دیتاشیت فنی LED دو رنگ SMD مدل LTST-C155TBJSKT-5A - بسته‌بندی 3.2x1.6x1.9mm - آبی/زرد - ولتاژ 3.6V/2.4V - توان 76mW/75mW

1. مرور کلی محصول

این سند، مشخصات فنی کامل یک قطعه LED دو رنگ نصب سطحی (SMD) را ارائه می‌دهد. این قطعه دو چیپ نیمه‌هادی مجزا را در یک بسته‌بندی واحد ادغام کرده است: یک چیپ InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) برای تابش نور آبی و یک چیپ AlInGaP (آلومینیوم ایندیوم گالیم فسفید) برای تابش نور زرد. این پیکربندی امکان تولید دو رنگ مجزا از یک فوت‌پرینت فشرده را فراهم می‌کند و آن را برای کاربردهایی که نیازمند نشانگر وضعیت، نور پس‌زمینه یا نورپردازی تزئینی در طراحی‌های با محدودیت فضا هستند، مناسب می‌سازد. این قطعه به گونه‌ای طراحی شده است که با سیستم‌های مونتاژ خودکار پیک‌اندپلیس و فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو استاندارد سازگار بوده و از استانداردهای رایج بسته‌بندی صنعتی پیروی می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

مقادیر حداکثر مطلق، محدوده‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. برای چیپ آبی، حداکثر جریان مستقیم پیوسته DC برابر 20 میلی‌آمپر است و جریان مستقیم پیک 100 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است. حداکثر اتلاف توان آن 76 میلی‌وات است. چیپ زرد دارای رتبه جریان پیوسته کمی بالاتر (30 میلی‌آمپر) اما رتبه جریان پیک پایین‌تر (80 میلی‌آمپر) و اتلاف توان 75 میلی‌وات است. هر دو چیپ حداکثر ولتاژ معکوس 5 ولت را به اشتراک می‌گذارند، اگرچه کارکرد پیوسته در این ولتاژ توصیه نمی‌شود. محدوده دمای عملیاتی از 20- درجه سلسیوس تا 80+ درجه سلسیوس مشخص شده است و محدوده ذخیره‌سازی وسیع‌تری از 30- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس دارد. این قطعه می‌تواند لحیم‌کاری موجی یا مادون قرمز در دمای 260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه، یا لحیم‌کاری فاز بخار در دمای 215 درجه سلسیوس به مدت 3 دقیقه را تحمل کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

پارامترهای کلیدی عملکرد در جریان آزمایش استاندارد 5 میلی‌آمپر و دمای محیط 25 درجه سلسیوس اندازه‌گیری می‌شوند. شدت نور برای هر دو چیپ آبی و زرد حداقل مقدار 4.50 میلی‌کاندلا (mcd) را دارد و می‌تواند تا حداکثر 45.0 mcd متغیر باشد که مقادیر معمول آن به کد بین خاص بستگی دارد. زاویه دید (2θ1/2) برای هر دو رنگ 130 درجه وسیع است که نشان‌دهنده الگوی تابش منتشر است. طول موج غالب معمول چیپ آبی 470 نانومتر (با پیک در 468 نانومتر) و پهنای نیمه طیفی 25 نانومتر است که مشخصه فناوری InGaN می‌باشد. طول موج غالب معمول چیپ زرد 589 نانومتر (با پیک در 591 نانومتر) و پهنای نیمه باریک‌تر 15 نانومتر است که معمول AlInGaP است. ولتاژ مستقیم (VF) معمولاً برای آبی 3.10 ولت (حداکثر 3.60 ولت) و برای زرد 2.00 ولت (حداکثر 2.40 ولت) است. جریان معکوس در بایاس معکوس 5 ولت به حداکثر 10 میکروآمپر محدود می‌شود.

