مشخصات فنی کامل LED دو رنگ SMD مدل LTST-C195KFKGKT - نارنجی و سبز - 20 میلی‌آمپر

1. مرور کلی محصول

این سند، مشخصات فنی کامل یک قطعه ال ای دی دو رنگ نصب سطحی را ارائه می‌دهد. این قطعه دو تراشه نورافشان مجزا را در یک بسته‌بندی استاندارد صنعتی ادغام کرده و امکان تولید نور نارنجی و سبز را فراهم می‌کند. طراحی آن با فرآیندهای مونتاژ خودکار و تکنیک‌های مدرن لحیم‌کاری سازگار است و آن را برای کاربردهای تولید انبوه در الکترونیک مصرفی، نشانگرها و نور پس‌زمینه مناسب می‌سازد.

1.1 ویژگی‌های کلیدی و جایگاه محصول

ویژگی‌های اصلی این قطعه شامل رعایت مقررات زیست‌محیطی، استفاده از فناوری نیمه‌هادی پرنور AlInGaP برای خروجی نور کارآمد و بسته‌بندی بهینه‌شده برای قرارگیری خودکار روی نوار و قرقره است. طراحی آن با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) و فاز بخار که در خطوط مونتاژ فناوری نصب سطحی (SMT) استاندارد هستند، سازگاری دارد. قابلیت دو رنگ در یک بسته، در مقایسه با استفاده از دو ال ای دی تک‌رنگ مجزا، فضای برد را ذخیره و طراحی را ساده می‌کند.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

بخش‌های زیر تحلیل دقیقی از ویژگی‌های الکتریکی، نوری و حرارتی قطعه را همان‌طور که در برگه مشخصات تعریف شده است، ارائه می‌دهند.

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

این مقادیر، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدوده‌ها یا نزدیک به آن تضمین‌شده نیست و باید در طراحی مدار از آن اجتناب کرد.

• توان تلف شده (Pd):75 میلی‌وات برای هر تراشه (نارنجی و سبز). این حداکثر توانی است که ال ای دی می‌تواند در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد به صورت گرما تلف کند. تجاوز از این مقدار خطر فرار حرارتی و خرابی را به همراه دارد.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):80 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم لحظه‌ای مجاز است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مشخص می‌شود تا از افزایش دمای اتصال بیش از حد جلوگیری شود.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):30 میلی‌آمپر DC. این حداکثر جریان توصیه‌شده برای عملکرد پیوسته در شرایط عادی است.
• کاهش جریان (دری‌ریتینگ):0.4 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد به صورت خطی از 25 درجه سانتی‌گراد. با افزایش دمای محیط بالای 25 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز باید با این ضریب کاهش یابد تا دمای اتصال در محدوده ایمن نگه داشته شود.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ بایاس معکوس بیشتر از این مقدار می‌تواند باعث شکست و آسیب به اتصال ال ای دی شود.
• دمای عملکرد و ذخیره‌سازی:به ترتیب 30- تا 85+ درجه سانتی‌گراد و 40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این مقادیر محدودیت‌های محیطی برای عملکرد مطمئن و ذخیره‌سازی غیرفعال را تعریف می‌کنند.
• محدودیت‌های دمای لحیم‌کاری:قطعه می‌تواند لحیم‌کاری موجی یا IR را در دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه و لحیم‌کاری فاز بخار را در دمای 215 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 دقیقه تحمل کند. این پارامترها برای تعریف پروفیل ریفلو در حین مونتاژ PCB حیاتی هستند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد Ta=25°C و I_F=20mA اندازه‌گیری شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شود. آن‌ها عملکرد معمول قطعه را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):
  • تراشه نارنجی:حداقل 45.0 میلی‌کاندلا، مقدار معمول مشخص نشده، حداکثر 280.0 میلی‌کاندلا.
  • تراشه سبز:حداقل 18.0 میلی‌کاندلا، مقدار معمول مشخص نشده، حداکثر 71.0 میلی‌کاندلا.

  دامنه وسیع بین حداقل و حداکثر نشان می‌دهد که قطعه در دسته‌های شدت نور مختلف (بین) موجود است (به بخش 3 مراجعه کنید). تراشه نارنجی در جریان راه‌اندازی یکسان، به طور قابل توجهی پرنورتر از تراشه سبز است.

• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه (معمول) برای هر دو رنگ. این زاویه دید وسیع نشان‌دهنده نوع لنز پخش‌کننده است که برای کاربردهای نیازمند روشنایی گسترده به جای پرتو متمرکز مناسب است.
• طول موج:
  • نارنجی:طول موج پیک (λ_P) ~611 نانومتر، طول موج غالب (λ_d) ~605 نانومتر.
  • سبز:طول موج پیک (λ_P) ~574 نانومتر، طول موج غالب (λ_d) ~571 نانومتر.

  طول موج غالب، رنگ درک‌شده توسط چشم انسان است که از نمودار رنگ‌سنجی CIE مشتق می‌شود.

• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):~17 نانومتر برای نارنجی، ~15 نانومتر برای سبز. این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع‌شده است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمول 2.0 ولت، حداکثر 2.4 ولت در 20 میلی‌آمپر برای هر دو رنگ. این ولتاژ مستقیم پایین، مشخصه فناوری AlInGaP است و برای محاسبه مقادیر مقاومت سری و مصرف توان مهم است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در V_R=5V. این جریان نشتی زمانی است که ال ای دی تحت بایاس معکوس قرار دارد.
• ظرفیت خازنی (C):معمول 40 پیکوفاراد در 0 ولت، 1 مگاهرتز. این پارامتر می‌تواند در کاربردهای سوئیچینگ فرکانس بالا مرتبط باشد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

شدت نور ال ای دی‌ها برای اطمینان از یکنواختی درون یک دسته تولیدی، دسته‌بندی می‌شود. کد بین، یک محدوده شدت نور خاص را تعریف می‌کند.

3.1 دسته‌های شدت نور ال ای دی نارنجی

شدت نور اندازه‌گیری شده در I_F=20mA. تلرانس هر بین +/-15% است.

• بین P:45.0 - 71.0 میلی‌کاندلا
• بین Q:71.0 - 112.0 میلی‌کاندلا
• بین R:112.0 - 180.0 میلی‌کاندلا
• بین S:180.0 - 280.0 میلی‌کاندلا

3.2 دسته‌های شدت نور ال ای دی سبز

شدت نور اندازه‌گیری شده در I_F=20mA. تلرانس هر بین +/-15% است.

• بین M:18.0 - 28.0 میلی‌کاندلا
• بین N:28.0 - 45.0 میلی‌کاندلا
• بین P:45.0 - 71.0 میلی‌کاندلا

طراحان باید هنگام سفارش، کد بین مورد نیاز را مشخص کنند تا سطح روشنایی مطلوب در کاربرد خود را تضمین کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه معمول اشاره می‌کند که برای درک رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ضروری هستند. در حالی که نمودارهای خاص در اینجا بازتولید نشده‌اند، پیامدهای آن‌ها تحلیل می‌شود.

4.1 منحنی جریان در مقابل ولتاژ (I-V)

منحنی I-V برای یک ال ای دی نمایی است. V_Fمعمول 2.0 ولت در 20 میلی‌آمپر، یک نقطه عملیاتی کلیدی را ارائه می‌دهد. منحنی نشان می‌دهد که یک افزایش کوچک در ولتاژ فراتر از نقطه زانو، منجر به افزایش زیاد و بالقوه مخرب در جریان می‌شود. این امر ضرورت روش‌های محدودکننده جریان (مانند یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت) را تأکید می‌کند.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

این منحنی عموماً در یک محدوده خطی است. شدت نور تقریباً متناسب با جریان مستقیم است. راه‌اندازی ال ای دی در حداکثر جریان پیوسته (30 میلی‌آمپر)، روشنایی بیشتری نسبت به شرایط آزمایش استاندارد 20 میلی‌آمپر ایجاد می‌کند، اما ملاحظات مدیریت حرارتی و طول عمر باید ارزیابی شوند.

4.3 وابستگی به دما

عملکرد ال ای دی به دما حساس است. ولتاژ مستقیم (V_F) معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. از همه مهم‌تر، شدت نور با افزایش دما کاهش می‌یابد. مشخصه کاهش جریان (0.4 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد) یک محدودیت طراحی مستقیم برای مدیریت این اثر حرارتی و حفظ قابلیت اطمینان است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

قطعه مطابق با فوت‌پرینت استاندارد بسته‌بندی نصب سطحی EIA است.

