دیتاشیت فنی LED دو رنگ SMD مدل LTST-C195TBJRKT-2A - ابعاد بسته‌بندی - آبی 3.0V / قرمز 2.0V - 20mA/30mA

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED با روشنایی بالا و از نوع نصب سطحی (SMD) دو رنگ را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه دو چیپ نیمه‌هادی مجزا را در یک پکیج واحد ادغام کرده است: یکی نور آبی و دیگری نور قرمز ساطع می‌کند. این طراحی برای کاربردهایی که نیازمند راه‌حل‌های نشان‌دهی یا نورپردازی دو رنگ و فشرده هستند، بهینه‌سازی شده است. دستگاه مطابق با دستورالعمل‌های RoHS است و به عنوان یک محصول سبز طبقه‌بندی می‌شود. این قطعه بر روی ریلی 7 اینچی و با نوار استاندارد صنعتی 8 میلی‌متری عرضه می‌گردد که سازگاری با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place و فرآیندهای تولید انبوه را تسهیل می‌کند.

1.1 ویژگی‌های اصلی و کاربردهای هدف

ویژگی‌های اصلی این LED شامل خروجی فوق‌العاده روشن با استفاده از فناوری InGaN برای ساطع‌کننده آبی و فناوری AlInGaP برای ساطع‌کننده قرمز است. این ترکیب بازده نوری بالایی ارائه می‌دهد. پکیج مطابق با استانداردهای EIA است که تضمین‌کننده سازگاری گسترده می‌باشد. دستگاه برای راه‌اندازی توسط مدارهای مجتمع (سازگار با I.C.) طراحی شده و می‌تواند فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری بازجوشی مادون قرمز (IR) و فاز بخار را تحمل کند که آن را برای خطوط مونتاژ PCB مدرن مناسب می‌سازد. کاربردهای متداول آن شامل الکترونیک مصرفی، پنل‌های کنترل صنعتی، نورپردازی داخلی خودرو، نشانگرهای وضعیت در دستگاه‌های ارتباطی و نور پس‌زمینه برای سوئیچ‌ها یا نمایشگرهایی است که به عملکرد دو رنگ نیاز دارند.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

کارکرد دستگاه فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود. در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد، حداکثر اتلاف توان برای چیپ آبی 76 میلی‌وات و برای چیپ قرمز 75 میلی‌وات است. حداکثر جریان مستقیم پیک، که تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است، برای آبی 100 میلی‌آمپر و برای قرمز 80 میلی‌آمپر می‌باشد. حداکثر جریان مستقیم DC پیوسته برای LED آبی 20 میلی‌آمپر و برای LED قرمز 30 میلی‌آمپر است. یک ضریب کاهش خطی مشخص شده است: 0.25 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد برای آبی و 0.4 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد برای قرمز، به این معنی که حداکثر جریان DC مجاز با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. حداکثر ولتاژ معکوس برای هر دو رنگ 5 ولت است، اگرچه کارکرد پیوسته تحت بایاس معکوس ممنوع است. دستگاه می‌تواند در محدوده دمایی 55- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد ذخیره و کار کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

تمام اندازه‌گیری‌ها در Ta=25 درجه سانتی‌گراد و جریان تست استاندارد (IF) 2 میلی‌آمپر تعریف شده‌اند. شدت نور (Iv) حداقل مقدار 4.50 میلی‌کاندلا برای هر دو رنگ دارد. مقادیر معمول برای آبی 20.0 میلی‌کاندلا و برای قرمز 18.0 میلی‌کاندلا است. زاویه دید (2θ1/2)، جایی که شدت نصف مقدار روی محور است، به طور معمول برای هر دو ساطع‌کننده 130 درجه است که یک الگوی پرتو گسترده ارائه می‌دهد. LED آبی دارای طول موج تابش پیک معمولی (λP) 468 نانومتر و طول موج غالب (λd) 470 نانومتر است. LED قرمز دارای λP معمولی 639 نانومتر و λd 631 نانومتر می‌باشد. عرض نیم‌خط طیفی (Δλ) برای آبی 25 نانومتر و برای قرمز 20 نانومتر است. ولتاژ مستقیم (VF) در 2 میلی‌آمپر به طور معمول برای آبی 3.00 ولت (حداکثر 3.15 ولت) و برای قرمز 2.00 ولت (حداکثر 2.20 ولت) است. حداکثر جریان معکوس (IR) در VR=5 ولت برای هر دو 10 میکروآمپر است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های (بین) مختلفی دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که با نیازهای خاص مدار مطابقت دارند.

