دیتاشیت کامل LED سفید T-1 3 میلی‌متری - بسته‌بندی 3.0x5.0mm - ولتاژ معمولی 3.2V - جریان راه‌اندازی 20mA - توان 110mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک دیود نورافشان (LED) سفید با درخشندگی بالا را که در یک بسته‌بندی استاندارد گرد T-1 (3 میلی‌متری) کپسوله شده است، به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه برای ارائه خروجی نوری برتر طراحی شده است و آن را برای کاربردهایی که نیاز به نشانگر یا روشنایی روشن و واضح دارند، مناسب می‌سازد. نور سفید توسط یک تراشه نیمه‌هادی آبی InGaN تولید می‌شود که تابش آن توسط یک لایه فسفر رسوب‌شده در داخل فنجان بازتابنده به نور سفید تبدیل می‌شود. این رویکرد طراحی امکان تولید نور سفید کارآمد و یکنواخت را فراهم می‌کند.

مزایای اصلی این LED شامل شدت نور بالای آن است که تحت شرایط آزمایش استاندارد می‌تواند به ۱۴۲۵۰ میلی‌کاندلا (mcd) برسد. این قطعه دارای یک فرم‌فکتور بسته‌بندی محبوب و سازگار گسترده است که ادغام آسان آن را در طراحی‌ها و فرآیندهای تولید موجود تضمین می‌کند. دستگاه مطابق با مقررات زیست‌محیطی مربوطه است و محافظت قوی در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) ارائه می‌دهد که قابلیت اطمینان آن را در محیط‌های مختلف حمل‌ونقل و عملیاتی افزایش می‌دهد.

بازار هدف این قطعه طیف گسترده‌ای از کاربردهای الکترونیکی را در بر می‌گیرد. کاربردهای اصلی آن شامل خدمت به عنوان نشانگرهای نوری روی پنل‌های کنترل و ابزار دقیق، تأمین نور پس‌زمینه برای نمایشگرها یا نوشته‌های کوچک، عملکرد به عنوان چراغ‌های نشانگر یا وضعیت، و ادغام در پنل‌های پیام یا تابلوهایی است که در آن‌ها قابلیت دید بالا از اهمیت بالایی برخوردار است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

حداکثر مقادیر مطلق مجاز، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر هرگز نباید، حتی به صورت لحظه‌ای، در طراحی مدار تجاوز کنند.

• جریان مستقیم پیوسته (I_F): 30 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC است که می‌توان به طور پیوسته به آند LED اعمال کرد.
• جریان مستقیم پیک (I_FP): 100 میلی‌آمپر. این رتبه جریان پالسی (در چرخه کاری 1/10، فرکانس 1 کیلوهرتز) برای کاربردهای مالتی‌پلکسینگ یا تنظیم نور PWM مرتبط است.
• ولتاژ معکوس (V_R): 5 ولت. اعمال یک ولتاژ بایاس معکوس بیش از این حد می‌تواند باعث شکست فوری پیوند شود.
• توان تلف شده (P_d): 110 میلی‌وات. این حداکثر توان اتلاف مجاز در داخل دستگاه است که به عنوان حاصل ضرب ولتاژ مستقیم و جریان، به علاوه هرگونه نشتی جزئی معکوس محاسبه می‌شود.
• دمای کارکرد و ذخیره‌سازی: دستگاه برای کارکرد از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد رتبه‌بندی شده است و می‌تواند از 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد ذخیره شود.
• تحمل ESD (مدل بدن انسان): 4 کیلوولت. این رتبه مدل بدن انسان نشان‌دهنده سطح خوبی از محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک در حین حمل‌ونقل است.
• دمای لحیم‌کاری: پایه‌ها می‌توانند 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 5 ثانیه تحمل کنند که با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری موجی یا ری‌فلو سازگار است.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکی

این پارامترها تحت شرایط آزمایش استاندارد (T_a= 25 درجه سانتی‌گراد) اندازه‌گیری می‌شوند و عملکرد معمولی دستگاه را نشان می‌دهند.

