لامپ LED سبز 525 نانومتر با پایه‌های عبوری - قطر 3.0 میلی‌متر - ولتاژ 2.4 تا 3.3 ولت - توان 64 میلی‌وات - مستند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک لامپ LED سبز با پایه‌های عبوری را شرح می‌دهد که برای استفاده در یک نگهدارنده پلاستیکی سیاه زاویه‌قائمه (CBI - نشانگر برد مدار) طراحی شده است. این محصول یک منبع نور حالت‌جامد است که مصرف توان پایین و بازدهی بالا ارائه می‌دهد. این یک محصول بدون سرب و مطابق با دستورالعمل‌های RoHS است. رنگ نور ساطع‌شده سبز با طول موج غالب 525 نانومتر است و از فناوری InGaN بهره می‌برد. قطعه در بسته‌بندی نوار و قرقره برای فرآیندهای مونتاژ خودکار عرضه می‌شود.

1.1 مزایای اصلی

• طراحی شده برای سهولت مونتاژ روی برد مدار.
• قابلیت اطمینان حالت‌جامد با طول عمر عملیاتی طولانی.
• مصرف توان پایین و بازده نوری بالا.
• سازگار با محیط زیست، بدون سرب و مطابق با استاندارد RoHS.
• در قالب نگهدارنده زاویه‌قائمه و قابل انباشت برای نصب همه‌کاره موجود است.
• در بسته‌بندی نوار و قرقره برای تولید انبوه کارآمد عرضه می‌شود.

1.2 کاربردهای هدف

این LED برای طیف گسترده‌ای از کاربردها در صنایع مختلف مناسب است، از جمله:

• لوازم جانبی کامپیوتر و نشانگرهای وضعیت.
• تجهیزات ارتباطی.
• الکترونیک مصرفی.
• پنل‌های کنترل صنعتی و ماشین‌آلات.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

محدوده‌های زیر مرزهایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. تمام مقادیر در دمای محیط (TA) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• توان اتلافی (Pd):64 میلی‌وات - حداکثر توانی که LED می‌تواند به صورت حرارت به طور ایمن دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (IFP):60 میلی‌آمپر - فقط در شرایط پالسی مجاز است (چرخه کاری ≤ 1/10، عرض پالس ≤ 10 میکروثانیه).
• جریان مستقیم DC (IF):20 میلی‌آمپر - حداکثر جریان مستقیم مداوم توصیه‌شده برای عملکرد مطمئن.
• محدوده دمای کاری:30- تا 85+ درجه سلسیوس - محدوده دمای محیط برای عملکرد نرمال قطعه.
• محدوده دمای انبارداری:40- تا 100+ درجه سلسیوس - محدوده دمای ایمن برای قطعه در هنگام عدم کارکرد.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها:حداکثر 260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 2.0 میلی‌متری از بدنه LED. این مورد برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا دستی حیاتی است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها عملکرد معمول LED را تحت شرایط آزمایش استاندارد (TA=25°C, IF=10mA مگر خلاف آن ذکر شود) تعریف می‌کنند.

• شدت نور (Iv):180 تا 880 میلی‌کاندلا. این محدوده وسیع از طریق یک سیستم دسته‌بندی (بینینگ) مدیریت می‌شود (به بخش 4 مراجعه کنید). اندازه‌گیری با استفاده از یک سنسور/فیلتر که تقریبی از منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE است انجام می‌شود.
• زاویه دید (2θ1/2):100 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری (روی محور) کاهش می‌یابد و نشان‌دهنده الگوی دید نسبتاً وسیع معمول برای یک لنز پخش‌کننده است.
• طول موج تابش پیک (λP):530 نانومتر (معمول). طول موجی که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λd):525 تا 535 نانومتر. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ LED را تعریف می‌کند و از نمودار رنگی CIE مشتق شده است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):25 نانومتر (معمول). پهنای باند طیفی اندازه‌گیری شده در نصف حداکثر شدت، که نشان‌دهنده خلوص رنگ است.
• ولتاژ مستقیم (VF):2.4 تا 3.3 ولت در جریان 10 میلی‌آمپر. این محدوده باید هنگام طراحی مدار محدودکننده جریان در نظر گرفته شود.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر در VR=5V.مهم:قطعه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این شرایط آزمایش فقط برای مشخصه‌یابی است.

3. مشخصات سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها در دسته‌ها (بین) مرتب می‌شوند. طراحان باید هنگام سفارش، کدهای بین مورد نیاز را مشخص کنند تا عملکرد در محدوده تعریف‌شده تضمین شود.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

دسته‌بندی در جریان مستقیم 10 میلی‌آمپر انجام می‌شود. تلرانس برای هر حد بین ±15% است.

