دیتاشیت LED SMD 1206 قرمز 639nm - بسته‌بندی 3.2x1.6x1.1mm - ولتاژ مستقیم 1.6-2.4V - شدت نور 18-180mcd - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات یک LED قرمز با عملکرد بالا و نصب سطحی از جنس AlInGaP (آلومینیوم ایندیوم گالیم فسفید) را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده است که نیازمند روشنایی بالا و قابلیت اطمینان در یک فوت‌پرینت فشرده و استاندارد صنعتی 1206 هستند. مزایای اصلی آن شامل سازگاری با تجهیزات اتوماتیک پیک‌اند‌پلیس و فرآیندهای لحیم‌کاری ری‌فلو مادون قرمز (IR) است که آن را برای تولید انبوه مناسب می‌سازد.

این LED از یک چیپ نیمه‌هادی AlInGaP استفاده می‌کند که به دلیل بازدهی بالا و پایداری در تولید طول‌موج‌های قرمز، نارنجی و زرد شناخته شده است. ماده لنز "واتر کلیر" زاویه دید وسیعی فراهم کرده و به دستیابی به شدت نور مشخص شده کمک می‌کند. این محصول با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

این محدوده‌ها، مرزهایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• اتلاف توان (Pd):62.5 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که بسته‌بندی LED می‌تواند بدون تجاوز از محدودیت‌های حرارتی خود به صورت گرما دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(پیک)):60 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم لحظه‌ای مجاز است که معمولاً تحت شرایط پالسی (سیکل وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1ms) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مشخص می‌شود.
• جریان مستقیم DC (I_F):25 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد قابل اطمینان بلندمدت است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوند شود.
• محدوده دمای عملیاتی (T_opr):30- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیطی که LED مطابق با مشخصات خود در آن عمل خواهد کرد.
• محدوده دمای انبارش (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه. حداکثر پروفایل حرارتی که بسته‌بندی می‌تواند در طول لحیم‌کاری ری‌فلو تحمل کند.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکال

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد Ta=25°C و I_F=20mA اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (I_V):18.0 - 180.0 میلی‌کاندلا (mcd). مقدار نور مرئی ساطع شده، که روی محور اندازه‌گیری می‌شود. محدوده وسیع نشان‌دهنده استفاده از یک سیستم باینینگ است (به بخش 3 مراجعه کنید).
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار پیک (روی محور) کاهش می‌یابد. زاویه وسیع 130 درجه نشان‌دهنده یک الگوی انتشار پخش و غیرمتمرکز مناسب برای روشنایی منطقه‌ای است.
• طول‌موج پیک انتشار (λ_P):639 نانومتر (معمولی). طول‌موجی که در آن خروجی توان طیفی حداکثر است.
• طول‌موج غالب (λ_d):631 نانومتر (معمولی در I_F=20mA). این طول‌موج منفردی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و به بهترین شکل رنگ LED را نشان می‌دهد و از نمودار رنگ‌سنجی CIE استخراج می‌شود.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمولی). پهنای باند طیف ساطع شده که در نصف شدت پیک اندازه‌گیری می‌شود. مقدار 20nm مشخصه LEDهای قرمز AlInGaP است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.60 - 2.40 ولت در I_F=20mA. افت ولتاژ در دو سر LED هنگام کار. تغییرات به دلیل تلرانس‌های فرآیند نیمه‌هادی است.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. جریان نشتی کوچک هنگامی که LED در بایاس معکوس قرار دارد.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در کاربردها، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی دسته‌بندی (باینینگ) می‌شوند. این قطعه عمدتاً برای شدت نور باینینگ شده است.

3.1 باینینگ شدت نور

شدت نور در چندین بین دسته‌بندی می‌شود که هر کدام دارای یک مقدار حداقل و حداکثر هستند. تلرانس هر بین +/-15% است.

• بین M:18.0 - 28.0 mcd
• بین N:28.0 - 45.0 mcd
• بین P:45.0 - 71.0 mcd
• بین Q:71.0 - 112.0 mcd
• بین R:112.0 - 180.0 mcd

طراحان باید بر اساس نیازهای روشنایی خود، بین مناسب را انتخاب کنند. استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر LED (همانطور که در بخش روش راه‌اندازی نشان داده شده است) هنگام اتصال چندین LED به صورت موازی برای اطمینان از یکنواختی روشنایی بسیار مهم است، زیرا تغییرات V_Fمی‌تواند باعث عدم تعادل جریان شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 1، شکل 5)، رفتار معمولی را می‌توان بر اساس فناوری توصیف کرد.

