دیتاشیت کامل LED دو رنگ SMD مدل LTST-C155KGJRKT - ابعاد بسته‌بندی - سبز/قرمز - 20mA - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک LED دو رنگ از نوع نصب سطحی (SMD) را شرح می‌دهد. این قطعه دو تراشه نیمه‌هادی مجزا از جنس AlInGaP را در یک پکیج واحد ادغام کرده است که امکان انتشار نور سبز و قرمز را فراهم می‌کند. این طراحی برای کاربردهایی که نیازمند نشانگر دو رنگ یا نمایش وضعیت در فضای بسیار محدود هستند، بهینه شده است. دستگاه مطابق با دستورالعمل‌های RoHS بوده و به عنوان یک محصول سبز طبقه‌بندی می‌شود.

این LED در بسته‌بندی استاندارد صنعتی، به طور خاص بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده بر روی قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شود. این قالب، سازگاری با تجهیزات اتوماتیک برداشت و جایگذاری پرسرعت که معمولاً در تولید الکترونیک مدرن استفاده می‌شوند را تضمین می‌کند. پکیج همچنین برای مقاومت در برابر فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) و فاز بخار طراحی شده است که ادغام آن در مونتاژهای برد مدار چاپی (PCB) را تسهیل می‌کند.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 مشخصات حداکثر مجاز مطلق

مشخصات حداکثر مجاز مطلق، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. برای عملکرد مطمئن، هرگز نباید از این محدودیت‌ها فراتر رفت، حتی به طور لحظه‌ای.

• اتلاف توان (P_D):75 میلی‌وات برای هر تراشه (سبز و قرمز). این پارامتر کل توان الکتریکی که می‌تواند در داخل دای LED به گرما تبدیل شود را محدود می‌کند. تجاوز از این مقدار خطر فرار حرارتی و تخریب ماده نیمه‌هادی را به همراه دارد.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):80 میلی‌آمپر، تحت چرخه کاری 1/10 و پهنای پالس 0.1 میلی‌ثانیه مشخص شده است. این رتبه فقط برای کارکرد پالسی است و امکان دوره‌های کوتاه روشنایی بالا، مانند کاربردهای فلاش یا سیگنالینگ را فراهم می‌کند.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):30 میلی‌آمپر DC. این حداکثر جریان حالت پایدار توصیه شده برای کارکرد مداوم است. این پارامتر اصلی برای طراحی مدار راه‌انداز LED می‌باشد.
• کاهش رتبه جریان:کاهش خطی 0.4 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد از دمای 25 درجه سانتی‌گراد. با افزایش دمای محیط (T_a)، حداکثر جریان پیوسته مجاز باید به تناسب کاهش یابد تا از تجاوز از حد دمای اتصال جلوگیری شود.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ بایاس معکوس بیشتر از این مقدار می‌تواند باعث شکست و خرابی فاجعه‌بار تراشه LED شود.
• دمای کارکرد و نگهداری:از 55- درجه سانتی‌گراد تا +85 درجه سانتی‌گراد. دستگاه می‌تواند در این محدوده کامل دمای صنعتی ذخیره و کار کند.
• تحمل دمای لحیم‌کاری:پکیج می‌تواند لحیم‌کاری موجی یا IR را در دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه، یا لحیم‌کاری فاز بخار را در دمای 215 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 دقیقه تحمل کند که مناسب بودن آن برای فرآیندهای مونتاژ بدون سرب (Pb-free) را تأیید می‌کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

