دیتاشیت LED آبی SMD - ارتفاع 0.8 میلی‌متر - حداکثر 3.8 ولت - توان 76 میلی‌وات - لنز شفاف - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات یک قطعه LED آبی نصب‌سطحی فوق‌نازک را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه برای مونتاژهای الکترونیکی مدرن و فشرده طراحی شده که به یک منبع نور کم‌حجم نیاز دارند. کاربرد اصلی آن در نور پس‌زمینه، نشانگرهای وضعیت و نورپردازی تزئینی درون لوازم الکترونیکی مصرفی، تجهیزات اداری و دستگاه‌های ارتباطی است.

مزایای اصلی این قطعه شامل پروفایل فوق‌العاده نازک 0.80 میلی‌متری آن است که امکان ادغام در طراحی‌های محدود از نظر فضا را فراهم می‌کند. این قطعه از تراشه دایس InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) استفاده می‌کند که به دلیل تولید نور آبی با روشنایی بالا شناخته شده است. محصول مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) است و به عنوان یک محصول سبز طبقه‌بندی می‌شود. این قطعه بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده بر روی قرقره‌های با قطر 7 اینچ بسته‌بندی می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک پیک‌اندپلیس پرسرعت مورد استفاده در تولید انبوه سازگار می‌کند.

2. تفسیر عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

محدودیت‌های عملیاتی دستگاه در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد تعریف شده است. تجاوز از این مقادیر ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• اتلاف توان (Pd):76 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که بسته‌بندی LED می‌تواند به صورت گرما دفع کند بدون آنکه عملکرد یا قابلیت اطمینان آن کاهش یابد.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان لحظه‌ای مجاز تحت شرایط پالس است که در چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مشخص شده است. این مقدار به طور قابل توجهی بالاتر از رتبه جریان پیوسته است.
• جریان مستقیم DC (I_F):20 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد عادی است که قابلیت اطمینان بلندمدت و خروجی نور پایدار را تضمین می‌کند.
• محدوده دمای عملیاتی:20- تا 80+ درجه سانتی‌گراد. عملکرد دستگاه در این محدوده دمای محیط تضمین شده است.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی:30- تا 100+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه می‌تواند بدون اعمال توان در این محدوده دمایی وسیع‌تر ذخیره شود.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه. این، دمای پیک و تحمل زمان برای فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب (Pb-free) را تعریف می‌کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها در Ta=25°C اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول دستگاه را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):28.0 - 180.0 میلی‌کاندلا (mcd) در I_F=20mA. این محدوده وسیع نشان می‌دهد که دستگاه در باین‌های روشنایی مختلف موجود است (به بخش 3 مراجعه کنید). اندازه‌گیری با یک سنسور/فیلتر که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE را تقریب می‌زند انجام می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار خود در محور مرکزی (0 درجه) کاهش می‌یابد. یک زاویه دید وسیع برای یک لنز شفاف آب‌مانند بدون گنبد پخش‌کننده نور معمول است.
• طول موج تابش پیک (λ_P):468 نانومتر. این طول موجی است که در آن خروجی توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):465.0 - 475.0 نانومتر در I_F=20mA. این طول موج منفردی است که چشم انسان به عنوان رنگ نور درک می‌کند و از نمودار رنگ‌سنجی CIE استخراج می‌شود.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):25 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر به معنای نور تک‌رنگ‌تر است. 25 نانومتر برای یک LED آبی InGaN معمول است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.8 - 3.8 ولت در I_F=20mA. افت ولتاژ در دو سر LED هنگام کار. این محدوده مربوط به باین‌های مختلف ولتاژ مستقیم است.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. جریان نشتی کوچک هنگامی که بایاس معکوس اعمال می‌شود.مهم:دستگاه برای کار معکوس طراحی نشده است؛ این شرایط آزمایش فقط برای مشخصه‌یابی است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات در خطوط تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در باین‌ها دسته‌بندی می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربرد برای رنگ و عملکرد الکتریکی را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ ولتاژ مستقیم

واحدها: ولت (V) @ 20mA. تلرانس هر باین ±0.1V است.
باین D7: 2.80 - 3.00V
باین D8: 3.00 - 3.20V
باین D9: 3.20 - 3.40V
باین D10: 3.40 - 3.60V
باین D11: 3.60 - 3.80V

3.2 باینینگ شدت نور

واحدها: میلی‌کاندلا (mcd) @ 20mA. تلرانس هر باین ±15% است.
باین N: 28.0 - 45.0 mcd
باین P: 45.0 - 71.0 mcd
باین Q: 71.0 - 112.0 mcd
باین R: 112.0 - 180.0 mcd

3.3 باینینگ طول موج غالب

واحدها: نانومتر (nm) @ 20mA. تلرانس برای هر باین ±1nm است.
باین AC: 465.0 - 470.0 نانومتر (آبی متمایل به سبز)
باین AD: 470.0 - 475.0 نانومتر (آبی خالص‌تر)

4. تحلیل منحنی عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 1، شکل 6)، رفتار معمول آنها را می‌توان بر اساس فناوری توصیف کرد.

