ال‌ای‌دی سری 67-21 با نمای بالا - بسته‌بندی P-LCC-2 - رنگ سفید - ولتاژ 1.75-2.35 ولت - توان 120 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری 67-21 نمایانگر خانواده‌ای از ال‌ای‌دی‌های با نمای بالا است که برای کاربردهای نشانگر و نور پس‌زمینه طراحی شده‌اند. این قطعات در یک بسته‌بندی فشرده P-LCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) با بدنه سفید و پنجره شفاف بی‌رنگ قرار گرفته‌اند که به زاویه دید گسترده کمک می‌کند. هدف اصلی طراحی، بهینه‌سازی جفت‌شدن نور از طریق یک بازتابنده داخلی است که این ال‌ای‌دی‌ها را به ویژه برای استفاده با لوله‌های نوری مناسب می‌سازد. نیاز کم آنها به جریان مستقیم، آنها را به انتخابی عالی برای کاربردهای حساس به توان مانند دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل، داشبورد خودرو و تجهیزات مخابراتی تبدیل می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای کلیدی این سری ال‌ای‌دی شامل زاویه دید گسترده معمولاً 120 درجه، سازگاری با تجهیزات نصب خودکار و فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو فاز بخار، و در دسترس بودن روی نوار 8 میلی‌متری و قرقره برای تولید انبوه است. محصول بدون سرب و مطابق با مقررات RoHS است. بازارهای هدف متنوع هستند و شامل خودرو (نور پس‌زمینه داشبورد و کلیدها)، مخابرات (نشانگرهای تلفن و فکس)، نور پس‌زمینه تخت عمومی برای LCDها و نمادها، و هر کاربرد نشانگر عمومی که نیاز به روشنایی قابل اعتماد و کم‌مصرف دارد، می‌شوند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش، تجزیه‌ای دقیق از پارامترهای بحرانی الکتریکی، نوری و حرارتی که مرزهای عملکرد و شرایط کاری ال‌ای‌دی را تعریف می‌کنند، ارائه می‌دهد.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

مقادیر حداکثر مطلق، محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. اینها شرایط کاری توصیه شده نیستند. حداکثر ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت است. جریان مستقیم پیوسته (IF) نباید از 50 میلی‌آمپر تجاوز کند، در حالی که جریان مستقیم پیک (IFP) 100 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10 در 1 کیلوهرتز) مجاز است. حداکثر اتلاف توان (Pd) 120 میلی‌وات است. دستگاه می‌تواند یک تخلیه الکترواستاتیک (ESD) 2000 ولت را با استفاده از مدل بدن انسان (HBM) تحمل کند. محدوده دمای کاری (Topr) از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس است و محدوده دمای ذخیره‌سازی (Tstg) از 40- درجه سلسیوس تا 90+ درجه سلسیوس است. دمای لحیم‌کاری هم برای رفلو (260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه) و هم برای لحیم‌کاری دستی (350 درجه سلسیوس به مدت 3 ثانیه) مشخص شده است.

2.2 مشخصات الکترو-نوری

مشخصات الکترو-نوری در یک شرایط آزمایش استاندارد Ta=25°C و IF=20mA اندازه‌گیری می‌شوند. شدت نور (Iv) یک محدوده معمولی دارد، با حداقل 180 میلی‌کاندلا و حداکثر 565 میلی‌کاندلا، مشمول تلرانس ±11%. طول موج غالب (λd) برای داده‌های ارائه شده در طیف قرمز است، از 621 نانومتر تا 631 نانومتر، با تلرانس ±1 نانومتر. ولتاژ مستقیم (VF) از 1.75 ولت تا 2.35 ولت، با تلرانس ±0.1 ولت متغیر است. زاویه دید (2θ1/2) معمولاً 120 درجه است. جریان معکوس (IR) در VR=5V حداکثر 10 میکروآمپر است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات در روشنایی، رنگ و مشخصات الکتریکی، ال‌ای‌دی‌ها در دسته‌ها (بین) مرتب می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربرد را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

شدت نور در پنج دسته دسته‌بندی می‌شود: S1 (180-225 میلی‌کاندلا)، S2 (225-285 میلی‌کاندلا)، T1 (285-360 میلی‌کاندلا)، T2 (360-450 میلی‌کاندلا) و U1 (450-565 میلی‌کاندلا). تمام اندازه‌گیری‌ها در IF=20mA انجام می‌شود.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

طول موج غالب تحت کد 'F' گروه‌بندی شده است، با دو زیردسته: FF1 (621-626 نانومتر) و FF2 (626-631 نانومتر).

