دیتاشیت فنی سری 67-21 ال‌ای‌دی نمای بالا - بسته‌بندی 2.0x1.25x1.1mm - ولتاژ مستقیم 1.75-2.35V - قرمز درخشان - 60mW - فارسی

1. مرور کلی محصول

سری 67-21 نماینده‌ای از خانواده ال‌ای‌دی‌های نصب سطحی با نمای بالا است که در یک بسته‌بندی فشرده P-LCC-2 قرار گرفته‌اند. این قطعه با بدنه سفید و پنجره شفاف بی‌رنگ مشخص می‌شود که به عملکرد آن به عنوان یک نشانگر نوری کارآمد کمک می‌کند. یک ویژگی طراحی کلیدی، زاویه دید گسترده است که از طریق هندسه بسته‌بندی و یک بازتابنده داخلی یکپارچه حاصل می‌شود. این طراحی کوپلینگ نور را بهینه می‌کند و ال‌ای‌دی را به ویژه برای کاربردهایی که از لوله‌های نوری برای هدایت روشنایی استفاده می‌کنند، مناسب می‌سازد. دستگاه در جریان پایین کار می‌کند که جذابیت آن را برای کاربردهای حساس به توان مانند الکترونیک قابل حمل افزایش می‌دهد. این محصول با استانداردهای ساخت بدون سرب (Pb-free) مطابقت دارد و مقررات RoHS را رعایت می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این سری ال‌ای‌دی شامل اندازه فشرده، زاویه دید عالی و سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار است. زاویه دید گسترده 120 درجه، قابلیت مشاهده از جهات مختلف را تضمین می‌کند. دستگاه با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری رفلوی فاز بخار، رفلوی مادون قرمز و لحیم‌کاری موجی سازگار است که تولید انبوه را تسهیل می‌کند. این محصول بر روی نوار 8 میلی‌متری و قرقره عرضه می‌شود که با نیازهای تجهیزات خودکار Pick-and-Place همسو است. نیاز به جریان مستقیم پایین، آن را برای دستگاه‌های باتری‌خورده‌ای که صرفه‌جویی در توان در آنها حیاتی است، ایده‌آل می‌سازد. بازارهای هدف شامل تجهیزات مخابراتی (مانند تلفن، فکس)، الکترونیک مصرفی، پنل‌های کنترل صنعتی و کاربردهای نشانگر عمومی است که در آنها نشانگر وضعیت قابل اطمینان و کم‌مصرف مورد نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

عملکرد ال‌ای‌دی تحت شرایط دمای محیطی خاص (Ta=25°C) تعریف می‌شود. درک این پارامترها برای طراحی مدار و تضمین قابلیت اطمینان بلندمدت حیاتی است.

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

این محدوده‌ها، مرزهای تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد خارج از این محدوده‌ها توصیه نمی‌شود.

• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوند شود.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):25 میلی‌آمپر.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):60 میلی‌آمپر، تحت شرایط پالسی مجاز است (چرخه کاری 1/10، فرکانس 1 کیلوهرتز).
• اتلاف توان (P_d):60 میلی‌وات. این حداکثر اتلاف توان مجاز به صورت حرارت است.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD) HBM:2000 ولت. این رتبه‌بندی حساسیت دستگاه به الکتریسیته ساکن را نشان می‌دهد؛ باید روش‌های صحیح کنترل ESD رعایت شود.
• دمای کاری (T_opr):40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس.
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg):40- درجه سلسیوس تا 90+ درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری:برای لحیم‌کاری رفلوی، دمای پیک 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 10 ثانیه مشخص شده است. برای لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه نباید بیش از 350 درجه سلسیوس به مدت 3 ثانیه باشد.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در جریان تست استاندارد I_F= 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند.

