SMD LED Orange AlInGaP 120° Viewing Angle - Electrical and Optical Characteristics Datasheet - Chinese Technical Document

1. उत्पाद अवलोकन

यह दस्तावेज़ अल्युमीनियम इंडियम गैलियम फॉस्फाइड (AlInGaP) अर्धचालक सामग्री का उपयोग करके नारंगी प्रकाश उत्पादन करने वाले सरफेस माउंट डिवाइस (SMD) लाइट एमिटिंग डायोड (LED) की पूर्ण तकनीकी विशिष्टताएं प्रदान करता है। यह उपकरण एक कॉम्पैक्ट, उद्योग-मानक एनकैप्सुलेशन डिज़ाइन में निर्मित है, जो स्वचालित प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (PCB) असेंबली प्रक्रियाओं, जिसमें इन्फ्रारेड रीफ्लो सोल्डरिंग शामिल है, के लिए उपयुक्त है। इसका प्राथमिक कार्य सीमित स्थान वाले इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में उच्च विश्वसनीयता और उच्च दक्षता वाले संकेतक या प्रकाश स्रोत के रूप में कार्य करना है।

1.1 मुख्य लाभ एवं लक्षित बाजार

यह LED आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक विनिर्माण के लिए कई प्रमुख लाभ प्रदान करता है। इसका सूक्ष्म आकार उच्च घनत्व वाली PCB लेआउट की अनुमति देता है, जिससे बोर्ड पर उपलब्ध स्थान का अधिकतम उपयोग होता है। स्वचालित सतह माउंट उपकरणों और मानक अवरक्त रिफ्लो सोल्डरिंग प्रोफाइल के साथ संगतता असेंबली प्रक्रिया को सरल बनाती है, जिससे उत्पादन समय और लागत कम होती है। यह उपकरण संबंधित पर्यावरणीय नियमों का भी अनुपालन करता है। ये विशेषताएं इसे व्यापक अनुप्रयोग क्षेत्रों के लिए अत्यंत उपयुक्त बनाती हैं, जिनमें शामिल हैं, लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं: संचार उपकरण, कार्यालय स्वचालन उपकरण, घरेलू उपकरण, औद्योगिक नियंत्रण पैनल, तथा विभिन्न उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों में स्थिति संकेतक और बैकलाइट जिन्हें स्पष्ट दृश्य संकेतन की आवश्यकता होती है।

2. तकनीकी मापदंड: गहन एवं वस्तुनिष्ठ विश्लेषण

यह खंड LED की प्रमुख प्रदर्शन सीमाओं और संचालन विशेषताओं का विस्तृत विवरण प्रस्तुत करता है, जो सर्किट डिजाइन और विश्वसनीयता मूल्यांकन के लिए आवश्यक डेटा प्रदान करता है।

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग

ये रेटिंग उन तनाव सीमाओं को परिभाषित करती हैं जो उपकरण की स्थायी क्षति का कारण बन सकती हैं। इन सीमाओं पर या उससे आगे संचालन की गारंटी नहीं है। प्रमुख पैरामीटर में शामिल हैं: अधिकतम निरंतर अग्र धारा (I_F) 30 mA, शिखर अग्र धारा 80 mA (1/10 ड्यूटी साइकल, 0.1 ms पल्स चौड़ाई की पल्स स्थिति में), अधिकतम रिवर्स वोल्टेज (V_R) 5 V है, अधिकतम बिजली की खपत 72 mW है। डिवाइस की रेटेड कार्य परिवेश तापमान (T_a) की सीमा -40°C से +85°C है, भंडारण तापमान सीमा -40°C से +100°C है।

