Spesifikasi LED Merah Dalam Kuasa Sederhana SMD 67-21S - Pakej PLCC-2 - 150mA - 405mW - Dokumen Teknikal

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk Peranti Permukaan-Pasang (SMD) LED Kuasa Sederhana dalam pakej PLCC-2, yang memancarkan cahaya merah dalam. Peranti ini dibina menggunakan teknologi cip AlGaInP yang disalut dalam resin jernih air. Ia direka untuk aplikasi yang memerlukan kecekapan tinggi, sudut pandangan yang luas, dan faktor bentuk padat dalam julat penggunaan kuasa sederhana. Komponen ini bebas plumbum dan mematuhi arahan RoHS.

1.1 Kelebihan Teras dan Sasaran Pasaran

Kelebihan utama LED ini termasuk kecekapannya yang tinggi, yang bermaksud output cahaya yang cekap untuk kuasa elektrik yang digunakan. Sudut pandangan luas 120 darjah memastikan taburan cahaya yang seragam, menjadikannya sesuai untuk aplikasi di mana pencahayaan luas adalah kritikal. Pakej PLCC-2 yang padat membolehkan susun atur PCB berketumpatan tinggi. Ciri-ciri ini secara kolektif menjadikannya pilihan ideal untuk pencahayaan hiasan dan hiburan, pencahayaan pertanian (contohnya, suplementasi pertumbuhan tumbuhan), dan tujuan pencahayaan umum di mana output spektrum merah dalam dikehendaki.

2. Penerangan Mendalam Parameter Teknikal

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini menentukan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi harus dikekalkan dalam had ini.

• Arus Hadapan (I_F): 150 mA (Berterusan).
• Arus Hadapan Puncak (I_FP): 300 mA (Berdenyut, kitar tugas 1/10, lebar denyut 10ms).
• Penyahkuasa Kuasa (P_d): 405 mW. Ini adalah kehilangan kuasa maksimum yang dibenarkan pada simpang.
• Suhu Operasi (T_opr): -40°C hingga +85°C.
• Suhu Penyimpanan (T_stg): -40°C hingga +100°C.
• Rintangan Terma (R_{th J-S}): 50 °C/W (Simpang ke Titik Pateri). Parameter ini adalah penting untuk reka bentuk pengurusan terma.
• Suhu Simpang (T_j): 115 °C (Maksimum).
• Suhu Pateri: Reflow: 260°C untuk maksimum 10 saat. Pateri tangan: 350°C untuk maksimum 3 saat. Peranti ini sensitif kepada nyahcas elektrostatik (ESD).

2.2 Ciri-Ciri Elektro-Optik

Diukur pada suhu titik pateri (T_soldering) 25°C. Nilai tipikal disediakan untuk rujukan; nilai min/maks mentakrifkan sebaran prestasi yang dijamin.

• Kuasa Radiometrik (Φ_e): 80 mW (Min), 180 mW (Maks) pada I_F=150mA. Ini adalah jumlah output kuasa optik, diukur dalam miliwatt. Toleransi adalah ±11%.
• Voltan Hadapan (V_F): 1.8V (Min), 2.7V (Maks) pada I_F=150mA. Nilai tipikal berada dalam julat ini. Toleransi adalah ±0.1V dari nilai taburan.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2): 120 darjah (Tipikal) pada I_F=150mA. Ini adalah sudut penuh di mana keamatan bercahaya adalah separuh daripada nilai puncak.
• Arus Songsang (I_R): 50 µA (Maks) pada voltan songsang (V_R) 5V.

3. Penjelasan Sistem Taburan

LED ini dikelaskan kepada taburan untuk parameter utama untuk memastikan konsistensi dalam reka bentuk aplikasi. Kod taburan khusus adalah sebahagian daripada nombor pesanan produk.

3.1 Taburan Kuasa Radiometrik

Ditaburkan pada I_F=150mA. Kod C1 hingga C5 mewakili julat output kuasa yang meningkat.

