دیتاشیت فنی LED دو رنگ SMD مدل LTST-C155TBKFKT - آبی و نارنجی - 20mA و 30mA

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک LED دو رنگ از نوع دستگاه نصب‌شده روی سطح (SMD) را شرح می‌دهد. این قطعه دو چیپ نیمه‌هادی مجزا را در یک پکیج واحد ادغام کرده است: یک چیپ InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) که نور آبی ساطع می‌کند و یک چیپ AlInGaP (آلومینیوم ایندیوم گالیم فسفید) که نور نارنجی ساطع می‌کند. این طراحی امکان ایجاد دو منبع نور مستقل یا، از طریق راه‌اندازی کنترل‌شده، ترکیب رنگ بالقوه در کاربردها را فراهم می‌کند. LED در قالب نوار و قرقره بسته‌بندی شده است که با سیستم‌های مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place سازگار بوده و از استاندارد بسته‌بندی EIA پیروی می‌کند. این محصول به عنوان یک محصول سازگار با RoHS و دوستدار محیط‌زیست طراحی شده است.

1.1 ویژگی‌های اصلی و کاربردهای هدف

مزیت اصلی این LED، قابلیت دو رنگ بودن آن در ابعاد فشرده SMD است. ویژگی‌های کلیدی شامل روشنایی فوق‌العاده بالا از هر دو فناوری چیپ، سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز (IR) و فاز بخار، و طراحی برای ادغام با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک می‌باشد. سازگاری آن با مدارهای مجتمع (I.C.) نشان می‌دهد که می‌توان آن را مستقیماً توسط سیگنال‌های سطح منطقی استاندارد با محدودیت جریان مناسب راه‌اندازی کرد. کاربردهای متداول شامل نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه کلیدها و پنل‌ها، نورپردازی تزئینی و الکترونیک مصرفی است که در آن فضا محدود است و نیاز به چندین رنگ نشانگر از یک مکان قطعه واحد می‌باشد.

2. محدوده‌های حداکثر مطلق

کارکرد یا ذخیره دستگاه فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• اتلاف توان:آبی: 76 میلی‌وات، نارنجی: 75 میلی‌وات (در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد)
• جریان مستقیم پیک:آبی: 100 میلی‌آمپر، نارنجی: 80 میلی‌آمپر (چرخه وظیفه 1/10، پهنای پالس 0.1 میلی‌ثانیه)
• جریان مستقیم DC:آبی: 20 میلی‌آمپر، نارنجی: 30 میلی‌آمپر
• کاهش ظرفیت (دریتینگ):آبی: 0.25 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد، نارنجی: 0.4 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد (خطی از 25 درجه سانتی‌گراد)
• ولتاژ معکوس:برای هر دو رنگ 5 ولت (توجه: نمی‌توان به طور مداوم در بایاس معکوس کار کرد)
• محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:55- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• دمای لحیم‌کاری:موج/مادون قرمز: حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه؛ فاز بخار: حداکثر 215 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 دقیقه.

3. مشخصات الکتریکی و نوری

اندازه‌گیری شده در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد تحت شرایط تست مشخص شده.

3.1 پارامترهای نوری (در جریان مستقیم 20mA)

• شدت نور (Iv):
  
  آبی: حداقل 28.0 میلی‌کاندلا، معمولی 45.0 میلی‌کاندلا.
  
  نارنجی: حداقل 45.0 میلی‌کاندلا، معمولی 90.0 میلی‌کاندلا.
  
  اندازه‌گیری شده با یک سنسور/فیلتر که تقریباً منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE را شبیه‌سازی می‌کند.
• زاویه دید (2θ1/2):برای هر دو رنگ معمولاً 130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار روی محور می‌رسد.
• طول موج پیک (λP):آبی: معمولاً 468 نانومتر، نارنجی: معمولاً 611 نانومتر.
• طول موج غالب (λd):آبی: معمولاً 470 نانومتر، نارنجی: معمولاً 605 نانومتر. این مقدار از نمودار رنگی CIE استخراج شده و رنگ درک‌شده را تعریف می‌کند.
• پهنای باند طیفی (Δλ):آبی: معمولاً 25 نانومتر، نارنجی: معمولاً 17 نانومتر.