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

LED آلین‌گپ یک مشخصه I-V دیودی معمولی را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم (V_F) دارای ضریب دمایی منفی است، به این معنی که با افزایش دمای پیوند کمی کاهش می‌یابد. محدوده مشخص شده V_Fاز 1.6V تا 2.4V در 20mA باید برای طراحی منبع تغذیه در نظر گرفته شود.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

شدت نور در محدوده عملیاتی نرمال (تا رتبه جریان مستقیم DC 25mA) تقریباً متناسب با جریان مستقیم است. کار کردن بالاتر از این جریان منجر به افزایش تولید گرما، افت بازده و تسریع کاهش لومن می‌شود.

4.3 وابستگی به دما

خروجی نوری LEDهای AlInGaP با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. این ویژگی برای طراحی‌هایی که LED ممکن است در دمای محیط بالا کار کند یا مدیریت حرارتی در آن چالش‌برانگیز است، بسیار مهم است. محدوده دمای عملیاتی 30- تا 85+ درجه سانتی‌گراد، محدودیت‌های حفظ عملکرد مشخص شده را تعریف می‌کند.

4.4 توزیع طیفی

طیف انتشار حول یک طول‌موج پیک 639 نانومتر (معمولی) با نیم‌عرض 20 نانومتر متمرکز شده است. طول‌موج غالب (631nm) رنگ قرمز درک شده را تعریف می‌کند. این طیف در محدوده جریان عملیاتی و دما پایدار است که برای کاربردهای حساس به رنگ مهم است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

LED در یک بسته‌بندی سطح‌نصب استاندارد صنعتی 1206 قرار دارد. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر) شامل طول بدنه تقریباً 3.2mm، عرض 1.6mm و ارتفاع 1.1mm است. تمام تلرانس‌های ابعادی معمولاً ±0.10mm هستند مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. بسته‌بندی دارای دو ترمینال آند/کاتد برای لحیم‌کاری است.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً علامت‌گذاری شده است، اغلب با یک ته‌رنگ سبز در سمت مربوطه بسته‌بندی یا یک فرورفتگی در بدنه پلاستیکی. جهت‌دهی صحیح قطبیت در طول طراحی PCB و مونتاژ ضروری است.

5.3 طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک الگوی لند توصیه شده (طرح پد لحیم) ارائه شده است تا از تشکیل صحیح اتصال لحیم، پایداری مکانیکی و دفع حرارت در طول ری‌فلو اطمینان حاصل شود. پایبندی به این طرح به جلوگیری از پدیده "تومب‌استونینگ" (ایستادن قطعه روی یک سر) کمک کرده و اتصال الکتریکی قابل اطمینان را تضمین می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری ری‌فلو

این LED با فرآیندهای لحیم‌کاری ری‌فلو مادون قرمز (IR) سازگار است. یک پروفایل پیشنهادی ارائه شده است که با استانداردهای JEDEC برای مونتاژ بدون سرب (Pb-free) مطابقت دارد. پارامترهای کلیدی شامل:

• پیش‌گرم:150-200 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 120 ثانیه برای گرم کردن تدریجی برد و قطعات، فعال‌سازی فلاکس و به حداقل رساندن شوک حرارتی.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد.
• زمان بالاتر از نقطه مایع:قطعه باید حداکثر به مدت 10 ثانیه در معرض دمای پیک قرار گیرد. عملیات ری‌فلو حداکثر باید دو بار انجام شود.

پروفایل باید برای طراحی PCB خاص، قطعات، خمیر لحیم و فر مورد استفاده مشخص شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، از یک هویه کنترل دمایی استفاده کنید که حداکثر روی 300 درجه سانتی‌گراد تنظیم شده است. زمان لحیم‌کاری برای هر پایه نباید از 3 ثانیه تجاوز کند و این کار فقط باید یک بار انجام شود تا از آسیب حرارتی به بسته‌بندی پلاستیکی و دی نیمه‌هادی جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط از حلال‌های مشخص شده استفاده کنید. غوطه‌ور کردن LED در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. از مایعات شیمیایی نامشخص استفاده نکنید زیرا ممکن است به لنز اپوکسی یا بسته‌بندی آسیب برسانند.

6.4 انبارش و جابجایی

• حساسیت به تخلیه الکترواستاتیک (ESD):LEDها به ESD حساس هستند. باید در طول جابجایی اقدامات احتیاطی مناسب ESD از جمله استفاده از مچ‌بندهای زمین‌شده، زیراندازهای ضداستاتیک و تجهیزات زمین‌شده رعایت شود.
• حساسیت به رطوبت:بسته‌بندی به رطوبت حساس است. هنگامی که در کیسه رطوبت‌گیر اصلی مهر و موم شده با ماده خشک‌کن نگهداری می‌شود، دارای عمر قفسه یک سال در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% است. پس از باز شدن کیسه، قطعات باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شده و در حالت ایده‌آل ظرف یک هفته ری‌فلو شوند. برای نگهداری طولانی‌تر خارج از کیسه اصلی، از یک ظرف مهر و موم شده با ماده خشک‌کن استفاده کنید. قطعاتی که بیش از یک هفته به صورت باز نگهداری شده‌اند، باید قبل از لحیم‌کاری در دمای تقریباً 60 درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل 20 ساعت پخته شوند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پاپ‌کورنینگ" در طول ری‌فلو جلوگیری شود.