• C1: 80 - 100 mW
• C2: 100 - 120 mW
• C3: 120 - 140 mW
• C4: 140 - 160 mW
• C5: 160 - 180 mW

3.2 Taburan Voltan Hadapan

Ditaburkan pada I_F=150mA. Kod 25 hingga 33 mewakili julat voltan hadapan yang meningkat.

• 25: 1.8 - 1.9 V
• 26: 1.9 - 2.0 V
• ... sehingga33: 2.6 - 2.7 V

3.3 Taburan Panjang Gelombang Puncak

Ditaburkan pada I_F=150mA. Mentakrifkan puncak spektrum pancaran merah dalam.

• DA2: 650 - 660 nm
• DA3: 660 - 670 nm
• DA4: 670 - 680 nm

Toleransi pengukuran panjang gelombang dominan/puncak adalah ±1nm.

4. Analisis Lengkung Prestasi

4.1 Taburan Spektrum

Lengkung spektrum yang disediakan menunjukkan puncak yang sempit dan jelas ditakrifkan dalam kawasan merah dalam (lebih kurang 650-680nm bergantung pada taburan), ciri semikonduktor AlGaInP. Terdapat pancaran minima dalam jalur spektrum lain, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan cahaya merah tulen.

4.2 Voltan Hadapan vs. Suhu Simpang

Rajah 1 menggambarkan bahawa voltan hadapan (V_F) mempunyai pekali suhu negatif. Apabila suhu simpang (T_j) meningkat dari 25°C ke 115°C, V_Fmenurun secara linear lebih kurang 0.25V. Ini adalah pertimbangan kritikal untuk reka bentuk pemacu arus malar untuk memastikan operasi stabil merentasi suhu.

4.3 Kuasa Radiometrik Relatif vs. Arus Hadapan

Rajah 2 menunjukkan hubungan sub-linear. Kuasa radiometrik meningkat dengan arus tetapi mula tepu pada arus yang lebih tinggi (di atas ~100mA) disebabkan oleh kesan terma yang meningkat dan penurunan kecekapan. Beroperasi pada arus maksimum dinilai (150mA) mungkin tidak menghasilkan output yang lebih tinggi secara berkadar berbanding dengan arus yang sedikit lebih rendah.

4.4 Keamatan Bercahaya Relatif vs. Suhu Simpang

Rajah 3 menunjukkan kesan pemadaman terma. Apabila T_jnaik, output optik berkurangan. Keamatan pada 115°C adalah lebih kurang 70-80% daripada nilainya pada 25°C. Penyingkiran haba yang berkesan adalah penting untuk mengekalkan output cahaya.

4.5 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Lengkung IV)

Rajah 4 mempersembahkan ciri IV diod klasik pada 25°C. Lengkung menunjukkan hubungan eksponen dalam kawasan arus rendah dan tingkah laku yang lebih linear dan resistif pada arus operasi 150mA, di mana rintangan dinamik boleh disimpulkan.

4.6 Arus Pemacu Maksimum vs. Suhu Pateri

Rajah 5 adalah lengkung penyahkadar. Ia menunjukkan bahawa arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan mesti dikurangkan jika suhu pada titik pateri (T_S) melebihi lebih kurang 70°C. Sebagai contoh, pada T_S=90°C, maksimum I_Fdinyahkadar kepada lebih kurang 110mA. Graf ini adalah penting untuk kebolehpercayaan dalam persekitaran suhu ambien yang tinggi.

4.7 Corak Radiasi

Rajah 6 (Diagram Radiasi) mengesahkan corak pancaran hampir-Lambertian dengan sudut pandangan 120°. Keamatan adalah hampir seragam merentasi kawasan tengah yang luas, jatuh kepada 50% pada ±60 darjah dari paksi mekanikal.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Dimensi Pakej

Pakej PLCC-2 mempunyai tapak kaki standard. Dimensi utama (dalam mm, toleransi ±0.1mm melainkan dinyatakan) termasuk panjang keseluruhan, lebar, dan tinggi, serta jarak dan saiz pad. Katod biasanya dikenal pasti oleh penanda pada pakej atau sudut serong. Lukisan dimensi tepat harus dirujuk untuk reka bentuk corak tanah PCB.

