دیتاشیت LED فیروزه‌ای LTLMR4TCY2DA - 505 نانومتر - زاویه دید 25 درجه - 30 میلی‌آمپر - 105 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTLMR4TCY2DA یک LED نصب سطحی با انتشار نور فیروزه‌ای و روشنایی بالا است که برای کاربردهای نورپردازی پرتقاضا طراحی شده است. این قطعه از فناوری پیشرفته InGaN برای تولید نور در طول موج اوج 505 نانومتر استفاده می‌کند و در یک پکیج پخش‌کننده قرار دارد که الگوی تابش یکنواختی ارائه می‌دهد. یک ویژگی کلیدی این دستگاه، زاویه دید ذاتی باریک آن است که به طور معمول 25 درجه است و از طریق طراحی لنز پکیج و بدون نیاز به اپتیک ثانویه اضافی به دست می‌آید. این امر آن را به ویژه برای کاربردهایی که نیاز به جهت‌دهی و کنترل دقیق نور دارند، مناسب می‌سازد. دستگاه با استفاده از مواد بدون سرب و بدون هالوژن ساخته شده، کاملاً مطابق با RoHS است و برای سطح حساسیت رطوبت 3 (MSL3) در نظر گرفته شده است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED شامل خروجی شدت نور بالا، در محدوده 12,000 تا 27,000 میلی‌کاندلا در جریان راه‌اندازی استاندارد 20 میلی‌آمپر، همراه با مصرف برق کم برای بازدهی بالا است. پکیج به دلیل فناوری اپوکسی پیشرفته، مقاومت برتر در برابر رطوبت و محافظت در برابر UV ارائه می‌دهد. طراحی آن با خطوط مونتاژ استاندارد فناوری نصب سطحی (SMT) و فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو صنعتی سازگار است. کاربردهای هدف عمدتاً در تابلوهای علائم و نشانه‌ها هستند که در آن‌ها قابلیت دید بالا و توزیع کنترل‌شده نور حیاتی است، مانند تابلوهای پیام ویدئویی، تابلوهای راهنمایی و رانندگی و سایر تابلوهای نمایش پیام.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش، تجزیه‌ای دقیق از محدودیت‌های عملیاتی و ویژگی‌های عملکرد LED تحت شرایط آزمایش استاندارد (TA=25°C) ارائه می‌دهد.

2.1 رتبه‌بندی حداکثر مطلق

دستگاه نباید فراتر از این محدودیت‌ها کار کند تا از آسیب دائمی جلوگیری شود. حداکثر جریان مستقیم پیوسته DC برابر 30 میلی‌آمپر است. برای کار پالسی، جریان مستقیم اوج 100 میلی‌آمپر تحت شرایط خاص (چرخه وظیفه ≤1/10، عرض پالس ≤10ms) مجاز است. حداکثر اتلاف توان 105 میلی‌وات است. رتبه جریان مستقیم به ازای هر درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای محیط 45°C به صورت خطی 0.5 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد. محدوده دمای کاری از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است، در حالی که محدوده دمای نگهداری تا 100+ درجه سانتی‌گراد گسترش می‌یابد. دستگاه می‌تواند لحیم‌کاری ریفلو با دمای اوج 260 درجه سانتی‌گراد را برای حداکثر 10 ثانیه تحمل کند.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکی

تحت شرایط آزمایش IF=20mA، شدت نور (Iv) محدوده معمولی 12,000 تا 27,000 میلی‌کاندلا (mcd) را دارد. زاویه دید (2θ1/2)، که به عنوان زاویه کامل تعریف می‌شود که در آن شدت به نصف مقدار محوری خود کاهش می‌یابد، به طور معمول 25 درجه است، با حداقل 20 درجه. طول موج اوج انتشار (λP) برابر 505 نانومتر است. طول موج غالب (λd)، که رنگ درک‌شده را تعریف می‌کند، از 498 نانومتر تا 507 نانومتر متغیر است. نیم‌عرض خط طیفی (Δλ) به طور معمول 28 نانومتر است که نشان‌دهنده خلوص طیفی انتشار فیروزه‌ای است. ولتاژ مستقیم (VF) در 20mA از حداقل 2.7 ولت تا حداکثر 3.6 ولت متغیر است. جریان معکوس (IR) در ولتاژ معکوس (VR) برابر 5 ولت به حداکثر 10 میکروآمپر محدود می‌شود؛ توجه داشته باشید که دستگاه برای کار تحت بایاس معکوس طراحی نشده است.

