دیتاشیت LED دو رنگ SMD مدل LTST-S326KGKFKT - نوردهی جانبی - سبز/نارنجی - 20mA - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTST-S326KGKFKT یک LED دو رنگ از نوع SMD با نوردهی جانبی است. این قطعه دو چیپ نیمه‌هادی مجزا از جنس AlInGaP را در یک پکیج واحد ادغام کرده است: یکی نور سبز و دیگری نور نارنجی منتشر می‌کند. این پیکربندی امکان نشان‌دهی یا سیگنال‌دهی دو رنگ را از یک قطعه فشرده فراهم می‌آورد. این دستگاه برای سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار و تکنیک‌های مدرن لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) طراحی شده است.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

مزایای اصلی این LED از فناوری مواد و طراحی پکیج آن نشأت می‌گیرد. استفاده از چیپ‌های AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) بازده نوری بالایی ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن می‌شود. طراحی لنز نوردهی جانبی، نور را به صورت جانبی هدایت می‌کند و آن را برای کاربردهایی که LED به صورت عمود بر سطح دید نصب می‌شود، مانند پنل‌های نور لبه‌ای یا نشانگرهای وضعیت در کنار دستگاه، ایده‌آل می‌سازد. ویژگی‌های کلیدی شامل انطباق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک)، پایه‌های قلع‌کاری شده برای بهبود قابلیت لحیم‌کاری و بسته‌بندی روی ریل‌های نوار 8 میلی‌متری برای مونتاژ خودکار کارآمد Pick-and-Place می‌باشد.

1.2 کاربردهای هدف و بازار

این قطعه برای بازار عمومی الکترونیک هدف‌گذاری شده است. کاربردهای معمول آن شامل نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه دکمه‌ها یا نمادها و چراغ‌های سیگنال دو رنگ در لوازم الکترونیکی مصرفی، تجهیزات اداری، دستگاه‌های ارتباطی و لوازم خانگی است. ویژگی نوردهی جانبی به ویژه در طراحی‌های با محدودیت فضا که استفاده از LED‌های رو به جلو امکان‌پذیر نیست، ارزشمند است.

2. مشخصات فنی و تفسیر عینی

این بخش، تجزیه‌ای دقیق از محدودیت‌های عملیاتی و ویژگی‌های عملکرد دستگاه تحت شرایط استاندارد (دمای محیط=25°C) ارائه می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر برای عملکرد عادی در نظر گرفته نشده‌اند.

• توان تلف شده (Pd):72 میلی‌وات به ازای هر چیپ. این حداکثر مقدار توانی است که می‌تواند به طور پیوسته به صورت گرما تلف شود. تجاوز از این حد، خطر گرمای بیش از حد و تخریب سریع‌تر را به همراه دارد.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):80 میلی‌آمپر، تنها تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است. این امکان فلش‌های کوتاه مدت با شدت بالا را فراهم می‌کند.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):30 میلی‌آمپر DC. این حداکثر جریان توصیه شده برای عملکرد پیوسته جهت اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس بالاتر از این مقدار می‌تواند باعث شکست پیوندگاه شود.
• دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:به ترتیب 30- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه می‌تواند ذخیره‌سازی غیرعملیاتی را در دماهای کمی پایین‌تر تحمل کند.
• دمای لحیم‌کاری:در برابر لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز با دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 10 ثانیه مقاوم است که با پروفیل‌های رایج مونتاژ بدون سرب همسو می‌باشد.

