دیتاشیت LED SMD نارنجی - ارتفاع 0.55 میلی‌متر - ولتاژ پیش‌روی معمولی 1.8 ولت - اتلاف توان 75 میلی‌وات - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED نارنجی با کارایی بالا و مونتاژ سطحی را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه با پروفیل فوق‌العاده کم‌ارتفاع خود شناخته می‌شود و برای کاربردهایی که محدودیت فضای عمودی یک فاکتور حیاتی است، مناسب می‌باشد. LED از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که به دلیل ارائه بازده نوری بالا و خلوص رنگ عالی در طیف نارنجی-قرمز شناخته شده است. به عنوان یک محصول سازگار با RoHS و سبز، از استانداردهای زیست‌محیطی معاصر پیروی می‌کند. قطعه بر روی نوار استاندارد صنعتی 8 میلی‌متری و قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ عرضه می‌شود که سازگاری با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک پیک اند پلیس و فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز را تسهیل می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

تمامی پارامترها در دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. درک این پارامترها برای طراحی مدار قابل اعتماد و پیش‌بینی عملکرد، حیاتی است.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن تضمین نشده و برای قابلیت اطمینان بلندمدت باید از آن اجتناب کرد.

• اتلاف توان (Pd):75 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که پکیج LED می‌تواند به صورت گرما دفع کند. تجاوز از این حد، خطر آسیب حرارتی به پیوند نیمه‌هادی و لنز اپوکسی را در پی دارد.
• جریان پیش‌روی DC (IF):30 میلی‌آمپر. حداکثر جریان پیش‌روی پیوسته قابل اعمال.
• جریان پیش‌روی پیک:80 میلی‌آمپر. این مقدار تنها تحت شرایط پالسی با چرخه وظیفه 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است. برای فلاش‌های کوتاه و پر شدت مفید است.
• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس فراتر از این مقدار می‌تواند باعث خرابی فوری و فاجعه‌بار پیوند LED شود.
• محدوده دمای کاری:30- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیطی که قطعه برای عملکرد در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای نگهداری:40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:مقاوم در برابر 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه، که برای پروفیل‌های لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب (Pb-free) معمول است.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

این پارامترها خروجی نور و رفتار الکتریکی را تحت شرایط کاری نرمال (معمولاً در IF = 2 میلی‌آمپر) تعریف می‌کنند.

• شدت نور (Iv):از حداقل 2.80 میلی‌کاندلا تا حداکثر 18.00 میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار واقعی به کد باین خاص بستگی دارد (به بخش 3 مراجعه کنید). شدت نور با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با منحنی پاسخ چشم انسان فوتوپیک (CIE) اندازه‌گیری می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار اندازه‌گیری شده در محور (0 درجه) کاهش می‌یابد. یک زاویه دید گسترده مانند این، الگوی روشنایی پخش‌شده و وسیعی را فراهم می‌کند که برای نشانگرهای وضعیت و نور پس‌زمینه مناسب است.
• طول موج تابش پیک (λ_P):611.0 نانومتر. این طول موجی است که در آن خروجی توان طیفی در حداکثر خود قرار دارد.
• طول موج غالب (λ_d):605.0 نانومتر. این یک پارامتر رنگ‌سنجی است که از نمودار رنگی CIE مشتق شده است. این طول موج منفردی را نشان می‌دهد که بهترین توصیف از رنگ درک‌شده نور را ارائه می‌دهد. این پارامتر مرتبط‌تری برای مشخصات رنگ است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):17 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی است. مقدار کوچکتر به معنای نور تک‌رنگ‌تر (رنگ خالص) است. 17 نانومتر برای LEDهای AlInGaP در محدوده نارنجی معمول است.
• ولتاژ پیش‌روی (V_F):معمولاً 1.80 ولت، با محدوده‌ای از 1.60 ولت تا 2.20 ولت در جریان 2 میلی‌آمپر. این ولتاژ پیش‌روی پایین، یک مزیت کلیدی تکنولوژی AlInGaP است و به بازدهی بالاتر کمک می‌کند.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که بایاس معکوس 5 ولت اعمال شود.