• بین HJ:180 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 310 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• بین KL:310 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 520 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• بین MN:520 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 880 میلی‌کاندلا (حداکثر)

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

دسته‌بندی در جریان مستقیم 10 میلی‌آمپر انجام می‌شود. تلرانس برای هر حد بین ±1 نانومتر است.

• بین G09:516.0 نانومتر (حداقل) تا 520.0 نانومتر (حداکثر)
• بین G10:520.0 نانومتر (حداقل) تا 527.0 نانومتر (حداکثر)
• بین G11:527.0 نانومتر (حداقل) تا 535.0 نانومتر (حداکثر)

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، تفسیرهای زیر بر اساس رفتار استاندارد LED و پارامترهای ارائه‌شده است:

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

ولتاژ مستقیم (VF) در 10 میلی‌آمپر محدوده مشخص‌شده‌ای از 2.4 تا 3.3 ولت دارد. مشخصه I-V نمایی است. کارکرد LED بالاتر از جریان نامی آن باعث افزایش قابل توجه ولتاژ مستقیم و اتلاف توان می‌شود و ممکن است از محدوده‌های حداکثر فراتر رود. استفاده از یک درایور جریان ثابت به شدت به جای یک منبع ولتاژ ثابت توصیه می‌شود تا خروجی نوری پایدار و طول عمر تضمین شود.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

شدت نور تقریباً متناسب با جریان مستقیم در محدوده کاری توصیه‌شده است. با این حال، بازدهی ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش اثرات حرارتی کاهش یابد. مقادیر مشخص‌شده Iv در 10 میلی‌آمپر است؛ راه‌اندازی در حداکثر جریان DC یعنی 20 میلی‌آمپر شدت بالاتری خواهد داشت اما باید با مدیریت حرارتی دقیق انجام شود.

4.3 وابستگی به دما

شدت نور LEDها معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. در حالی که دیتاشیت محدوده‌های دمای کاری (30- تا 85+ درجه سلسیوس) را ارائه می‌دهد، خروجی نور واقعی در حد بالایی کمتر از 25 درجه سلسیوس خواهد بود. برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی پایدار در محدوده دمایی وسیع دارند، باید طراحی حرارتی روی PCB و جبران‌سازی احتمالی روشنایی در مدار درایو در نظر گرفته شود.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد کلی و مونتاژ

LED برای جفت شدن با یک نگهدارنده پلاستیکی سیاه زاویه‌قائمه خاص طراحی شده است. نکات مکانیکی کلیدی شامل موارد زیر است:

• تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر است، با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر مگر خلاف آن مشخص شده باشد.
• جنس نگهدارنده پلاستیک سیاه است.
• لامپ LED خود دارای یک لنز پخش‌کننده سبز است.
• برای مونتاژ، پایه‌ها باید در نقطه‌ای حداقل 3 میلی‌متر از پایه لنز LED خم شوند. پایه فریم سربی نباید به عنوان تکیه‌گاه در هنگام خم کردن استفاده شود.

5.2 مشخصات بسته‌بندی

قطعه در قالب استاندارد صنعتی نوار و قرقره عرضه می‌شود.

• نوار حامل:ساخته شده از آلیاژ پلی‌استایرن رسانای سیاه، با ضخامت 0.50 ±0.06 میلی‌متر.
• ظرفیت قرقره:400 قطعه در هر قرقره 13 اینچی.
• بسته‌بندی کارتن:
  • 1 قرقره همراه با یک ماده خشک‌کننده و کارت نشانگر رطوبت در یک کیسه ممانعت‌کننده رطوبت (MBB) بسته‌بندی می‌شود.
  • 2 کیسه MBB (مجموعاً 800 قطعه) در یک کارتن داخلی بسته‌بندی می‌شوند.
  • 10 کارتن داخلی (مجموعاً 8000 قطعه) در یک کارتن خارجی بسته‌بندی می‌شوند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 انبارداری و جابجایی

• بسته مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤70% انبار شود. ظرف یک سال پس از باز کردن کیسه ضد رطوبت استفاده شود.
• بسته باز شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% انبار شود. قطعات باید ظرف 168 ساعت (1 هفته) پس از قرارگیری در معرض هوا، تحت عملیات ریفلو IR قرار گیرند. برای انبارداری بیش از 168 ساعت، قبل از لحیم‌کاری به مدت حداقل 48 ساعت در دمای 60 درجه سلسیوس پخت (بیک) شوند تا از آسیب ناشی از رطوبت ("پاپ کورن شدن") در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.2 فرآیند لحیم‌کاری

حداقل فاصله 2 میلی‌متر باید بین پایه لنز/نگهدارنده و نقطه لحیم حفظ شود.