3.2 پارامترهای الکتریکی

• ولتاژ مستقیم (VF) در جریان مستقیم 20mA:
  
  آبی: حداقل 2.80 ولت، معمولی 3.50 ولت، حداکثر 3.80 ولت.
  
  نارنجی: حداقل 1.80 ولت، معمولی 2.00 ولت، حداکثر 2.40 ولت.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر برای هر دو در ولتاژ معکوس 5 ولت.
• ظرفیت خازنی (C):برای نارنجی معمولاً 40 پیکوفاراد در ولتاژ مستقیم 0 ولت و فرکانس 1 مگاهرتز.

4. سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

LEDها بر اساس شدت نور به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی تضمین شود.

4.1 دسته‌بندی شدت نور

چیپ آبی (در 20mA):

کد N: 28.0 - 45.0 میلی‌کاندلا

کد P: 45.0 - 71.0 میلی‌کاندلا

کد Q: 71.0 - 112.0 میلی‌کاندلا

کد R: 112.0 - 180.0 میلی‌کاندلا

چیپ نارنجی (در 20mA):

کد P: 45.0 - 71.0 میلی‌کاندلا

کد Q: 71.0 - 112.0 میلی‌کاندلا

کد R: 112.0 - 180.0 میلی‌کاندلا

تلورانس درون هر دسته شدت نور، مثبت/منفی 15% است.

5. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه معمولی اشاره می‌کند که به طور معمول رابطه بین پارامترهای کلیدی را نشان می‌دهند. طراحان باید این روابط غیرخطی را در نظر بگیرند.

5.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

هر دو LED یک مشخصه نمایی شبیه دیود را نشان می‌دهند. LED آبی (InGaN) در مقایسه با LED نارنجی (AlInGaP) در جریان 20mA، ولتاژ مستقیم معمولی به مراتب بالاتری دارد (~3.5 ولت در مقابل ~2.0 ولت). این اختلاف ولتاژ برای طراحی مدار حیاتی است، به ویژه هنگام راه‌اندازی هر دو رنگ از یک ریل ولتاژ مشترک، زیرا مستلزم مقادیر مختلف مقاومت سری برای دستیابی به جریان هدف یکسان است.

5.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

شدت نور در محدوده عملیاتی توصیه شده تقریباً متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، راندمان ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش گرما کاهش یابد. مشخصات کاهش ظرفیت (0.25 میلی‌آمپر/درجه برای آبی، 0.4 میلی‌آمپر/درجه برای نارنجی) نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان DC مجاز باید با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شده و طول عمر تضمین شود.

5.3 توزیع طیفی

چیپ آبی در محدوده تقریبی 468-470 نانومتر با پهنای باند طیفی نسبتاً وسیع 25 نانومتر (معمولی) ساطع می‌کند. چیپ نارنجی در محدوده تقریبی 605-611 نانومتر با پهنای باند باریک‌تر 17 نانومتر (معمولی) ساطع می‌کند. مقادیر طول موج غالب برای کاربردهای حساس به رنگ بسیار مهم هستند.

6. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

6.1 تخصیص پایه‌ها و قطبیت

این دستگاه چهار پایه دارد. برای مدل LTST-C155TBKFKT:

- چیپ آبی InGaN به پایه‌های 1 و 3 متصل است.

- چیپ نارنجی AlInGaP به پایه‌های 2 و 4 متصل است.

این پیکربندی به طور معمول امکان کنترل مستقل هر رنگ را فراهم می‌کند. لنز شفاف (Water Clear) است.

6.2 ابعاد پکیج و نوار/قرقره

LED در نوار حامل برجسته به عرض 8 میلی‌متر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) عرضه می‌شود. تعداد استاندارد در هر قرقره 4000 عدد است. دیتاشیت شامل نقشه‌های ابعادی دقیق برای بدنه LED، طرح پایه لحیم توصیه شده (Land Pattern) و مشخصات نوار و قرقره می‌باشد که مطابق با استاندارد ANSI/EIA 481-1-A-1994 است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلورانس استاندارد مثبت/منفی 0.10 میلی‌متر است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. طراحی صحیح پایه‌ها برای لحیم‌کاری قابل اعتماد و پایداری مکانیکی ضروری است.

7. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

7.1 پروفیل‌های لحیم‌کاری رفلو

این قطعه با فرآیندهای رفلو استاندارد سازگار است. دو پروفیل رفلو مادون قرمز (IR) پیشنهادی ارائه شده است: یکی برای فرآیند لحیم معمولی (قلع-سرب) و یکی برای فرآیند لحیم بدون سرب (مثلاً SnAgCu). پارامترهای حیاتی شامل موارد زیر است:

- پیش‌گرم:افزایش دما تا 120-150 درجه سانتی‌گراد.

- زمان خیس‌خوری/پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه.

- دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد.

- زمان بالاتر از نقطه ذوب (Liquidus):حداکثر 5 ثانیه در دمای پیک.

رعایت این پروفیل‌ها از شوک حرارتی و آسیب به پکیج یا دای LED جلوگیری می‌کند.

7.2 لحیم‌کاری موجی و دستی

برای لحیم‌کاری موجی، پیش‌گرم نباید بیش از 100 درجه سانتی‌گراد و حداکثر به مدت 60 ثانیه باشد، با موج لحیم حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد و تا 10 ثانیه. در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی با هویه، دمای نوک هویه نباید از 300 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان تماس باید به 3 ثانیه برای هر اتصال، فقط یک بار، محدود شود تا از انتقال حرارت بیش از حد جلوگیری شود.

7.3 تمیزکاری و ذخیره‌سازی

تمیزکاری:فقط باید از مواد شوینده مشخص شده استفاده شود. استفاده از ایزوپروپیل الکل یا اتیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه توصیه می‌شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی یا پکیج آسیب برسانند.

ذخیره‌سازی:برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت خارج از کیسه رطوبت‌گیر اصلی، LEDها باید در محیطی با دمای حداکثر 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 70% نگهداری شوند. برای ذخیره‌سازی طولانی، از یک ظرف درب‌دار با ماده جاذب رطوبت (دسیکانت) یا محیط نیتروژن استفاده کنید. قطعاتی که بیش از یک هفته در معرض هوای محیط قرار گرفته‌اند، باید قبل از لحیم‌کاری در دمای تقریبی 60 درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل 24 ساعت حرارت داده شوند (بیک شوند) تا رطوبت جذب شده حذف شده و از پدیده \"پاپ کورن\" در حین رفلو جلوگیری شود.

8. ملاحظات طراحی کاربرد

8.1 طراحی مدار راه‌انداز

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از یکنواختی روشنایی و جلوگیری از آسیب، یک مکانیزم محدودکننده جریان اجباری است. مدار توصیه شده (مدار A) از یک مقاومت سری برای هر LED استفاده می‌کند. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (ولتاژ منبع - ولتاژ مستقیم LED) / جریان مستقیم، که در آن ولتاژ مستقیم LED، ولتاژ مستقیم LED خاص در جریان مورد نظر است. به دلیل تغییرات در ولتاژ مستقیم (نگاه کنید به دسته‌بندی و محدوده‌های معمولی)، راه‌اندازی چندین LED به صورت موازی از یک منبع ولتاژ واحد با یک مقاومت مشترک (مدار B) توصیه نمی‌شود، زیرا می‌تواند منجر به عدم تعادل جریان قابل توجه و روشنایی ناهموار شود.

8.2 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

LED به تخلیه الکترواستاتیک و موج‌های ولتاژ حساس است. در حین جابجایی و مونتاژ باید اقدامات احتیاطی انجام شود:

- از مچ‌بندهای زمین‌شده یا دستکش‌های ضداستاتیک استفاده کنید.

- اطمینان حاصل کنید که تمام ایستگاه‌های کاری، ابزارها و تجهیزات به درستی زمین شده‌اند.

- رویه‌های بسته‌بندی و حمل و نقل ایمن در برابر ESD را اجرا کنید.