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

نیمه‌هادی InGaN دارای یک ولتاژ آستانه روشن شدن مشخصه در حدود 2.8 ولت است. بالاتر از این آستانه، جریان به صورت نمایی با افزایش کوچکی در ولتاژ افزایش می‌یابد. منحنی یک زانوی تیز را نشان خواهد داد که مشخصه رفتار دیود است. کار در 20 میلی‌آمپر توصیه شده، اطمینان می‌دهد که دستگاه به خوبی از نقطه زانو گذشته و برای تابش نور پایدار است.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم (منحنی L-I)

خروجی نور (شدت نور) تا حدی تقریباً متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، بازده ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش تولید گرما درون تراشه (اثر افت) کاهش یابد. رتبه 20 میلی‌آمپر برای تعادل روشنایی با بازده و طول عمر انتخاب شده است.

4.3 مشخصات دمایی

عملکرد LED وابسته به دما است. معمولاً با افزایش دمای اتصال:
- ولتاژ مستقیم (V_F) کمی کاهش می‌یابد.
- شدت نور کاهش می‌یابد. ضریب کاهش دقیق خاص کاربرد است اما باید برای طراحی‌هایی که در دمای محیط بالا یا با جریان‌های راه‌اندازی بالا کار می‌کنند در نظر گرفته شود.
- طول موج غالب ممکن است کمی جابجا شود (معمولاً به سمت طول‌موج‌های بلندتر برای LEDهای آبی).

4.4 توزیع طیفی

طیف تابش یک منحنی گاوسی‌مانند است که حول طول موج پیک (468 نانومتر) با نیم‌عرض 25 نانومتر متمرکز شده است. لنز شفاف آب‌مانند این طیف را به طور قابل توجهی تغییر نمی‌دهد، برخلاف لنزهای دارای پوشش فسفر که در LEDهای سفید استفاده می‌شوند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه مطابق با طرح استاندارد بسته‌بندی EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک) است. ابعاد کلیدی شامل ارتفاع کل (H) 0.80 میلی‌متر است که آن را به یک قطعه \"فوق‌العاده نازک\" تبدیل می‌کند. سایر ابعاد حیاتی برای طراحی جای پای PCB در نقشه‌های دیتاشیت ارائه شده است، با تلرانس کلی ±0.10 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

5.2 شناسایی قطبیت

مانند همه دیودها، LED دارای ترمینال آند (مثبت) و کاتد (منفی) است. بسته‌بندی معمولاً از یک نشانگر بصری مانند یک شکاف، یک نقطه یا یک گوشه پخ‌خورده در سمت کاتد استفاده می‌کند. طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری در دیتاشیت جهت صحیح را برای طراحی PCB نشان خواهد داد.

5.3 مشخصات نوار و قرقره

قطعه در نوار حامل برجسته‌کاری شده با یک نوار پوشش محافظ عرضه می‌شود که بر روی قرقره‌های با قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است. مقدار استاندارد قرقره 3000 قطعه است. بسته‌بندی از مشخصات ANSI/EIA-481 پیروی می‌کند. نکات کلیدی شامل موارد زیر است: جیب‌های خالی مهر و موم شده‌اند، حداقل مقدار بسته‌بندی برای باقی‌مانده‌ها 500 قطعه است و حداکثر دو قطعه مفقود شده متوالی در هر قرقره مجاز است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری ریفلو

دستگاه با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) سازگار است که برای مونتاژ بدون سرب ضروری است. یک پروفایل پیشنهادی ارائه شده است که از استانداردهای JEDEC پیروی می‌کند. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:
- پیش‌گرم:150–200°C
- زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه برای اجازه گرمایش یکنواخت و تبخیر حلال.
- دمای پیک:حداکثر 260°C.
- زمان بالاتر از مایع (TAL):پروفایل پیشنهادی یک زمان خاص را درون منطقه بحرانی ریفلو نشان می‌دهد؛ دیتاشیت حداکثر 10 ثانیه در دمای پیک را مشخص می‌کند.
- تعداد پاس‌ها:حداکثر دو چرخه ریفلو.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، از هویه کنترل دمایی استفاده کنید.
- دمای هویه:حداکثر 300°C.
- زمان لحیم‌کاری:حداکثر 3 ثانیه برای هر پد.
- تعداد پاس‌ها:فقط یک بار. گرمای بیش از حد می‌تواند به بسته‌بندی پلاستیکی و دای نیمه‌هادی آسیب برساند.