3. توضیح سیستم باینینگ

به دلیل تغییرات ذاتی در ساخت نیمه‌هادی‌ها، LEDها بر اساس عملکرد در باین‌ها (دسته‌ها) دسته‌بندی می‌شوند. این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات تحمل خاص برای کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ ولتاژ پیش‌روی

واحدها بر حسب ولت (V) اندازه‌گیری شده در IF = 2 میلی‌آمپر است. تحمل درون هر باین ±0.1 ولت است.

• D1:1.60 ولت (حداقل) تا 1.80 ولت (حداکثر)
• D2:1.80 ولت (حداقل) تا 2.00 ولت (حداکثر)
• D3:2.00 ولت (حداقل) تا 2.20 ولت (حداکثر)

انتخاب یک باین ولتاژ تنگ‌تر (مثلاً فقط D1) می‌تواند برای کاربردهای تغذیه مستقیم از باتری کم‌ولتاژ، برای اطمینان از روشنایی یکنواخت با تخلیه باتری، یا در آرایه‌های موازی LED برای اطمینان از تقسیم جریان، مهم باشد.

3.2 باینینگ شدت نور

واحدها بر حسب میلی‌کاندلا (mcd) اندازه‌گیری شده در IF = 2 میلی‌آمپر است. تحمل درون هر باین ±15% است.

• H:2.80 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 4.50 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• J:4.50 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 7.10 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• K:7.10 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 11.20 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• L:11.20 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 18.00 میلی‌کاندلا (حداکثر)

این باینینگ برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی یکنواخت در بین چندین LED دارند، مانند نمایشگرهای چند قسمتی یا پنل‌های نور پس‌زمینه، حیاتی است.

3.3 باینینگ طول موج غالب

واحدها بر حسب نانومتر (nm) اندازه‌گیری شده در IF = 2 میلی‌آمپر است. تحمل برای هر باین ±1 نانومتر است.

• N:597.0 نانومتر (حداقل) تا 600.0 نانومتر (حداکثر) – کهربایی-نارنجی
• P:600.0 نانومتر (حداقل) تا 603.0 نانومتر (حداکثر) – نارنجی
• Q:603.0 نانومتر (حداقل) تا 606.0 نانومتر (حداکثر) – نارنجی
• R:606.0 نانومتر (حداقل) تا 609.0 نانومتر (حداکثر) – نارنجی-قرمز
• S:609.0 نانومتر (حداقل) تا 612.0 نانومتر (حداکثر) – قرمز-نارنجی

این امکان تطابق رنگ دقیق را فراهم می‌کند که در کاربردهایی مانند چراغ‌های راهنمایی، روشنایی خودرو یا نورپردازی تزئینی که یک رنگ خاص الزامی است، ضروری می‌باشد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، مفاهیم آن‌ها استاندارد است. منحنی جریان پیش‌روی (I_F) در مقابل ولتاژ پیش‌روی (V_F) نمایی است. شدت نور (I_V) در محدوده کاری نرمال تقریباً با جریان خطی است اما در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی و افت بازدهی اشباع خواهد شد. طول موج غالب دارای ضریب دمایی منفی جزئی است، به این معنی که رنگ ممکن است با افزایش دمای پیوند کمی به سمت طول موج‌های بلندتر (شیفت قرمز) تغییر کند. برای حفظ رنگ و خروجی نور یکنواخت در طول عمر قطعه، هیت‌سینک مناسب و مدیریت جریان ضروری است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج و قطبیت

این قطعه دارای فوت‌پرینت پکیج استاندارد صنعتی EIA است. کاتد معمولاً با یک علامت سبز روی پکیج یا یک فرورفتگی در لنز نشان داده می‌شود. پروفیل فوق‌نازک 0.55 میلی‌متر یک مشخصه مکانیکی تعیین‌کننده است. نقشه‌های ابعادی دقیق برای طراحی الگوی لند PCB در دیتاشیت ارائه شده است.