2.2 ویژگی‌های الکترو-اپتیکی

این پارامترها عملکرد دستگاه را در نقطه کار معمول جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):چیپ سبز دارای شدت نور معمولی 35.0 میلی‌کاندلا (mcd) با حداقل 18.0 mcd است. چیپ نارنجی روشن‌تر است و شدت نور معمولی 90.0 mcd با حداقل 28.0 mcd دارد. شدت نور با استفاده از فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که پاسخ فوتوپیک چشم انسان (منحنی CIE) را شبیه‌سازی می‌کند.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه (معمولی). این زاویه گسترده نشان‌دهنده الگوی انتشار پخش و وسیعی است که برای نورپردازی جانبی مناسب می‌باشد.
• طول موج:
  • طول موج پیک (λ_P):574 نانومتر (سبز، معمولی) و 611 نانومتر (نارنجی، معمولی). این طول موجی است که در آن خروجی طیفی قوی‌ترین است.
  • طول موج غالب (λ_d):571 نانومتر (سبز، معمولی) و 605 نانومتر (نارنجی، معمولی). این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود، از نمودار رنگی CIE استخراج شده و بهترین تعریف رنگ را ارائه می‌دهد.
  • پهنای باند طیفی (Δλ):15 نانومتر (سبز) و 17 نانومتر (نارنجی، معمولی). این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ پهنای باند باریک‌تر منجر به رنگ‌های اشباع‌تر می‌شود.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.0 ولت معمولی، حداکثر 2.4 ولت در 20 میلی‌آمپر. این ولتاژ پایین، آن را با مدارهای منطقی رایج 3.3 ولت و 5 ولت سازگار می‌سازد و اغلب بدون نیاز به مقاومت محدودکننده جریان برای نشان‌دهی جریان پایین قابل استفاده است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در بایاس معکوس 5 ولت. جریان معکوس پایین مطلوب است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس عملکرد دسته‌بندی می‌شوند. LTST-S326KGKFKT از یک سیستم دسته‌بندی شدت نور استفاده می‌کند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

خروجی نوری در 20 میلی‌آمپر در دسته‌هایی که با یک کد حرفی شناسایی می‌شوند، دسته‌بندی می‌شود. هر دسته دارای یک مقدار حداقل و حداکثر شدت است و یک تلرانس +/-15% درون هر دسته مجاز است.

• دسته‌های چیپ سبز:M (18.0-28.0 mcd)، N (28.0-45.0 mcd)، P (45.0-71.0 mcd)، Q (71.0-112.0 mcd).
• دسته‌های چیپ نارنجی:N (28.0-45.0 mcd)، P (45.0-71.0 mcd)، Q (71.0-112.0 mcd)، R (112.0-180.0 mcd).

این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد تا دسته‌ای را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی خاص آن‌ها را برآورده می‌سازد. به عنوان مثال، یک کاربرد که نیاز به روشنایی یکنواخت پنل دارد، یک دسته تنگ مانند P یا Q را مشخص می‌کند تا تغییرات بین واحدها به حداقل برسد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت (صفحات 6-7) ارجاع داده شده‌اند، مفاهیم آن‌ها برای فناوری LED استاندارد است.

4.1 منحنی جریان در مقابل شدت نور (I_V)

خروجی نور یک LED تقریباً متناسب با جریان مستقیم در یک محدوده است. کارکرد بالاتر از مقدار توصیه شده 20 میلی‌آمپر، روشنایی را افزایش می‌دهد اما همچنین تلفات توان (گرما) را افزایش داده و به طور بالقوه عمر عملیاتی را کاهش می‌دهد. رتبه جریان پیک پالسی (80mA) امکان فلش‌های کوتاه و روشن بدون تجمع حرارتی را فراهم می‌کند.

4.2 وابستگی به دما

عملکرد LED به دما حساس است. معمولاً ولتاژ مستقیم (V_F) با افزایش دما کمی کاهش می‌یابد. مهم‌تر اینکه، شدت نور عموماً با افزایش دمای پیوندگاه کاهش می‌یابد. مدیریت حرارتی مناسب در طراحی PCB (مانند مساحت کافی مس برای هیت‌سینک) برای حفظ روشنایی ثابت، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا یا در جریان‌های راه‌اندازی بالاتر، حیاتی است.