6.3 شرایط نگهداری

حساسیت رطوبتی یک عامل حیاتی برای قطعات SMD است.
- بسته مهر و موم شده:در ≤30°C و ≤90% رطوبت نسبی (RH) نگهداری کنید. در صورت بسته‌بندی با ماده خشک‌کن، ظرف یک سال از تاریخ مهر و موم بسته استفاده کنید.
- بسته باز شده:برای قطعات خارج شده از کیسه مانع رطوبت، محیط نگهداری نباید از 30°C / 60% RH تجاوز کند. توصیه می‌شود ریفلو IR ظرف یک هفته از باز کردن بسته تکمیل شود.
- نگهداری طولانی‌مدت (باز شده):در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در یک خشک‌کن نیتروژن نگهداری کنید.
- پخت:اگر قطعات بیش از یک هفته در معرض شرایط محیطی قرار گرفته‌اند، قبل از لحیم‌کاری تقریباً در 60°C به مدت حداقل 20 ساعت پخت کنید تا رطوبت جذب شده حذف شده و از \"پاپ‌کورنینگ\" در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.4 تمیز کردن

از تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص استفاده نکنید. در صورت نیاز به تمیز کردن پس از لحیم‌کاری، LED را در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور کنید. حلال‌های قوی می‌توانند به لنز پلاستیکی و بسته‌بندی آسیب برسانند.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

• نور پس‌زمینه:صفحه کلیدها، نمایشگرهای LCD کوچک، روشنایی آیکون‌ها.
• نشانگرهای وضعیت:روشن بودن، حالت آماده به کار، اتصال، وضعیت شارژ باتری در دستگاه‌های قابل حمل، روترها و لوازم خانگی.
• نورپردازی تزئینی:نورپردازی تاکیدی در لوازم الکترونیکی مصرفی.
• نشانگرهای پنل:پنل‌های جلویی تجهیزات.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (V_منبع- V_F) / I_Fمحاسبه کنید. از حداکثر V_Fاز باین یا دیتاشیت استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود جریان در بدترین شرایط از 20 میلی‌آمپر تجاوز نمی‌کند.
• محافظت در برابر ESD:LEDها به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند. با احتیاط‌های مناسب ESD (مچ‌بندهای زمین شده، ایستگاه‌های کاری زمین شده) آن‌ها را جابجا کنید. در صورت قرارگیری LED در یک مکان در معرض دید، دیودهای محافظ ESD را روی PCBها قرار دهید.
• مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان کم است، اما اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس PCB یا وایاهای حرارتی زیر پدهای LED برای هدایت گرما وجود دارد، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا یا هنگامی که نزدیک به حداکثر جریان راه‌اندازی می‌شود.
• طراحی نوری:زاویه دید 130 درجه پوشش وسیعی را فراهم می‌کند. برای نور هدایت شده، ممکن است لنزهای خارجی یا راهنماهای نور لازم باشد.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای قدیمی ترو-هول یا بسته‌بندی‌های SMD بزرگتر (مانند 0603، 0805)، تمایزدهنده اصلی این دستگاه ارتفاع 0.8 میلی‌متری آن است که امکان محصولات نهایی نازک‌تر را فراهم می‌کند. در مقایسه با سایر LEDهای \"تراشه‌ای\"، استفاده از فناوری InGaN روشنایی و بازده بالاتری برای تابش نور آبی نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر فراهم می‌کند. ترکیب پروفایل نازک، روشنایی بالا و سازگاری با مونتاژ اتوماتیک، بدون سرب و با دمای بالا، آن را برای تولید انبوه مدرن، مقرون به صرفه و قابل اطمینان مناسب می‌سازد.

9. سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را با 3.3 ولت و بدون مقاومت راه‌اندازی کنم؟
ج: خیر. ولتاژ مستقیم از 2.8 ولت تا 3.8 ولت متغیر است. اتصال مستقیم 3.3 ولت در صورتی که V_FLED در انتهای پایین محدوده باشد (مثلاً 2.9 ولت)، می‌تواند منجر به جریان بیش از حد و احتمالاً آسیب به آن شود. همیشه از یک مکانیسم محدودکننده جریان استفاده کنید.