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم تحت کد 'B' گروه‌بندی شده است، با سه زیردسته: 0 (1.75-1.95 ولت)، 1 (1.95-2.15 ولت) و 2 (2.15-2.35 ولت).

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینشی از رفتار ال‌ای‌دی تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند که برای طراحی مدار مقاوم حیاتی است.

4.1 منحنی کاهش جریان مستقیم

یک منحنی نشان می‌دهد که حداکثر جریان مستقیم مجاز با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سلسیوس کاهش می‌یابد. این برای مدیریت حرارتی و اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت حیاتی است.

4.2 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

این منحنی مشخصه IV رابطه بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم در 25 درجه سلسیوس را نشان می‌دهد. غیرخطی است، که برای یک دیود معمولی است و برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است.

4.3 شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان مستقیم افزایش می‌یابد. به طراحان کمک می‌کند تا نیازهای روشنایی را در برابر مصرف توان و تنش دستگاه متعادل کنند.

4.4 شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط

این نمودار کاهش خروجی نور را با افزایش دمای اتصال نشان می‌دهد و اهمیت دفع حرارت در حفظ روشنایی ثابت را برجسته می‌کند.

4.5 توزیع طیف

نمودار خروجی طیفی یک طول موج پیک حدود 632 نانومتر را نشان می‌دهد که انتشار نور قرمز را تأیید می‌کند، با پهنای باند طیفی معمولی (Δλ) 20 نانومتر.

4.6 نمودار تابش

یک نمودار قطبی توزیع فضایی شدت نور را نشان می‌دهد و زاویه دید گسترده 120 درجه را تأیید می‌کند. شدت در یک منطقه مرکزی وسیع نسبتاً یکنواخت است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

نقشه فنی ابعاد فیزیکی بسته‌بندی P-LCC-2 را مشخص می‌کند. اندازه‌گیری‌های بحرانی شامل طول کلی، عرض و ارتفاع، فاصله پایه‌ها و اندازه دهانه لنز است. تمام تلرانس‌های نامشخص ±0.1 میلی‌متر است.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً توسط یک شکاف یا علامت سبز روی بسته‌بندی شناسایی می‌شود. قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ رعایت شود تا از خرابی دستگاه جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلو

ال‌ای‌دی برای لحیم‌کاری رفلو فاز بخار مناسب است. حداکثر دمای پیک توصیه شده 260 درجه سلسیوس است و دستگاه نباید بیش از 10 ثانیه در معرض دمای بالاتر از این قرار گیرد. یک پروفیل رفلو استاندارد برای لحیم‌های بدون سرب قابل اعمال است.

6.2 لحیم‌کاری دستی

اگر لحیم‌کاری دستی ضروری است، دمای نوک هویه نباید از 350 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان تماس برای هر پایه باید به 3 ثانیه یا کمتر محدود شود.

6.3 شرایط نگهداری

دستگاه‌ها در کیسه‌های مانع رطوبت با ماده خشک‌کن بسته‌بندی می‌شوند تا از جذب رطوبت جلوگیری شود. پس از باز شدن کیسه، قطعات باید در یک بازه زمانی مشخص (که در PDF ارائه شده صراحتاً ذکر نشده اما یک عمل استاندارد است) استفاده شوند یا قبل از رفلو طبق دستورالعمل‌های MSL (سطح حساسیت رطوبت) پخته شوند تا از آسیب "اثر پاپ‌کورن" در طول لحیم‌کاری جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

ال‌ای‌دی‌ها روی نوار حامل 8 میلی‌متری عرضه می‌شوند. ابعاد قرقره و فاصله جیب‌های نوار حامل در نقشه‌ها به تفصیل شرح داده شده است. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است.

7.2 توضیح برچسب

برچسب قرقره حاوی چندین کد است: CAT (رتبه شدت نور)، HUE (رتبه طول موج غالب) و REF (رتبه ولتاژ مستقیم). اینها مستقیماً با اطلاعات دسته‌بندی مطابقت دارند و امکان ردیابی و اطمینان از استفاده از نوع محصول صحیح را فراهم می‌کنند.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• خودرو:نور پس‌زمینه برای مجموعه ابزارها، کلیدهای داشبورد و پنل‌های کنترل.
• مخابرات:نشانگرهای وضعیت روی تلفن‌ها، دستگاه‌های فکس و تجهیزات شبکه.
• الکترونیک مصرفی:نور پس‌زمینه برای کلیدهای غشایی، صفحه کلیدها و پنل‌های LCD در لوازم خانگی.
• نشانگر عمومی:نشانگرهای وضعیت برق، انتخاب حالت و هشدار در طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی.