• هویه:حداکثر دما 350 درجه سلسیوس، حداکثر زمان 3 ثانیه برای هر اتصال. فقط یک بار اعمال شود.
• لحیم‌کاری موجی:حداکثر دمای پیش‌گرم 120 درجه سلسیوس تا 100 ثانیه. حداکثر دمای موج لحیم 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 5 ثانیه.
• تمیزکاری:در صورت لزوم از حلال‌های الکلی مانند ایزوپروپیل الکل استفاده کنید. از مواد شیمیایی خشن خودداری کنید.

6.3 ملاحظات کاربردی

• این LED برای تابلوهای داخلی/خارجی و تجهیزات الکترونیکی عمومی مناسب است.
• از اعمال تنش خارجی به پایه‌ها در حین لحیم‌کاری در حالی که LED داغ است خودداری کنید.
• در مونتاژ PCB از حداقل نیروی گیره استفاده کنید تا از تنش مکانیکی روی قطعه جلوگیری شود.
• دمای یا زمان بیش از حد لحیم‌کاری می‌تواند لنز LED را تغییر شکل داده و دای داخلی را آسیب برساند.

7. ملاحظات طراحی و نکات کاربردی

7.1 طراحی مدار

همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان سری یا یک مدار درایور جریان ثابت استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از فرمول محاسبه کنید: R = (Vsupply - VF) / IF، که در آن VF باید به عنوان حداکثر مقدار از دیتاشیت (3.3V) در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که جریان حتی با یک LED با VF پایین نیز از حد مجاز فراتر نمی‌رود. برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان هدف 10 میلی‌آمپر، مقاومت تقریباً (5V - 3.3V) / 0.01A = 170 اهم خواهد بود. یک مقاومت استاندارد 180 اهم انتخاب ایمنی خواهد بود.

7.2 مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان پایین است (حداکثر 64 میلی‌وات)، اطمینان از دفع حرارت کافی از اتصال LED طول عمر را افزایش داده و پایداری روشنایی را حفظ می‌کند. نگهدارنده پلاستیکی زاویه‌قائمه مقداری عایق‌بندی فراهم می‌کند، اما چیدمان PCB باید از قرار دادن LED در نزدیکی سایر منابع حرارتی قابل توجه اجتناب کند. برای کاربردهایی که با حداکثر جریان DC (20 میلی‌آمپر) کار می‌کنند، ملاحظات حرارتی مهم‌تر می‌شوند.

7.3 یکپارچه‌سازی نوری

زاویه دید 100 درجه و لنز پخش‌کننده، تابش نوری وسیع و نرمی را فراهم می‌کند که برای نشانگرهای وضعیتی که نیاز به دید از زوایای مختلف دارند مناسب است. برای کاربردهایی که نیاز به پرتو متمرکزتر دارند، اپتیک ثانویه ضروری خواهد بود. رنگ سبز (535-525 نانومتر) در منطقه حساسیت بالای چشم انسان قرار دارد و آن را برای نشانگرهای جلب‌کننده توجه بسیار مؤثر می‌سازد.

8. مقایسه و تمایز فنی

این LED با پایه‌های عبوری از طریق یکپارچه‌سازی با یک نگهدارنده زاویه‌قائمه اختصاصی (CBI) خود را متمایز می‌کند و یک راه‌حل نشانگر کامل و آسان برای مونتاژ ارائه می‌دهد. در مقایسه با LEDهای نصب سطحی، نسخه‌های با پایه‌های عبوری مانند این اغلب استحکام مکانیکی برتری برای کاربردهای مستعد لرزش یا جابجایی دستی ارائه می‌دهند. ساختار دسته‌بندی خاص برای شدت نور و طول موج، امکان تطبیق دقیق رنگ و روشنایی در پنل‌های چند نشانگر را فراهم می‌کند که یک مزیت کلیدی نسبت به LEDهای معمولی بدون دسته‌بندی یا با دسته‌بندی گسترده است. دستورالعمل‌های جامع حساسیت به رطوبت و لحیم‌کاری نیز نشان‌دهنده محصولی است که برای فرآیندهای تولیدی قوی و قابل اطمینان طراحی شده است.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

9.1 تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

طول موج پیک (λP) طول موج فیزیکی است که در آن LED بیشترین توان نوری را ساطع می‌کند. طول موج غالب (λd) یک مقدار محاسبه‌شده بر اساس درک رنگ انسان (نمودار CIE) است که نشان‌دهنده طول موج واحدی است که ما نور را به آن رنگ درک می‌کنیم. برای LEDهای سبز، این دو اغلب نزدیک هستند، اما λd پارامتر مرتبط‌تری برای مشخصه‌سازی رنگ است.

