لامپ LED آبی پخش‌شونده T-1 3 میلی‌متری - طول موج اوج 468 نانومتر - ولتاژ مستقیم 3.0 ولت - اتلاف توان 102 میلی‌وات - برگه فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند، مشخصات فنی کامل یک دیود نورافشان (LED) آبی با بازدهی بالا در بسته‌بندی متداول T-1 (3 میلی‌متری) با پایه‌های عبوری را ارائه می‌دهد. این قطعه دارای یک لنز پخش‌کننده نور است که در مقایسه با لنزهای شفاف، توزیع نور وسیع‌تر و یکنواخت‌تری ایجاد می‌کند و آن را برای کاربردهای نشانگر و نور پس‌زمینه که در آنها روشنایی نرم و بدون خیرگی مطلوب است، مناسب می‌سازد. مزایای اصلی این LED شامل مطابقت با دستورالعمل‌های RoHS (که نشان‌دهنده ساخت آن بدون استفاده از مواد خطرناکی مانند سرب است)، مصرف توان پایین و قابلیت اطمینان بالا می‌باشد. این قطعه برای نصب همه‌کاره بر روی بردهای مدار چاپی (PCB) یا پنل‌ها طراحی شده و به دلیل نیاز جریانی پایین، با سطوح درایو مدارهای مجتمع (IC) سازگار است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

حداکثر مقادیر مجاز مطلق، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (T_A) برابر 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند و تحت هیچ شرایط کاری نباید از آنها تجاوز کرد.

• اتلاف توان (P_D):102 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که LED می‌تواند به صورت گرما تلف کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):60 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مجاز تحت شرایط پالسی است که در چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه تعریف می‌شود. این مقدار به طور قابل توجهی بالاتر از رتبه DC است و امکان فلاش‌های کوتاه و پر شدت را فراهم می‌کند.
• جریان مستقیم DC (I_F):30 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته‌ای است که برای عملکرد مطمئن بلندمدت توصیه می‌شود.
• کاهش رتبه جریان:کاهش خطی به میزان 0.5 میلی‌آمپر بر درجه سلسیوس از دمای 30 درجه سلسیوس. برای دمای محیط بالاتر از 30 درجه سلسیوس، حداکثر جریان مستقیم DC مجاز باید کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.
• محدوده دمای کاری:30- درجه سلسیوس تا 80+ درجه سلسیوس. عملکرد قطعه در این محدوده دمای محیط تضمین می‌شود.
• محدوده دمای نگهداری:40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. قطعه می‌تواند بدون تخریب در این محدوده‌ها نگهداری شود.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها:260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 2.0 میلی‌متر (0.8 اینچ) از بدنه LED. این مشخصه، پروفایل حرارتی قابل قبول برای فرآیندهای لحیم‌کاری دستی یا موجی را تعریف می‌کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

این پارامترها در T_A=25 درجه سلسیوس و I_F=20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند که شرایط آزمایش استاندارد است. آنها عملکرد معمول قطعه را تعریف می‌کنند.

• شدت نورانی (I_V):85 (حداقل)، 180 (معمول)، 520 (حداکثر) میلی‌کاندلا. این معیاری از روشنایی درک‌شده LED توسط چشم انسان است که با استفاده از یک سنسور فیلترشده برای تطابق با منحنی پاسخ فوتوپیک CIE اندازه‌گیری می‌شود. محدوده وسیع نشان‌دهنده استفاده از یک سیستم دسته‌بندی (بن) است که در بخش 3 به تفصیل شرح داده می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):45 درجه (معمول). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نورانی به نصف مقدار خود در محور مرکزی (0 درجه) کاهش می‌یابد. لنز پخش‌کننده این زاویه دید وسیع را ایجاد می‌کند.
• طول موج اوج تابش (λ_P):468 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن خروجی توان نوری حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):465 نانومتر (حداقل)، 475 نانومتر (حداکثر). این مقدار از نمودار رنگی CIE استخراج می‌شود و نشان‌دهنده طول موج واحدی است که به بهترین وجه رنگ درک‌شده (آبی) LED را تعریف می‌کند. این پارامتر نیز مشمول دسته‌بندی (بنینگ) است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع‌شده است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):3.0 ولت (معمول)، 3.4 ولت (حداکثر). افت ولتاژ دو سر LED هنگامی که با جریان 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5 ولت. LED برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این پارامتر فقط برای مشخص‌سازی نشتی است.
• ظرفیت خازنی (C):40 پیکوفاراد (معمول) در V_F=0 ولت، f=1 مگاهرتز. این ظرفیت پیوندی است که برای کاربردهای سوئیچینگ پرسرعت مرتبط است.