3. مشخصات سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

LEDها بر اساس خروجی نوری خود در 20mA در سه دسته شدت نور (Z، 1، 2) طبقه‌بندی می‌شوند. دسته Z محدوده 12,000 تا 16,000 mcd، دسته 1 محدوده 16,000 تا 21,000 mcd و دسته 2 محدوده 21,000 تا 27,000 mcd را پوشش می‌دهد. یک تلرانس ±15% در حین آزمایش و تضمین به هر حد دسته اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

برای ثبات رنگ، طول موج غالب در دو کد دسته‌بندی می‌شود: C1 (498 نانومتر تا 503 نانومتر) و C2 (503 نانومتر تا 507 نانومتر). تلرانس برای هر حد دسته ±1 نانومتر است. این دسته‌بندی به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی را انتخاب کنند که با نیازهای نقطه رنگ خاص برای کاربردشان مطابقت دارد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (شکل 1، شکل 6)، رفتار معمولی آن‌ها قابل توصیف است. منحنی جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (I-V) مشخصه نمایی استاندارد دیود را نشان خواهد داد. شدت نور به طور کلی در محدوده عملیاتی توصیه‌شده متناسب با جریان مستقیم است. طول موج اوج انتشار (λP) و طول موج غالب (λd) ممکن است با تغییرات دمای اتصال و جریان راه‌اندازی، جابجایی جزئی نشان دهند که برای منابع نور نیمه‌هادی معمول است. پروفایل زاویه دید باریک 25 درجه نشان‌دهنده یک پرتو بسیار جهت‌دار با افت سریع خارج از مخروط مرکزی است که برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی بالا در محور و حداقل پراکندگی نور دارند، مفید است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد کلی و تلرانس‌ها

LED در یک پکیج نصب سطحی ارائه می‌شود. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند، با تلرانس کلی ±0.25mm مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. نکات کلیدی شامل: حداکثر بیرون‌زدگی رزین زیر فلنج 1.0mm و فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بدنه پکیج خارج می‌شوند. طراحان باید برای برنامه‌ریزی دقیق ردپا به نقشه ابعادی دقیق مراجعه کنند.

5.2 الگوی پد لحیم توصیه‌شده

یک طرح پد خاص (P1، P2، P3) برای طراحی PCB توصیه می‌شود. یک نکته طراحی حیاتی این است که یکی از پدها (P3) برای اتصال به یک هیت‌سینک یا مکانیزم خنک‌کننده دیگر در نظر گرفته شده است. این پد برای توزیع موثر گرمای تولید شده در حین کار طراحی شده است که برای حفظ عملکرد و طول عمر، به ویژه هنگام کار در رتبه‌های حداکثر یا نزدیک به آن، ضروری است. دستگاه برای لحیم‌کاری ریفلو طراحی شده و برای فرآیندهای لحیم‌کاری غوطه‌وری مناسب نیست.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفایل ریفلو بدون سرب توصیه می‌شود. پارامترهای کلیدی شامل: مرحله پیش‌گرم/خیساندن با دمای بین 150 تا 200 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 120 ثانیه، زمان بالای نقطه مایع (T_L=217°C) بین 60 تا 150 ثانیه، و دمای اوج (T_P) برابر 260 درجه سانتی‌گراد. زمان در محدوده 5 درجه سانتی‌گراد دمای طبقه‌بندی مشخص‌شده (T_C=255°C) نباید از 30 ثانیه تجاوز کند. کل زمان از 25 درجه سانتی‌گراد تا دمای اوج باید زیر 5 دقیقه نگه داشته شود. برای تعمیر دستی با هویه، حداکثر دما 315 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه است و این کار باید فقط یک بار انجام شود.