9.2 آیا می‌توانم این LED را به طور مداوم با جریان 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

بله، 20 میلی‌آمپر حداکثر جریان مستقیم DC توصیه‌شده است. با این حال، کارکرد در این حداکثر، گرمای بیشتری تولید می‌کند و ممکن است در مقایسه با کارکرد در جریان پایین‌تری مانند 10 میلی‌آمپر، طول عمر LED را کاهش دهد. اطمینان حاصل کنید که دمای محیط در محدوده مشخصات است و در صورت استفاده از تعداد زیادی LED، طراحی حرارتی را در نظر بگیرید.

9.3 چرا محدوده شدت نور اینقدر وسیع است (180 تا 880 میلی‌کاندلا)؟

این محدوده کل ممکن در سراسر تولید است. سیستم دسته‌بندی (HJ, KL, MN) این محدوده را به گروه‌های کوچک‌تر و یکنواخت‌تر تقسیم می‌کند. شما باید هنگام سفارش، کد بین مورد نیاز خود را مشخص کنید تا LEDهایی در محدوده روشنایی قابل پیش‌بینی برای کاربرد خود دریافت کنید.

9.4 آیا اگر کیسه به مدت بیش از 168 ساعت باز باشد، همیشه نیاز به پخت (بیکینگ) وجود دارد؟

بله، پخت در دمای 60 درجه سلسیوس به مدت 48 ساعت به شدت توصیه می‌شود تا رطوبت جذب شده خارج شود. رد کردن این مرحله، خطر افزایش فشار بخار در حین فرآیند لحیم‌کاری با دمای بالا را به همراه دارد که می‌تواند باعث جدایش داخلی یا ترک خوردگی ("پاپ کورن شدن") شود و منجر به خرابی فوری یا نهفته گردد.

10. مثال کاربردی عملی

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر چند وضعیتی برای یک کنترلر صنعتی.

یک طراح به نشانگرهای سبز "سیستم نرمال" روی یک پنل عمودی نیاز دارد. آن‌ها این LED را با نگهدارنده زاویه‌قائمه برای مونتاژ آسان روی PCB و دید جانبی واضح انتخاب می‌کنند. برای اطمینان از ظاهر یکنواخت، آن‌ها در سفارش خرید خود بین KL را برای شدت نور (520-310 میلی‌کاندلا) و بین G10 را برای طول موج (527-520 نانومتر) مشخص می‌کنند. روی PCB، آن‌ها LEDها را با فاصله مرکز به مرکزی که منطبق بر جای پای نگهدارنده است قرار می‌دهند. مدار درایو از یک خط 5 ولتی و مقاومت‌های محدودکننده جریان 180 اهمی برای هر LED استفاده می‌کند و جریان را روی حدود 10 میلی‌آمپر تنظیم می‌کند. در حین مونتاژ، تیم تولید از قانون عمر 168 ساعته در محیط کار پیروی می‌کند و هر قرقره در معرض هوا را قبل از لحیم‌کاری موجی برد، پخت می‌کند. نتیجه یک پنل با نشانگرهای سبز روشن و یکنواخت است که از موقعیت اپراتور به وضوح قابل مشاهده است.

11. اصل عملکرد

این یک دیود نورافشان نیمه‌هادی (LED) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از ولتاژ مستقیم مشخصه آن (VF) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها درون ناحیه فعال ماده نیمه‌هادی InGaN (ایندیم گالیم نیترید) بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع‌شده را تعریف می‌کند - در این مورد، سبز در حدود 535-525 نانومتر. لنز اپوکسی پخش‌کننده، دای نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و خروجی نور را به یک زاویه دید وسیع شکل می‌دهد.

12. روندهای فناوری

در حالی که LEDهای با پایه‌های عبوری به دلیل استحکام و انواع خاصی از مونتاژ حیاتی باقی مانده‌اند، روند کلی صنعت به سمت LEDهای نصب سطحی (SMD) به دلیل اندازه کوچک‌تر، مناسب بودن برای برداشت و قرارگیری خودکار و مسیر حرارتی بهتر به PCB است. با این حال، نسخه‌های با پایه‌های عبوری مانند این همچنان به خدمت‌رسانی به کاربردهایی که نیاز به استحکام پیوند مکانیکی بالاتر، نمونه‌سازی دستی آسان‌تر یا قالب‌های نوری خاص (مانند دید زاویه‌قائمه) دارند ادامه می‌دهند. پیشرفت‌ها در مواد نیمه‌هادی تبدیل‌شده با فسفر و رنگ مستقیم، همچنان به بهبود بازدهی، بازتاب رنگ و حداکثر روشنایی همه انواع LED، از جمله بسته‌بندی‌های با پایه‌های عبوری ادامه می‌دهد. تأکید بر دسته‌بندی دقیق و مدیریت حساسیت به رطوبت، همانطور که در این دیتاشیت مشاهده می‌شود، نشان‌دهنده تلاش صنعت برای دستیابی به قابلیت اطمینان و ثبات بالاتر در الکترونیک مصرفی و صنعتی است.