7. بسته‌بندی و سفارش‌دهی

LEDها در بسته‌بندی استاندارد صنعتی برای مونتاژ اتوماتیک عرضه می‌شوند.

• نوار و قرقره:قطعات در نوار حامل برجسته به عرض 8mm روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178mm) بسته‌بندی می‌شوند.
• تعداد در هر قرقره:4000 عدد.
• حداقل مقدار سفارش (MOQ):500 عدد برای مقادیر باقیمانده.
• استاندارد بسته‌بندی:با مشخصات ANSI/EIA-481 مطابقت دارد. پاکت‌های خالی در نوار با یک نوار پوشش بالا مهر و موم می‌شوند.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

LEDها قطعات جریان‌محور هستند. قابل اطمینان‌ترین روش راه‌اندازی، استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری برای هر LED است، به ویژه هنگام اتصال چندین LED به صورت موازی. این امر تغییرات طبیعی در ولتاژ مستقیم (V_F) از یک LED به LED دیگر را جبران می‌کند و جریان یکنواخت و در نتیجه روشنایی یکنواخت در بین تمام قطعات آرایه را تضمین می‌کند. راه‌اندازی LEDها با یک منبع جریان ثابت، پایدارترین خروجی نوری را فراهم می‌کند.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان نسبتاً کم است (حداکثر 62.5mW)، طراحی حرارتی مناسب عمر LED را افزایش داده و روشنایی را حفظ می‌کند. اطمینان حاصل کنید که PCB دارای مساحت مسی کافی متصل به پدهای LED است تا به عنوان هیت‌سینک عمل کند، به ویژه هنگام کار در جریان DC حداکثر یا نزدیک به آن. از کار کردن در دمای محیط در حد بالای محدوده برای مدت طولانی خودداری کنید.

8.3 محدوده کاربرد

این LED برای تجهیزات الکترونیکی عمومی که نیازمند نشانگر وضعیت، نور پس‌زمینه یا نورپردازی تزئینی هستند، مناسب است. این شامل کاربردها در الکترونیک مصرفی، تجهیزات اداری، دستگاه‌های ارتباطی و لوازم خانگی می‌شود. این قطعه به طور خاص برای کاربردهایی که خرابی می‌تواند جان یا ایمنی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی، کنترل ترافیک حیاتی) طراحی یا تأیید نشده است. برای چنین کاربردهایی، مشورت با سازنده برای قطعات دارای صلاحیت ویژه ضروری است.

9. مقایسه و تمایز فناوری

این LED از فناوری AlInGaP استفاده می‌کند که مزایای متمایزی برای انتشار نور قرمز/نارنجی/زرد در مقایسه با فناوری‌های دیگر مانند AllnGaP روی زیرلایه جاذب یا LEDهای قدیمی GaAsP ارائه می‌دهد.

• بازدهی بالا و روشنایی:AlInGaP بازده نوری بیشتری (خروجی نور بیشتر بر وات الکتریکی) نسبت به فناوری‌های سنتی ارائه می‌دهد که امکان دستیابی به روشنایی بالا (تا 180mcd) در یک بسته‌بندی کوچک را فراهم می‌کند.
• پایداری رنگ:نقطه رنگ (طول‌موج غالب) LEDهای AlInGaP در محدوده جریان عملیاتی و دما و در طول عمر قطعه در مقایسه با برخی جایگزین‌ها پایدارتر است.
• زاویه دید وسیع:زاویه دید 130 درجه با لنز واتر کلیر، روشنایی گسترده و یکنواخت‌تری در مقایسه با لنزهای متمرکز یا با زاویه باریک ارائه می‌دهد.
• سازگاری با نصب سطحی:بسته‌بندی 1206 و سازگاری با ری‌فلو IR در مقایسه با LEDهای ترو-هول، یک راه‌حل مدرن و قابل تولید را نشان می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

10.1 چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

مقدار مقاومت سری (R_s) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R_s= (V_منبع- V_F) / I_F. از حداکثر V_Fاز دیتاشیت (2.4V) استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود جریان تحت بدترین شرایط از I_Fمورد نظر (مثلاً 20mA) تجاوز نمی‌کند. برای منبع تغذیه 5V: R_s= (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 اهم. یک مقاومت استاندارد 130Ω یا 150Ω مناسب خواهد بود.