این پارامترها تحت شرایط آزمایش استاندارد (T_a=25°C, I_F=20mA) اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول دستگاه را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):تراشه سبز دارای شدت نور معمول 35.0 میلی‌کاندلا (mcd) است، در حالی که تراشه قرمز معمولاً درخشان‌تر و با شدت 45.0 mcd است، با حداقل 18.0 mcd برای هر دو. شدت نور با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با منحنی پاسخ چشم انسان فوتوپیک (CIE) اندازه‌گیری می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه (معمول). این زاویه دید گسترده، که به عنوان زاویه کامل تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری خود می‌رسد، این LED را برای کاربردهایی که نیازمند دید گسترده هستند مناسب می‌سازد.
• طول موج پیک (λ_P):سبز: 574 نانومتر (معمول)، قرمز: 639 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن خروجی توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):سبز: 571 نانومتر (معمول)، قرمز: 631 نانومتر (معمول). این پارامتر از نمودار رنگی CIE مشتق شده و طول موج واحدی است که توسط چشم انسان برای تعریف رنگ نور درک می‌شود.
• پهنای باند طیفی (Δλ):سبز: 15 نانومتر (معمول)، قرمز: 20 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی نور منتشر شده است؛ پهنای باند باریک‌تر نشان‌دهنده رنگ اشباع‌شده‌تر است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.0 ولت (معمول)، 2.4 ولت (حداکثر) برای هر دو رنگ در جریان 20mA. این یک پارامتر حیاتی برای طراحی مدار محدودکننده جریان است.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V، که نشان‌دهنده مشخصه دیودی خوب با نشتی حداقلی است.
• خازن (C):40 پیکوفاراد (معمول) در بایاس 0 ولت و فرکانس 1 مگاهرتز. این ظرفیت خازنی پایین برای کاربردهای سوئیچینگ یا مالتی‌پلکسینگ فرکانس بالا مفید است.

3. توضیح سیستم باینینگ

LEDها بر اساس عملکرد به باین‌ها (دسته‌ها) طبقه‌بندی می‌شوند تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی تضمین شود. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص شدت نور یا رنگ را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ شدت نور

هر دو تراشه سبز و قرمز به طور یکسان برای شدت نور در جریان 20mA باین می‌شوند. کدهای باین (M, N, P, Q) نشان‌دهنده محدوده‌های صعودی حداقل و حداکثر شدت نور هستند. به عنوان مثال، باین 'M' محدوده 18.0 تا 28.0 mcd را پوشش می‌دهد، در حالی که باین 'Q' محدوده 71.0 تا 112.0 mcd را پوشش می‌دهد. یک تلرانس ±15% درون هر باین برای در نظر گرفتن تغییرات اندازه‌گیری و تولید اعمال می‌شود.

3.2 باینینگ طول موج غالب (فقط سبز)

LEDهای سبز به طور اضافی بر اساس طول موج غالب باین می‌شوند تا یکنواختی رنگ کنترل شود. سه باین تعریف شده است: 'C' (567.5-570.5 نانومتر)، 'D' (570.5-573.5 نانومتر)، و 'E' (573.5-576.5 نانومتر). یک تلرانس تنگ ±1 نانومتر برای هر باین حفظ می‌شود که تضمین کننده یکنواختی سایه سبز در بین دستگاه‌های یک باین است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مانند شکل‌های 1 و 6)، تفسیر معمول آن‌ها برای طراحی حیاتی است.

• منحنی I-V:ولتاژ مستقیم (V_F) رابطه لگاریتمی با جریان مستقیم (I_F) نشان می‌دهد. یک افزایش کوچک در V_Fمنجر به افزایش بزرگی در I_Fمی‌شود، به همین دلیل است که راه‌اندازی با جریان ثابت برای خروجی نور پایدار ضروری است.
• شدت نور در مقابل جریان:شدت نور در محدوده کارکرد نرمال (تا جریان پیوسته نامی) تقریباً متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، راندمان ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش گرما کاهش یابد.
• مشخصات دمایی:شدت نور معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. ولتاژ مستقیم نیز دارای ضریب دمایی منفی است، به این معنی که V_Fبا افزایش دما کمی کاهش می‌یابد. ضریب کاهش رتبه 0.4 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد برای مدیریت اثرات حرارتی اعمال می‌شود.
• توزیع طیفی:طیف انتشار برای LEDهای AlInGaP نسبتاً باریک و به شکل گاوسی است که حول طول موج پیک متمرکز شده است. طول موج غالب از این طیف و توابع تطابق رنگ CIE محاسبه می‌شود.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 قطعه و تخصیص پایه‌ها

این LED دارای لنز شفاف (Water-Clear) است. تراشه دو رنگ داخلی دارای تخصیص پایه خاصی است: پایه‌های 1 و 3 به تراشه سبز AlInGaP اختصاص داده شده‌اند، در حالی که پایه‌های 2 و 4 به تراشه قرمز AlInGaP اختصاص داده شده‌اند. این پیکربندی امکان کنترل مستقل هر رنگ را فراهم می‌کند.