• شدت نورانی (I_v):از 57 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 140 میلی‌کاندلا (حداکثر) متغیر است، با یک مقدار معمولی که توسط سیستم دسته‌بندی (بینینگ) مشخص می‌شود. تلرانس ±11% است.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمولی). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نورانی به نصف مقدار پیک خود کاهش می‌یابد.
• طول موج پیک (λ_p):632 نانومتر (معمولی). این طول موجی است که در آن تابش طیفی قوی‌ترین است.
• طول موج غالب (λ_d):بین 617.5 نانومتر و 633.5 نانومتر، که رنگ درک شده (قرمز درخشان) را تعریف می‌کند. تلرانس ±1 نانومتر است.
• پهنای باند طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمولی). این نشان‌دهنده خلوص طیفی نور ساطع شده است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):بین 1.75 ولت و 2.35 ولت در 20 میلی‌آمپر، با تلرانس ±0.1 ولت. این پارامتر برای تعیین مقدار مقاومت محدودکننده جریان مورد نیاز حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که بایاس معکوس 5 ولت اعمال شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، ال‌ای‌دی‌ها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌ها (بین‌ها) مرتب می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی شدت نورانی

ال‌ای‌دی‌ها بر اساس شدت نورانی اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر در چهار دسته (P2, Q1, Q2, R1) دسته‌بندی می‌شوند. به عنوان مثال، دسته R1 شامل ال‌ای‌دی‌هایی با شدت بین 112 میلی‌کاندلا و 140 میلی‌کاندلا است.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

رنگ (طول موج غالب) در چهار گروه (E4, E5, E6, E7) دسته‌بندی می‌شود که هر کدام 4 نانومتر را پوشش می‌دهند. به عنوان مثال، گروه A، دسته E7، طول موج‌های 629.5 نانومتر تا 633.5 نانومتر را پوشش می‌دهد.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم در گروه B در سه دسته (0, 1, 2) دسته‌بندی می‌شود. دسته 0، 1.75V تا 1.95V را پوشش می‌دهد، دسته 1، 1.95V تا 2.15V را پوشش می‌دهد و دسته 2، 2.15V تا 2.35V را پوشش می‌دهد. این به طراحان اجازه می‌دهد تا ال‌ای‌دی‌هایی با تلرانس ولتاژ تنگ‌تر را برای کاربردهایی که نیاز به توزیع جریان یکنواخت در رشته‌های موازی دارند، انتخاب کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

4.1 شدت نورانی نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که خروجی نور با جریان مستقیم افزایش می‌یابد اما به صورت خطی نیست. این موضوع اهمیت راه‌اندازی ال‌ای‌دی در جریان نامی یا نزدیک به آن را برای کارایی بهینه برجسته می‌کند. راه‌اندازی به میزان قابل توجهی بالاتر از جریان نامی منجر به بازدهی کاهش‌یافته در روشنایی و حرارت بیش از حد می‌شود.

4.2 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم

منحنی IV رابطه نمایی دیود را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم با جریان افزایش می‌یابد. این منحنی برای تحلیل مدیریت حرارتی ضروری است، زیرا توان تلف شده (V_F* I_F) حرارت تولید می‌کند.

4.3 منحنی کاهش جریان مستقیم

این نمودار حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط تعیین می‌کند. با افزایش دمای محیط، حداکثر جریان مجاز باید کاهش یابد تا از تجاوز از حد دمای پیوند و رتبه‌بندی اتلاف توان 60 میلی‌وات جلوگیری شود. به عنوان مثال، در 85 درجه سلسیوس، حداکثر جریان پیوسته به طور قابل توجهی کمتر از رتبه‌بندی 25 میلی‌آمپر در 25 درجه سلسیوس است.

4.4 شدت نورانی نسبی در مقابل دمای محیط

خروجی نور ال‌ای‌دی وابسته به دما است. این منحنی معمولاً کاهش شدت نورانی را با افزایش دمای محیط (و در نتیجه دمای پیوند) نشان می‌دهد. این ویژگی باید در طراحی‌هایی که در محدوده دمایی وسیعی کار می‌کنند، در نظر گرفته شود.

4.5 توزیع طیف

نمودار طیفی ماهیت تک‌رنگ تراشه AlGaInP را تأیید می‌کند و یک پیک غالب در ناحیه قرمز (~632 نانومتر) با پهنای باند مشخص نشان می‌دهد.