4.3 توزیع طیفی

منحنی‌های طیفی ارجاع داده شده، پروفایل انتشار هر چیپ را نشان می‌دهند. طول موج‌های پیک و غالب مشخص شده‌اند و منحنی‌ها پهنای باند طیفی (Δλ) را نشان می‌دهند. چیپ نارنجی AlInGaP معمولاً پهنای طیفی گسترده‌تری نسبت به سبز دارد که در مشخصات 17 نانومتر در مقابل 15 نانومتر منعکس شده است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد فیزیکی و قطبیت

این دستگاه مطابق با طرح استاندارد پکیج SMD موسسه EIA است. انتساب پایه به وضوح تعریف شده است: کاتد 1 (C1) برای چیپ نارنجی و کاتد 2 (C2) برای چیپ سبز است. آند مشترک به صراحت در قطعه برش خورده برچسب نخورده اما برای این نوع LED دو رنگ با آند مشترک استاندارد است. لنز نوردهی جانبی یک ویژگی مکانیکی کلیدی است.

5.2 الگوی لند PCB توصیه شده

دیتاشیت ابعاد و جهت پد لحیم‌کاری پیشنهادی را ارائه می‌دهد. پیروی از این توصیه‌ها برای دستیابی به اتصالات لحیم‌کاری قابل اعتماد، جلوگیری از پدیده "سنگ قبر" (بلند شدن یک سر) و اطمینان از تراز مناسب برای نوردهی جانبی بسیار مهم است. جهت لحیم‌کاری پیشنهادی برای بهینه‌سازی فرآیند ریفلو ارائه شده است.

6. راهنمای مونتاژ، لحیم‌کاری و جابجایی

6.1 پروفایل لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفایل ریفلو مادون قرمز پیشنهادی دقیق برای فرآیندهای بدون سرب ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل ناحیه پیش‌گرم (150-200°C)، افزایش کنترل شده تا دمای پیک حداکثر 260°C و زمان بالای مایع (TAL) است که تشکیل مناسب اتصال لحیم‌کاری بدون آسیب حرارتی به پکیج LED را تضمین می‌کند. این پروفایل بر اساس استانداردهای JEDEC برای اطمینان از قابلیت اطمینان است.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی با هویه، دما نباید از 300°C تجاوز کند و زمان تماس برای یک رویداد لحیم‌کاری باید حداکثر به 3 ثانیه محدود شود. گرمای یا زمان بیش از حد می‌تواند به سیم‌بندی‌های داخلی یا لنز اپوکسی آسیب برساند.

6.3 تمیزکاری

باید تنها از مواد شوینده مشخص شده استفاده شود. حلال‌های توصیه شده اتانول یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق هستند و زمان غوطه‌وری باید کمتر از یک دقیقه محدود شود. مواد شیمیایی خشن یا نامشخص می‌توانند باعث ترک خوردگی، کدری یا آسیب به لنز LED شوند.

6.4 ذخیره‌سازی و حساسیت به رطوبت

LEDها به رطوبت حساس هستند. ریل‌های دربسته و مهر و موم شده کارخانه با ماده خشک‌کن، در صورت ذخیره در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90%، عمر قفسه‌ای یک سال دارند. پس از باز کردن کیسه ضد رطوبت، قطعات باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% ذخیره شده و ترجیحاً در عرض یک هفته استفاده شوند. برای ذخیره‌سازی طولانی‌تر خارج از بسته‌بندی اصلی، باید در یک محیط خشک و مهر و موم شده (مانند همراه با ماده خشک‌کن یا در نیتروژن) نگهداری شوند و ممکن است قبل از لحیم‌کاری نیاز به یک چرخه پخت (مثلاً 60°C به مدت 20 ساعت) داشته باشند تا از آسیب "پاپ کورن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.5 احتیاط‌های ESD (تخلیه الکترواستاتیک)

LEDها مستعد آسیب ناشی از تخلیه الکترواستاتیک هستند. کنترل‌های مناسب ESD باید در حین جابجایی اعمال شود: از مچ‌بندهای زمین شده، زیراندازهای ضد استاتیک استفاده کنید و مطمئن شوید تمام تجهیزات به درستی زمین شده‌اند.

7. بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و ریل

محصول به صورت استاندارد روی نوار حامل برجسته 8 میلی‌متری عرض که روی ریل‌های به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است، عرضه می‌شود. هر ریل کامل حاوی 3000 قطعه است. مشخصات نوار و ریل با استانداردهای ANSI/EIA-481 مطابقت دارد تا سازگاری با تجهیزات خودکار تضمین شود. حداقل مقدار سفارش برای ریل‌های جزئی (مانده) 500 قطعه اعمال می‌شود. بسته‌بندی، جهت‌گیری قطعه را تضمین کرده و از دستگاه‌ها در حین حمل و نقل و جابجایی محافظت می‌کند.

8. ملاحظات طراحی کاربردی

8.1 طراحی مدار

تقریباً همیشه یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر چیپ LED برای تنظیم جریان مستقیم مورد نیاز است. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_منبع- V_F) / I_F. با استفاده از V_Fمعمولی 2.0V و I_Fمورد نظر 20mA از منبع 5V: R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 Ω. می‌توان از مقدار کمی بالاتر (مثلاً 180 Ω) برای افزایش حاشیه و کاهش جزئی جریان/توان استفاده کرد. برای مالتی‌پلکسینگ یا راه‌اندازی از پین GPIO یک میکروکنترلر، اطمینان حاصل کنید که قابلیت تامین یا دریافت جریان پین بیش از حد نباشد.

8.2 مدیریت حرارتی

در حالی که تلفات توان پایین است (حداکثر 72mW به ازای هر چیپ)، عملکرد پیوسته در حداکثر مقادیر مجاز در دمای محیط بالا می‌تواند منجر به دمای پیوندگاهی فراتر از مشخصات شود. فراهم کردن مساحت کافی مس روی PCB در اطراف پدهای LED به دفع گرما کمک می‌کند. از قرار دادن LED در نزدیکی سایر منابع گرمایی قابل توجه خودداری کنید.

8.3 یکپارچه‌سازی نوری

نوردهی جانبی 130 درجه باید در طراحی مکانیکی در نظر گرفته شود. ممکن است برای هدایت یا شکل‌دهی خروجی نور برای اثر بصری مورد نظر، به راهنماهای نور، پخش‌کننده‌ها یا حفره‌های بازتابنده نیاز باشد. دسته شدت نور انتخاب شده به طور مستقیم بر روشنایی نهایی تأثیر خواهد گذاشت.

9. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های کلیدی این قطعهقابلیت دو رنگ بودن در یک پکیج نوردهی جانبیاست. در مقایسه با LEDهای تک رنگ، فضای برد را ذخیره کرده و مونتاژ را برای نشان‌دهی دو رنگ ساده می‌کند. در مقایسه با LEDهای نوردهی از بالا، یک چالش چیدمان مکانیکی خاص را حل می‌کند. استفاده از فناوری AlInGaP در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP برای این رنگ‌ها، بازده بالاتر و پایداری دمایی بهتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر و یکنواخت‌تر می‌شود.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

10.1 آیا می‌توانم هر دو رنگ را همزمان راه‌اندازی کنم؟

بله، اما باید تلفات توان کل را در نظر بگیرید. توان ترکیبی هر دو چیپ در حداکثر جریان پیوسته آن‌ها (هر کدام 30mA در حدود 2.0V) تقریباً 120mW خواهد بود که از رتبه فردی هر چیپ (72mW) فراتر می‌رود. گرمای ترکیبی در پکیج مشترک باید مدیریت شود. برای عملکرد قابل اعتماد بلندمدت، در صورتی که قرار است هر دو چیپ برای مدت طولانی همزمان روشن باشند، توصیه می‌شود هر دو چیپ در جریان پایین‌تری (مثلاً هر کدام 15-20mA) راه‌اندازی شوند.