2.2 विद्युत एवं प्रकाशीय विशेषताएँ

ये मानक परीक्षण स्थितियों (T_a=25°C, I_F=20mA) के तहत मापे गए विशिष्ट प्रदर्शन पैरामीटर हैं। प्रकाश उत्पादन विशेषता प्रकाश प्रवाह (Φ_v) के रूप में प्रकट होती है जो 0.42 से 1.35 लुमेन (lm) के बीच होता है, जिसके अनुरूप दीप्त तीव्रता (I_v) 140 से 450 मिलिकैंडेला (mcd) के बीच होती है। प्रकाश वितरण बहुत व्यापक है, विशिष्ट देखने का कोण (2θ_1/2) 120 डिग्री है। विद्युत पहलू में, अग्र वोल्टेज (V_F) आमतौर पर 1.8 से 2.4 वोल्ट के बीच होता है। रंग प्रमुख तरंगदैर्ध्य (λ_d) द्वारा परिभाषित किया जाता है जो 600 से 612 नैनोमीटर (nm) की सीमा में होता है, जो इसे स्पष्ट रूप से नारंगी स्पेक्ट्रम में रखता है, विशिष्ट स्पेक्ट्रल आधी चौड़ाई (Δλ) लगभग 17 nm होती है। रिवर्स करंट (I_R) आमतौर पर बहुत कम होता है, 5 V पूर्ण रिवर्स बायस पर अधिकतम 10 μA।

3. ग्रेडिंग प्रणाली विवरण

उत्पादन और अनुप्रयोग में स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, LED को उनके प्रदर्शन के आधार पर बिन में वर्गीकृत किया जाता है। यह डिजाइनरों को विशिष्ट वोल्टेज, चमक और रंग आवश्यकताओं को पूरा करने वाले उपकरणों का चयन करने में सक्षम बनाता है।

3.1 फॉरवर्ड वोल्टेज (V_F) बिनिंग

LED को 20 mA पर उनके फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप के आधार पर तीन वोल्टेज बिन (D2, D3, D4) में वर्गीकृत किया जाता है। उदाहरण के लिए, बिन D2 में V_F1.8V से 2.0V के बीच वाले LED शामिल हैं, जबकि बिन D4 में 2.2V से 2.4V के बीच वाले LED शामिल हैं। प्रत्येक बिन की सहनशीलता ±0.1V है। एक विशिष्ट बिन का चयन अधिक अनुमानित बिजली आपूर्ति सर्किट डिजाइन करने में मदद करता है, विशेष रूप से बैटरी से चलने वाले उपकरणों में।

3.2 लुमेनस फ्लक्स/ल्यूमिनस इंटेंसिटी ग्रेडिंग

प्रकाश उत्पादन को पांच श्रेणियों (C2, D1, D2, E1, E2) में विभाजित किया गया है, प्रत्येक श्रेणी न्यूनतम और अधिकतम ल्यूमिनस फ्लक्स और उनके संबंधित ल्यूमिनस इंटेंसिटी संदर्भ मानों को परिभाषित करती है। उदाहरण के लिए, C2 ग्रेड 0.42 से 0.54 lm (140-180 mcd) के फ्लक्स रेंज को कवर करता है, जबकि E2 ग्रेड 1.07 से 1.35 lm (355-450 mcd) को कवर करता है। प्रत्येक इंटेंसिटी ग्रेड की सहनशीलता ±11% है। उन अनुप्रयोगों के लिए जहां कई संकेतक लैंपों की चमक एकसमान होनी चाहिए, यह ग्रेडिंग महत्वपूर्ण है।

3.3 ह्यू (डोमिनेंट वेवलेंथ) ग्रेडिंग

डोमिनेंट वेवलेंथ को चार समूहों में विभाजित करके ह्यू को नियंत्रित किया जाता है: P (600.0-603.0 nm), Q (603.0-606.0 nm), R (606.0-609.0 nm), और S (609.0-612.0 nm)। प्रत्येक ग्रेड की सहनशीलता ±1 nm है। यह सटीक नियंत्रण रंग एकरूपता सुनिश्चित करता है, जो उन अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है जहां रंग कोडिंग या विशिष्ट सौंदर्य आवश्यकताएं महत्वपूर्ण हैं।

4. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डिवाइस विशेषताओं का ग्राफिकल प्रतिनिधित्व विभिन्न परिस्थितियों में प्रदर्शन की गहन अंतर्दृष्टि प्रदान करता है, जो तालिका में दिए गए एकल बिंदु डेटा से परे है।

4.1 करंट-वोल्टेज (I-V) विशेषता और प्रकाश उत्पादन

एक विशिष्ट I-V वक्र फॉरवर्ड करंट और फॉरवर्ड वोल्टेज के बीच गैर-रैखिक संबंध को दर्शाता है। शुरुआत में, जब तक फॉरवर्ड वोल्टेज डायोड के चालू सीमांक (इस उपकरण के लिए लगभग 1.8V) तक नहीं पहुंचता, तब तक बहुत कम करंट प्रवाहित होता है। इस बिंदु के बाद, वोल्टेज में मामूली वृद्धि के साथ करंट घातांकीय रूप से बढ़ता है। यह वक्र करंट-सीमित सर्किट डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण है। साथ में दिखाया गया वक्र आमतौर पर यह दर्शाता है कि फॉरवर्ड करंट बढ़ने के साथ प्रकाश तीव्रता या ल्यूमिनस फ्लक्स कैसे बढ़ता है, जो उपकरण की उसके कार्यशील सीमा में दक्षता को प्रदर्शित करता है।

4.2 तापमान निर्भरता

LED प्रदर्शन तापमान से महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित होता है। एक विशिष्ट वक्र फॉरवर्ड वोल्टेज और जंक्शन तापमान के बीच संबंध दर्शाता है, जहां V_Fतापमान बढ़ने के साथ रैखिक रूप से घटता है (नकारात्मक तापमान गुणांक)। इससे भी महत्वपूर्ण, प्रकाश तीव्रता और परिवेशी तापमान के बीच संबंध को दर्शाने वाला वक्र दिखाता है कि तापमान बढ़ने के साथ प्रकाश उत्पादन कम हो जाता है। इस डीरेटिंग को समझना उच्च तापमान वाले वातावरण में संचालित होने वाले अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है, ताकि पर्याप्त चमक बनाए रखी जा सके।

4.3 स्पेक्ट्रम वितरण

स्पेक्ट्रल पावर डिस्ट्रीब्यूशन वक्र तरंगदैर्ध्य के सापेक्ष प्रकाश तीव्रता को आलेखित करता है। इस AlInGaP ऑरेंज LED के लिए, वक्र शिखर उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य (λ_P, आमतौर पर 611 nm) पर एक स्पष्ट शिखर दिखाएगा, और इसकी बैंडविड्थ अपेक्षाकृत संकीर्ण होगी, जिसे 17 nm के FWHM द्वारा परिभाषित किया जाता है। यह वक्र रंग शुद्धता की पुष्टि करता है और प्रमुख तरंगदैर्ध्य और रंग निर्देशांक की गणना के लिए उपयोग किया जाता है।

5. यांत्रिक एवं पैकेजिंग जानकारी

5.1 पैकेज आयाम एवं ध्रुवीयता पहचान

LED को मानक SMD पैकेज के अंदर पैक किया गया है। आयाम चित्र सभी महत्वपूर्ण आयाम प्रदान करता है, जिसमें लंबाई, चौड़ाई, ऊंचाई और पैड स्थान शामिल हैं। कैथोड (नकारात्मक टर्मिनल) आमतौर पर पैकेज पर एक दृश्य चिह्न (जैसे कि निकासी, बिंदु या हरा निशान) द्वारा पहचाना जाता है, और सही संचालन सुनिश्चित करने के लिए PCB पैड पर संबंधित चिह्न के साथ सही ढंग से संरेखित होना चाहिए।