6.2 نگهداری و حساسیت رطوبتی

این یک دستگاه MSL3 است. LEDها در یک کیسه مهر و موم شده رطوبتی می‌توانند تا 12 ماه در شرایط زیر 30 درجه سانتی‌گراد و 90% رطوبت نسبی (RH) نگهداری شوند. پس از باز کردن کیسه، قطعات باید در محیطی زیر 30 درجه سانتی‌گراد و 60% RH نگهداری شوند و تمام لحیم‌کاری باید در عرض 168 ساعت (7 روز) تکمیل شود. پخت در دمای 60°C ±5°C به مدت 20 ساعت در صورت وجود شرایط زیر الزامی است: اگر کارت نشانگر رطوبت >10% RH را نشان دهد، اگر زمان ماندگاری در محیط کارخانه از 168 ساعت تجاوز کند، یا اگر دستگاه‌ها در معرض >30°C و 60% RH قرار گرفته باشند. پخت باید فقط یک بار انجام شود. قرارگیری طولانی‌مدت می‌تواند باعث اکسید شدن پایه‌های آب‌نقره‌ای شده و بر قابلیت لحیم‌کاری تأثیر بگذارد. LEDهای استفاده نشده باید با ماده جاذب رطوبت دوباره مهر و موم شوند.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) استفاده شود. از پاک‌کننده‌های شیمیایی خشن یا قوی باید اجتناب کرد زیرا ممکن است به لنز اپوکسی یا نشانه‌های روی پکیج آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

LEDها بر روی نوار حامل برجسته‌دار و قرقره عرضه می‌شوند. ابعاد نوار مشخص شده است، با حفره‌هایی که برای نگهداری ایمن قطعات طراحی شده‌اند. هر قرقره استاندارد حاوی 1000 قطعه است. برای بسته‌بندی عمده، 1 قرقره در یک کیسه مهر و موم رطوبتی همراه با یک ماده جاذب رطوبت و کارت نشانگر رطوبت قرار می‌گیرد. سه عدد از این کیسه‌ها در یک کارتن داخلی بسته‌بندی می‌شوند (مجموعاً 3000 قطعه). سپس ده کارتن داخلی در یک کارتن حمل و نقل بیرونی بسته‌بندی می‌شوند که در نتیجه در هر کارتن بیرونی در مجموع 30,000 قطعه وجود دارد. بسته‌بندی به وضوح به عنوان حاوی دستگاه‌های حساس الکترواستاتیک (ESD) علامت‌گذاری شده است که نیاز به رویه‌های ایمن نگهداری دارد.

8. توصیه‌های کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربرد اصلی این LED در انواع مختلف تابلوهای علائم، هم داخلی و هم خارجی است. روشنایی بالای آن را برای تابلوهای پیام ویدئویی و نمایشگرهای اطلاعاتی با فرمت بزرگ که ممکن است خوانایی در نور خورشید یک عامل باشد، مناسب می‌سازد. زاویه دید باریک و کنترل‌شده آن برای تابلوهای راهنمایی و رانندگی و تابلوهای پیام جهت‌دار ایده‌آل است و اطمینان می‌دهد که نور با بازدهی بالا و حداقل اتلاف به سمت بیننده هدایت می‌شود. همچنین می‌تواند در تجهیزات الکترونیکی معمولی که نیاز به نشانگر یا نور پس‌زمینه فیروزه‌ای روشن دارند، استفاده شود.