5.2 مشخصات نوار و قرقره

LEDها بر روی نوار حامل برجسته 8 میلی‌متری که با یک نوار پوششی بالا مهر و موم شده است، عرضه می‌شوند و بر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده‌اند. تعداد استاندارد قطعات در هر قرقره 5000 عدد است. بسته‌بندی از مشخصات ANSI/EIA 481-1-A-1994 پیروی می‌کند. این فرمت برای خطوط مونتاژ اتوماتیک بهینه شده است و جابجایی و قرارگیری کارآمد را تضمین می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفیل ریفلو پیشنهادی برای فرآیندهای بدون سرب ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• پیش‌گرم:150 درجه سلسیوس تا 200 درجه سلسیوس.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه برای اجازه فعال‌سازی مناسب فلاکس و تثبیت دما.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سلسیوس.
• زمان بالاتر از نقطه ذوب:حداکثر 10 ثانیه (برای اتصال لحیم قابل اعتماد توصیه می‌شود).
• تعداد سیکل‌های ریفلو:حداکثر دو بار.

این پروفیل بر اساس استانداردهای JEDEC است. مشخص‌سازی پروفیل برای طراحی PCB خاص، خمیر لحیم و فر مورد استفاده در تولید، بسیار حیاتی است.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، از یک هویه کنترل دمایی با حداکثر دمای 300 درجه سلسیوس استفاده کنید. زمان تماس را به حداکثر 3 ثانیه برای هر پد محدود کنید. حرارت را به پد PCB اعمال کنید، نه مستقیماً به بدنه LED، تا از شوک حرارتی جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط از حلال‌های مشخص شده استفاده کنید. غوطه‌وری LED در اتانول یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. از تمیزکاری اولتراسونیک یا پاک‌کننده‌های شیمیایی نامشخص استفاده نکنید، زیرا می‌توانند به لنز اپوکسی یا باندهای داخلی آسیب برسانند.

7. نگهداری و جابجایی

نگهداری مناسب برای جلوگیری از جذب رطوبت که می‌تواند در حین ریفلو باعث "پاپ کورن شدن" (ترک خوردن پکیج) شود، حیاتی است.

• بسته مهر و موم شده:در دمای ≤30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شود. ظرف یک سال از تاریخ بسته‌بندی استفاده شود.
• بسته باز شده:برای قطعاتی که از کیسه ضد رطوبت خارج شده‌اند، محیط نگهداری نباید از 30 درجه سلسیوس و 60% رطوبت نسبی تجاوز کند. اکیداً توصیه می‌شود که لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز ظرف 672 ساعت (28 روز) پس از در معرض قرار گرفتن کامل شود.
• نگهداری طولانی‌مدت (باز شده):در یک ظرف دربسته همراه با ماده خشک‌کن یا در یک دسیکاتور نیتروژن نگهداری شود.
• بیکینگ:اگر LEDها بیش از 672 ساعت در معرض محیط قرار گرفته‌اند، باید قبل از لحیم‌کاری تقریباً در دمای 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 20 ساعت بیک شوند تا رطوبت جذب شده خارج شود.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• نشانگرهای وضعیت:زاویه دید گسترده و خروجی روشن آن، آن را برای نشانگرهای برق، اتصال یا فعالیت در الکترونیک مصرفی، تجهیزات شبکه و پنل‌های کنترل صنعتی ایده‌آل می‌کند.
• نور پس‌زمینه:می‌تواند برای نوردهی لبه‌ای پنل‌های کوچک، آیکون‌ها یا نمادها در داشبورد خودرو، لوازم خانگی و دستگاه‌های دستی استفاده شود.
• نورپردازی تزئینی:برای نورپردازی تأکیدی در تابلوها، ویژگی‌های معماری یا اسباب‌بازی‌هایی که رنگ نارنجی خاصی مورد نظر است، مناسب می‌باشد.
• سیستم‌های سنسور:می‌تواند به عنوان منبع نور در سنسورهای نوری، اینتراپترها یا آشکارسازهای اشیاء بازتابی عمل کند.