3.1 باینینگ ولتاژ مستقیم (LED آبی)

چیپ‌های LED آبی بر اساس ولتاژ مستقیم آن‌ها در 2 میلی‌آمپر دسته‌بندی می‌شوند. کد بین E6 محدوده 2.55 ولت تا 2.75 ولت، E7 محدوده 2.75 ولت تا 2.95 ولت و E8 محدوده 2.95 ولت تا 3.15 ولت را پوشش می‌دهد. یک تلرانس ±0.1 ولت برای هر بین اعمال می‌شود.

3.2 باینینگ شدت نور

هر دو LED آبی و قرمز ساختار باینینگ شدت نور یکسانی در 2 میلی‌آمپر دارند. کد بین J محدوده 4.50 تا 7.10 میلی‌کاندلا، K محدوده 7.10 تا 11.2 میلی‌کاندلا، L محدوده 11.2 تا 18.0 میلی‌کاندلا و M محدوده 18.0 تا 28.0 میلی‌کاندلا را پوشش می‌دهد. یک تلرانس ±15% برای هر بین شدت نور اعمال می‌شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه معمولی اشاره می‌کند که برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ضروری هستند. این موارد شامل رابطه بین جریان مستقیم (IF) و ولتاژ مستقیم (VF) است که نمایی است و به دلیل مواد نیمه‌هادی متفاوت، بین چیپ‌های آبی و قرمز تفاوت دارد. منحنی‌های نشان‌دهنده شدت نور در مقابل جریان مستقیم برای تعیین جریان راه‌اندازی مورد نیاز برای دستیابی به سطح روشنایی مطلوب، حیاتی هستند. اگرچه در متن ارائه شده به صورت گرافیکی جزئیات داده نشده است، این منحنی‌ها به طور معمول نشان می‌دهند که شدت نور با جریان افزایش می‌یابد اما ممکن است در سطوح بالاتر اشباع شود و همچنین با افزایش دمای اتصال به طور معکوس تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج و تخصیص پایه‌ها

دستگاه از یک پکیج استاندارد SMD استفاده می‌کند. تخصیص پایه‌ها برای عملکرد صحیح حیاتی است: پایه‌های 1 و 3 به آند و کاتد چیپ LED آبی اختصاص داده شده‌اند. پایه‌های 2 و 4 به آند و کاتد چیپ LED قرمز اختصاص داده شده‌اند. این پیکربندی امکان کنترل مستقل هر رنگ را فراهم می‌کند. تمام تلرانس‌های ابعادی ±0.10 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

5.2 طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری و نوار و قرقره

یک الگوی لند پیشنهادی (ابعاد پد لحیم‌کاری) ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که اتصال لحیم قابل اعتماد و تراز مناسب در حین بازجوشی تشکیل می‌شود. قطعه بر روی نوار حامل برجسته 8 میلی‌متری عرضه می‌شود که بر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است. هر قرقره حاوی 4000 قطعه است. مشخصات نوار و قرقره مطابق با استاندارد ANSI/EIA 481-1-A-1994 می‌باشد. نکات کلیدی قرقره شامل موارد زیر است: پاکت‌های خالی با نوار پوششی مهر و موم شده‌اند، حداقل مقدار سفارش برای باقی‌مانده‌ها 500 قطعه است و حداکثر دو قطعه مفقود متوالی در هر قرقره مجاز است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل‌های لحیم‌کاری بازجوشی

دو پروفایل بازجوشی مادون قرمز (IR) پیشنهادی ارائه شده است: یکی برای فرآیند لحیم استاندارد (قلع-سرب) و دیگری برای فرآیند لحیم بدون سرب (مثلاً SnAgCu). پروفایل بدون سرب به دمای پیک بالاتری نیاز دارد. شرایط کلی مشخص شده برای لحیم‌کاری IR و موجی، دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 5 ثانیه است. برای لحیم‌کاری فاز بخار، شرایط 215 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 دقیقه است. یک پروفایل گرافیکی دقیق مورد اشاره قرار گرفته است که مراحل پیش‌گرم، خیساندن، بازجوشی و خنک‌سازی را با محدودیت‌های زمانی و دمایی خاص برای جلوگیری از شوک حرارتی ترسیم می‌کند.