• ولتاژ مستقیم (V_F): 2.8 ولت تا 3.6 ولت در I_F= 20 میلی‌آمپر. مقدار معمولی حدود 3.2 ولت است. این محدوده برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• شدت نور (I_V): 7150 میلی‌کاندلا تا 14250 میلی‌کاندلا در I_F= 20 میلی‌آمپر. این شدت نور بالا یک ویژگی کلیدی است که مقدار واقعی آن توسط کد دسته (بن) تعیین می‌شود (به بخش 3 مراجعه کنید).
• زاویه دید (2θ_1/2): تقریباً 25 درجه. این زاویه دید باریک، خروجی نور را در یک پرتو متمرکز متمرکز می‌کند که به شدت نور محوری بالا کمک می‌کند.
• مختصات رنگی: مختصات معمولی در نمودار فضای رنگ CIE 1931 برابر با x=0.26 و y=0.27 است. این نقطه سفید نور منتشرشده را تعریف می‌کند.
• جریان معکوس (I_R): حداکثر 50 میکروآمپر در V_R= 5 ولت، که نشان‌دهنده نشتی بسیار کم در حالت خاموش است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بنینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای عملکرد کلیدی در دسته‌ها (بن) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات خاصی برای روشنایی و ولتاژ مستقیم را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

خروجی نوری در سه دسته اصلی طبقه‌بندی می‌شود که با کدهای T، U و V مشخص می‌شوند. هر دسته دارای حداقل و حداکثر شدت نور تعریف‌شده‌ای است که در 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شود.

• دسته T: 7150 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 9000 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• دسته U: 9000 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 11250 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• دسته V: 11250 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 14250 میلی‌کاندلا (حداکثر)

یک تلرانس کلی ±10٪ برای شدت نور در هر دسته اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

افت ولتاژ مستقیم در چهار دسته، کدگذاری شده از 0 تا 3، مرتب می‌شود. این امر برای اطمینان از یکنواختی روشنایی هنگامی که چندین LED به صورت موازی متصل می‌شوند یا هنگام طراحی مدارهای درایور دقیق، حیاتی است.

• دسته 0: 2.8 ولت تا 3.0 ولت
• دسته 1: 3.0 ولت تا 3.2 ولت
• دسته 2: 3.2 ولت تا 3.4 ولت
• دسته 3: 3.4 ولت تا 3.6 ولت

عدم قطعیت اندازه‌گیری برای ولتاژ مستقیم ±0.1 ولت است.

3.3 دسته‌بندی رنگ

نقطه سفید رنگ در مناطق خاصی در نمودار رنگی CIE کنترل می‌شود. دیتاشیت دو رتبه رنگ اصلی A0 و A1 را تعریف می‌کند که هر کدام دارای مرز چهارضلعی تعریف‌شده توسط چهار جفت مختصات (x,y) هستند. مختصات رنگی معمولی (x=0.26, y=0.27) در داخل این مناطق تعریف‌شده قرار می‌گیرد. عدم قطعیت اندازه‌گیری برای مختصات رنگ ±0.01 است. محصول در یک گروه دسته ترکیبی (2) عرضه می‌شود که شامل LEDهایی از هر دو رتبه رنگ A1 و A0 است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

منحنی‌های مشخصه ارائه‌شده، بینش عمیق‌تری در مورد رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

• شدت نسبی در برابر طول موج: این منحنی توزیع توان طیفی نور سفید منتشرشده را نشان می‌دهد. این منحنی معمولاً دارای یک قله اولیه در ناحیه آبی (از تراشه InGaN) و یک قله ثانویه گسترده‌تر در ناحیه زرد-سبز (از فسفر) است که برای ایجاد نور سفید ترکیب می‌شوند.
• الگوی جهت‌داری: نمودار قطبی توزیع فضایی شدت نور را نشان می‌دهد و زاویه دید تقریباً 25 درجه‌ای را تأیید می‌کند که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری آن کاهش می‌یابد.
• جریان مستقیم در برابر ولتاژ مستقیم (منحنی I-V): این منحنی نمایی برای طراحی درایور اساسی است. این منحنی رابطه بین ولتاژ اعمال‌شده و جریان حاصل را نشان می‌دهد و نیاز به راه‌حل‌های محدودکننده جریان، نه منابع ولتاژ، برای راه‌اندازی LEDها را برجسته می‌کند.
• شدت نسبی در برابر جریان مستقیم: این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان درایو افزایش می‌یابد. این افزایش به طور کلی در محدوده عملیاتی توصیه‌شده خطی است اما در جریان‌های بالاتر به دلیل اثرات حرارتی و بازدهی اشباع خواهد شد.
• رنگ‌سنجی در برابر جریان مستقیم: این نمودار نشان می‌دهد که چگونه نقطه سفید (مختصات رنگ) ممکن است با تغییرات جریان درایو کمی جابجا شود که برای کاربردهای حساس به رنگ مهم است.
• جریان مستقیم در برابر دمای محیط: این منحنی کاهش رتبه نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان عملیاتی ایمن با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد که برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت در محیط‌های با دمای بالا ضروری است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