8.2 ملاحظات طراحی

راه‌اندازی جریان:استفاده از یک درایور جریان ثابت به شدت به جای منبع ولتاژ ثابت توصیه می‌شود تا خروجی نور پایدار باشد و از فرار حرارتی جلوگیری شود. طراحی باید LED را در جریان توصیه‌شده 20mA یا کمتر برای عمر بهینه به کار گیرد و تنها در صورت لزوم مطلق و با مدیریت حرارتی کافی از حداکثر 30mA استفاده کند.
مدیریت حرارتی:علیرغم مصرف برق پایین، هیت‌سینک مؤثر برای حفظ عملکرد و قابلیت اطمینان، به ویژه در دمای محیط بالا یا آرایه‌های با تراکم بالا، حیاتی است. اتصال توصیه‌شده پد P3 به یک صفحه حرارتی باید اجرا شود.
طراحی اپتیکی:زاویه دید ذاتی 25 درجه اغلب نیاز به لنزهای اضافی را در بسیاری از کاربردهای تابلو از بین می‌برد و طراحی مکانیکی را ساده می‌کند. با این حال، برای کاربردهایی که نیاز به پرتوهای حتی باریک‌تر یا الگوهای توزیع خاص دارند، می‌توان از اپتیک ثانویه استفاده کرد.
محافظت در برابر ESD:به عنوان یک دستگاه حساس به ESD، باید رویه‌های نگهداری مناسب در حین مونتاژ رعایت شود، از جمله استفاده از ایستگاه‌های کاری و مچ‌بندهای زمین‌شده.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای SMD استاندارد (مانند پکیج‌های 3528 یا 5050) یا پکیج‌های PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier)، LTLMR4TCY2DA زاویه دید ذاتی به طور قابل توجهی باریک‌تری ارائه می‌دهد. LEDهای SMD استاندارد اغلب زاویه دید 120 درجه یا بیشتر دارند و برای دستیابی به یک پرتو باریک نیاز به لنزها یا بازتابنده‌های خارجی دارند. این طراحی یکپارچه زاویه باریک، مونتاژ محصول نهایی را ساده می‌کند، تعداد قطعات را کاهش می‌دهد و می‌تواند با به حداقل رساندن اتلاف نور در اپتیک ثانویه، بازده اپتیکی را بهبود بخشد. شدت نور بالا آن در یک پکیج فشرده نیز یک مزیت رقابتی در کاربردهای با روشنایی بالا و محدودیت فضا ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: تفاوت بین طول موج اوج (505nm) و طول موج غالب (498-507nm) چیست؟
پ: طول موج اوج، طول موج واحدی است که در آن توان نوری منتشر شده در بالاترین حد است. طول موج غالب از مختصات رنگ در نمودار CIE مشتق می‌شود و رنگ درک‌شده را نشان می‌دهد؛ این طول موج واحدی است که اگر LED یک منبع تک‌رنگ خالص بود، با رنگ آن مطابقت داشت. برای LEDهایی با عرض طیفی، این دو اغلب نزدیک اما یکسان نیستند.

س: آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟
پ: احتمالاً، اما نه به طور مستقیم. ولتاژ مستقیم از 2.7 ولت تا 3.6 ولت متغیر است. برخی LEDها ممکن است در 3.3 ولت به طور کم‌نور روشن شوند، در حالی که برخی دیگر با Vf بالاتر ممکن است اصلاً روشن نشوند. برای عملکرد قابل اعتماد و یکنواخت، یک مدار درایور جریان ثابت مورد نیاز است.

س: چرا رتبه MSL3 و فرآیند پخت مهم است؟
پ: رطوبت جذب شده در پکیج پلاستیکی می‌تواند در طول فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا به سرعت تبخیر شود و باعث جدایش داخلی، ترک خوردگی یا "پاپ کورن شدن" شود که دستگاه را از بین می‌برد. رتبه MSL و رویه‌های نگهداری مرتبط با آن برای اطمینان از بازده مونتاژ بالا و قابلیت اطمینان بلندمدت حیاتی هستند.