8.2 ملاحظات طراحی مدار

• محدود کردن جریان:LED یک قطعه جریان‌محور است. همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان یا یک مدار درایور جریان ثابت استفاده کنید. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_منبع- V_F) / I_F. برای یک طراحی محافظه‌کارانه، از حداکثر V_Fاز دیتاشیت استفاده کنید.
• مدیریت حرارتی:در حالی که اتلاف توان پایین است، اطمینان از مساحت کافی مس در اطراف پدهای حرارتی (در صورت وجود) و اجتناب از قرارگیری نزدیک سایر قطعات تولیدکننده گرما، به حفظ دمای پیوند پایین‌تر کمک می‌کند که منجر به طول عمر بیشتر و عملکرد پایدار می‌شود.
• محافظت ESD:اگرچه به صراحت به عنوان حساس ذکر نشده است، اما پیاده‌سازی محافظت ESD پایه روی خطوط سیگنال متصل به LED، یک روش طراحی خوب برای استحکام است.

9. مقایسه فنی و مزایا

در مقایسه با تکنولوژی‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، این LED AlInGaP مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد:

• بازدهی بالاتر:AlInGaP لومن بیشتری بر وات ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر برای همان جریان درایو یا مصرف توان کمتر برای همان روشنایی می‌شود.
• خلوص رنگ بهتر:نیم‌عرض طیفی باریک‌تر است که رنگ نارنجی اشباع‌تر و متمایزتر از نظر بصری را ایجاد می‌کند.
• تخریب حرارتی کمتر:AlInGaP در مقایسه با تکنولوژی‌های قدیمی‌تر، خروجی نور و پایداری رنگ خود را در دما و زمان بهتر حفظ می‌کند.
• پروفیل فوق‌نازک:ارتفاع 0.55 میلی‌متر یک عامل تمایز کلیدی است که امکان طراحی در دستگاه‌های مصرفی و همراه به طور فزاینده‌ای نازک را فراهم می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

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

طول موج پیک (λ_P)طول موج فیزیکی است که در آن LED بیشترین توان نوری را ساطع می‌کند.طول موج غالب (λ_d)یک مقدار محاسبه‌شده بر اساس نحوه درک رنگ توسط چشم انسان است. برای منابع تک‌رنگ مانند LEDها، آن‌ها اغلب نزدیک هستند، اما λ_dپارامتری است که برای مشخصات رنگ و باینینگ استفاده می‌شود.

10.2 آیا می‌توانم این LED را به طور پیوسته با جریان 20mA راه‌اندازی کنم؟

بله. حداکثر جریان پیش‌روی DC مطلق 30 میلی‌آمپر است. عملکرد در 20 میلی‌آمپر در محدوده مشخص شده قرار دارد. با این حال، باید اطمینان حاصل کنید که اتلاف توان (V_F* I_F) از 75 میلی‌وات تجاوز نکند. در یک V_Fمعمولی 1.8 ولت و جریان 20 میلی‌آمپر، اتلاف 36 میلی‌وات است که ایمن است.

10.3 چرا رطوبت انبارداری اینقدر مهم است؟

ماده بسته‌بندی اپوکسی می‌تواند رطوبت را از هوا جذب کند. در حین گرمایش سریع لحیم‌کاری ریفلو، این رطوبت به دام افتاده بخار شده و منبسط می‌شود و فشار داخلی عظیمی ایجاد می‌کند. این می‌تواند منجر به لایه‌لایه شدن (جدا شدن اپوکسی از فریم سرب) یا ترک خوردن پکیج شود که به عنوان "پاپ کورن شدن" شناخته می‌شود و قطعه را از بین می‌برد.