3. مشخصات سیستم دسته‌بندی (بنینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در روشنایی و رنگ برای کاربردهای تولیدی، LEDها در دسته‌های مختلف (بن) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که معیارهای حداقل عملکرد خاص را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شدت نورانی

واحد: میلی‌کاندلا @ 20 میلی‌آمپر. تلرانس برای هر حد بن ±15% است.

• بن E: 85 – 110 میلی‌کاندلا
• بن F: 110 – 140 میلی‌کاندلا
• بن G: 140 – 180 میلی‌کاندلا
• بن H: 180 – 240 میلی‌کاندلا
• بن J: 240 – 310 میلی‌کاندلا
• بن K: 310 – 400 میلی‌کاندلا
• بن L: 400 – 520 میلی‌کاندلا

کد بن خاص برای شدت نورانی بر روی بسته‌بندی محصول درج شده است.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

واحد: نانومتر @ 20 میلی‌آمپر. تلرانس برای هر حد بن ±1 نانومتر است.

• بن B08: 465 – 470 نانومتر
• بن B09: 470 – 475 نانومتر

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاصی در برگه مشخصات ارجاع داده شده‌اند (شکل 1، شکل 6)، منحنی‌های معمول برای چنین LEDهایی روابط کلیدی زیر را نشان می‌دهند:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):رابطه نمایی بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. ولتاژ زانو برای LEDهای آبی حدود 2.8 تا 3.0 ولت است.
• شدت نورانی نسبی در مقابل جریان مستقیم:روشنایی تقریباً به صورت خطی با جریان افزایش می‌یابد تا به نقطه‌ای برسد، پس از آن بازده ممکن است به دلیل گرمایش کاهش یابد.
• شدت نورانی نسبی در مقابل دمای محیط:خروجی نورانی معمولاً با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. ضریب کاهش رتبه 0.5 میلی‌آمپر بر درجه سلسیوس برای مدیریت این اثر حرارتی اعمال می‌شود.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج که یک قله در حدود 468 نانومتر با نیم‌عرض معمول 20 نانومتر نشان می‌دهد.
• الگوی زاویه دید:نمودار قطبی که مشخصه توزیع لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی یک لنز پخش‌کننده را نشان می‌دهد، که در آن شدت نور در فاصله ±22.5 درجه از محور به نصف کاهش می‌یابد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

LED در یک بسته‌بندی استاندارد T-1 با لنز پخش‌کننده به قطر 3 میلی‌متر قرار دارد. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است:

• تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر است (مقادیر اینچی در پرانتز ارائه شده‌اند).
• تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر (±0.010 اینچ) است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
• حداکثر بیرون‌زدگی رزین در زیر فلنج 1.0 میلی‌متر (0.04 اینچ) است.
• فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بدنه بسته‌بندی خارج می‌شوند.