5.2 ابعاد بسته‌بندی و نوار/قرقره

دستگاه مطابق با طرح استاندارد بسته‌بندی EIA است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.10 میلی‌متر ارائه شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. قطعه بر روی نوار حامل برجسته 8 میلی‌متری بسته‌بندی شده است که بر روی قرقره‌های به قطر 7 اینچ (تقریباً 178 میلی‌متر) پیچیده می‌شود. نقشه‌های مکانیکی دقیق برای طرح کلی دستگاه، الگوی پیشنهادی پد فرود PCB و ابعاد نوار/قرقره برای راهنمایی طراحی PCB و تنظیمات مونتاژ گنجانده شده است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل‌های ریفلو توصیه شده

دو پروفایل لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) پیشنهاد شده ارائه شده است: یکی برای فرآیند لحیم استاندارد (قلع-سرب) و دیگری برای فرآیند لحیم بدون سرب (Pb-free). پروفایل بدون سرب به طور خاص برای استفاده با خمیر لحیم SnAgCu (قلع-نقره-مس) کالیبره شده است. پارامترهای کلیدی شامل افزایش کنترل‌شده دما، زمان تعریف شده بالاتر از نقطه ذوب، دمای پیک (معمولاً حداکثر 240-260 درجه سانتی‌گراد) و نرخ خنک‌سازی کنترل شده برای به حداقل رساندن تنش حرارتی روی قطعه است.

6.2 نگهداری و جابجایی

LEDها باید در محیطی با دمای حداکثر 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 70% نگهداری شوند. قطعاتی که از بسته‌بندی اصلی ضد رطوبت خارج شده‌اند باید ظرف یک هفته لحیم ریفلو شوند. برای نگهداری طولانی‌تر خارج از بسته‌بندی اصلی، باید در یک ظرف دربسته با ماده جاذب رطوبت یا در اتمسفر نیتروژن نگهداری شوند. اگر بیش از یک هفته نگهداری شده‌اند، قبل از لحیم‌کاری، پخت در دمای تقریبی 60 درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل 24 ساعت توصیه می‌شود تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های الکلی مشخص شده مانند اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل استفاده شود. LEDها باید در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شوند. استفاده از پاک‌کننده‌های شیمیایی نامشخص یا خشن می‌تواند به لنز پلاستیکی و ماده پکیج آسیب برساند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

بسته‌بندی استاندارد 3000 قطعه در هر قرقره 7 اینچی است. حداقل مقدار سفارش برای مقادیر باقیمانده 500 قطعه اعمال می‌شود. سیستم نوار و قرقره مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481-1-A است. مشخصات کلیدی نوار شامل موارد زیر است: جیب‌های خالی قطعه با نوار پوششی مهر و موم می‌شوند و حداکثر دو قطعه مفقود متوالی ("لامپ‌های مفقود") در هر قرقره طبق استاندارد مجاز است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

این LED دو رنگ برای کاربردهای وضعیت و نشانگر که فضا محدود است و نیاز به انتقال چندین حالت وجود دارد، ایده‌آل است. مثال‌ها شامل: نشانگرهای برق/وضعیت روی لوازم الکترونیکی مصرفی (مانند شارژ/آماده به کار)، چراغ‌های سیگنال دو رنگ روی پنل‌های کنترل صنعتی، نمایشگرهای وضعیت روی تجهیزات شبکه و نور پس‌زمینه برای کلیدهای ممبران یا آیکون‌هایی که نیاز به دو رنگ دارند.