3. توضیح سیستم بینینگ

این محصول از یک سیستم بینینگ برای دسته‌بندی واحدها بر اساس شدت نور آن‌ها در جریان آزمایش استاندارد 5 میلی‌آمپر استفاده می‌کند. هر دو چیپ آبی و زرد ساختار کد بین یکسانی را به اشتراک می‌گذارند. بین‌ها با حروف J، K، L، M و N برچسب‌گذاری شده‌اند. بین J محدوده شدت نور از 4.50 mcd تا 7.10 mcd را پوشش می‌دهد. بین K از 7.10 mcd تا 11.20 mcd متغیر است. بین L محدوده 11.20 mcd تا 18.00 mcd را پوشش می‌دهد. بین M از 18.00 mcd تا 28.00 mcd گسترده شده است. بین با خروجی بالاتر، N، شامل قطعاتی از 28.00 mcd تا حداکثر 45.00 mcd است. یک تلرانس +/-15% به حدود هر بین شدت نور اعمال می‌شود. این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی با سطوح روشنایی یکنواخت برای کاربرد خود انتخاب کنند و یکنواختی بصری در آرایه‌های چند LED را تضمین نمایند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در سند منبع ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 1 برای تابش پیک، شکل 6 برای زاویه دید)، منحنی‌های عملکرد معمول برای چنین قطعاتی چندین رابطه کلیدی را نشان می‌دهند. منحنی جریان در مقابل ولتاژ (I-V) رابطه نمایی مشخصه یک دیود را نشان می‌دهد که ولتاژ روشن شدن برای چیپ آبی InGaN (~3.1V) در مقایسه با چیپ زرد AlInGaP (~2.0V) بالاتر است. منحنی‌های شدت نور در مقابل جریان مستقیم (I-L) افزایش تقریباً خطی در خروجی نور با جریان در محدوده عملیاتی نرمال را نشان می‌دهند که در نهایت در جریان‌های بالاتر به دلیل افت حرارتی و راندمان به اشباع می‌رسد. منحنی شدت نور در مقابل دما معمولاً کاهش خروجی را با افزایش دمای اتصال نشان می‌دهد و فاکتورهای کاهش رتبه ارائه شده (0.25 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس برای آبی، 0.4 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس برای زرد) امکان محاسبه حداکثر جریان در دماهای بالا را فراهم می‌کنند. نمودار توزیع طیفی، باندهای تابش باریک متمرکز حول طول موج‌های پیک را نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی و قطبیت

این قطعه با طرح کلی یک بسته‌بندی نصب سطحی استاندارد صنعتی مطابقت دارد. ابعاد کلیدی شامل طول، عرض و ارتفاع بدنه است. انتساب پایه‌ها به وضوح تعریف شده است: برای شماره قطعه LTST-C155TBJSKT-5A، پایه‌های 1 و 3 به چیپ آبی InGaN و پایه‌های 2 و 4 به چیپ زرد AlInGaP اختصاص داده شده‌اند. این پیکربندی 4 پایه‌ای امکان کنترل الکتریکی مستقل دو رنگ را فراهم می‌کند. لنز شفاف است که برای حفظ خلوص رنگ‌های تابش شده بدون ایجاد رنگ‌آمیزی اضافی بهینه می‌باشد.

5.2 طرح پیشنهادی پد لحیم

یک الگوی لند پیشنهادی (طرح پد لحیم) برای چیدمان PCB ارائه شده است تا تشکیل اتصال لحیم قابل اطمینان در حین رفلو را تضمین کند. رعایت این ابعاد توصیه شده به جلوگیری از مشکلاتی مانند "تومبستونینگ" (ایستادن قطعه به صورت عمودی) یا فیله‌های لحیم ناکافی کمک می‌کند که برای استحکام مکانیکی و اتصال الکتریکی در مونتاژ خودکار حیاتی هستند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل‌های لحیم‌کاری رفلو

دو پروفایل رفلو مادون قرمز (IR) پیشنهادی به تفصیل شرح داده شده‌اند: یکی برای فرآیند لحیم استاندارد قلع-سرب (SnPb) و دیگری برای فرآیند لحیم بدون سرب (Pb-free) که معمولاً از آلیاژهای SAC (Sn-Ag-Cu) استفاده می‌کند. همانطور که نشان داده شده است، پروفایل بدون سرب به دمای پیک بالاتری نیاز دارد. هر دو پروفایل شامل پارامترهای حیاتی هستند: دمای پیش‌گرم و مدت زمان آن، زمان بالاتر از نقطه ذوب (TAL)، دمای پیک و زمان درون ناحیه دمای بحرانی. پیروی از این پروفایل‌ها برای جلوگیری از شوک حرارتی به بسته‌بندی LED که می‌تواند باعث جدایش داخلی یا آسیب چیپ شود، در حالی که رفلو مناسب لحیم را تضمین می‌کند، ضروری است.