4.6 الگوی تابش

نمودار قطبی به صورت بصری زاویه دید 120 درجه را نشان می‌دهد و توزیع فضایی شدت نور را نمایش می‌دهد. الگو برای این نوع بسته‌بندی معمولاً لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

بسته‌بندی P-LCC-2 دارای فوت‌پرینت فشرده‌ای است. ابعاد کلیدی شامل اندازه بدنه تقریباً 2.0 میلی‌متر طول، 1.25 میلی‌متر عرض و ارتفاع 1.1 میلی‌متر است. کاتد توسط یک شکاف یا علامت سبز روی بسته‌بندی شناسایی می‌شود. نقشه‌های دقیق، توصیه‌هایی برای چیدمان پد در طراحی PCB برای اطمینان از لحیم‌کاری صحیح و پایداری مکانیکی مشخص می‌کنند. تمام تلرانس‌های نامشخص ±0.1 میلی‌متر است.

5.2 توضیح برچسب

برچسب دستگاه حاوی کدهایی برای مشخصات دسته‌بندی شده آن است: CAT نشان‌دهنده رتبه شدت نورانی، HUE نشان‌دهنده رتبه طول موج غالب و REF نشان‌دهنده رتبه ولتاژ مستقیم است. این امر امکان ردیابی و انتخاب دقیق را فراهم می‌کند.

5.3 ابعاد قرقره و نوار

ال‌ای‌دی‌ها بر روی نوار حامل 8 میلی‌متری پیچیده شده بر روی قرقره‌های استاندارد 180 میلی‌متری عرضه می‌شوند. ابعاد نوار حامل (اندازه جیب، پیتچ) برای سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار مشخص شده است. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است.

5.4 بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت

برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت و جلوگیری از مشکلات دستگاه‌های حساس به رطوبت، قرقره‌ها در کیسه‌های ضد رطوبت آلومینیومی همراه با ماده خشک‌کننده و کارت‌های نشانگر رطوبت بسته‌بندی می‌شوند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

این دستگاه برای فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری SMD رتبه‌بندی شده است.

• لحیم‌کاری رفلوی:پروفایل دمای پیک 260°C ±5°C برای مدت زمان حداکثر 10 ثانیه توصیه می‌شود.
• لحیم‌کاری دستی:در صورت لزوم، دمای نوک هویه لحیم‌کاری نباید بیش از 350 درجه سلسیوس باشد و حداکثر به مدت 3 ثانیه برای هر پایه اعمال شود.
• ذخیره‌سازی:پس از باز شدن کیسه ضد رطوبت مهر و موم شده، قطعات باید در یک بازه زمانی مشخص (به صراحت ذکر نشده اما توسط بسته‌بندی تلویحاً اشاره شده) استفاده شوند یا در صورت قرار گرفتن در معرض رطوبت محیطی فراتر از محدوده ایمن، مطابق با روش‌های استاندارد مدیریت MSD پخته شوند.

7. قابلیت اطمینان و صلاحیت

محصول تحت آزمایش‌های سختگیرانه قابلیت اطمینان با سطح اطمینان 90% و LTPD برابر با 10% قرار می‌گیرد. آزمایش‌های استاندارد شامل موارد زیر است:

• مقاومت در برابر لحیم‌کاری رفلوی:تحمل 260 درجه سلسیوس برای قابلیت لحیم‌کاری و یکپارچگی بسته‌بندی.
• چرخه دمایی:300 چرخه بین 40- درجه سلسیوس و 100+ درجه سلسیوس.
• شوک حرارتی:300 چرخه بین 10- درجه سلسیوس و 100+ درجه سلسیوس با انتقال سریع.
• ذخیره‌سازی دمای بالا:1000 ساعت در 100 درجه سلسیوس.
• ذخیره‌سازی دمای پایین:1000 ساعت در 40- درجه سلسیوس.

این آزمایش‌ها استحکام دستگاه را در شرایط محیطی سخت که معمولاً در محصولات الکترونیکی با آن مواجه می‌شود، تضمین می‌کنند.

