌دار کمی سبزرنگ\". آیا این بر رنگ نور تأثیر می‌گذارد؟

پاسخ: رنگ زرد/سبز رزین بخشی از سیستم تبدیل رنگ است. چیپ InGaN نور آبی ساطع می‌کند که فسفرهای درون رزین را برانگیخته کرده تا نور زرد تولید کند. ترکیب حاصل نور سفید را ایجاد می‌کند. رنگ خود رزین، رنگ نور منتشر شده نیست.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال 1: پنل نشانگر وضعیت چند LED

یک پنل کنترل به 10 نشانگر سفید یکنواخت نیاز دارد. برای اطمینان از یکنواختی، طراح باید:

1. همه LEDها را از یک دسته شدت نور یکسان (مثلاً CA) و یک دسته رنگ‌سنجی یکسان (مثلاً K5) مشخص کند.

2. از مقاومت‌های محدودکننده جریان یکسان برای هر LED استفاده کند که با استفاده از حداکثر Vf محاسبه شده است.

3. PCB را به گونه‌ای چیدمان کند که طول مسیرهای مساوی و تخلیه حرارتی یکسانی برای هر پد LED فراهم کند تا تغییرات به حداقل برسد.

مثال 2: نور پس‌زمینه یک نمایشگر کوچک

چهار LED در امتداد لبه یک راهنمای نور برای روشن کردن یک LCD قرار می‌گیرند. مراحل کلیدی:

1. جایگذاری LED و زاویه دید (120° مناسب است) را برای اطمینان از کوپلینگ یکنواخت به راهنما انتخاب کنید.

2. در نظر بگیرید که به جای مقاومت‌های جداگانه، از یک IC درایور LED با جریان ثابت استفاده کنید تا روشنایی یکسان را تضمین کرده و امکان تنظیم نور از طریق PWM فراهم شود.

3. تأیید کنید که دمای عملیاتی داخل محفظه دستگاه نیازی به کاهش رتبه جریان مستقیم با استفاده از منحنی \"حداکثر جریان مستقیم مجاز در برابر دما\" ندارد.

12. اصل عملکرد

این یک دیود نورافشان حالت جامد است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از ولتاژ مستقیم مشخصه آن (Vf) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها درون ماده نیمه‌هادی InGaN بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. انتشار اولیه از چیپ در طیف آبی است. این نور آبی سپس به ذرات فسفر جاسازی شده در رزین پوششی برخورد می‌کند. فسفرها نور آبی را جذب کرده و نور را در طیف وسیع‌تری، عمدتاً در ناحیه زرد، مجدداً منتشر می‌کنند. چشم انسان ترکیب نور آبی مستقیم و نور زرد تبدیل شده توسط فسفر را به عنوان نور سفید درک می‌کند. رفلکتور داخلی و بدنه سفید پکیج به هدایت بیشتر این نور منتشر شده از بالای دستگاه کمک می‌کنند و شدت نور کلی را افزایش می‌دهند.

13. روندهای فناوری

تکامل LEDهای SMD مانند 3014 چندین روند صنعتی واضح را دنبال می‌کند:

افزایش بازده:بهبودهای مستمر در اپیتاکسی نیمه‌هادی و فناوری فسفر همچنان به افزایش بازده نوری (لومن بر وات) ادامه می‌دهند و امکان نور روشن‌تر یا مصرف انرژی کمتر از همان اندازه پکیج را فراهم می‌کنند.

کیفیت رنگ:پیشرفت‌ها در ترکیبات چند فسفری و طراحی چیپ در حال بهبود شاخص نمود رنگ (CRI) و امکان تنظیم دقیق‌تر دمای رنگ سفید (CCT) هستند.

میکروساخت و یکپارچه‌سازی:در حالی که 3014 همچنان محبوب است، روندی به سمت پکیج‌های حتی کوچکتر با خروجی قابل مقایسه، و همچنین ماژول‌های LED یکپارچه که LED، درایور و مدار کنترل را در یک پکیج واحد ترکیب می‌کنند، وجود دارد.

نورپردازی هوشمند:بازار گسترده‌تر به سمت LEDهایی در حال حرکت است که آدرس‌پذیر و قابل تنظیم (CCT و تنظیم نور) هستند، اگرچه این معمولاً به پکیج‌های پیچیده‌تری نسبت به LED نشانگر پایه توصیف شده در اینجا نیاز دارد.

قابلیت اطمینان و استانداردسازی:تداوم پایبندی و توسعه استانداردها برای آزمایش، دسته‌بندی و قابلیت اطمینان (مانند LM-80 برای نگهداری لومن) داده‌های عملکرد بلندمدت قابل پیش‌بینی‌تری را در اختیار طراحان قرار می‌دهد.