5.1 تخصیص پایه‌ها

ال ای دی دو رنگ دارای چهار پایه (1، 2، 3، 4) است. طبق دیتاشیت:

• پایه‌های 1 و 3 به تراشه ال ای دی نارنجی اختصاص داده شده‌اند.
• پایه‌های 2 و 4 به تراشه ال ای دی سبز اختصاص داده شده‌اند.

این پیکربندی معمولاً به معنای آرایش کاتد مشترک یا آند مشترک داخلی است که برای اتصال صحیح مدار باید از نقشه نمای بسته تأیید شود.

5.2 ابعاد بسته و نوار و قرقره

قطعه روی نوار 8 میلی‌متری و قرقره‌های با قطر 7 اینچ عرضه می‌شود که با ماشین‌های برداشت و قرارگیری خودکار سازگار است. مشخصات نوار و قرقره از استانداردهای ANSI/EIA 481-1-A-1994 پیروی می‌کند. جزئیات کلیدی بسته‌بندی شامل موارد زیر است:

• 4000 قطعه در هر قرقره 7 اینچی.
• حداقل مقدار بسته‌بندی برای قطعات باقیمانده 500 قطعه است.
• حداکثر دو قطعه ("لامپ") مفقوده متوالی در نوار مجاز است.

ابعاد پیشنهادی پد لحیم‌کاری برای اطمینان از اتصال لحیم قابل اعتماد و تراز مناسب در حین ریفلو ارائه شده است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل‌های پیشنهادی ریفلو

دو پروفیل لحیم‌کاری پیشنهاد شده است:

1. پروفیل ریفلو IR استاندارد:برای فرآیندهای لحیم سنتی قلع-سرب.
2. پروفیل ریفلو IR بدون سرب (Pb-Free):باید با خمیر لحیم Sn-Ag-Cu (SAC) استفاده شود. این پروفیل معمولاً دمای پیک بالاتری دارد (مثلاً 260 درجه سانتی‌گراد) اما زمان بالای نقطه ذوب به دقت کنترل می‌شود تا از آسیب حرارتی به لنز پلاستیکی و ساختار داخلی ال ای دی جلوگیری شود.

شرایط حداکثر مطلق 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه برای لحیم‌کاری IR/موجی و 215 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 دقیقه برای فاز بخار است.

6.2 ملاحظات نگهداری و جابجایی

• نگهداری:توصیه می‌شود از 30 درجه سانتی‌گراد و 70% رطوبت نسبی تجاوز نکند. ال ای دی‌هایی که از کیسه اصلی ضد رطوبت خارج شده‌اند باید ظرف یک هفته لحیم ریفلو شوند. برای نگهداری طولانی‌تر، باید در محیط خشک و مهر و موم شده (مثلاً با ماده خشک‌کننده یا در نیتروژن) نگهداری شوند و قبل از استفاده حدود 60 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت پخت شوند تا رطوبت جذب‌شده حذف و از "ترکیدن" در حین ریفلو جلوگیری شود.
• تمیزکاری:فقط باید از مواد شوینده مشخص‌شده استفاده شود. ایزوپروپیل الکل یا اتیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه توصیه می‌شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به بسته یا لنز ال ای دی آسیب برسانند.
• محافظت در برابر ESD:ال ای دی‌ها به تخلیه الکترواستاتیک حساس هستند. کنترل‌های مناسب ESD باید در حین جابجایی اعمال شود: از مچ‌بندهای زمین‌شده، زیراندازهای ضد استاتیک، یونایزرها برای خنثی کردن استاتیک روی لنز استفاده کنید و اطمینان حاصل کنید که تمام تجهیزات به درستی زمین شده‌اند.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

این ال ای دی دو رنگ برای انواع کاربردهای نشانگر و نمایش وضعیت مناسب است، از جمله اما نه محدود به:

• نشانگرهای برق/وضعیت روی لوازم الکترونیکی مصرفی (مانند روترها، شارژرها، لوازم خانگی).
• چراغ‌های وضعیت دو رنگ (مثلاً سبز برای "روشن/خوب"، نارنجی برای "آماده‌به‌کار/هشدار").
• نور پس‌زمینه برای آیکون‌ها یا دکمه‌های کوچک.
• چراغ‌های نشانگر داخلی خودرو (مشروط به تأیید صلاحیت مناسب).
• پنل‌های وضعیت تجهیزات صنعتی.

