دیتاشیت LED دو رنگ LTW-326ZDSKR-5A - سفید/قرمز - نمای جانبی - بسته‌بندی SMD - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTW-326ZDSKR-5A یک LED دو رنگ با نمای جانبی و بسته‌بندی SMD است. هدف اصلی طراحی آن، استفاده در کاربردهای نور پس‌زمینه LCD می‌باشد، جایی که به یک منبع نور فشرده با زاویه قائم نیاز است. این قطعه دو تراشه نیمه‌هادی مجزا را در یک بسته‌بندی واحد ادغام کرده است: یک تراشه InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) برای انتشار نور سفید و یک تراشه AlInGaP (آلومینیوم ایندیوم گالیم فسفید) برای انتشار نور قرمز. این پیکربندی دو تراشه‌ای امکان ترکیب رنگ یا کنترل مستقل دو رنگ از یک قطعه را فراهم می‌کند که باعث صرفه‌جویی در فضای برد و ساده‌سازی مونتاژ در طراحی‌های با محدودیت فضایی مانند نمایشگرهای نازک می‌شود.

مزایای اصلی این LED شامل خروجی فوق‌العاده روشن از هر دو تراشه، سازگاری با تجهیزات استاندارد اتوماتیک Pick-and-Place، و واجد شرایط بودن برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب و ریفلو مادون قرمز (IR) است. این محصول روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های با قطر 7 اینچ بسته‌بندی شده است که تولید انبوه را تسهیل می‌کند. همچنین مشخص شده که این محصول دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) را رعایت می‌کند و به عنوان یک محصول سبز طبقه‌بندی می‌شود.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

کارکرد دستگاه فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود. رتبه‌بندی‌های کلیدی در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد عبارتند از:

• اتلاف توان:تراشه سفید: 35 میلی‌وات، تراشه قرمز: 48 میلی‌وات. این مقدار حداکثر توانی است که LED می‌تواند تحت کارکرد مداوم به صورت گرما دفع کند.
• جریان مستقیم:جریان مستقیم DC: سفید: 10 میلی‌آمپر، قرمز: 20 میلی‌آمپر. جریان مستقیم پیک (چرخه کاری 1/10، پالس 0.1 میلی‌ثانیه): سفید: 50 میلی‌آمپر، قرمز: 40 میلی‌آمپر. تجاوز از جریان DC باعث اعمال تنش بیش از حد به پیوند نیمه‌هادی می‌شود.
• ولتاژ معکوس:برای هر دو تراشه 5 ولت. اعمال ولتاژ بایاس معکوس بالاتر از این مقدار می‌تواند باعث شکست پیوند شود.
• محدوده دمایی:کارکرد: 20- تا 80+ درجه سانتی‌گراد. انبارش: 40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• حساسیت ESD:آستانه مدل بدن انسان (HBM) 2000 ولت است. رعایت احتیاط‌های لازم در برابر تخلیه الکترواستاتیک در حین جابجایی ضروری است.
• لحیم‌کاری:مقاوم در برابر لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز با دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

اندازه‌گیری شده در Ta=25 درجه سانتی‌گراد با جریان مستقیم (IF) 5mA، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (Iv):یک معیار کلیدی عملکرد. سفید: حداقل 28.0 میلی‌کاندلا، مقدار معمولی -، حداکثر 112.0 میلی‌کاندلا. قرمز: حداقل 7.1 میلی‌کاندلا، مقدار معمولی -، حداکثر 45.0 میلی‌کاندلا. مقدار واقعی Iv برای هر واحد در دسته‌های مختلف (بین) طبقه‌بندی می‌شود (به بخش 3 مراجعه کنید).
• زاویه دید (2θ1/2):برای هر دو رنگ 130 درجه، که نشان‌دهنده مخروط دید وسیعی است که معمولاً برای لنزهای ساطع‌کننده جانبی مورد استفاده در راهنمای‌های موج نور پس‌زمینه به کار می‌رود.
• ولتاژ مستقیم (VF):سفید: حداقل 2.7 ولت، معمولی 3.0 ولت، حداکثر 3.7 ولت. قرمز: حداقل 1.70 ولت، معمولی 2.00 ولت، حداکثر 2.40 ولت. تفاوت در VF به دلیل اختلاف انرژی گاف نواری مواد InGaN و AlInGaP است. این موضوع هنگام طراحی مدارهای درایو، به ویژه برای پیکربندی‌های آند مشترک یا کاتد مشترک، باید در نظر گرفته شود.
• طول موج تابش پیک (λP):برای تراشه قرمز: 639 نانومتر (معمولی).
• طول موج غالب (λd):برای تراشه قرمز: 630 نانومتر (معمولی). این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ را تعریف می‌کند.
• مختصات رنگی (x, y):برای تراشه سفید: x=0.3, y=0.3 (معمولی). این مختصات CIE 1931 نقطه سفید رنگ را تعریف می‌کنند. تلرانس ±0.01 اعمال می‌شود.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 100 میکروآمپر در VR=5V.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند تا یکنواختی در کاربرد تضمین شود. کد دسته‌بندی روی بسته‌بندی درج شده است.