6.2 اقدامات احتیاطی نگهداری و جابجایی

LEDها باید در محیطی با دمای حداکثر 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 70% نگهداری شوند. قطعاتی که از کیسه رطوبت‌گیر اصلی خود خارج شده‌اند باید ظرف یک هفته تحت بازجوشی IR قرار گیرند. برای نگهداری طولانی‌تر خارج از بسته‌بندی اصلی، باید در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کننده یا در یک دسیکاتور نیتروژن نگهداری شوند. اگر بیش از یک هفته خارج از کیسه نگهداری شده‌اند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای 60 درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل 24 ساعت است تا رطوبت جذب شده حذف شده و از پدیده \"پاپ کورن\" در حین بازجوشی جلوگیری شود.

7. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 طراحی مدار راه‌انداز

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از یکنواختی روشنایی هنگام اتصال چندین LED به صورت موازی، اکیداً توصیه می‌شود که از یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه به صورت سری با هر LED استفاده شود (مدل مدار A). اتکا به یک مقاومت واحد برای یک آرایه موازی (مدل مدار B) توصیه نمی‌شود زیرا تغییرات کوچک در ویژگی‌های ولتاژ مستقیم (Vf) بین LEDهای منفرد باعث تفاوت‌های قابل توجه در تقسیم جریان و در نتیجه، شدت نور خواهد شد. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (Vcc - Vf) / If، که در آن Vcc ولتاژ تغذیه، Vf ولتاژ مستقیم LED در جریان مورد نظر و If جریان مستقیم هدف است.

7.2 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

چیپ‌های LED به تخلیه الکترواستاتیک و موج‌های ولتاژ حساس هستند. برای جلوگیری از آسیب، باید کنترل‌های مناسب ESD در حین جابجایی و مونتاژ اجرا شود. این شامل استفاده از مچ‌بندهای زمین‌شده، دستکش‌های ضد استاتیک و اطمینان از زمین‌شدن صحیح تمام ایستگاه‌های کاری، ابزارها و ماشین‌آلات است. دستگاه‌ها باید در مناطق محافظت‌شده از ESD جابجا شوند.

7.3 تمیزکاری

در صورت لزوم تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی یا پکیج آسیب برسانند. روش توصیه شده غوطه‌ور کردن LED در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه است. تمیزکاری تهاجمی یا اولتراسونیک توصیه نمی‌شود مگر اینکه به طور خاص تأیید شده باشد.

8. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده کلیدی این LED دو رنگ، بسته‌بندی مشترک چیپ‌های با بازده بالا InGaN (آبی) و AlInGaP (قرمز) است. فناوری InGaN به دلیل روشنایی بالا در طیف آبی/سبز شناخته شده است، در حالی که AlInGaP در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP، بازده و پایداری حرارتی برتری در طیف قرمز/کهربایی ارائه می‌دهد. ادغام هر دو در یک پکیج SMD استاندارد EIA در مقایسه با استفاده از دو LED تک رنگ جداگانه، فضای PCB را ذخیره می‌کند. زاویه دید گسترده 130 درجه برای کاربردهایی که نیازمند دید گسترده هستند مناسب است. سازگاری مشخص شده با پروفایل‌های بازجوشی بدون سرب با مقررات زیست‌محیطی مدرن و روندهای تولید همسو است.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: آیا می‌توانم LEDهای آبی و قرمز را همزمان در حداکثر جریان DC خود راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. محدودیت‌های اتلاف توان (76mW آبی، 75mW قرمز) و ملاحظات حرارتی پکیج مشترک باید رعایت شود. کارکرد همزمان در 20mA (آبی) و 30mA (قرمز) بسته به ولتاژهای مستقیم، ممکن است از قابلیت اتلاف توان کل پکیج فراتر رود. همچنین کاهش ریتینگ در دمای محیط بالا نیز مورد نیاز است.