10.2 تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

طول موج پیک (λ_P) اندازه‌گیری فیزیکی بالاترین نقطه روی منحنی خروجی طیفی است. طول موج غالب (λ_d) یک مقدار محاسبه شده بر اساس نحوه درک چشم انسان از مخلوط رنگ LED است؛ این طول موج واحدی است که بهترین تطابق را با رنگ درک شده دارد. برای LEDهایی با طیف نسبتاً باریک، اغلب نزدیک هستند، اما λ_dبرای مشخص‌سازی رنگ مرتبط‌تر است.

10.3 چرا قبل از لحیم‌کاری نیاز به فرآیند پخت است؟

قطعات SMD رطوبت را از هوا جذب می‌کنند. در حین گرمایش سریع لحیم‌کاری ریفلو، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به صورت انفجاری تبخیر شود و باعث لایه‌لایه شدن داخلی، ترک‌خوردگی یا آسیب "پاپ کورن" شود. پخت، این رطوبت جذب شده را حذف می‌کند و قطعات را برای فرآیند ریفلو با دمای بالا ایمن می‌سازد.

11. مثال کاربردی عملی

سناریو: نشانگر وضعیت دوگانه روی یک روتر شبکه.یک روتر از یک برش واحد در پنل جانبی خود برای نشان‌دهی وضعیت استفاده می‌کند. LTST-S326KGKFKT روی PCB مستقیماً پشت این برش نصب می‌شود. میکروکنترلر LEDها را راه‌اندازی می‌کند: سبز ثابت نشان‌دهنده عملکرد عادی و اتصال شبکه است. نارنجی چشمک‌زن نشان‌دهنده فعالیت داده است. نارنجی ثابت نشان‌دهنده خطای سیستم یا توالی بوت است. این طراحی از یک فوت‌پرینت قطعه برای ارائه سه حالت بصری واضح استفاده می‌کند و با بهره‌گیری از نوردهی جانبی، از جلوی دستگاه قابل مشاهده است که در مقایسه با استفاده از دو LED نوردهی از بالای مجزا، فضا را ذخیره کرده و طراحی پنل جلویی را ساده می‌کند.

12. معرفی اصل فناوری

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوندگاه p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب شده و انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند. رنگ خاص نور توسط انرژی گاف نواری ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) یک نیمه‌هادی مرکب است که گاف نواری آن را می‌توان با تغییر نسبت اجزای آن تنظیم کرد. برای LTST-S326KGKFKT، یک چیپ با گاف نواری متناظر با نور سبز (~571 نانومتر) و دیگری با گاف نواری متناظر با نور نارنجی (~605 نانومتر) طراحی شده است. پکیج نوردهی جانبی شامل یک لنز اپوکسی قالب‌گیری شده است که نور منتشر شده را به یک الگوی جانبی وسیع شکل می‌دهد.

13. روندهای فناوری

روند کلی فناوری LED برای کاربردهای نشان‌دهی، همچنان به سمت بازدهی بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد توان الکتریکی) ادامه دارد که امکان جریان‌های عملیاتی پایین‌تر و کاهش مصرف توان سیستم را فراهم می‌کند. همچنین تلاشی برای مینیاتوری‌سازی در حالی که عملکرد نوری حفظ یا بهبود می‌یابد، وجود دارد. علاوه بر این، یکپارچه‌سازی یک روند کلیدی است، مانند گنجاندن مقاومت‌های محدودکننده جریان یا ICهای درایور درون خود پکیج LED برای ساده‌سازی طراحی مدار. در حالی که این دیتاشیت خاص نمایانگر یک محصول بالغ است، پیشنهادات جدیدتر در بازار ممکن است حاوی این پیشرفت‌ها باشند و راه‌حل‌های حتی کوچک‌تر، کارآمدتر و کاربردی‌تر برای نشان‌دهی وضعیت و نورپردازی پنل به طراحان ارائه دهند.