3.1 دسته‌بندی شدت نور (Iv)

تراشه سفید:دسته‌های N (28.0-45.0 میلی‌کاندلا)، P (45.0-71.0 میلی‌کاندلا)، Q (71.0-112.0 میلی‌کاندلا).
تراشه قرمز:دسته‌های K (7.1-11.2 میلی‌کاندلا)، L (11.2-18.0 میلی‌کاندلا)، M (18.0-28.0 میلی‌کاندلا)، N (28.0-45.0 میلی‌کاندلا).
در هر دسته، تلرانس ±15٪ اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌بندی فام (رنگ) برای تراشه قرمز

LEDهای قرمز بر اساس مختصات رنگی (x, y) آنها در نمودار CIE 1931 دسته‌بندی می‌شوند. شش دسته تعریف شده است (S1 تا S6) که هر کدام نشان‌دهنده یک ناحیه چهارضلعی کوچک روی نمودار رنگ هستند. مختصات هر رأس از این دسته‌ها در دیتاشیت ارائه شده است. برای مختصات (x, y) در هر دسته، تلرانس ±0.01 اعمال می‌شود. این امر تضمین‌کننده ثبات رنگ دقیق برای تابش قرمز در بین دسته‌های تولیدی مختلف است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه معمولی اشاره می‌کند که برای طراحی ضروری هستند.

• منحنی IV (جریان در مقابل ولتاژ):رابطه نمایی بین ولتاژ مستقیم و جریان را برای هر دو تراشه سفید و قرمز نشان می‌دهد. ولتاژهای روشنایی متفاوت به وضوح قابل مشاهده است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان، افزایش می‌یابد. این رابطه معمولاً در محدوده عملیاتی توصیه شده خطی است اما در جریان‌های بالاتر به حالت اشباع می‌رسد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش درجه‌بندی خروجی نور را با افزایش دمای پیوند نشان می‌دهد. این موضوع برای مدیریت حرارتی در کاربرد نهایی بسیار حیاتی است.
• توزیع طیفی:برای تراشه قرمز، منحنی یک پیک باریک در حدود 639 نانومتر نشان می‌دهد که مشخصه فناوری AlInGaP است. برای تراشه سفید (معمولاً یک دی‌آل ای آبی با فسفر)، طیف گسترده خواهد بود و محدوده مرئی را پوشش می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

این LED مطابق با طرح استاندارد EIA برای LEDهای نمای جانبی است. ابعاد حیاتی شامل ارتفاع کلی، عرض و عمق، و همچنین موقعیت و اندازه پدهای لحیم‌کاری می‌باشد. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.10 میلی‌متر است، مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. لنز برای تابش جانبی طراحی شده است.

5.2 تخصیص پایه‌ها و قطبیت

این قطعه دارای دو آند/کاتد برای تراشه‌های مستقل است. تخصیص پایه‌ها به این صورت است: کاتد تراشه سفید InGaN به پایه C2 متصل است. کاتد تراشه قرمز AlInGaP به پایه C1 متصل است. آندها احتمالاً مشترک هستند یا طبق نقشه بسته‌بندی به پایه‌های دیگر اختصاص داده شده‌اند. قطبیت صحیح باید در هنگام طراحی PCB و مونتاژ رعایت شود.

5.3 طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری

دیتاشیت یک الگوی لند (فوت‌پرینت) توصیه‌شده برای طراحی PCB ارائه می‌دهد. رعایت این الگو، تشکیل صحیح اتصال لحیم، پایداری مکانیکی و عملکرد حرارتی مناسب در حین ریفلو را تضمین می‌کند. جهت لحیم‌کاری پیشنهادی نیز مشخص شده است تا احتمال پدیده "تومب‌استونینگ" به حداقل برسد.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

این LED با فرآیندهای ریفلو مادون قرمز سازگار است. یک پروفیل پیشنهادی ارائه شده است که پارامتر حیاتی آن دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 10 ثانیه است. این پروفیل باید رعایت شود تا از آسیب حرارتی به بسته‌بندی پلاستیکی و اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود.