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• نشانگرهای وضعیت:نشانگرهای برق، اتصال یا حالت در دستگاه‌های مخابراتی، سخت‌افزار شبکه و لوازم خانگی مصرفی.
• نور پس‌زمینه:نور پس‌زمینه لبه‌ای یا مستقیم برای پنل‌های LCD، کلیدهای صفحه کلید و نمادها، که اغلب با لوله‌های نوری جفت می‌شوند.
• سیستم‌های لوله نوری:زاویه دید گسترده و کوپلینگ نور بهینه‌شده، آن را به یک منبع ایده‌آل برای راهنماهای نوری پلاستیکی یا آکریلیک تبدیل می‌کند.
• دستگاه‌های قابل حمل/باتری‌خورده:به دلیل مصرف جریان پایین، برای گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، کنترل‌های از راه دور و فناوری‌های پوشیدنی عالی است.

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان مستقیم به مقدار مورد نظر استفاده کنید (به عنوان مثال، 20 میلی‌آمپر برای روشنایی معمولی). مقدار مقاومت را با استفاده از R = (V_supply- V_F) / I_Fمحاسبه کنید. بدترین حالت V_F(حداقل) را برای جلوگیری از جریان بیش از حد در نظر بگیرید.
• مدیریت حرارتی:به منحنی کاهش جریان پایبند باشید. برای کاربردهای با دمای محیطی بالا یا عملکرد پیوسته، اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB یا وایاهای حرارتی برای دفع حرارت وجود دارد، به ویژه اگر نزدیک به محدوده‌های حداکثر راه‌اندازی می‌شود.
• محافظت ESD:در کاربردهایی که کاربر به آنها دسترسی دارد، محافظت ESD را روی خطوط سیگنال متصل به ال‌ای‌دی پیاده‌سازی کنید.
• طراحی نوری:هنگام استفاده از لوله‌های نوری، الگوی تابش و تراز ال‌ای‌دی را برای به حداکثر رساندن کارایی کوپلینگ در نظر بگیرید.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با سایر ال‌ای‌دی‌های نشانگر SMD، تمایزدهنده‌های اصلی سری 67-21، هندسه خاص بسته‌بندی P-LCC-2 آن است که زاویه دید بسیار گسترده 120 درجه را ایجاد می‌کند و استفاده از ماده نیمه‌هادی AlGaInP برای رنگ قرمز درخشان است. AlGaInP معمولاً بازده نورانی بالاتر و پایداری دمایی بهتری برای رنگ‌های قرمز و کهربایی در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP ارائه می‌دهد. ترکیب پنجره شفاف (در مقابل پخش‌کننده) و طراحی بازتابنده داخلی، شدت نورانی محوری بالاتری را فراهم می‌کند که برای کاربردهای لوله نوری که در آنها نور باید به طور کارآمد به یک دهانه کوچک تزریق شود، مفید است.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: برای منبع تغذیه 5 ولت از چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

پاسخ: با استفاده از حداکثر V_Fبرابر 2.35 ولت برای یک طراحی محافظه‌کارانه در 20 میلی‌آمپر: R = (5V - 2.35V) / 0.02A = 132.5Ω. یک مقاومت استاندارد 130Ω یا 150Ω مناسب خواهد بود. همیشه جریان را با V_Fواقعی قطعات دسته‌بندی شده خود تأیید کنید.

سوال: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را در 30 میلی‌آمپر برای روشنایی بیشتر راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: خیر. حداکثر جریان مستقیم پیوسته مطلق 25 میلی‌آمپر است. تجاوز از این رتبه‌بندی، مشخصات را نقض می‌کند، عمر مفید را به دلیل استهلاک شتاب‌یافته لومن کاهش می‌دهد و خطر آسیب حرارتی را به همراه دارد. از جریان پیک (60 میلی‌آمپر پالسی) فقط برای چشمک زدن کوتاه‌مدت استفاده کنید.

سوال: دما چگونه بر عملکرد تأثیر می‌گذارد؟

پاسخ: با افزایش دما، شدت نورانی کاهش می‌یابد (منحنی عملکرد را ببینید) و ولتاژ مستقیم معمولاً کمی کاهش می‌یابد. مهم‌تر از آن، حداکثر جریان پیوسته مجاز باید مطابق با منحنی کاهش جریان، کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.