5.2 Pengenalpastian Polarity

Orientasi yang betul diperlukan untuk operasi yang betul. Lukisan pakej dalam lembaran data dengan jelas menunjukkan pad anod dan katod. Sambungan polarity yang salah semasa pateri akan menghalang LED daripada menyala dan mungkin mendedahkannya kepada bias songsang.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

6.1 Profil Pateri Reflow

Keadaan tahan maksimum adalah 260°C untuk 10 saat. Profil reflow bebas plumbum standard dengan suhu puncak di bawah 260°C dan masa di atas likuidus (TAL) terkawal adalah disyorkan. Perbezaan jisim terma pada PCB harus dipertimbangkan untuk memastikan semua LED mengalami pendedahan terma yang serupa.

6.2 Pateri Tangan

Jika pateri tangan diperlukan, suhu hujung besi tidak boleh melebihi 350°C, dan masa sentuhan dengan terminal LED harus dihadkan kepada 3 saat atau kurang setiap pad. Gunakan teknik jisim terma rendah.

6.3 Keadaan Penyimpanan

Peranti dibungkus dalam beg penghalang tahan lembapan dengan desikan. Sebaik sahaja beg tertutup dibuka, komponen sensitif kepada penyerapan lembapan (penarafan MSL). Ia harus digunakan dalam jangka hayat lantai yang ditentukan atau dibakar mengikut piawaian IPC/JEDEC sebelum reflow jika terlampaui. Penyimpanan jangka panjang harus dalam persekitaran kering pada suhu antara -40°C dan 100°C.

7. Pembungkusan dan Maklumat Pesanan

7.1 Spesifikasi Reel dan Pita

LED dibekalkan pada pita pembawa timbul yang dililit pada reel. Dimensi reel standard dan lebar pita disediakan. Kuantiti biasa setiap reel termasuk 250, 500, 1000, 2000, 3000, dan 4000 keping, memudahkan pemasangan pick-and-place automatik.

7.2 Penjelasan Label

Label reel mengandungi maklumat kritikal: Nombor Produk (P/N), yang mengekod pilihan taburan khusus untuk Kuasa Radiometrik (CAT), Panjang Gelombang (HUE), dan Voltan Hadapan (REF); Kuantiti Pembungkusan (QTY); dan Nombor Lot (LOT No) untuk kebolehjejakan.

8. Cadangan Aplikasi

8.1 Senario Aplikasi Tipikal

• Pencahayaan Hiasan dan Hiburan: Pencahayaan aksen seni bina, pencahayaan pentas, dan papan tanda di mana warna merah dalam diperlukan.
• Pencahayaan Pertanian: Pencahayaan tambahan dalam hortikultur, terutamanya untuk respons fotomorfogenik dalam tumbuhan (contohnya, mempengaruhi pembungaan, pemanjangan batang) yang sensitif kepada cahaya merah dan merah jauh.
• Kegunaan Umum: Lampu penunjuk, lampu latar, dan sebarang aplikasi yang memerlukan sumber cahaya merah yang boleh dipercayai dan cekap.

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Pengurusan Terma: Dengan R_{th J-S}50°C/W, PCB mesti bertindak sebagai penyingkir haba yang berkesan. Gunakan kawasan kuprum yang mencukupi di bawah dan di sekitar pad terma, dan pertimbangkan laluan terma ke lapisan dalam atau PCB teras logam untuk aplikasi kuasa tinggi atau suhu ambien tinggi.
• Pemacu Arus:** Sentiasa gunakan pemacu arus malar, bukan sumber voltan malar. Pemacu harus direka untuk menampung julat taburan V_Fdan pekali suhu negatifnya. Pertimbangkan keupayaan pemudaran jika diperlukan.
• Reka Bentuk Optik: Sudut pandangan yang luas mungkin memerlukan optik sekunder (kanta, pemantul) jika pembentukan atau fokus pancaran diperlukan. Resin jernih air membolehkan pengekstrakan cahaya yang baik.