11. مطالعه موردی طراحی: یک نشانگر باتری ضعیف

سناریو:طراحی یک دستگاه پزشکی دستی فشرده با باتری سکه‌ای 3.0 ولت. یک LED نارنجی واضح و قابل مشاهده باید هنگامی که ولتاژ باتری به زیر 2.7 ولت می‌رسد، روشن شود.

انتخاب‌های طراحی:

1. انتخاب قطعه:این LED به دلیل پروفیل کم‌ارتفاع (مناسب برای محفظه نازک)، ولتاژ پیش‌روی پایین (~1.8 ولت) و روشنایی بالا ایده‌آل است.
2. باینینگ:یک باین طول موج غالب "P" یا "Q" را برای رنگ نارنجی استاندارد انتخاب کنید. یک باین شدت نور "K" یا "L" را برای قابلیت مشاهده بالا انتخاب کنید. یک باین ولتاژ پیش‌روی تنگ‌تر "D1" اطمینان می‌دهد که LED با کاهش ولتاژ باتری به طور یکنواخت روشن شود.
3. مدار:یک مدار مقایسه‌گر ساده ولتاژ باتری را نظارت می‌کند. هنگامی که فعال می‌شود، یک ترانزیستور را فعال می‌کند که LED را از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی می‌کند. R = (2.7V - 1.8V) / 0.002A = 450Ω. یک مقاومت استاندارد 470Ω استفاده می‌شود که I_F≈ 1.9mA را فراهم می‌کند که برای نشانگر کافی است.
4. لایه‌بندی:LED روی پنل جلویی قرار می‌گیرد. پکیج فوق‌نازک اجازه می‌دهد تا پشت یک قاب یا دیفیوزر بسیار نازک قرار گیرد.

12. معرفی اصل تکنولوژی

این LED بر اساس تکنولوژی نیمه‌هادی AlInGaP است. ناحیه فعال یک ساختار چند چاه کوانتومی است که به صورت اپیتاکسیال بر روی یک زیرلایه رشد داده شده است. هنگامی که یک ولتاژ پیش‌روی اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که به صورت تابشی بازترکیب شده و فوتون ساطع می‌کنند. نسبت خاص آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفید در شبکه کریستالی، انرژی گاف نواری و در نتیجه طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند - در این مورد، نارنجی. نور از طریق یک لنز اپوکسی گنبدی شکل استخراج می‌شود که همچنین از دی نیمه‌هادی و باندهای سیم محافظت می‌کند.

13. روندها و تحولات صنعت

روند در LEDهای نشانگر و سیگنال کوچک به سمت موارد زیر ادامه دارد:

1. مینیاتوری‌سازی:پکیج‌های حتی نازک‌تر و کوچک‌تر (مثلاً ارتفاع 0.3 میلی‌متر) برای امکان طراحی‌های نوآورانه در پوشیدنی‌ها و الکترونیک فوق فشرده.
2. بازدهی بالاتر:بهبودهای مستمر در تکنیک‌های رشد اپیتاکسیال و استخراج نور، برای خروجی نور بیشتر بر میلی‌آمپر فشار می‌آورند و مصرف توان سیستم را کاهش می‌دهند.
3. یکنواختی رنگ بهبود یافته:تحمل‌های باینینگ تنگ‌تر و تست پیشرفته در سطح ویفر، یکنواختی رنگ و روشنایی بهتر را در تولید انبوه تضمین می‌کنند.
4. یکپارچه‌سازی:رشد پکیج‌های چند تراشه‌ای (RGB، دو رنگ) و ماژول‌های LED با درایورهای یکپارچه یا منطق کنترل در یک پکیج واحد.

این قطعه نمایانگر نقطه‌ای بالغ و بهینه‌شده در تکامل تکنولوژی LED SMD AlInGaP است که عملکرد، اندازه و قابلیت ساخت را برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای روشنایی عمومی و نشانگر متعادل می‌کند.