8.2 ملاحظات طراحی و روش راه‌اندازی

نکته حیاتی:LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت، به ویژه هنگامی که چندین LED به صورت موازی متصل می‌شوند، باید از یک مقاومت محدودکننده جریان سری برایهرLED یا هر کانال رنگ استفاده شود. مدار توصیه شده (مدار A) یک مقاومت سری با LED را نشان می‌دهد. از اتصال مستقیم چندین LED به صورت موازی بدون مقاومت‌های جداگانه (مدار B) خودداری کنید، زیرا تغییرات کوچک در مشخصات ولتاژ مستقیم (V_F) آن‌ها باعث تفاوت‌های قابل توجه در تقسیم جریان و در نتیجه روشنایی خواهد شد.

جریان راه‌اندازی باید بر اساس روشنایی مورد نیاز و مشخصات حداکثر مجاز مطلق تنظیم شود، با در نظر گرفتن هرگونه کاهش رتبه لازم برای دمای محیط بالا.

8.3 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

LED به تخلیه الکترواستاتیک حساس است. برای جلوگیری از آسیب ESD در حین جابجایی و مونتاژ:

• پرسنل باید از مچ‌بندهای زمین‌شده یا دستکش‌های ضد استاتیک استفاده کنند.
• تمام تجهیزات، میزهای کار و قفسه‌های نگهداری باید به درستی زمین شده باشند.
• می‌توان از یک یونیزه‌کننده برای خنثی کردن بار استاتیکی که ممکن است روی لنز پلاستیکی جمع شود استفاده کرد.

9. مقایسه و تمایز فنی

ویژگی اصلی متمایزکننده این قطعه، ادغام دو تراشه با کارایی بالا از جنس AlInGaP (سبز و قرمز) در یک پکیج SMD فشرده واحد است. فناوری AlInGaP در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP، راندمان بالاتر و پایداری دمایی بهتری برای رنگ‌های قرمز و کهربایی ارائه می‌دهد. ترکیب زاویه دید گسترده 130 درجه و کنترل پایه مستقل برای هر رنگ، انعطاف‌پذیری طراحی را فراهم می‌کند که در LEDهای تک رنگ یا LEDهای دو رنگ پیش‌مخلوط با آند/کاتد مشترک در دسترس نیست. سازگاری آن با مونتاژ اتوماتیک و فرآیندهای ریفلو بدون سرب، آن را به یک راه‌حل مدرن و قابل تولید تبدیل می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: آیا می‌توانم LEDهای سبز و قرمز را همزمان با حداکثر جریان 30mA هر کدام راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: خیر. مشخصه حداکثر مجاز مطلق برای اتلاف توان کل 75 میلی‌وات برای هر تراشه است. راه‌اندازی هر دو با جریان 30mA و ولتاژ مستقیم معمول V_Fمعادل 2.0V منجر به 60 میلی‌وات برای هر تراشه می‌شود (P=I*V) که در محدوده مجاز است. با این حال، اگر V_Fدر حداکثر مقدار خود یعنی 2.4V باشد، توان به 72 میلی‌وات می‌رسد که بسیار نزدیک به حد مجاز است. برای عملکرد مطمئن بلندمدت، به ویژه در دمای محیط بالاتر، توصیه می‌شود هنگام راه‌اندازی مداوم هر دو رنگ، جریان کاهش رتبه داده شود.

سوال: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

پاسخ: طول موج پیک (λ_P) طول موج فیزیکی است که LED بیشترین توان نوری را در آن منتشر می‌کند. طول موج غالب (λ_d) یک مقدار محاسبه شده بر اساس نحوه درک رنگ آن طیف توسط چشم انسان است. برای یک منبع تک‌فام، این دو یکسان هستند. برای LEDهایی که دارای مقداری پهنای طیفی هستند، λ_dطول موج واحدی است که به نظر می‌رسد همان رنگ را داشته باشد. λ_dبرای مشخص کردن رنگ در کاربردهای نمایشی مرتبط‌تر است.