7.2 ملاحظات طراحی مدار

روش راه‌اندازی:ال ای دی‌ها قطعات جریان‌محور هستند. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت، به ویژه زمانی که چندین ال ای دی به صورت موازی متصل شده‌اند، یک مقاومت محدودکننده جریان باید به صورت سری باهرال ای دی قرار گیرد (مدل مدار A). اتکا به ویژگی‌های طبیعی I-V برای متعادل کردن جریان در پیکربندی موازی بدون مقاومت‌های جداگانه (مدل مدار B) توصیه نمی‌شود، زیرا تغییرات کوچک در V_Fبین ال ای دی‌ها می‌تواند منجر به تفاوت‌های قابل توجه در جریان و در نتیجه روشنایی شود.

مقدار مقاومت سری (R_s) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_s= (V_منبع- V_F) / I_F. از حداکثر V_Fاز دیتاشیت (2.4 ولت) استفاده کنید تا جریان کافی در همه شرایط تضمین شود.

7.3 مدیریت حرارتی

در حالی که توان تلف شده کم است (75 میلی‌وات برای هر تراشه)، چیدمان مناسب PCB می‌تواند به عملکرد حرارتی کمک کند. اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی از مس به پدهای حرارتی ال ای دی (در صورت وجود) متصل شده یا اطراف پدهای لحیم‌کاری قرار گرفته تا به عنوان هیت‌سینک عمل کند، به ویژه هنگام کار نزدیک به محدوده‌های حداکثر یا در دمای محیط بالا.

8. مقایسه و تمایز فنی

عوامل کلیدی تمایز این قطعه،قابلیت دو رنگ در یک بسته SMD واحدو استفاده ازفناوری AlInGaPبرای تابنده نارنجی است.

• در مقابل ال ای دی‌های تک رنگ:در مقایسه با نصب دو ال ای دی مجزا، فضای PCB را ذخیره می‌کند، تعداد قطعات را کاهش می‌دهد و مونتاژ را ساده می‌کند.
• AlInGaP در مقابل سایر فناوری‌ها:AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) به دلیل بازده بالا و پایداری در مناطق طول موج قرمز، نارنجی و زرد شناخته شده است و اغلب روشنایی بیشتر و عملکرد دمایی بهتری نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP ارائه می‌دهد.
• زاویه دید وسیع (130 درجه):یک الگوی نور پخش‌شده ارائه می‌دهد که برای نشان‌دهی منطقه وسیع ایده‌آل است، در مقابل ال ای دی‌های با زاویه باریک که برای روشنایی متمرکز استفاده می‌شوند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 آیا می‌توانم این ال ای دی را مستقیماً از پایه میکروکنترلر 5 ولت یا 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

خیر، نه مستقیماً.یک ال ای دی نیاز به کنترل جریان دارد. اتصال مستقیم آن به یک منبع ولتاژ مانند پایه MCU (که معمولاً جریان آن محدود است اما برای راه‌اندازی ال ای دی طراحی نشده است) می‌تواند هم به ال ای دی و هم به خروجی میکروکنترلر آسیب برساند. همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان سری یا یک مدار درایور ال ای دی اختصاصی استفاده کنید.

9.2 تفاوت طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

طول موج پیک (λ_P)) طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است.طول موج غالب (λ_d)) طول موج تک‌رنگ نور تک‌فام است که با رنگ درک‌شده ال ای دی مطابقت دارد و از مختصات رنگ‌سنجی CIE محاسبه می‌شود. λ_dبرای مشخصه‌گذاری رنگ در کاربردهای انسان‌محور مرتبط‌تر است.

9.3 چرا کاهش جریان (دری‌ریتینگ) ضروری است؟

با افزایش دمای محیط، دمای اتصال ال ای دی برای یک جریان عملیاتی معین افزایش می‌یابد. دمای اتصال بالاتر، مکانیسم‌های تخریب را تسریع می‌کند، طول عمر ال ای دی را کاهش می‌دهد و به طور بالقوه باعث خرابی فاجعه‌بار می‌شود. کاهش جریان، توان تلف شده و در نتیجه دمای اتصال را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین می‌کند.

10. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک نشانگر وضعیت دو رنگ برای دستگاهی که از ریل 5 ولت تغذیه می‌شود. نشانگر باید برای "عملکرد عادی" سبز و برای "شارژ/هشدار" نارنجی نشان دهد.

