Dokumen Teknikal LED Biru Kuasa Sederhana SMD 67-21S - Pakej PLCC-2 - 150mA - 3.2V Tipikal - 540mW

1. Gambaran Keseluruhan Produk

67-21S ialah peranti pemasangan permukaan (SMD) LED kuasa sederhana yang direka untuk aplikasi pencahayaan umum. Ia menggunakan pakej PLCC-2 (Pembawa Cip Berpimpin Plastik), menawarkan faktor bentuk padat yang sesuai untuk proses pemasangan automatik. Warna pancaran utama ialah biru, dicapai melalui teknologi cip InGaN, disalut dalam resin jernih air untuk memaksimumkan output cahaya. LED ini dicirikan oleh kecekapannya yang tinggi dan sudut pandangan luas 120 darjah, menjadikannya serba boleh untuk pelbagai keperluan pencahayaan. Ia mematuhi arahan RoHS dan dikilangkan sebagai komponen bebas plumbum (Pb-free).

1.1 Kelebihan Teras dan Sasaran Pasaran

Kelebihan utama LED ini termasuk keseimbangan prestasi dan penggunaan kuasa, sering dirujuk sebagai "kuasa sederhana." Ia menyediakan output bercahaya yang lebih tinggi daripada LED penunjuk kuasa rendah tipikal sambil mengekalkan pengurusan haba dan kecekapan yang lebih baik berbanding beberapa rakan kuasa tinggi. Sudut pandangannya yang luas memastikan pengedaran cahaya seragam, yang amat penting untuk pencahayaan kawasan. Pasaran sasaran utama ialah pencahayaan hiasan dan hiburan, di mana warna dan cahaya resap adalah penting, dan pencahayaan pertanian, di mana spektrum cahaya tertentu boleh mempengaruhi pertumbuhan tumbuhan. Ia juga sesuai untuk pencahayaan tujuan umum dalam produk pengguna dan komersial.

2. Penyelaman Mendalam Parameter Teknikal

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Had operasi peranti ditakrifkan di bawah keadaan tertentu (suhu titik pateri pada 25°C). Arus hadapan berterusan maksimum (I_F) ialah 150 mA. Ia boleh menahan arus hadapan puncak (I_FP) sebanyak 300 mA, tetapi hanya di bawah keadaan berdenyut dengan kitar tugas 1/10 dan lebar denyut 10 ms. Penyerakan kuasa maksimum (P_d) ialah 540 mW. Julat suhu operasi (T_opr) adalah dari -40°C hingga +85°C, dan julat suhu penyimpanan (T_stg) adalah dari -40°C hingga +100°C. Rintangan haba dari simpang ke titik pateri (R_{th J-S}) ialah 50 °C/W, yang merupakan parameter kritikal untuk reka bentuk pengurusan haba. Suhu simpang maksimum yang dibenarkan (T_j) ialah 125°C. Peranti ini sensitif kepada nyahcas elektrostatik (ESD), memerlukan prosedur pengendalian yang betul.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Di bawah keadaan ujian piawai (T_soldering= 25°C, I_F= 150 mA), prestasi tipikal LED ditentukan. Fluks bercahaya (Φ) berjulat dari minimum 9.0 lm hingga maksimum 15.0 lm, dengan toleransi tipikal ±11%. Voltan hadapan (V_F) biasanya jatuh antara 2.9 V dan 3.6 V, dengan toleransi pembuatan yang lebih ketat ±0.1V. Sudut pandangan (2θ_1/2), ditakrifkan sebagai sudut di mana keamatan bercahaya turun kepada separuh nilai puncaknya, biasanya 120 darjah. Arus songsang (I_R) ditentukan pada maksimum 50 μA apabila voltan songsang (V_R) 5V dikenakan.

3. Penjelasan Sistem Pembin

Untuk memastikan konsistensi dalam pengeluaran, LED disusun ke dalam bin berdasarkan parameter prestasi utama.