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت برای محدود کردن جریان مستقیم به مقدار مورد نظر (مثلاً 20mA برای روشنایی معمولی) استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (ولتاژ منبع - Vf) / If محاسبه کنید.
• مدیریت حرارتی:برای کار مداوم در دمای محیط بالا یا نزدیک به حداکثر جریان، چیدمان PCB را برای دفع حرارت در نظر بگیرید. از قرار دادن ال‌ای‌دی‌ها در نزدیکی منابع حرارتی دیگر خودداری کنید.
• جفت‌شدن لوله نوری:زاویه دید گسترده و طراحی بسته‌بندی برای لوله‌های نوری بهینه شده است. برای جفت‌شدن نور کارآمد، از تراز مناسب و حداقل فاصله بین ال‌ای‌دی و نقطه ورود لوله نوری اطمینان حاصل کنید.
• محافظت در برابر ESD:اگرچه برای 2000 ولت HBM درجه‌بندی شده است، اما در طول جابجایی و مونتاژ اقدامات احتیاطی استاندارد ESD را اجرا کنید.

9. آزمایش قابلیت اطمینان

قابلیت اطمینان محصول از طریق یک سری آزمایش با سطح اطمینان 90% و LTPD (درصد معیوب قابل تحمل در هر دسته) 10% تأیید می‌شود. آزمایش‌های کلیدی شامل:

• لحیم‌کاری رفلو:تحمل 260°C ±5°C برای حداکثر 10 ثانیه.
• چرخه دمایی:300 چرخه بین 40- درجه سلسیوس و 100+ درجه سلسیوس.
• شوک حرارتی:انتقال سریع بین 40- درجه سلسیوس و 100+ درجه سلسیوس.

این آزمایش‌ها استحکام دستگاه را در محیط‌های تولید و عملیاتی معمولی تضمین می‌کنند.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

10.1 هدف کدهای دسته‌بندی (CAT, HUE, REF) چیست؟

کدهای دسته‌بندی برای دسته‌بندی ال‌ای‌دی‌ها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده (CAT)، طول موج/رنگ غالب (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF) استفاده می‌شوند. این به تولیدکنندگان و طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با مشخصات به شدت کنترل شده انتخاب کنند و ثبات در روشنایی و رنگ محصول نهایی را تضمین کنند، به ویژه زمانی که چندین ال‌ای‌دی در یک آرایه استفاده می‌شوند.

10.2 آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را بدون مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی کنم؟

خیر. یک ال‌ای‌دی یک دستگاه جریان‌محور است. اتصال مستقیم آن به یک منبع ولتاژ بالاتر از ولتاژ مستقیم آن باعث جریان بیش از حد می‌شود که ممکن است به دلیل فرار حرارتی فوراً ال‌ای‌دی را از بین ببرد. یک مقاومت سری یا مدار جریان ثابت فعال اجباری است.

10.3 دمای محیط چگونه بر عملکرد تأثیر می‌گذارد؟

با افزایش دمای محیط، دمای اتصال ال‌ای‌دی افزایش می‌یابد. این منجر به کاهش بازده نوری (خروجی نور کمتر برای همان جریان) و کاهش جزئی در ولتاژ مستقیم می‌شود. منحنی کاهش، مشخص می‌کند که چگونه حداکثر جریان مجاز باید در دماهای بالاتر کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد و خرابی زودرس جلوگیری شود.

10.4 آیا این ال‌ای‌دی برای کاربردهای فضای باز مناسب است؟

محدوده دمای کاری 40- تا 85+ درجه سلسیوس آن را برای بسیاری از محیط‌های فضای باز و خودرو مناسب می‌سازد. با این حال، برای قرارگیری مستقیم در فضای باز، ملاحظات طراحی اضافی مانند محافظت در برابر تابش UV (که می‌تواند اپوکسی را به مرور زمان زرد کند)، آب‌بندی رطوبتی کل مجموعه و مدیریت حرارتی قوی در زیر نور مستقیم خورشید ضروری است.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک پنل کلید غشایی با نور پس‌زمینه برای یک واحد کنترل صنعتی که نیاز به 10 ال‌ای‌دی نشانگر قرمز دارد. پنل از منبع تغذیه 5 ولت در محیطی تا 60 درجه سلسیوس کار می‌کند.