6.2 نگهداری و جابجایی

LEDها به جذب رطوبت حساس هستند. اگر از بسته‌بندی اصلی ضد رطوبت خارج شوند، باید ظرف یک هفته تحت لحیم‌کاری رفلو قرار گیرند. برای نگهداری طولانی‌تر خارج از کیسه اصلی، باید در محیط خشک، مانند یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا دسیکاتور نیتروژن ذخیره شوند. اگر بیش از یک هفته بدون بسته‌بندی نگهداری شوند، قبل از لحیم‌کاری یک فرآیند پخت (مثلاً 60 درجه سلسیوس به مدت 24 ساعت) توصیه می‌شود تا رطوبت جذب شده خارج شده و از "پاپ کورن شدن" در حین رفلو جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت لزوم تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. غوطه‌وری LED در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. مواد شیمیایی خشن یا نامشخص می‌توانند به لنز اپوکسی یا مواد بسته‌بندی آسیب برسانند و منجر به تغییر رنگ، ترک خوردگی یا کاهش خروجی نور شوند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

قطعات در نوار حامل برجسته به عرض 8 میلی‌متر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) عرضه می‌شوند. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. جیب‌های نوار با یک نوار پوشش محافظ بالایی مهر و موم شده‌اند. برای راندمان تولید، بسته‌بندی از استانداردهای صنعتی (ANSI/EIA 481-1-A) پیروی می‌کند که تضمین کننده سازگاری با فیدرهای نوار خودکار استاندارد است. حداقل مقدار بسته‌بندی برای سفارشات باقیمانده 500 قطعه مشخص شده است. کنترل کیفیت اجازه حداکثر دو قطعه مفقوده متوالی در نوار را می‌دهد.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

LEDها قطعات جریان‌محور هستند. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت، به ویژه هنگامی که چندین LED به صورت موازی استفاده می‌شوند، اکیداً توصیه می‌شود که از یک مقاومت محدودکننده جریان سری برای هر LED یا هر کانال رنگ درون LED دو رنگ استفاده شود. نمودار مدار ارائه شده (مدار A) این پیکربندی را نشان می‌دهد: یک مقاومت به صورت سری با LED. اتصال مستقیم LEDها به صورت موازی بدون مقاومت‌های جداگانه (مدار B) توصیه نمی‌شود، زیرا تغییرات جزئی در مشخصه ولتاژ مستقیم (Vf) بین LEDهای منفرد باعث عدم تعادل جریان قابل توجهی شده و منجر به روشنایی ناهموار و جریان بیش از حد احتمالی در برخی قطعات می‌شود.

8.2 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

چیپ‌های نیمه‌هادی درون LED در برابر آسیب ناشی از تخلیه الکترواستاتیک آسیب‌پذیر هستند. اقدامات کنترل ESD مناسب باید در حین جابجایی و مونتاژ اجرا شود. این شامل استفاده از مچ‌بندهای زمین‌شده، زیراندازهای ضد استاتیک و اطمینان از زمین‌شدن صحیح تمام تجهیزات است. قطعه باید در یک ناحیه محافظت شده در برابر ESD جابجا شود.

8.3 محدوده کاربرد و محدودیت‌ها

این LED برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی معمولی مانند لوازم الکترونیکی مصرفی، تجهیزات اداری و دستگاه‌های ارتباطی طراحی شده است. این قطعه به طور خاص برای کاربردهایی که قابلیت اطمینان بالا برای ایمنی حیاتی است، مانند هوانوردی، کنترل حمل و نقل، سیستم‌های پشتیبانی حیات پزشکی یا دستگاه‌های ایمنی، طراحی یا واجد شرایط نشده است. برای چنین کاربردهایی، باید قطعاتی با صلاحیت‌های قابلیت اطمینان مناسب انتخاب شوند.

9. مقایسه و تمایز فنی

ویژگی تمایز کلیدی این قطعه، ادغام دو چیپ رنگ مجزا (آبی و زرد) در یک بسته‌بندی SMD استاندارد است. در مقایسه با استفاده از دو LED تک رنگ جداگانه، این امر فضای PCB را ذخیره می‌کند، تعداد قطعات را کاهش می‌دهد و مونتاژ پیک‌اندپلیس را ساده می‌سازد. استفاده از InGaN برای آبی و AlInGaP برای زرد نشان‌دهنده فناوری‌های نیمه‌هادی استاندارد و با راندمان بالا برای این رنگ‌های به‌خصوص است که روشنایی و پایداری خوبی ارائه می‌دهند. زاویه دید وسیع 130 درجه، الگوی نور منتشر مناسبی را فراهم می‌کند که برای نشانگرهای پنلی که نیاز به مشاهده از زوایای مایل است، مناسب می‌باشد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: آیا می‌توانم هر دو چیپ آبی و زرد را همزمان در حداکثر جریان خود راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. رتبه‌های اتلاف توان (76 میلی‌وات برای آبی، 75 میلی‌وات برای زرد) و کاهش رتبه حرارتی باید در نظر گرفته شوند. راه‌اندازی همزمان هر دو چیپ در حداکثر جریان DC خود (20mA برای آبی، 30mA برای زرد) گرمای قابل توجهی تولید می‌کند. جریان‌های مجاز واقعی به توانایی PCB در دفع گرما (مدیریت حرارتی) و دمای محیط بستگی دارد. محاسبات با استفاده از فاکتورهای کاهش رتبه ضروری است.