3.1 Pembin Fotometrik (Fluks Bercahaya)

Output fluks bercahaya dikategorikan kepada pelbagai kod bin (B8, B9, L1-L5). Setiap kod mewakili julat fluks tertentu yang diukur pada 150 mA. Sebagai contoh, bin B8 meliputi 9.0 hingga 9.5 lm, manakala bin L5 meliputi 14.0 hingga 15.0 lm. Ini membolehkan pereka memilih LED dengan tahap kecerahan yang dikehendaki untuk aplikasi mereka.

3.2 Pembin Voltan Hadapan

Voltan hadapan dibin ke dalam kod 36 hingga 42. Setiap kod mewakili julat 0.1V, bermula dari 2.9-3.0V untuk bin 36 sehingga 3.5-3.6V untuk bin 42. Memilih LED dari bin voltan yang sama atau bersebelahan adalah penting untuk memastikan pengedaran arus seragam apabila berbilang LED disambung secara selari.

3.3 Pembin Panjang Gelombang Dominan

Warna (panjang gelombang dominan) dibin kepada dua julat: B54 (465-470 nm) dan B55 (470-475 nm). Ini menyediakan tahap konsistensi warna untuk aplikasi di mana warna biru tertentu diperlukan. Toleransi pengukuran untuk panjang gelombang dominan/puncak ialah ±1 nm.

4. Analisis Lengkung Prestasi

4.1 Taburan Spektrum

Graf spektrum yang disediakan menunjukkan lengkung pancaran tipikal untuk LED biru InGaN. Puncaknya berpusat di kawasan panjang gelombang biru (sekitar 465-475 nm), dengan lebar spektrum yang agak sempit, yang merupakan ciri bahan semikonduktor ini.

4.2 Voltan Hadapan vs. Suhu Simpang

Rajah 1 menggambarkan bagaimana voltan hadapan berubah dengan peningkatan suhu simpang. Voltan biasanya berkurangan secara linear apabila suhu meningkat (pekali suhu negatif), yang merupakan ciri biasa diod semikonduktor. Ini mesti dipertimbangkan dalam litar pemacu voltan malar.

4.3 Kuasa Radiometrik Relatif vs. Arus Hadapan

Rajah 2 menunjukkan hubungan antara kuasa output optik dan arus hadapan. Output meningkat secara sub-linear dengan arus, dan kecekapan mungkin jatuh pada arus yang sangat tinggi disebabkan peningkatan penjanaan haba dan kesan bukan ideal lain.

4.4 Fluks Bercahaya Relatif vs. Suhu Simpang

Rajah 3 menunjukkan kesan pemadaman haba. Apabila suhu simpang meningkat, output fluks bercahaya berkurangan. Penyingkiran haba yang betul adalah penting untuk mengekalkan output cahaya dan jangka hayat.

4.5 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Lengkung IV)

Rajah 4 mempersembahkan lengkung ciri IV diod klasik pada 25°C. Ia menunjukkan hubungan eksponen antara arus dan voltan sebaik sahaja voltan hidup terlampaui.

4.6 Arus Pemanduan Maksimum vs. Suhu Pateri

Rajah 5 menyediakan lengkung penyahkadar. Ia menunjukkan arus hadapan maksimum yang dibenarkan untuk mengekalkan suhu simpang di bawah had 125°C, berdasarkan suhu titik pateri (yang berkaitan dengan suhu PCB). Pada suhu ambien atau papan yang lebih tinggi, arus mesti dikurangkan.

4.7 Corak Sinaran

Rajah 6 ialah gambar rajah kutub yang menunjukkan taburan ruang keamatan cahaya. Corak tersebut mengesahkan profil pancaran luas seperti Lambertian dengan sudut pandangan 120°.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Dimensi Pakej

Dokumen data termasuk lukisan dimensi terperinci pakej PLCC-2. Dimensi utama termasuk panjang, lebar, dan ketinggian keseluruhan, serta jarak dan saiz pad. Katod biasanya dikenal pasti oleh tanda atau sudut serong pada pakej. Semua toleransi yang tidak ditentukan ialah ±0.15 mm.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

LED ini sesuai untuk pateri alir semula. Profil maksimum yang disyorkan ialah suhu puncak 260°C untuk tempoh 10 saat. Untuk pateri tangan, suhu hujung besi tidak boleh melebihi 350°C, dan masa sentuhan harus dihadkan kepada 3 saat per pad. Had ini adalah penting untuk mengelakkan kerosakan pada pakej plastik dan ikatan wayar dalaman.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

7.1 Spesifikasi Gegelung dan Pita

Komponen dibekalkan pada pita tahan lembapan dan gegelung untuk pemasangan automatik pick-and-place. Dimensi gegelung dan dimensi poket pita pembawa disediakan. Kuantiti piawai yang dimuatkan ialah 4000 keping per gegelung.