6.2 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از مواد شیمیایی مشخص‌شده استفاده شود. دیتاشیت غوطه‌وری در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه را توصیه می‌کند. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به رزین بسته‌بندی یا لنز آسیب برسانند.

6.3 انبارش و جابجایی

• احتیاط‌های ESD:این قطعه به تخلیه الکترواستاتیک (2000V HBM) حساس است. از مچ‌بندهای اتصال به زمین، میزکار زمین‌شده و ظروف رسانا استفاده کنید.
• حساسیت به رطوبت:به عنوان یک بسته‌بندی SMD پلاستیکی، به رطوبت حساس است. اگر کیسه ضد رطوبت اصلی مهر و موم شده همراه با جاذب رطوبت باز نشده باشد، انبارش باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90%RH باشد و مدت انبارش یک سال است. پس از باز شدن، LEDها باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60%RH نگهداری و در عرض یک هفته استفاده شوند. برای انبارش طولانی‌تر خارج از کیسه اصلی، از یک ظرف درب‌سته همراه با جاذب رطوبت یا یک دسیکاتور نیتروژنی استفاده کنید. قطعاتی که بیش از 1 هفته خارج از کیسه نگهداری شده‌اند، قبل از ریفلو نیاز به پخت (تقریباً 60 درجه سانتی‌گراد به مدت بیش از 20 ساعت) دارند تا از پدیده "پاپ کورن" جلوگیری شود.

7. بسته‌بندی و سفارش

بسته‌بندی استاندارد، نوار حامل 8 میلی‌متری برجسته است که با نوار پوششی مهر و موم شده و روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است. هر قرقره کامل حاوی 3000 قطعه است. حداقل تعداد بسته‌بندی برای باقی‌مانده‌ها 500 قطعه موجود است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA 481-1 است. ابعاد نوار و قرقره برای تنظیم فیدر اتوماتیک ارائه شده است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربرد اصلی، نور پس‌زمینه LCD برای لوازم الکترونیکی مصرفی، نمایشگرهای صنعتی و نمایشگرهای داخلی خودرو است که در آن‌ها پروفیل نازک ضروری است. قابلیت دو رنگ، امکان نور پس‌زمینه پویا (مثلاً سفید برای کارکرد عادی، قرمز برای حالت شب یا هشدار) یا ایجاد رنگ‌های دیگر با ترکیب را فراهم می‌کند.

8.2 ملاحظات طراحی

• درایو جریان:از درایورهای جریان ثابت استفاده کنید، نه ولتاژ ثابت، تا خروجی نور پایدار و طول عمر تضمین شود. به حداکثر مقادیر مجاز جریان DC (سفید 10mA، قرمز 20mA) احترام بگذارید.
• مدیریت حرارتی:اتلاف توان، اگرچه کم است، گرما تولید می‌کند. اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB یا وایاهای حرارتی در زیر پدهای لحیم‌کاری برای هدایت گرما وجود دارد، به ویژه اگر با جریان‌های بالاتر یا در دمای محیط بالا کار کند. این امر کارایی نوری و طول عمر را حفظ می‌کند.
• طراحی نوری:تابش جانبی 130 درجه برای کوپل شدن به یک صفحه راهنمای نور (LGP) طراحی شده است. طراحی نقطه تزریق و الگوی LGP برای دستیابی به روشنایی یکنواخت نور پس‌زمینه بسیار مهم است.
• طراحی مدار:هنگام طراحی مدار درایو، اختلاف ولتاژ مستقیم دو تراشه را در نظر بگیرید، به ویژه اگر از یک مقاومت محدودکننده جریان مشترک برای هر دو استفاده می‌کنید.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای تک رنگ نمای جانبی، مزیت کلیدی صرفه‌جویی در فضا و ساده‌سازی مونتاژ برای کاربردهای دو رنگ است. استفاده از AlInGaP برای رنگ قرمز، کارایی بالاتر و رنگ اشباع‌شده‌تری نسبت به فناوری‌های قدیمی مانند GaAsP ارائه می‌دهد. تراشه سفید مبتنی بر InGaN روشنایی بالایی دارد. ترکیب آن‌ها در یک بسته‌بندی، بهینه‌سازی در سطح سیستم برای واحدهای نور پس‌زمینه حجیم و حساس به هزینه است.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: آیا می‌توانم تراشه سفید و قرمز را همزمان در حداکثر جریان DC خود راه‌اندازی کنم؟
ج: شما باید کل اتلاف توان و بار حرارتی روی بسته‌بندی را در نظر بگیرید. راه‌اندازی هر دو در حداکثر جریان (10mA + 20mA = مجموع 30mA) در ولتاژ مستقیم معمولی آن‌ها (3.0V + 2.0V = 5.0V) منجر به ورودی الکتریکی 150mW می‌شود. این مقدار از رتبه‌بندی‌های اتلاف توان جداگانه (35mW و 48mW) فراتر رفته و احتمالاً باعث گرمای بیش از حد دستگاه می‌شود. کاهش درجه‌بندی یا کارکرد پالسی ضروری است.