دستگاه از یک بسته‌بندی گرد استاندارد T-1 (قطر 3 میلی‌متر) با لنز رزینی شفاف استفاده می‌کند. ابعاد مکانیکی کلیدی شامل قطر کلی بسته‌بندی، ارتفاع از صفحه نشیمن تا بالای لنز و فاصله پایه‌ها است. فریم پایه برای نصب از طریق سوراخ طراحی شده است. آند و کاتد توسط طول پایه یا سایر نشانگرهای فیزیکی شناسایی می‌شوند (معمولاً پایه بلندتر آند است). یک نقشه ابعادی دقیق تمام اندازه‌گیری‌های حیاتی از جمله قطر پایه، موقعیت صفحه نشیمن و هرگونه برآمدگی را مشخص می‌کند. یادداشت‌ها مشخص می‌کنند که تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای که پایه از بدنه بسته خارج می‌شود اندازه‌گیری می‌شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

حمل‌ونقل صحیح برای حفظ عملکرد و قابلیت اطمینان LED حیاتی است.

• فرم‌دهی پایه: خم‌ها باید حداقل 3 میلی‌متر از پایه لنز اپوکسی فاصله داشته باشند تا از ترک‌های تنشی جلوگیری شود. فرم‌دهی باید قبل از لحیم‌کاری و در دمای اتاق انجام شود. سوراخ‌های PCB باید کاملاً با پایه‌های LED تراز شوند تا از تنش نصب جلوگیری شود.
• ذخیره‌سازی: LEDها باید در دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤70٪ ذخیره شوند. عمر قفسه از زمان حمل‌ونقل 3 ماه است. برای ذخیره‌سازی طولانی‌تر (تا 1 سال)، از یک ظرف درب‌سته پر از نیتروژن با ماده خشک‌کن استفاده کنید. از تغییرات سریع دما در محیط‌های مرطوب برای جلوگیری از تراکم رطوبت خودداری کنید.
• لحیم‌کاری: حداقل فاصله 3 میلی‌متری از نقطه لحیم تا حباب اپوکسی را حفظ کنید. شرایط توصیه‌شده عبارتند از:
  
  لحیم‌کاری دستی: نوک هویه ≤300 درجه سانتی‌گراد، زمان ≤3 ثانیه.
  
  لحیم‌کاری موجی: پیش‌گرم ≤100 درجه سانتی‌گراد (≤60 ثانیه)، حمام لحیم ≤260 درجه سانتی‌گراد به مدت ≤5 ثانیه.
  
  از تنش مکانیکی روی پایه‌ها در حین و بلافاصله پس از لحیم‌کاری در حالی که بسته داغ است، خودداری کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

LEDها در بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت و ضد استاتیک عرضه می‌شوند تا از آن‌ها در برابر ESD و آسیب محیطی در حین حمل‌ونقل و ذخیره‌سازی محافظت کنند. مشخصات بسته‌بندی معمولاً شامل قرار دادن LEDها در کیسه‌های ضد استاتیک است که سپس در کارتن‌های داخلی بسته‌بندی می‌شوند و متعاقباً در کارتن‌های حمل اصلی قرار می‌گیرند. یک مقدار بسته‌بندی استاندارد 200-1000 قطعه در هر کیسه، 5 کیسه در هر کارتن داخلی و 10 کارتن داخلی در هر کارتن خارجی است. برچسب محصول شامل اطلاعات حیاتی برای ردیابی و شناسایی است: شماره قطعه مشتری (CPN)، شماره قطعه سازنده (P/N)، مقدار (QTY)، رتبه ترکیبی برای شدت نور و ولتاژ مستقیم (CAT)، رتبه رنگ (HUE)، مرجع (REF) و شماره دسته (LOT No.). نامگذاری محصول از یک فرمت خاص پیروی می‌کند (به عنوان مثال 204-15/FNC2-2TVA) که خانواده محصول و انتخاب‌های دسته خاص آن برای شدت، ولتاژ و رنگ را کدگذاری می‌کند.