7.2 Kepekaan Lembapan dan Pembungkusan

LED dibungkus dalam beg kalis lembapan aluminium dengan bahan pengering untuk melindunginya daripada kelembapan persekitaran semasa penyimpanan dan pengangkutan, kerana penyerapan lembapan boleh menyebabkan "popcorning" semasa pateri alir semula.

7.3 Penjelasan Label

Label gegelung mengandungi maklumat seperti nombor produk (P/N), kuantiti (QTY), dan kod bin khusus untuk keamatan bercahaya (CAT), panjang gelombang dominan (HUE), dan voltan hadapan (REF).

8. Cadangan Aplikasi

8.1 Senario Aplikasi Tipikal

Pencahayaan Hiasan dan Hiburan:Warna biru dan sudut luas menjadikannya sesuai untuk pencahayaan aksen, papan tanda, dan kesan pentas.
Pencahayaan Pertanian:Cahaya biru adalah komponen utama dalam spektrum pencahayaan hortikultur, mempengaruhi morfologi dan fotosintesis tumbuhan.
Pencahayaan Umum:Boleh digunakan dalam tatasusunan untuk lampu panel, lampu sorot, dan perlengkapan lain di mana sumber cahaya biru resap atau putih (apabila digabungkan dengan fosfor) diperlukan.

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

Pengurusan Haba:Dengan R_{th J-S}sebanyak 50 °C/W, penyingkiran haba berkesan melalui PCB (menggunakan via haba, tuangan kuprum) adalah wajib untuk operasi yang boleh dipercayai pada arus penuh.
Pemanduan Arus:Pemacu arus malar sangat disyorkan berbanding sumber voltan malar untuk memastikan output cahaya stabil dan mencegah pelarian haba.
Optik:Sudut pandangan yang luas mungkin memerlukan optik sekunder (kanta, pemantul) jika pancaran yang lebih fokus dikehendaki.
Perlindungan ESD:Laksanakan perlindungan ESD pada input PCB dan pastikan pengendalian yang betul semasa pemasangan.

9. Kebolehpercayaan dan Pengujian

Dokumen data menyenaraikan satu set ujian kebolehpercayaan komprehensif yang dilakukan dengan tahap keyakinan 90% dan 10% LTPD (Lot Tolerance Percent Defective). Ujian termasuk rintangan pateri alir semula, kejutan haba, kitaran suhu, penyimpanan dan operasi suhu/kelembapan tinggi, penyimpanan dan operasi suhu rendah, dan pelbagai ujian hayat operasi suhu tinggi di bawah pelbagai keadaan (25°C, 55°C, 85°C dengan arus berbeza). Ujian ini mengesahkan ketahanan LED di bawah tekanan persekitaran dan operasi tipikal.

10. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Bolehkah saya memandu LED ini pada 300 mA secara berterusan?
J: Tidak. Penarafan 300 mA adalah untuk operasi berdenyut sahaja (kitar tugas 1/10, lebar denyut 10ms). Arus berterusan maksimum ialah 150 mA. Melebihi ini berkemungkinan akan terlalu panas dan merosakkan LED.

S: Mengapakah pembin voltan hadapan penting?
J: Apabila menyambungkan berbilang LED secara selari, perbezaan dalam voltan hadapan menyebabkan pengedaran arus yang tidak sekata. LED dengan V_Fyang lebih rendah akan menarik lebih banyak arus, berpotensi membawa kepada kegagalan pramatang. Menggunakan LED dari bin voltan yang sama meminimumkan risiko ini.