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

ج: طول موج پیک (λP) طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است. طول موج غالب (λd) از نمودار رنگی CIE مشتق شده و نشان‌دهنده طول موج تک نور تک‌فام خالصی است که با رنگ درک شده LED مطابقت دارد. این پارامتری است که بیشترین ارتباط را با ادراک رنگ انسان دارد.

س: چرا حتی اگر منبع تغذیه من تنظیم‌شده ولتاژ است، یک مقاومت محدودکننده جریان لازم است؟

ج: ولتاژ مستقیم یک LED دارای تلرانس بوده و با دما تغییر می‌کند. یک منبع ولتاژ که مستقیماً متصل شود، سعی می‌کند هر جریانی که برای دستیابی به آن ولتاژ در دو سر دیود لازم است را تأمین کند، که می‌تواند بیش از حد بالا بوده و LED را از بین ببرد. مقاومت سری یک رابطه خطی و قابل پیش‌بینی بین ولتاژ تغذیه و جریان LED ایجاد می‌کند و عملکرد را پایدار می‌سازد.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

یک طراحی برای نشانگر وضعیت دوگانه روی یک روتر شبکه را در نظر بگیرید. یک LED واحد LTST-C155TBJSKT-5A می‌تواند رنگ آبی را برای "روشن بودن برق/فعال بودن شبکه" و رنگ زرد را برای "فعالیت داده" نشان دهد. پایه‌های GPIO میکروکنترلر دو مدار درایور جداگانه را کنترل می‌کنند. برای کانال آبی، با منبع تغذیه 5 ولت (Vcc) و جریان هدف 10 میلی‌آمپر (به خوبی زیر حداکثر 20mA برای حاشیه اطمینان)، مقدار مقاومت سری به صورت R = (Vcc - Vf_blue) / I = (5V - 3.1V) / 0.01A = 190 اهم محاسبه می‌شود. یک مقاومت استاندارد 200 اهمی انتخاب می‌شود. یک محاسبه مشابه برای کانال زرد در 15 میلی‌آمپر: R = (5V - 2.0V) / 0.015A = 200 اهم. این طراحی حداقل فضای برد را استفاده می‌کند، نشانگرهای واضح و روشنی ارائه می‌دهد و به راحتی مونتاژ می‌شود.

12. معرفی اصل عملکرد

دیودهای نورافشان (LEDها) قطعات نیمه‌هادی پیوند p-n هستند که از طریق فرآیندی به نام الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در یک دیود استاندارد، این انرژی به صورت گرما آزاد می‌شود. در یک LED، ماده نیمه‌هادی (مانند InGaN یا AlInGaP) دارای گاف نواری مستقیم است، به این معنی که این انرژی عمدتاً به صورت فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج (رنگ) نور تابش شده توسط انرژی گاف نواری ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود، همانطور که توسط معادله E = hc/λ توصیف می‌شود، که در آن E انرژی گاف نواری، h ثابت پلانک، c سرعت نور و λ طول موج است.

13. روندهای فناوری

حوزه اپتوالکترونیک با تمرکز بر چندین حوزه کلیدی همچنان در حال پیشرفت است. بهبود راندمان ادامه دارد، با تحقیق در مورد ساختارهای مواد جدید (مانند چاه‌های کوانتومی و نانوسیم‌ها) و زیرلایه‌ها برای کاهش تلفات داخلی و افزایش استخراج نور. کوچک‌سازی همچنان یک محرک است و بسته‌بندی‌ها را به سمت فوت‌پرینت‌های کوچک‌تر و پروفایل‌های کوتاه‌تر در حالی که عملکرد نوری حفظ یا بهبود می‌یابد، سوق می‌دهد. همچنین روند قوی‌ای به سمت قابلیت اطمینان بالاتر و طول عمر عملیاتی طولانی‌تر، به ویژه برای کاربردهای روشنایی خودرو و روشنایی عمومی وجود دارد. علاوه بر این، ادغام چندین عملکرد، مانند ترکیب LEDها با سنسورها یا ICهای درایور در یک بسته واحد (سیستم در بسته یا SiP)، حوزه‌ای از توسعه فعال است تا ارزش بیشتری ارائه داده و طراحی سیستم نهایی را ساده‌تر کند.