5.2 شناسایی قطبیت

برای LEDهای با پایه عبوری، کاتد معمولاً توسط یک قسمت صاف روی لبه لنز، یک پایه کوتاه‌تر یا یک شکاف روی فلنج شناسایی می‌شود. برای علامت‌گذاری قطبیت خاص این قطعه باید به نمودار برگه مشخصات مراجعه کرد. قطبیت صحیح برای عملکرد ضروری است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 شکل‌دهی پایه‌ها

• خم کردن باید در نقطه‌ای حداقل 3 میلی‌متر از پایه لنز LED انجام شود.
• پایه قاب سیم‌پیچ (لید فریم) نباید به عنوان تکیه‌گاه در حین خم کردن استفاده شود.
• شکل‌دهی پایه‌ها باید در دمای اتاق وقبل ازفرآیند لحیم‌کاری انجام شود.
• در حین مونتاژ PCB، از حداقل نیروی گیره‌ای لازم استفاده کنید تا از اعمال تنش مکانیکی بیش از حد بر روی بسته‌بندی LED جلوگیری شود.

6.2 فرآیند لحیم‌کاری

بسیار مهم:حداقل فاصله 3 میلی‌متر از پایه لنز تا نقطه لحیم‌کاری باید حفظ شود. برای جلوگیری از بالا آمدن اپوکسی روی قاب سیم‌پیچ که می‌تواند باعث مشکلات لحیم‌کاری شود، باید از فرو بردن لنز در قلع لحیم اجتناب کرد.

شرایط توصیه‌شده:

• هویه لحیم‌کاری:دما: حداکثر 300 درجه سلسیوس. زمان: حداکثر 3 ثانیه (فقط لحیم‌کاری یک‌باره).
• لحیم‌کاری موجی:پیش‌گرم: حداکثر 100 درجه سلسیوس به مدت حداکثر 60 ثانیه. موج قلع: حداکثر 260 درجه سلسیوس به مدت حداکثر 5 ثانیه.

نکته مهم:دمای لحیم‌کاری بیش از حد و/یا زمان طولانی می‌تواند باعث تغییر شکل لنز LED یا خرابی فاجعه‌بار شود. لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز (IR) برای این نوع LED با پایه عبوریمناسبنیست.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری، فقط از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل استفاده کنید.

6.4 نگهداری

• محیط نگهداری توصیه‌شده نباید از 30 درجه سلسیوس و 70 درصد رطوبت نسبی تجاوز کند.
• LEDهایی که از بسته‌بندی اصلی ضد رطوبت خود خارج شده‌اند، باید ظرف سه ماه استفاده شوند.
• برای نگهداری طولانی‌مدت خارج از بسته‌بندی اصلی، در یک ظرف دربسته همراه با ماده خشک‌کننده یا در یک خشک‌کننده پُر شده با نیتروژن نگهداری کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

LEDها در کیسه‌های ضد استاتیک بسته‌بندی می‌شوند تا از آسیب تخلیه الکترواستاتیک (ESD) جلوگیری شود.

• کیسه بسته‌بندی: 1000، 500 یا 250 عدد در هر کیسه.
• کارتن داخلی: 10 کیسه بسته‌بندی در هر کارتن (مجموع 10,000 عدد).
• کارتن خارجی: 8 کارتن داخلی در هر کارتن خارجی (مجموع 80,000 عدد).
• توجه: در هر محموله ارسالی، فقط بسته نهایی ممکن است حاوی مقدار غیر کامل باشد.

8. توصیه‌های طراحی کاربردی

8.1 طراحی مدار درایو

LEDها قطعاتی با عملکرد جریانی هستند. برای اطمینان از یکنواختی روشنایی هنگام راه‌اندازی چندین LED به صورت موازی،توصیه اکید می‌شودکه از یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه به صورت سری با هر LED استفاده شود (مدل مدار A). راه‌اندازی چندین LED به صورت موازی از یک منبع ولتاژ واحد با یک مقاومت مشترک (مدل مدار B) توصیه نمی‌شود، زیرا تغییرات جزئی در ولتاژ مستقیم (V_F) هر LED باعث تفاوت‌های قابل توجهی در جریان و در نتیجه روشنایی خواهد شد.