مراحل طراحی:

1. انتخاب جریان:یک جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر را برای تعادل خوب بین روشنایی و طول عمر انتخاب کنید.
2. محاسبه مقاومت:با استفاده از حداکثر ولتاژ مستقیم از دسته B2 (2.35 ولت) برای طراحی بدترین حالت: R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5Ω. می‌توان از یک مقاومت استاندارد 130Ω یا 150Ω استفاده کرد. درجه توان مقاومت باید حداقل (5V-2.35V)*0.02A = 0.053W باشد، بنابراین یک مقاومت استاندارد 1/8W (0.125W) کافی است.
3. بررسی حرارتی:در دمای محیط 60 درجه سلسیوس، به منحنی کاهش مراجعه کنید. حداکثر جریان مجاز کاهش می‌یابد. اطمینان حاصل کنید که 20 میلی‌آمپر هنوز در ناحیه کاری ایمن در 60 درجه سلسیوس قرار دارد. اگر نه، جریان راه‌اندازی را کاهش دهید یا خنک‌کنندگی را بهبود بخشید.
4. انتخاب دسته‌بندی:برای ظاهر یکنواخت، دسته‌های تنگ برای HUE (طول موج) و CAT (شدت) مشخص کنید، مثلاً HUE: FF1 و CAT: T1 یا T2، بسته به سطح روشنایی مورد نیاز.
5. چیدمان:ال‌ای‌دی‌ها را به طور یکنواخت قرار دهید. اگر از راهنمای نور استفاده می‌کنید، برای تراز دقیق از نقشه‌های مکانیکی پیروی کنید. اطمینان حاصل کنید که پدهای PCB با طرح پایه توصیه شده مطابقت دارند.

12. معرفی اصل فنی

ال‌ای‌دی بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک ماده نیمه‌هادی کار می‌کند. برای نوع قرمز توصیف شده، ماده تراشه AlGaInP (فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلیاژ AlGaInP انرژی شکاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، در طیف قرمز (~632 نانومتر پیک). بسته‌بندی P-LCC-2 تراشه نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند، بازتابنده داخلی را برای شکل‌دهی خروجی نور در خود جای می‌دهد و پایه‌های الکتریکی را برای اتصال تشکیل می‌دهد.

13. روندها و تحولات صنعت

بازار ال‌ای‌دی‌های نشانگر مانند سری 67-21 همچنان در حال تحول است. روندهای کلیدی شامل:

• افزایش بازده:بهبودهای مستمر در علم مواد و طراحی تراشه منجر به بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) می‌شود که امکان مصرف توان کمتر یا نشانگرهای روشن‌تر را فراهم می‌کند.
• کوچک‌سازی:در حالی که P-LCC-2 یک بسته‌بندی استاندارد است، همواره تلاش برای ردپای کوچک‌تر (مانند بسته‌بندی‌های در مقیاس تراشه) برای صرفه‌جویی در فضا روی PCBهای به طور فزاینده متراکم، به ویژه در دستگاه‌های قابل حمل وجود دارد.
• قابلیت اطمینان بهبود یافته:تقاضا برای عمر طولانی‌تر و کار در محیط‌های سخت‌تر (دمای بالاتر، رطوبت) باعث پیشرفت در مواد بسته‌بندی، روش‌های اتصال تراشه و فناوری فسفر (برای ال‌ای‌دی‌های سفید) می‌شود.
• ادغام هوشمند:یک روند رو به رشد، ادغام مدار کنترل (مانند درایورهای جریان ثابت یا کنترل‌کننده‌های PWM) در داخل خود بسته‌بندی ال‌ای‌دی است که طراحی مدار خارجی را ساده می‌کند.
• گاموت رنگ گسترده‌تر و ثبات:پیشرفت‌ها در فناوری دسته‌بندی و مواد فسفر، کنترل رنگ دقیق‌تر و طیف وسیع‌تری از رنگ‌های اشباع شده را ممکن می‌سازد که نیازهای طراحی زیبایی‌شناختی و نشانگرهای کدگذاری شده با رنگ را برآورده می‌کند.