10.2 آیا می‌توانم آن را با سیگنال PWM راه‌اندازی کنم؟

بله، مدولاسیون عرض پالس (PWM) یک روش عالی برای کم‌نور کردن LEDها است. این روش ویژگی‌های رنگ LED را بهتر از کم‌نور کردن آنالوگ (جریان) حفظ می‌کند. اطمینان حاصل کنید که فرکانس PWM به اندازه کافی بالا است تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود (معمولاً >100Hz) و اینکه جریان پیک در هر پالس از حداکثر رتبه مطلق 60mA تجاوز نکند.

10.3 چرا چنین محدوده وسیعی در شدت نور وجود دارد؟

محدوده (18-180mcd) نشان‌دهنده گستره کلی در بین تمام بین‌های تولید است. LEDهای منفرد در بین‌های خاص (M, N, P, Q, R) با محدوده‌های بسیار باریک‌تری دسته‌بندی می‌شوند. شما باید هنگام سفارش، بین مورد نظر خود را مشخص کنید تا سطح روشنایی برای کاربرد شما تضمین شود.

10.4 طول عمر LED چقدر است؟

طول عمر LED (که اغلب به عنوان نقطه‌ای تعریف می‌شود که خروجی نور به 70% مقدار اولیه کاهش می‌یابد، L70) به صراحت در این دیتاشیت ذکر نشده است. طول عمر به شدت به شرایط عملیاتی، عمدتاً دمای پیوند و جریان راه‌اندازی بستگی دارد. کار کردن به میزان قابل توجهی پایین‌تر از حداکثر رتبه‌ها (مثلاً در 15-20mA و با مدیریت حرارتی خوب) عمر عملیاتی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد، احتمالاً به ده‌ها هزار ساعت.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

11.1 پنل نشانگر وضعیت

در یک پنل نشانگر وضعیت چندگانه برای تجهیزات صنعتی، چندین عدد از این LEDها (مثلاً بین P یا Q برای روشنایی متوسط تا بالا) می‌توانند در یک ردیف چیده شوند. هر کدام توسط یک پین GPIO میکروکنترلر از طریق یک مقاومت سری (مثلاً 150Ω برای سیستم 3.3V یا 5V) راه‌اندازی می‌شوند. زاویه دید وسیع اطمینان می‌دهد که وضعیت از موقعیت‌های مختلف اپراتور قابل مشاهده است. سازگاری با ری‌فلو اجازه می‌دهد کل برد، شامل LEDها و میکروکنترلر، در یک مرحله لحیم شوند.

11.2 نور پس‌زمینه برای کلیدهای ممبران

یک LED منفرد از بین R (بالاترین روشنایی) می‌تواند در مجاورت یک آیکون کلید ممبران نیمه‌شفاف قرار گیرد تا نور پس‌زمینه فراهم کند. نور پخش و با زاویه وسیع از لنز واتر کلیر به روشنایی یکنواخت آیکون کمک می‌کند. پروفایل کم ارتفاع (ارتفاع 1.1mm) به آن اجازه می‌دهد در طراحی‌های دستگاه‌های باریک جای گیرد.

12. معرفی اصل فنی

انتشار نور در این LED بر اساس الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی ساخته شده از AlInGaP است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از منطقه نوع n و حفره‌ها از منطقه نوع p به منطقه فعال (پیوند) تزریق می‌شوند. هنگامی که الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب می‌شوند، انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلومینیوم، ایندیوم، گالیم و فسفید در شبکه کریستالی، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول‌موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، قرمز در حدود 639 نانومتر. لنز اپوکسی "واتر کلیر" چیپ را کپسوله می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم کرده، الگوی خروجی نور را شکل داده و استخراج نور از ماده نیمه‌هادی را افزایش می‌دهد.

13. روندها و تحولات فناوری

روند کلی در LEDهای نشانگر SMD مانند این مورد، به سمت بازدهی حتی بالاتر (لومن بیشتر بر وات) است که امکان دستیابی به همان روشنایی در جریان راه‌اندازی کمتر را فراهم کرده، مصرف برق و تولید گرما را کاهش می‌دهد. همچنین تلاش مداومی برای کوچک‌سازی در حالی که عملکرد نوری حفظ یا بهبود می‌یابد، وجود دارد. علاوه بر این، بهبود در مواد بسته‌بندی و فرآیندهای تولید، قابلیت اطمینان و سازگاری با پروفایل‌های لحیم‌کاری فزاینده‌ای که برای مونتاژ بدون سرب مورد نیاز است را افزایش می‌دهد. یکنواختی رنگ و تلرانس‌های باینینگ باریک‌تر نیز از حوزه‌های توسعه مستمر برای پاسخگویی به نیازهای کاربردهایی که نیازمند تطابق دقیق رنگ هستند، می‌باشند.