8.2 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

این LED در برابر آسیب ناشی از تخلیه الکترواستاتیک آسیب‌پذیر است. رعایت موارد احتیاطی زیر در حین جابجایی و مونتاژ الزامی است:

• اپراتورها باید از مچ‌بند رسانا یا دستکش ضد استاتیک استفاده کنند.
• تمامی تجهیزات، میزهای کار و قفسه‌های نگهداری باید به درستی زمین‌شده باشند.
• از یونایزرها برای خنثی‌سازی بارهای استاتیک در منطقه کار استفاده کنید.

8.3 محدوده کاربرد و محدودیت‌ها

این LED برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی معمولی از جمله تجهیزات اداری، دستگاه‌های ارتباطی و لوازم خانگی طراحی شده است. این قطعه به طور خاص برای کاربردهایی که قابلیت اطمینان بالا برای ایمنی حیاتی است، مانند هوانوردی، حمل و نقل، کنترل ترافیک، سیستم‌های پزشکی/پشتیبان حیات یا دستگاه‌های ایمنی، طراحی یا واجد شرایط نشده است. برای چنین کاربردهایی، مشورت با سازنده برای استفاده از قطعات واجد شرایط مناسب اجباری است.

9. مقایسه فنی و ملاحظات طراحی

در مقایسه با LEDهای T-1 با لنز شفاف، این نسخه پخش‌شونده الگوی نوری بسیار وسیع‌تر و نرم‌تری ارائه می‌دهد و اثر "نقطه داغ" را حذف می‌کند. این امر آن را برای نشانگرهای پنلی که نیاز به مشاهده از زوایای متعدد دارند، برتر می‌سازد. طول موج آبی 468 نانومتر یک انتخاب متداول برای نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه و نورپردازی تزئینی است. طراحان باید مدیریت حرارتی را به دقت در نظر بگیرند، به ویژه هنگام کار نزدیک به حداکثر جریان مجاز یا در دمای محیط بالا، با استفاده از منحنی کاهش رتبه ارائه شده. ولتاژ مستقیم حدود 3.0 ولت نیاز به ولتاژ درایو بالاتری نسبت به LEDهای قرمز یا سبز استاندارد دارد که باید در طراحی منبع تغذیه لحاظ شود.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از منبع تغذیه 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: خیر. با V_Fمعمول 3.0 ولت در 20 میلی‌آمپر، یک مقاومت محدودکننده جریان سری لازم است. با استفاده از قانون اهم: R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F. برای منبع تغذیه 5 ولت و هدف 20 میلی‌آمپر: R = (5V - 3.0V) / 0.02A = 100 اهم. باید از مقاومت 100 اهم (یا نزدیک‌ترین مقدار استاندارد) استفاده شود.

سوال: تفاوت بین طول موج اوج و طول موج غالب چیست؟

پاسخ: طول موج اوج (λ_P) طول موج فیزیکی با بیشترین خروجی توان طیفی است. طول موج غالب (λ_d) یک مقدار محاسبه‌شده بر اساس درک رنگ انسان (نمودار CIE) است که به بهترین وجه رنگ درک‌شده را نشان می‌دهد. برای LEDهای تک‌رنگ مانند این LED آبی، این دو اغلب نزدیک اما یکسان نیستند.

سوال: چرا برای هر LED در حالت موازی به یک مقاومت جداگانه نیاز است؟

پاسخ: ولتاژ مستقیم LEDها می‌تواند به طور جزئی از قطعه‌ای به قطعه دیگر متفاوت باشد، حتی درون یک بن یکسان. بدون مقاومت‌های جداگانه، LEDهایی با V_Fپایین‌تر جریان نامتناسبی بیشتری می‌کشند که منجر به روشنایی ناهموار و احتمال تنش بیش از حد روی LEDهای با V_F units.

سوال: آیا این LED برای نورپردازی داخلی خودرو مناسب است؟

پاسخ: اگرچه ممکن است عملکرد داشته باشد، اما این برگه مشخصات استاندارد نشان‌دهنده واجد شرایط بودن برای محدوده‌های دمایی گسترده‌تر، لرزش و استانداردهای قابلیت اطمینان مورد نیاز برای کاربردهای خودرویی نیست. برای چنین اهدافی باید از قطعاتی استفاده شود که به طور خاص واجد شرایط استانداردهای درجه خودرو (مانند AEC-Q102) هستند.