س: چگونه کد دسته‌بندی Iv روی کیسه را تفسیر کنم؟
ج: روی کیسه کدی وجود دارد که دسته Iv خاص (مثلاً \"Q\" برای سفید، \"L\" برای قرمز) برای LEDهای داخل آن را نشان می‌دهد. شما باید این حرف را با جداول مشخصات Iv در دیتاشیت مطابقت دهید تا محدوده تضمین‌شده حداقل/حداکثر شدت نور برای آن دسته را بدانید.

س: تراشه قرمز طول موج پیک 639 نانومتر اما طول موج غالب 630 نانومتر دارد. چرا این تفاوت وجود دارد؟
ج: طول موج پیک (λP) بالاترین نقطه روی منحنی توزیع توان طیفی است. طول موج غالب (λd) با رسم یک خط از نقطه سفید (منبع نور) روی نمودار CIE از طریق مختصات اندازه‌گیری شده (x,y) LED تا مکان طیفی تعیین می‌شود. λd رنگ تک طول‌موجی است که چشم انسان درک می‌کند و می‌تواند با λP متفاوت باشد، به ویژه اگر طیف کاملاً متقارن نباشد.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک نشانگر وضعیت/نور پس‌زمینه برای نمایشگر یک دستگاه پزشکی قابل حمل. نشانگر نیاز دارد که سفید را برای حالت \"روشن/فعال\" و قرمز را برای حالت \"باتری کم/هشدار\" نشان دهد. فضا بسیار محدود است.
پیاده‌سازی:یک LED واحد LTW-326ZDSKR-5A در لبه یک LCD کوچک قرار می‌گیرد. از یک میکروکنترلر ساده با دو پایه GPIO برای کنترل دو مدار محدودکننده جریان مستقل (مثلاً با استفاده از ترانزیستورها) استفاده می‌شود. یک مدار تراشه سفید و مدار دیگر تراشه قرمز را راه‌اندازی می‌کند. تابش جانبی 130 درجه به طور موثری با راهنمای نور نمایشگر کوپل می‌شود. این طراحی در مقایسه با استفاده از دو LED جداگانه، در فضا صرفه‌جویی کرده و فرآیند تراز نوری را در حین مونتاژ ساده می‌کند.

12. معرفی اصل فناوری

LED سفید InGaN:معمولاً یک تراشه نیمه‌هادی InGaN ساطع‌کننده نور آبی، با یک فسفر زرد (مانند YAG:Ce) پوشش داده می‌شود. بخشی از نور آبی توسط فسفر به نور زرد تبدیل می‌شود. مخلوط نور آبی باقی‌مانده و نور زرد تبدیل‌شده توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود. دمای رنگ دقیق (سفید سرد، سفید گرم) توسط ترکیب فسفر تنظیم می‌شود.

LED قرمز AlInGaP:این سیستم ماده دارای یک گاف نواری مستقیم است که می‌تواند با تغییر نسبت آلومینیوم و ایندیوم در مناطق طیفی قرمز، نارنجی و زرد تنظیم شود. LEDهای AlInGaP به دلیل کارایی بالا و خلوص رنگ عالی (عرض طیفی باریک) در محدوده قرمز تا کهربایی شناخته می‌شوند که از فناوری قدیمی GaAsP برتر است.

13. روندها و تحولات صنعت

روند در LEDهای نور پس‌زمینه به سمت کارایی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) و شاخص نمود رنگ (CRI) بالاتر برای کیفیت تصویر بهتر، به ویژه در مانیتورها و تلویزیون‌های حرفه‌ای ادامه دارد. برای انواع نمای جانبی، هدف دستیابی به بسته‌بندی‌های نازک‌تر برای امکان طراحی نمایشگرهای فوق باریک است. همچنین توسعه مداوم در بسته‌بندی در مقیاس تراشه (CSP) و فناوری‌های مینی/میکرو LED در جریان است که وعده اندازه‌های کوچک‌تر، چگالی بالاتر و قابلیت‌های دیمرینگ محلی را برای واحدهای نور پس‌زمینه پیشرفته می‌دهد. رویکرد دو رنگ برای کنترل رنگ بخش‌بندی شده مقرون‌به‌صرفه در کاربردهای میان‌رده همچنان مرتبط است.