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

پاسخ: طول موج پیک (λ_p=632nm) طول موج فیزیکی حداکثر توان طیفی است. طول موج غالب (λ_d=617.5-633.5nm) طول موج نور تک‌رنگی است که با رنگ درک شده ال‌ای‌دی مطابقت دارد. طول موج غالب برای مشخص‌سازی رنگ مرتبط‌تر است.

11. مثال کاربردی عملی

سناریو: طراحی پنل نشانگر وضعیت برای یک روتر.

پنل دارای پنج ال‌ای‌دی (برق، اینترنت، Wi-Fi، LAN1، LAN2) در پشت یک صفحه آکریلیک تیره با لوله‌های نوری قالب‌گیری شده است. ال‌ای‌دی قرمز درخشان سری 67-21 برای نشانگر \"برق\" انتخاب شده است.

مراحل طراحی:

1. الکتریکی:منبع تغذیه منطقی داخلی روتر 3.3 ولت است. با فرض V_Fمعمولی 2.0 ولت و هدف‌گیری 15 میلی‌آمپر برای روشنایی کافی و توان کمتر: R = (3.3V - 2.0V) / 0.015A ≈ 86.7Ω. یک مقاومت 82Ω یا 100Ω انتخاب می‌شود.

2. نوری:زاویه دید گسترده ال‌ای‌دی اطمینان می‌دهد که نور به طور مؤثر توسط سطح ورودی لوله نوری جذب می‌شود، حتی با انحراف جزئی قرارگیری از Pick-and-Place.

3. حرارتی:جریان کاری 15 میلی‌آمپر به خوبی زیر حداکثر 25 میلی‌آمپر است و دمای محیط داخل محفظه روتر حدود 50 درجه سلسیوس تخمین زده می‌شود. با مراجعه به منحنی کاهش جریان، جریان مجاز در 50 درجه سلسیوس هنوز بالای 20 میلی‌آمپر است، بنابراین طراحی ایمن است.

4. دسته‌بندی (بینینگ):برای اطمینان از روشنایی یکنواخت در تمام پنج نشانگر روی پنل، توصیه می‌شود در هنگام خرید، یک دسته شدت نورانی تنگ (مانند Q2 یا R1) و یک دسته طول موج غالب ثابت مشخص شود.

12. اصل عملکرد

ال‌ای‌دی یک دیود نیمه‌هادی بر پایه ماده فسفید آلومینیوم گالیم ایندیوم (AlGaInP) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل پیوند دیود (تقریباً 1.8-2.2 ولت برای AlGaInP قرمز) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ترتیب از مواد نوع n و نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار به صورت تابشی بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. انرژی گاف نواری خاص آلیاژ AlGaInP، طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند که در این مورد در طیف قرمز درخشان است. بسته‌بندی تراشه را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی را فراهم می‌کند، بازتابنده داخلی را برای شکل‌دهی به خروجی نور در خود جای می‌دهد و لنز (پنجره شفاف) را برای کنترل الگوی پرتو در بر می‌گیرد.

13. روندهای فناوری

روند کلی در ال‌ای‌دی‌های نشانگر SMD مانند فرمت P-LCC-2، به سمت بازده نورانی هرچه بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد توان ورودی الکتریکی) است که امکان جریان کاری پایین‌تر را برای همان روشنایی درک شده فراهم می‌کند و این برای طراحی‌های بهینه از نظر انرژی حیاتی است. همچنین تلاش مداومی برای کوچک‌سازی در حالی که عملکرد نوری حفظ یا بهبود می‌یابد، وجود دارد. فرآیندهای تولید برای بازدهی بالاتر و تلرانس‌های دسته‌بندی تنگ‌تر بهینه شده‌اند و به طراحان رنگ و روشنایی یکنواخت‌تری در طول دسته‌های تولید ارائه می‌دهند. علاوه بر این، قابلیت اطمینان بهبودیافته تحت پروفایل‌های دمایی رفلوی بالاتر (به عنوان مثال، برای لحیم‌کاری بدون سرب) و استحکام بهبودیافته ESD، انتظارات استاندارد در قطعات مدرن هستند. فناوری زیربنایی AlGaInP برای ال‌ای‌دی‌های قرمز/نارنجی/کهربایی بالغ است اما همچنان شاهد بهبودهای تدریجی در کارایی و عمر مفید است.