11. مثال کاربردی عملی

سناریو:طراحی یک پنل چند نشانگر برای یک قطعه تجهیزات آزمایشی. چهار LED وضعیت آبی برای نشان دادن حالت‌های عملیاتی مختلف (آماده به کار، در حال آزمایش، قبول، مردود) مورد نیاز است. یکنواختی روشنایی برای تجربه کاربری حیاتی است.

پیاده‌سازی طراحی:

1. مدار:از یک پین GPIO میکروکنترلر برای راه‌اندازی هر LED استفاده کنید. هر پین به یک مقاومت محدودکننده جریان 100 اهم و سپس به آند LED متصل می‌شود. کاتدهای LED به زمین متصل می‌شوند.
2. انتخاب قطعه:LEDها را از یک بن شدت نورانی یکسان (مثلاً بن G: 140-180 میلی‌کاندلا) و یک بن طول موج غالب یکسان (مثلاً B08: 465-470 نانومتر) مشخص کنید تا از ثبات رنگ و روشنایی روی پنل اطمینان حاصل شود.
3. چیدمان:LEDها را روی PCB با حداقل شعاع خم توصیه‌شده 3 میلی‌متر برای پایه‌ها قرار دهید. اطمینان حاصل کنید که نقاط لحیم‌کاری روی PCB حداقل 3 میلی‌متر از بدنه LED فاصله دارند.
4. نرم‌افزار:پین‌های GPIO را High کنید (مثلاً 3.3 ولت یا 5 ولت) تا LEDهای مربوطه روشن شوند. مقاومت 100 اهم جریان را تقریباً به (3.3V-3.0V)/100Ω = 3 میلی‌آمپر یا (5V-3.0V)/100Ω = 20 میلی‌آمپر (بسته به ولتاژ منبع تغذیه) تنظیم می‌کند و روشنایی ایمن و کنترل‌شده‌ای فراهم می‌کند.

12. اصل عملکرد

یک دیود نورافشان یک قطعه نیمه‌هادی پیوند p-n است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل داخلی پیوند اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌شود. در این LED خاص، ماده نیمه‌هادی (معمولاً مبتنی بر نیترید گالیم ایندیم، InGaN) به گونه‌ای مهندسی شده است که این انرژی به صورت فوتون (نور) با طول موجی در طیف آبی (~468 نانومتر) آزاد شود. لنز اپوکسی پخش‌کننده اطراف تراشه نیمه‌هادی حاوی ذرات پراکنده‌کننده‌ای است که جهت فوتون‌های ساطع‌شده را تصادفی می‌کند و به جای یک پرتو باریک، یک زاویه دید وسیع و یکنواخت ایجاد می‌کند.

13. روندهای فناوری

توسعه LEDهای آبی کارآمد، که جایزه نوبل فیزیک در سال 2014 برای آن اهدا شد، یک پیشرفت بنیادین بود که نورپردازی LED سفید (از طریق تبدیل فسفر) و نمایشگرهای تمام‌رنگ را ممکن ساخت. روندهای فعلی در LEDهای نشانگر مانند این مورد، بر افزایش بازده (خروجی نور بیشتر در هر وات)، بهبود ثبات رنگ از طریق دسته‌بندی دقیق‌تر و افزایش قابلیت اطمینان متمرکز است. همچنین تلاش مداومی برای کوچک‌سازی (کوچکتر از T-1) و ادغام LEDها در بسته‌بندی‌های قطعات نصب سطحی (SMD) وجود دارد که خطوط مونتاژ خودکار مدرن را تسخیر کرده‌اند. با این حال، LEDهای با پایه عبوری همچنان برای نمونه‌سازی اولیه، استفاده آموزشی، کار تعمیر و کاربردهایی که نیاز به نصب مکانیکی مستحکم دارند، مرتبط باقی مانده‌اند.