5.2 अनुशंसित PCB पैड डिज़ाइन

PCB लेआउट के मार्गदर्शन के लिए पैड पैटर्न प्रदान किया गया है। यह पैटर्न PCB पर तांबे के पैड के अनुशंसित आकार, आकृति और अंतराल को दर्शाता है। इस डिज़ाइन का पालन करने से रिफ्लो सोल्डरिंग के दौरान विश्वसनीय सोल्डर जोड़ों का निर्माण, उचित यांत्रिक स्थिरता और पैड के माध्यम से LED चिप से PCB में इष्टतम ताप अपव्यय सुनिश्चित होता है।

6. सोल्डरिंग एवं असेंबली मार्गदर्शिका

6.1 रीफ्लो वेल्डिंग पैरामीटर्स

यह डिवाइस लीड-फ्री इन्फ्रारेड (आईआर) रिफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रिया के साथ संगत है। J-STD-020 जैसे मानकों के अनुरूप विस्तृत तापमान प्रोफाइल का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। प्रमुख पैरामीटर्स में प्रीहीट चरण (आमतौर पर 150-200°C, अधिकतम 120 सेकंड), 260°C से अधिक नहीं चरम तापमान तक नियंत्रित तापन, और अच्छे सोल्डर जोड़ बनाने के लिए पर्याप्त लिक्विडस तापमान से ऊपर का समय (TAL) शामिल हैं। चरम तापमान पर कुल समय सीमित होना चाहिए, आदर्श रूप से घटकों पर तापीय प्रतिबल को कम करने के लिए रिफ्लो सोल्डरिंग केवल एक बार की जानी चाहिए।

6.2 सफाई और भंडारण की शर्तें

यदि सोल्डरिंग के बाद सफाई की आवश्यकता हो, तो केवल निर्दिष्ट अल्कोहल सॉल्वेंट्स जैसे आइसोप्रोपिल अल्कोहल (IPA) या एथेनॉल का उपयोग करें। अनिर्दिष्ट रसायन एलईडी एनकैप्सुलेशन को नुकसान पहुंचा सकते हैं। भंडारण के दौरान, बिना खोले गए मॉइस्चर बैरियर बैग को ≤30°C और ≤70% सापेक्ष आर्द्रता (RH) पर संग्रहीत किया जाना चाहिए। एक बार बैग खोलने के बाद, घटकों को ≤30°C और ≤60% RH पर संग्रहीत किया जाना चाहिए और 168 घंटे (JEDEC Level 3) के भीतर असेंबली पूरी करने की सिफारिश की जाती है। इस समय सीमा से अधिक समय तक संग्रहीत घटकों को सोल्डरिंग से पहले बेकिंग प्रक्रिया (उदाहरण के लिए, 60°C पर 48 घंटे) की आवश्यकता हो सकती है, ताकि अवशोषित नमी को हटाया जा सके और रिफ्लो के दौरान "पॉपकॉर्न" प्रभाव को रोका जा सके।

7. पैकेजिंग और ऑर्डर जानकारी

एलईडी रील टेप के रूप में आपूर्ति की जाती है, जो स्वचालित असेंबली उपकरणों के साथ संगत है। टेप की चौड़ाई 12 मिमी है, जो मानक 7-इंच (178 मिमी) व्यास के रील पर लपेटी जाती है। प्रति रील 3000 टुकड़े होते हैं। पैकेजिंग ANSI/EIA-481 विनिर्देश के अनुरूप है, जो पिक-एंड-प्लेस मशीन में विश्वसनीय फीडिंग सुनिश्चित करती है। टेप में घटकों की सुरक्षा के लिए कवर टेप होता है, और रील में अनुमत लगातार गुम घटकों की अधिकतम संख्या के लिए विशिष्ट नियम होते हैं।