9. Kebolehpercayaan dan Pengujian

Lembaran data ini menggariskan pelan ujian kebolehpercayaan komprehensif yang dijalankan dengan tahap keyakinan 90% dan Peratusan Kecacatan Toleransi Lot (LTPD) 10%. Ujian termasuk:

• Rintangan Pateri Reflow
• Kejutan Terma (-10°C hingga +100°C)
• Kitaran Suhu (-40°C hingga +100°C)
• Penyimpanan Suhu/Lembapan Tinggi (85°C/85% RH)
• Ujian Penyimpanan Suhu Tinggi/Rendah dan Ujian Hayat Operasi di bawah pelbagai keadaan arus dan suhu.

Ujian ini mengesahkan ketahanan LED di bawah tekanan pembuatan dan operasi tipikal, memastikan prestasi jangka panjang.

10. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Sebagai LED Merah Dalam Kuasa Sederhana dalam pakej PLCC-2, pembeza utamanya terletak pada keseimbangan prestasi dan saiz. Berbanding dengan LED kuasa rendah, ia menawarkan fluks sinaran yang jauh lebih tinggi. Berbanding dengan LED kuasa tinggi, ia biasanya mempunyai rintangan terma ke papan yang lebih rendah dan boleh dipacu pada arus yang lebih rendah, memudahkan reka bentuk pemacu. Penggunaan teknologi AlGaInP memberikan kecekapan tinggi dalam spektrum merah berbanding teknologi lain seperti merah penukar fosfor. Gabungan khusus arus pemacu 150mA, penyahkuasa kuasa 405mW, dan sudut 120° dalam faktor bentuk padat ini mensasarkan niche khusus dalam pasaran pencahayaan.

11. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

11.1 Arus pemacu manakah yang patut saya gunakan?

Untuk output penuh yang ditentukan, gunakan arus malar 150mA. Walau bagaimanapun, untuk peningkatan jangka hayat atau beban terma yang lebih rendah, memacu pada arus yang lebih rendah (contohnya, 100-120mA) adalah mungkin, dengan output dirujuk kepada lengkung Kuasa Radiometrik Relatif vs. Arus (Rajah 2). Jangan sekali-kali melebihi 150mA berterusan.

11.2 Bagaimanakah saya mentafsir kod taburan dalam nombor bahagian?

LED kuasa sederhana seperti ini mewakili trend penting dalam pencahayaan keadaan pepejal, merapatkan jurang antara LED penunjuk kuasa rendah dan LED pencahayaan kuasa tinggi. Trend industri utama yang mempengaruhi segmen ini termasuk:

11.3 Mengapakah output cahaya berkurangan apabila LED menjadi panas?

Ini disebabkan oleh sifat semula jadi bahan semikonduktor yang dikenali sebagai pemadaman terma atau penurunan kecekapan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Apabila suhu meningkat, penggabungan semula bukan radiatif meningkat, mengurangkan kecekapan kuantum dalaman. Penyingkiran haba yang betul meminimumkan kenaikan suhu simpang, mengekalkan output cahaya yang lebih tinggi.

11.4 Bolehkah saya menyambungkan berbilang LED secara bersiri atau selari?

Sambungan berseri biasanya lebih disukai apabila menggunakan pemacu arus malar, kerana arus yang sama mengalir melalui semua LED. Walau bagaimanapun, toleransi voltan hadapan (taburan) terkumpul, memerlukan pemacu dengan voltan pematuhan yang mencukupi. Sambungan selari tidak disyorkan tanpa perintang penghad arus individu atau saluran khusus disebabkan oleh ketidakpadanan V_F, yang boleh menyebabkan pengambilan arus dan kecerahan tidak sekata atau kegagalan.

12. Kajian Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario: Mereka bentuk bar lampu hortikultur untuk cahaya merah tambahan dalam rumah hijau dengan suhu ambien sehingga 40°C.