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

ج: طول موج پیک (λP) طول موجی است که در آن طیف تابش حداکثر شدت را دارد. طول موج غالب (λd) از نمودار رنگی CIE مشتق شده و نمایانگر رنگ درک‌شده نور است - طول موج واحدی که رنگ LED را با چشم انسان مطابقت می‌دهد. λd اغلب برای کاربردهای مبتنی بر رنگ مرتبط‌تر است.

س: هنگام سفارش چگونه کدهای بین را تفسیر کنم؟

ج: شما باید کدهای بین مورد نیاز برای ولتاژ (برای آبی، مثلاً E7) و شدت نور (برای هر دو رنگ، مثلاً K) را مشخص کنید. این اطمینان می‌دهد که LEDهایی با ویژگی‌های الکتریکی و نوری در محدوده مورد نظر خود دریافت می‌کنید تا عملکرد یکنواختی در محصول شما داشته باشند.

10. مطالعه موردی طراحی

یک نشانگر وضعیت دوگانه برای یک روتر شبکه را در نظر بگیرید: آبی ثابت برای \"عملیاتی\" و قرمز چشمک‌زن برای \"خطا.\" با استفاده از این LED، فقط به یک جای پایه PCB نیاز است. میکروکنترلر پایه 1 (آند آبی) را از طریق یک مقاومت 150Ω (برای منبع تغذیه ~3V و هدف 20mA) برای حالت پایدار راه‌اندازی می‌کند. LED قرمز (آند پایه 2) از طریق یک مقاومت 100Ω (برای منبع تغذیه ~3V و هدف 30mA) راه‌اندازی می‌شود و توسط یک پایه GPIO متفاوت کنترل می‌شود که در شرایط خطا برای چشمک زدن تنظیم شده است. پایه‌های کاتد مشترک (3 و 4) به زمین متصل هستند. این طراحی تعداد قطعات را به حداقل می‌رساند، فضای برد را ذخیره می‌کند و از مونتاژ استاندارد SMT استفاده می‌کند.

11. اصل عملکرد

انتشار نور در یک LED بر اساس الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه اتصال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. LED آبی از ترکیب نیترید گالیم ایندیم (InGaN) استفاده می‌کند که گاف باند وسیع‌تری دارد و برای طول‌موج‌های کوتاه‌تر (نور آبی) مناسب است. LED قرمز از ترکیب فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) استفاده می‌کند که گاف باند باریک‌تری دارد و برای طول‌موج‌های بلندتر (نور قرمز) طراحی شده است. لنز اپوکسی برای محافظت از چیپ، شکل‌دهی به پرتو خروجی نور و افزایش استخراج نور عمل می‌کند.

12. روندهای فناوری

بازار LEDهای SMD همچنان به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، چگالی توان افزایش یافته در پکیج‌های کوچک‌تر و بهبود رندر رنگ در حال تکامل است. روند قوی به سمت مینیاتوری‌سازی وجود دارد و LEDهای با پکیج در مقیاس چیپ (CSP) رواج بیشتری پیدا می‌کنند. برای دستگاه‌های چند رنگ، پیشرفت‌ها شامل تلرانس‌های باینینگ دقیق‌تر برای یکنواختی رنگ بهتر و ادغام بیش از دو چیپ (مانند RGB یا RGBW) در یک پکیج واحد برای نورپردازی قابل تنظیم تمام‌رنگ است. علاوه بر این، حرکت به سمت IoT و دستگاه‌های هوشمند، تقاضا برای LEDهای نشانگر قابل اعتماد و با عمر طولانی که با فرآیندهای مونتاژ اتوماتیک و پرسرعت سازگار هستند را افزایش می‌دهد، بخشی که قطعاتی مانند این در آن موقعیت خوبی دارند.