8. अनुप्रयोग सुझाव

8.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

यह LED स्टेटस संकेतन (पावर ऑन/ऑफ, मोड चयन, नेटवर्क गतिविधि), फ्रंट पैनल या मेम्ब्रेन स्विच की बैकलाइटिंग, और कम से मध्यम परिवेश प्रकाश स्थितियों में प्रतीक प्रकाश व्यवस्था के लिए आदर्श है। इसका व्यापक व्यूइंग एंगल इसे उन संकेतकों के लिए अत्यधिक प्रभावी बनाता है जिन्हें विभिन्न कोणों से देखने की आवश्यकता होती है।

8.2 डिज़ाइन ध्यान देने योग्य बातें

इस LED को एकीकृत करते समय, अधिकतम फॉरवर्ड करंट को पार करने से रोकने के लिए डिज़ाइनर को LED के साथ श्रृंखला में एक करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर अवश्य लगाना चाहिए। रेसिस्टर मान की गणना ओम के नियम का उपयोग करके की जाती है: R = (V_{सप्लाई}- V_F) / I_F। डेटाशीट में अधिकतम V_Fमान का उपयोग करके गणना करने से यह सुनिश्चित होता है कि उपकरणों के बीच भिन्नता होने पर भी धारा वांछित मूल्य से अधिक न हो। चमक की एकरूपता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए, LED को निरंतर वोल्टेज स्रोत के बजाय निरंतर धारा स्रोत द्वारा संचालित करने पर विचार करें। यदि LED उच्च धारा या उच्च परिवेश तापमान पर संचालित होगा, तो तापीय प्रबंधन पर भी विचार करें, क्योंकि अत्यधिक गर्मी प्रकाश उत्पादन और आयु को कम कर देती है।

9. तकनीकी तुलना एवं विभेदीकरण

गैलियम फॉस्फाइड (GaP) लाल/नारंगी LED जैसी पुरानी तकनीकों की तुलना में, यह AlInGaP उपकरण काफी अधिक दीप्तिमान दक्षता प्रदान करता है, जिससे समान संचालन धारा पर अधिक चमकदार आउटपुट प्राप्त होता है। इसका 120 डिग्री का विस्तृत दृष्टिकोण संकीर्ण-कोण LED से एक प्रमुख अंतर है, जो उन अनुप्रयोगों में इसे अधिक पसंदीदा बनाता है जहां देखने की स्थिति उपकरण के ठीक सामने तय नहीं होती है। मानकीकृत SMD पैकेजिंग और रिफ्लो सोल्डरिंग के साथ संगतता, विधानसभा गति, लागत और बोर्ड स्थान बचत के मामले में थ्रू-होल LED से बेहतर है।

10. तकनीकी मापदंडों पर आधारित सामान्य प्रश्न

प्रश्न: 5V बिजली आपूर्ति और 20mA धारा के लिए, मुझे कितने प्रतिरोध की आवश्यकता है?
उत्तर: सुरक्षा के लिए, अधिकतम V_Fमान 2.4V का उपयोग करें: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 ओम। मानक 130Ω या 150Ω रेसिस्टर दोनों उपयुक्त हैं।

प्रश्न: क्या मैं इस LED को 3.3V से चला सकता हूँ?
उत्तर: हाँ। फॉरवर्ड वोल्टेज (1.8-2.4V) 3.3V से कम है। फिर भी करंट लिमिटिंग रेसिस्टर की आवश्यकता है: R ≈ (3.3V - 2.2V_typical) / 0.020A ≈ 55 ohms.

प्रश्न: ल्यूमिनस इंटेंसिटी को एक रेंज (बिन) में क्यों दिया गया है?
उत्तर: सेमीकंडक्टर निर्माण में अंतर्निहित विविधताओं के कारण, प्रकाश उत्पादन भिन्न होता है। बिनिंग LED को सुसंगत समूहों में वर्गीकृत करती है, जिससे डिजाइनर अपने एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त चमक स्तर चुन सकते हैं और कई LED का उपयोग करते समय एकरूपता सुनिश्चित कर सकते हैं।