Langkah-Langkah Reka Bentuk:

1. Pemilihan: Pilih LED merah dalam ini untuk spektrum sasarannya (contohnya, taburan DA3: 660-670nm, relevan untuk pengaktifan fitokrom).
2. Analisis Terma: Sasarkan suhu simpang maksimum (T_j) 85°C untuk jangka hayat yang baik. Diberikan T_ambien=40°C, R_{th J-S}=50°C/W, dan P_d≈ V_F*I_F(contohnya, 2.2V * 0.15A = 0.33W). Kenaikan suhu dari titik pateri ke simpang: ΔT = P_d* R_{th J-S}= 0.33W * 50°C/W = 16.5°C. Oleh itu, suhu titik pateri (T_S) mesti dikekalkan di bawah T_j- ΔT = 85°C - 16.5°C = 68.5°C.
3. Reka Bentuk PCB: Reka bentuk PCB dengan pad kuprum besar dan berterusan yang disambungkan ke pad terma LED. Gunakan berbilang laluan terma ke satah tanah dalaman atau lapisan terma khusus untuk mengekalkan T_Sdi bawah 68.5°C apabila T_ambien=40°C. Rujuk Rajah 5 untuk memastikan arus pemacu boleh diterima untuk T_S.
4. Reka Bentuk Pemacu: Pilih pemacu arus malar yang mampu menyampaikan 150mA setiap rentetan. Untuk 10 LED bersiri, pematuhan voltan output pemacu mesti meliputi jumlah V_Fmaksimum dalam taburan yang dipilih (contohnya, 10 * 2.3V = 23V) ditambah beberapa ruang kepala.
5. Susun Atur Optik: Jarakkan LED dengan sesuai pada bar untuk mencapai keseragaman keamatan cahaya yang diingini merentasi kanopi tumbuhan, dengan mempertimbangkan sudut pandangan 120°.

13. Prinsip Operasi

LED ini adalah diod simpang p-n semikonduktor berdasarkan bahan Aluminium Gallium Indium Phosphide (AlGaInP). Apabila voltan hadapan melebihi ambang hidup diod dikenakan, elektron dari kawasan jenis-n dan lubang dari kawasan jenis-p disuntik ke kawasan aktif. Pembawa cas ini bergabung semula secara radiatif, membebaskan tenaga dalam bentuk foton. Tenaga jurang jalur khusus aloi AlGaInP menentukan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan, yang dalam kes ini berada dalam spektrum merah dalam (650-680 nm). Resin epoksi jernih air melindungi cip semikonduktor, memberikan kestabilan mekanikal, dan membentuk corak output cahaya.

14. Trend Teknologi

Middle-power LEDs like this one represent a significant trend in solid-state lighting, bridging the gap between low-power indicator LEDs and high-power illumination LEDs. Key industry trends influencing this segment include:

• Peningkatan Kecekapan: Penyelidikan bahan dan pembungkusan yang berterusan bertujuan untuk menyampaikan kuasa radiometrik (mW) yang lebih tinggi per unit input elektrik (mA), mengurangkan penggunaan tenaga untuk output cahaya yang sama.
• Pengurusan Terma yang Lebih Baik: Kemajuan dalam reka bentuk pakej (contohnya, pad terma dipertingkatkan) dan bahan PCB (contohnya, substrat logam bertebat, papan berlapis terma) membolehkan penyingkiran haba yang lebih baik, membolehkan arus pemacu yang lebih tinggi atau kebolehpercayaan yang lebih baik pada arus standard.
• Puncak Spektrum Lebih Sempit & Panjang Gelombang Baru: Dalam hortikultur, terdapat permintaan untuk LED dengan puncak pancaran yang sangat spesifik dan sempit yang sepadan dengan fotoreseptor tumbuhan (contohnya, 660nm, 730nm). Pembangunan terus mengoptimumkan kecekapan pada panjang gelombang sasaran ini.
• Pengecilan dan Integrasi: Dorongan untuk tatasusunan pencahayaan yang lebih kecil dan padat berterusan, mendorong pakej dengan tapak kaki yang lebih kecil sambil mengekalkan atau meningkatkan prestasi optik dan terma.