مراحل طراحی:

1. توپولوژی مدار:از دو پایه GPIO میکروکنترلر استفاده کنید. هر پایه یک رنگ از ال ای دی را از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه راه‌اندازی می‌کند. پیکربندی اتصال داخلی (آند مشترک/کاتد مشترک) را بر اساس نقشه بسته به درستی تنظیم کنید.
2. محاسبه مقاومت (برای راه‌اندازی 20 میلی‌آمپر):
   • فرض کنید V_F(حداکثر) = 2.4 ولت، V_منبع= 5 ولت، I_F= 20 میلی‌آمپر.
   • R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 اهم.
   • نزدیک‌ترین مقدار استاندارد را انتخاب کنید (مثلاً 130Ω یا 120Ω). یک مقاومت 120Ω جریان کمی بالاتر (~21.7 میلی‌آمپر) ایجاد می‌کند که قابل قبول است زیرا زیر حداکثر 30 میلی‌آمپر است.
3. چیدمان PCB:ال ای دی و مقاومت‌های سری آن را نزدیک به هم قرار دهید. مقدار مناسبی از پور مس در اطراف پدهای ال ای دی برای اتلاف حرارت فراهم کنید. از طرح پد لحیم‌کاری پیشنهادی دیتاشیت پیروی کنید.
4. نرم‌افزار:منطقی را پیاده‌سازی کنید که پایه GPIO سبز را برای حالت عادی و پایه GPIO نارنجی را برای حالت هشدار روشن کند. اطمینان حاصل کنید که هر دو به طور همزمان روشن نباشند مگر اینکه رنگ ترکیبی مورد نظر باشد، با در نظر گرفتن محدودیت‌های جریان راه‌اندازی برای بسته.

11. معرفی اصل عملکرد

دیودهای نورافشان (LED) قطعات نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. انرژی آزادشده در طول این بازترکیب به صورت فوتون (نور) ساطع می‌شود. طول موج خاص (رنگ) نور توسط انرژی شکاف باند ماده نیمه‌هادی مورد استفاده در ناحیه فعال تعیین می‌شود. در این قطعه، نور نارنجی توسط یک تراشه AlInGaP و نور سبز توسط تراشه دیگری تولید می‌شود (احتمالاً مبتنی بر فناوری InGaN، اگرچه در اینجا برای رنگ سبز به صراحت ذکر نشده است). دو تراشه در یک بسته اپوکسی واحد با یک لنز پخش‌کننده قرار گرفته‌اند که خروجی نور را به یک زاویه دید وسیع شکل می‌دهد.

12. روندهای فناوری

حوزه فناوری ال ای دی همچنان با چندین روند واضح مرتبط با قطعاتی مانند این، در حال تکامل است:

• افزایش بازده:بهبودهای مستمر در علم مواد و طراحی تراشه منجر به کارایی نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) می‌شود که امکان نشانگرهای پرنورتر یا مصرف توان کمتر را فراهم می‌کند.
• کوچک‌سازی:تلاش برای دستگاه‌های الکترونیکی کوچک‌تر، ال ای دی‌ها را به سمت فوت‌پرینت‌های بسته‌بندی هرچه کوچک‌تر در حالی که عملکرد نوری حفظ یا بهبود می‌یابد، سوق می‌دهد.
• افزایش قابلیت اطمینان و طول عمر:بهبود در مواد بسته‌بندی، روش‌های اتصال تراشه و فناوری فسفر (برای ال ای دی‌های سفید) همچنان طول عمر عملیاتی و پایداری تحت شرایط سخت را افزایش می‌دهد.
• یکپارچه‌سازی:فراتر از چندرنگی، روندی به سمت یکپارچه‌سازی الکترونیک کنترل (مانند درایورهای جریان ثابت یا کنترلرهای PWM) مستقیماً با تراشه ال ای دی یا درون بسته وجود دارد که ماژول‌های "ال ای دی هوشمند" را ایجاد می‌کند که طراحی سیستم را ساده می‌کند.
• انطباق زیست‌محیطی:گرایش به سمت لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-Free) و مواد بدون هالوژن اکنون استاندارد است، همان‌طور که در پروفیل‌های لحیم‌کاری جداگانه ارائه‌شده در این دیتاشیت منعکس شده است.