س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟
ج: طول موج پیک (λ_P) قله فیزیکی طیف نور (468 نانومتر) است. طول موج غالب (λ_d) طول موج منفردی است که چشم انسان به عنوان رنگ درک می‌کند (475-465 نانومتر) که از مختصات رنگ محاسبه می‌شود. برای LEDهای تک‌رنگ مانند این LED آبی، آن‌ها نزدیک اما یکسان نیستند.

س: چرا نیازمندی رطوبت نگهداری برای بسته‌های باز شده سخت‌گیرانه‌تر است؟
ج: بسته‌بندی‌های پلاستیکی SMD رطوبت را از هوا جذب می‌کنند. در طی گرمای زیاد لحیم‌کاری ریفلو، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت تبخیر شود و فشار داخلی ایجاد کند که می‌تواند بسته‌بندی را ترک دهد (\"پاپ‌کورنینگ\" یا \"جدایش\"). محدودیت‌های سخت‌گیرانه‌تر و روش‌های پخت از این حالت خرابی جلوگیری می‌کنند.

س: آیا می‌توانم از این برای نشان دادن ولتاژ معکوس استفاده کنم؟
ج: خیر. دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه برای کار معکوس طراحی نشده است. آزمایش جریان معکوس 5 ولت فقط برای مشخصه‌یابی است. اعمال یک بایاس معکوس پیوسته احتمالاً به LED آسیب می‌رساند.

10. مورد عملی طراحی

سناریو:طراحی یک نشانگر وضعیت برای یک دستگاه با تغذیه USB (منبع 5 ولت).
مرحله 1 - انتخاب قطعه:یک باین روشنایی (مثلاً باین P برای روشنایی متوسط) و یک باین ولتاژ مستقیم (مثلاً باین D9 برای محاسبه طراحی) انتخاب کنید.
مرحله 2 - طراحی مدار:مقاومت سری را محاسبه کنید. با استفاده از حداکثر V_Fاز باین D9 (3.4 ولت) و I_Fهدف 20 میلی‌آمپر: R = (5V - 3.4V) / 0.020A = 80 اهم. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد (82 اهم) را انتخاب کنید. جریان واقعی را مجدداً محاسبه کنید: I_F= (5V - 3.2V*) / 82Ω ≈ 21.95mA (ایمن). *با استفاده از V_F.
مرحله 3 - چیدمان PCB:مقاومت 82 اهم را به صورت سری با آند LED قرار دهید. از ابعاد پد لحیم‌کاری پیشنهادی از دیتاشیت پیروی کنید. یک تخلیه حرارتی کوچک یا پور اضافی مس برای اتلاف گرما در نظر بگیرید.
مرحله 4 - مونتاژ:از پروفایل ریفلو توصیه شده پیروی کنید. در صورت عدم استفاده فوری، قرقره‌های باز شده را در یک کابینت خشک نگهداری کنید.

11. معرفی اصل عملکرد

این LED بر اساس یک ساختار ناهمگون نیمه‌هادی ساخته شده از ایندیوم گالیم نیترید (InGaN) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال نیمه‌هادی تزریق می‌شوند. آن‌ها بازترکیب شده و انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ InGaN انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور تابش شده را تعیین می‌کند - در این مورد، آبی. لنز اپوکسی شفاف آب‌مانند دای نیمه‌هادی را محصور و محافظت می‌کند در حالی که پرتو خروجی نور را نیز شکل می‌دهد.

12. روندهای توسعه

روند در LEDهای SMD برای کاربردهای نشانگر همچنان به سمت جای پای کوچک‌تر، پروفایل‌های پایین‌تر و بازده روشنایی بالاتر (خروجی نور بیشتر در واحد توان الکتریکی) ادامه دارد. همچنین تلاش قوی‌ای برای بهبود قابلیت اطمینان تحت فرآیندهای لحیم‌کاری با دمای بالاتر برای تطبیق با الزامات بدون سرب وجود دارد. ادغام با درایورهای روی برد یا بسته‌بندی هوشمندتر برای ساده‌سازی مونتاژ نیز ممکن است از زمینه‌های توسعه باشد. فناوری ماده زیربنایی InGaN همچنان در حال بلوغ است و عملکرد و پایداری بهتری را ارائه می‌دهد.