س: چگونه کدهای دسته‌بندی (مثلاً 2، C1) را تفسیر کنم؟
پ: کد دسته، گروه عملکرد را مشخص می‌کند. به عنوان مثال، "2، C1" نشان‌دهنده یک LED از دسته شدت نور 2 (21,000-27,000 mcd) و دسته طول موج غالب C1 (498-503 nm) است. مشخص کردن دسته‌ها به طراحان اجازه می‌دهد تا یکنواختی روشنایی و رنگ را در محصولات خود حفظ کنند.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک چراغ راهنمایی عابر پیاده با قابلیت دید بالا.
یک مهندس طراح در حال ایجاد یک سیگنال "عبور/عدم عبور" است که باید در نور مستقیم خورشید به وضوح قابل مشاهده باشد. آن‌ها LED مدل LTLMR4TCY2DA را برای نشانگر فیروزه‌ای "عبور" انتخاب می‌کنند. به دلیل زاویه دید باریک 25 درجه، LEDها می‌توانند در یک آرایه فشرده پشت یک پخش‌کننده نور چیده شوند و اطمینان حاصل شود که روشنایی روشن و یکنواخت در محدوده دید مورد نظر برای عابران پیاده وجود دارد، با حداقل آلودگی نوری خارج از آن محدوده. شدت نور بالا (انتخاب LEDهای دسته 2) خوانایی در نور خورشید را تضمین می‌کند. طراح یک درایور جریان ثابت تنظیم شده روی 18mA برای حداکثر کردن طول عمر پیاده‌سازی می‌کند و از طرح پد PCB توصیه‌شده استفاده می‌کند و پد حرارتی را به یک صفحه مسی بزرگ روی برد برای دفع حرارت متصل می‌کند. آن‌ها اطمینان حاصل می‌کنند که کارخانه مونتاژ رویه‌های MSL3 و پروفایل ریفلو مشخص‌شده را رعایت می‌کند تا از خرابی‌های مرتبط با رطوبت جلوگیری شود.

12. اصل عملکرد

LTLMR4TCY2DA یک منبع نور نیمه‌هادی مبتنی بر فناوری نیترید گالیم ایندیم (InGaN) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از آستانه دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تراشه نیمه‌هادی تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار مجدداً ترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص ماده InGaN انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج نور منتشر شده را تعریف می‌کند - در این مورد، در ناحیه فیروزه‌ای طیف حدود 505 نانومتر. پکیج اپوکسی تراشه را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی ارائه می‌دهد، یک پخش‌کننده بدون فسفر را برای شکل‌دهی پرتو در خود جای می‌دهد و شامل ویژگی‌هایی برای مقاومت در برابر UV و رطوبت است.

13. روندهای فناوری

بازار LED نصب سطحی همچنان به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، چگالی توان افزایش‌یافته و قابلیت اطمینان بیشتر در حال تکامل است. روندهای مرتبط با این نوع دستگاه شامل پالایش مداوم مواد InGaN برای بهبود کارایی و ثبات رنگ در دما و طول عمر است. فناوری بسته‌بندی در حال پیشرفت است تا مدیریت حرارتی بهتری از تراشه به PCB ارائه دهد و امکان جریان راه‌اندازی و روشنایی بالاتر از ردپاهای کوچک‌تر را فراهم کند. همچنین تمرکز بر افزایش مقاومت در برابر رطوبت برای دستیابی به رتبه‌های MSL بالاتر و ساده‌سازی لجستیک زنجیره تأمین وجود دارد. علاوه بر این، تلرانس‌های سخت‌گیرانه‌تر دسته‌بندی برای هر دو رنگ و شار نوری در حال تبدیل شدن به استاندارد هستند تا نیازهای کاربردهایی که نیاز به رندر رنگ دقیق و یکنواختی دارند، مانند نمایشگرهای ویدئویی تمام‌رنگ، برآورده شود.