प्रश्न: क्या हीट सिंक की आवश्यकता है?
उत्तर: अधिकतम निरंतर धारा (30mA) और निर्दिष्ट तापमान सीमा के भीतर संचालित होने वाले एकल LED के लिए, आमतौर पर समर्पित हीट सिंक की आवश्यकता नहीं होती है। हालांकि, LED ऐरे या उच्च तापमान वातावरण में संचालन के लिए, थर्मल डिजाइन महत्वपूर्ण हो जाता है।

11. वास्तविक डिजाइन एवं उपयोग केस स्टडी

केस: मल्टी-इंडिकेटर स्टेटस पैनल डिज़ाइन
एक डिजाइनर चार नारंगी स्टेट एलईडी वाला एक कंट्रोल पैनल बना रहा है। समान रूप सुनिश्चित करने के लिए, उन्होंने एक ही लुमेन फ्लक्स ग्रेड (जैसे E1) और एक ही ह्यू ग्रेड (जैसे R) के एलईडी निर्दिष्ट किए हैं। वे अनुशंसित पैड पैटर्न का उपयोग करके पीसीबी डिजाइन करते हैं। सर्किट 5V पावर रेल का उपयोग करता है। प्रत्येक एलईडी को लगभग 20mA पर चलाने के लिए, वे चयनित वोल्टेज ग्रेड (जैसे D3: अधिकतम 2.2V) के अधिकतम V_FResistance value calculation: R = (5V - 2.2V) / 0.020A = 140Ω. They used a 140Ω resistor with 1% tolerance. During assembly, they followed the provided reflow soldering profile. This method produced a panel with four indicators of uniform brightness and identical color.

12. सिद्धांत परिचय

यह एलईडी एल्यूमीनियम इंडियम गैलियम फॉस्फाइड (AlInGaP) अर्धचालक पर आधारित है। जब p-n जंक्शन पर अग्र वोल्टेज लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन और होल सक्रिय क्षेत्र में इंजेक्ट किए जाते हैं। जब ये वाहक पुनर्संयोजित होते हैं, तो वे फोटॉन (प्रकाश) के रूप में ऊर्जा मुक्त करते हैं। AlInGaP मिश्र धातु की विशिष्ट संरचना अर्धचालक की बैंडगैप ऊर्जा निर्धारित करती है, जो सीधे उत्सर्जित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य (रंग) निर्धारित करती है—इस मामले में नारंगी। अर्धचालक चिप को एनकैप्सुलेट करने वाला एपॉक्सी लेंस पानी की तरह स्पष्ट है, जो प्रकाश के आंतरिक रंग को दिखाने की अनुमति देता है, और इसका आकार निर्दिष्ट 120-डिग्री देखने के कोण को प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

13. विकास प्रवृत्तियाँ

इस प्रकार के संकेतक एलईडी का समग्र रुझान उच्च दक्षता (प्रति वाट अधिक लुमेन) की ओर बना हुआ है, जिससे कम करंट पर चमकदार आउटपुट प्राप्त होता है और ऊर्जा दक्षता बढ़ती है। साथ ही, इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के और अधिक लघुकरण के लिए छोटे पैकेज आकार को बढ़ावा दिया जा रहा है। हालांकि इस प्रकार के उपकरणों के लिए यह मुख्य फोकस नहीं है, लेकिन रंग प्रतिपादन और संतृप्ति में सुधार किया जा सकता है। उपज बढ़ाने और अधिक सघन प्रदर्शन वितरण प्राप्त करने, ग्रेड के भीतर भिन्नता कम करने, और अधिक सूक्ष्म विशिष्ट अनुप्रयोग चयन के लिए ग्रेड स्तरों की संख्या बढ़ाने हेतु विनिर्माण प्रक्रियाओं का लगातार अनुकूलन किया जा रहा है। विकसित हो रहे पर्यावरणीय और सुरक्षा मानकों के अनुपालन के लिए प्रेरणा स्थिर बनी हुई है।