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

سناریوهای کاربردی معمول: این LED با شدت نور بالا برای چراغ‌های نشانگر پنل که در آن قابلیت دید حتی در شرایط روشنایی خوب نیز حیاتی است، ایده‌آل است. این LED به عنوان نور پس‌زمینه برای کلیدهای کوچک، صفحه‌کلیدها یا پنل‌های نیمه‌شفاف عالی عمل می‌کند. استفاده از آن در چراغ‌های نشانگر برای وضعیت تجهیزات یا نشانگرهای اضطراری، کاربرد کلیدی دیگری است. در پنل‌های پیام یا نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای با وضوح پایین، پیکسل‌های روشن و مجزا را فراهم می‌کند.

ملاحظات طراحی:

• راه‌اندازی جریان: همیشه از یک درایور جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با یک منبع ولتاژ استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (V_منبع- V_F) / I_Fمحاسبه کنید، که در آن V_Fباید از حداکثر مقدار دسته (3.6 ولت) برای یک طراحی قوی انتخاب شود.
• مدیریت حرارتی: در حالی که اتلاف توان کم است، اطمینان از تهویه مناسب و اجتناب از قرارگیری نزدیک سایر منابع حرارتی، خروجی نور و طول عمر را حفظ خواهد کرد، به ویژه در جریان‌های درایو بالاتر یا دمای محیط بالا.
• طراحی نوری: زاویه دید باریک یک اثر نورافکن ایجاد می‌کند. برای روشنایی گسترده‌تر، ممکن است به اپتیک ثانویه مانند پخش‌کننده‌ها یا لنزها نیاز باشد.
• احتیاط‌های ESD: اگرچه برای 4 کیلوولت HBM رتبه‌بندی شده است، اما روش‌های استاندارد حمل‌ونقل ESD (ایستگاه‌های کاری زمین‌شده، بند مچ دست) در حین مونتاژ توصیه می‌شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای سفید 3 میلی‌متری عمومی، این دستگاه عمدتاً از طریق شدت نور فوق‌العاده بالای خود متمایز می‌شود که می‌تواند بیش از دو برابر قطعات استاندارد باشد. سیستم رسمی دسته‌بندی برای شدت، ولتاژ و رنگ، سطحی از یکنواختی و پیش‌بینی‌پذیری را فراهم می‌کند که برای کاربردهای حرفه‌ای و با حجم بالا که در آن‌ها ظاهر و عملکرد یکنواخت مورد نیاز است، ضروری است. گنجاندن حداکثر مقادیر مجاز جامع، منحنی‌های مشخصه و دستورالعمل‌های دقیق حمل‌ونقل، نشان‌دهنده محصولی است که برای قابلیت اطمینان و سهولت ادغام در کاربردهای سخت طراحی شده است و آن را از LEDهای کالایی پایه متمایز می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: برای منبع تغذیه 5 ولت به چه مقاومتی نیاز دارم؟

پ: با استفاده از حداکثر V_Fمعادل 3.6 ولت و I_Fهدف 20 میلی‌آمپر: R = (5V - 3.6V) / 0.02A = 70 اهم. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد (مثلاً 68 یا 75 اهم) استفاده کنید و جریان واقعی و رتبه توان مقاومت را بررسی کنید.

س: آیا می‌توانم این LED را به طور پیوسته در 30 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

پ: بله، 30 میلی‌آمپر در محدوده حداکثر جریان پیوسته مطلق مجاز است. با این حال، کارکرد در حداکثر رتبه ممکن است طول عمر را کاهش دهد و دمای پیوند را افزایش دهد. برای طول عمر بهینه، راه‌اندازی در 20 میلی‌آمپر یا کمتر توصیه می‌شود.

س: چگونه آند و کاتد را شناسایی کنم؟

پ: معمولاً پایه بلندتر آند (+) است. علاوه بر این، سمت کاتد بسته LED ممکن است دارای لبه صاف یا علامت دیگری روی فلنج باشد. همیشه با نمودار دیتاشیت تأیید کنید.