سوال: چگونه مقدار صحیح مقاومت محدودکننده جریان را انتخاب کنم؟

پاسخ: از قانون اهم استفاده کنید: R = (V_{منبع تغذیه}- V_{F_LED}) / I_{F_مورد نظر}. برای یک طراحی محافظه‌کارانه که حتی با تغییرات قطعه به قطعه نیز اطمینان حاصل کند که جریان از هدف تجاوز نمی‌کند، از حداکثر V_Fاز دیتاشیت (2.4V) استفاده کنید. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5V و جریان هدف I_Fمعادل 20mA: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 اهم. می‌توان از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد (مانند 120 یا 150 اهم) استفاده کرد و جریان واقعی را مجدداً محاسبه کرد.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: نشانگر دو وضعیتی برای یک دستگاه قابل حمل

یک طراح در حال ساخت یک متر دستی فشرده است. یک نشانگر واحد برای نمایش سه حالت نیاز است: خاموش، در حال اندازه‌گیری (سبز) و خطا/باتری ضعیف (قرمز). استفاده از LTST-C155KGJRKT در مقایسه با استفاده از دو LED جداگانه، فضای برد را ذخیره می‌کند.

پیاده‌سازی:میکروکنترلر (MCU) دارای دو پایه GPIO است که به عنوان خروجی درین باز پیکربندی شده‌اند. هر پایه از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان (محاسبه شده مانند بالا) به کاتد یک رنگ متصل می‌شود. آندهای هر دو رنگ LED به ریل 3.3V سیستم متصل می‌شوند. برای فعال کردن رنگ سبز، MCU پایه GPIO سبز را در حالت Low قرار می‌دهد. برای فعال کردن رنگ قرمز، پایه GPIO قرمز را در حالت Low قرار می‌دهد. برای خاموش کردن LED، هر دو پایه GPIO در حالت امپدانس بالا قرار می‌گیرند. این مدار کنترل مستقل را با حداقل قطعات فراهم می‌کند.

ملاحظه:طراح باید اطمینان حاصل کند که پایه‌های GPIO میکروکنترلر می‌توانند جریان LED مورد نیاز (مانند 20mA) را سینک کنند. در غیر این صورت، می‌توان یک سوئیچ ترانزیستوری ساده اضافه کرد. زاویه دید گسترده تضمین می‌کند که نشانگر از زوایای مختلف در حین نگه داشتن دستگاه قابل مشاهده باشد.

12. معرفی اصول عملکرد

دیودهای نورافشان (LEDها) دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n با حفره‌های ناحیه نوع p بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. این دستگاه از AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای هر دو تراشه استفاده می‌کند، یک سیستم ماده‌ای که به دلیل راندمان بالا در مناطق طیفی قرمز، نارنجی، کهربایی و سبز شناخته شده است. لنز "شفاف" غیر پخش‌کننده است که اجازه می‌دهد الگوی نور ذاتی و بسیار جهت‌دار تراشه منتشر شود و در نتیجه زاویه دید گسترده مشخص شده حاصل شود.

13. روندهای توسعه

روند در LEDهای نشانگر به سمت راندمان بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد توان الکتریکی)، اندازه پکیج کوچک‌تر برای چیدمان‌های PCB متراکم‌تر و بهبود یکنواختی رنگ از طریق باینینگ تنگ‌تر ادامه دارد. همچنین ادغام فزاینده چندین تراشه (RGB، دو رنگ) در پکیج‌های واحد برای ایجاد قابلیت‌های چند رنگ و ترکیب رنگ در یک فرم فاکتور فشرده در حال رشد است. علاوه بر این، سازگاری با مقررات زیست‌محیطی به طور فزاینده سخت‌گیرانه (RoHS، REACH) و فرآیندهای مونتاژ با دمای بالا و بدون سرب همچنان یک نیاز اساسی باقی مانده است. توسعه مواد نیمه‌هادی و فسفرهای جدید همچنان در حال گسترش گاموت رنگ و راندمان LEDها در سراسر طیف مرئی است.