S: Bagaimanakah saya mentafsir nilai rintangan haba (50 °C/W)?
J: Ini bermakna untuk setiap watt kuasa yang diserakkan dalam simpang LED, suhu simpang akan meningkat 50°C melebihi suhu pada titik pateri. Sebagai contoh, pada 150 mA dan V_Fsebanyak 3.2V, kuasa adalah ~0.48W. Ini akan menyebabkan kenaikan 24°C dari pad PCB ke simpang.

S: Apakah tujuan beg kalis lembapan?
J: Pakej SMD boleh menyerap lembapan dari udara. Semasa proses pateri alir semula suhu tinggi, lembapan yang terperangkap ini boleh mengewap dengan cepat, mencipta tekanan dalaman yang merekah pakej ("popcorning"). Beg kalis lembapan dan bahan pengering menghalang penyerapan sebelum digunakan.

11. Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario:Mereka bentuk bar cahaya linear menggunakan 20 keping LED 67-21S.
Langkah-langkah Reka Bentuk:
1. Reka Bentuk Elektrik:Tentukan konfigurasi siri-selari. Sebagai contoh, sambungkan 10 rentetan secara selari, dengan setiap rentetan mengandungi 2 LED secara bersiri. Ini memerlukan voltan pemacu ~6.4V (2 * 3.2V) dan jumlah arus 1.5A (10 rentetan * 150mA). Pemacu arus malar ditetapkan kepada 1.5A dan mampu output >7V diperlukan.
2. Reka Bentuk Haba:Kira jumlah penyerakan kuasa: 20 LED * 0.48W ≈ 9.6W. PCB mesti bertindak sebagai penyingkir haba. Gunakan lapisan kuprum 2-oz, via haba di bawah setiap pad LED yang menyambung ke satah bumi dalaman yang besar, dan pertimbangkan PCB teras aluminium (MCPCB) untuk penyebaran haba yang lebih baik.
3. Reka Bentuk Optik:Untuk bar linear, pancaran asli 120° mungkin mencukupi. Jika penutup resap digunakan, pastikan ia mempunyai transmisi tinggi untuk mengekalkan kecekapan.
4. Pemilihan Komponen:Tentukan LED dari bin fluks bercahaya yang sama (cth., L2) dan bin voltan hadapan yang sama (cth., 38) untuk memastikan kecerahan seragam dan perkongsian arus.

12. Pengenalan Prinsip Teknikal

LED 67-21S adalah berdasarkan struktur hetero semikonduktor yang diperbuat daripada Indium Gallium Nitride (InGaN). Apabila voltan hadapan dikenakan merentasi simpang p-n, elektron dan lubang disuntik ke kawasan aktif. Penggabungan semula mereka membebaskan tenaga dalam bentuk foton (cahaya). Komposisi khusus aloi InGaN menentukan tenaga jurang jalur, yang seterusnya mentakrifkan panjang gelombang (warna) cahaya yang dipancarkan—dalam kes ini, biru. Pakej PLCC-2 menempatkan die semikonduktor pada rangka pemimpin, menyambungkannya dengan wayar halus, dan menyelubunginya dalam resin epoksi atau silikon jernih yang melindungi die dan bertindak sebagai elemen optik primer.

13. Trend Teknologi

Pasaran untuk LED kuasa sederhana seperti 67-21S terus berkembang. Trend utama termasuk:
Peningkatan Keberkesanan (lm/W):Penambahbaikan berterusan dalam reka bentuk cip, pertumbuhan epitaksial, dan kecekapan pengekstrakan pakej membawa kepada output cahaya yang lebih tinggi untuk input elektrik yang sama.
Konsistensi Warna yang Lebih Baik:Toleransi pembin yang lebih ketat dan kawalan pembuatan termaju mengurangkan variasi warna dalam dan antara kumpulan pengeluaran.
Kebolehpercayaan yang Dipertingkatkan:Pembangunan bahan pakej yang lebih tahan lasak (cth., silikon suhu tinggi) dan teknologi lampiran die untuk menahan suhu operasi yang lebih tinggi dan persekitaran yang lebih keras.
Pengoptimuman Khusus Aplikasi:LED semakin disesuaikan untuk pasaran khusus seperti hortikultur, dengan spektrum dioptimumkan untuk fotoreseptor tumbuhan, atau untuk pencahayaan berpusatkan manusia, mempertimbangkan irama sirkadian.