س: چرا LED من کمنورتر از حد انتظار است؟

پ: دلایل احتمالی عبارتند از: راه‌اندازی با جریانی کمتر از 20 میلی‌آمپر، استفاده از مقدار ولتاژ مستقیم بیش از حد بالا برای محاسبه (که باعث جریان واقعی کمتر می‌شود)، قرار گرفتن در دسته شدت نور پایین‌تر (T در مقابل V)، یا افزایش قابل توجه دمای پیوند به دلیل هیت‌سینک ضعیف یا دمای محیط بالا.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی پنل نشانگر وضعیت با قابلیت دید بالا

یک پنل کنترل صنعتی به مجموعه‌ای از نشانگرهای وضعیت (روشن بودن برق، فعال بودن سیستم، خطا) نیاز دارد که باید از فاصله 10 متری در یک محیط کارخانه با نور روشن به وضوح قابل مشاهده باشند. استفاده از این LED با شدت نور بالا یک راه‌حل ایده‌آل است. طراح LEDهایی را از دسته شدت نور بالاترین (V) انتخاب می‌کند تا حداکثر روشنایی را تضمین کند. برای اطمینان از ظاهر یکنواخت، آن‌ها همچنین یک دسته ولتاژ مستقیم تنگ (مثلاً دسته 1: 3.0-3.2 ولت) و یک رتبه رنگ واحد (A0 یا A1) را مشخص می‌کنند. LEDها از طریق یک مدار درایور جریان ثابت مشترک در بین تمام نشانگرها در 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شوند تا جریان یکسان و در نتیجه روشنایی یکسان را تضمین کنند. زاویه دید باریک به تمرکز نور به سمت خط دید اپراتور کمک می‌کند. رتبه ESD معادل 4 کیلوولت، استحکام اضافی را برای یک محیط صنعتی فراهم می‌کند.

12. معرفی اصل عملکرد

این LED بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل داخلی پیوند اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند که در آنجا بازترکیب می‌شوند. در این دستگاه خاص، ناحیه فعال از ایندیوم گالیوم نیترید (InGaN) تشکیل شده است که پس از بازترکیب، فوتون‌هایی در طیف آبی منتشر می‌کند. این نور آبی مستقیماً منتشر نمی‌شود. در عوض، به یک پوشش فسفر (معمولاً گارنت ایتریوم آلومینیوم دوپ‌شده با سریم، یا YAG:Ce) که در داخل فنجان بازتابنده اطراف تراشه رسوب داده شده است، برخورد می‌کند. فسفر فوتون‌های آبی پرانرژی را جذب می‌کند و فوتون‌های کم‌انرژی‌تر را در یک طیف گسترده، عمدتاً در محدوده زرد، دوباره منتشر می‌کند. ترکیب نور آبی باقی‌مانده و نور زرد تبدیل‌شده توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود. این روش به عنوان فناوری LED سفید تبدیل‌شده با فسفر شناخته می‌شود.

13. روندها و زمینه فناوری

استفاده از تراشه‌های آبی مبتنی بر InGaN با تبدیل فسفر، فناوری غالب برای تولید LEDهای سفید برای روشنایی عمومی و نشانگرها را نشان می‌دهد. روند در این زمینه به طور مداوم به سمت بازده نوری بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، بهبود شاخص بازده رنگ (CRI) برای دقت رنگ بهتر و یکنواختی بیشتر در نقطه رنگ و روشنایی (دسته‌بندی تنگ‌تر) است. در حالی که این دیتاشیت یک بسته‌بندی از طریق سوراخ را توصیف می‌کند، روند گسترده صنعت به شدت به سمت بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) مانند 3528، 5050 یا 2835 برای اکثر طراحی‌های جدید به دلیل اندازه کوچک‌تر، مسیر حرارتی بهتر به PCB و مناسب بودن برای مونتاژ خودکار است. با این حال، بسته‌بندی‌های T-1 و سایر بسته‌بندی‌های از طریق سوراخ برای کاربردهایی که نیاز به شدت نقطه‌ای بالا، استحکام فوق‌العاده، مونتاژ دستی یا نگهداری سیستم‌های قدیمی دارند، حیاتی باقی می‌مانند. پیشرفت‌ها در فناوری فسفر و طراحی تراشه همچنان مرزهای عملکرد تمام فرم‌فکتورهای LED را جابجا می‌کنند.