عدم رعایت اقدامات احتیاطی ESD می‌تواند منجر به خرابی فوری یا آسیب پنهان شود که قابلیت اطمینان بلندمدت را کاهش می‌دهد.

8.3 مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان نسبتاً کم است، طراحی حرارتی مناسب طول عمر را افزایش داده و عملکرد نوری را حفظ می‌کند. منحنی‌های کاهش ظرفیت مشخص می‌کنند که چگونه حداکثر جریان باید با افزایش دمای محیط کاهش یابد. اطمینان از مساحت کافی مس در اطراف پایه‌های حرارتی LED (در صورت وجود) یا استفاده از وایا به لایه‌های داخلی PCB می‌تواند به دفع گرما کمک کند، به ویژه در کاربردهای با دمای محیط بالا یا محصور.

9. مقایسه و تمایز فنی

تمایز اصلی این LED دو رنگ در داشتن دو چیپ مجزا با روشنایی بالا در یک پکیج SMD استاندارد است. در مقایسه با استفاده از دو LED تک رنگ جداگانه، فضای PCB را صرفه‌جویی می‌کند، تعداد قطعات را کاهش می‌دهد و مونتاژ Pick-and-Place را ساده می‌کند. استفاده از InGaN برای رنگ آبی، راندمان و روشنایی بالاتری نسبت به فناوری‌های قدیمی مانند GaP ارائه می‌دهد. فناوری AlInGaP برای رنگ نارنجی، راندمان بالا و خلوص رنگ عالی در طیف قرمز-نارنجی-کهربایی فراهم می‌کند. این ترکیب انعطاف‌پذیری طراحی را در نشانگر وضعیت (مثلاً آبی برای حالت آماده‌باش، نارنجی برای فعال/خطا) یا ترکیب رنگ ساده امکان‌پذیر می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال 1: آیا می‌توانم هر دو LED آبی و نارنجی را همزمان در جریان نامی کامل خود راه‌اندازی کنم؟

پاسخ 1: محدوده‌های حداکثر مطلق برای هر چیپ به طور جداگانه مشخص شده است. اتلاف توان کل برای پکیج، مجموع اتلاف هر چیپ فعال خواهد بود. شما باید اطمینان حاصل کنید که بار حرارتی ترکیبی از توانایی پکیج در دفع گرما تجاوز نمی‌کند، به ویژه در دمای محیط بالا. به مشخصات کاهش ظرفیت مراجعه کنید.

سوال 2: چرا ولتاژهای مستقیم بین چیپ‌های آبی و نارنجی اینقدر متفاوت است؟

پاسخ 2: ولتاژ مستقیم یک ویژگی اساسی از گاف انرژی (باندگپ) ماده نیمه‌هادی است. InGaN (آبی) گاف انرژی وسیع‌تری (~3.4 الکترون‌ولت) نسبت به AlInGaP (نارنجی/قرمز، ~2.0 الکترون‌ولت) دارد که مستقیماً منجر به ولتاژ مستقیم بالاتری برای دستیابی به هدایت و گسیل نور می‌شود.

سوال 3: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

پاسخ 3: طول موج پیک (λP) طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است. طول موج غالب (λd) طول موج تک‌رنگی از یک نور تک‌رنگ است که در مقایسه با یک مرجع سفید استاندارد، به نظر می‌رسد همان رنگ خروجی LED را دارد. برای LEDهایی با طیف متقارن، این دو اغلب نزدیک هستند. برای طیف‌های کج، λd نماینده‌تر از رنگ درک‌شده است.

سوال 4: هنگام سفارش چگونه کدهای دسته‌بندی شدت نور را تفسیر کنم؟

پاسخ 4: کد دسته (مثلاً N, P, Q, R) یک محدوده حداقل و حداکثر تضمین‌شده برای شدت نور LED در جریان تست را تعریف می‌کند. مشخص کردن یک کد دسته تضمین می‌کند که LEDهایی با روشنایی یکنواخت در آن محدوده دریافت می‌کنید. به عنوان مثال، سفارش از دسته \"P\" برای چیپ نارنجی، شدت نوری بین 45.0 تا 71.0 میلی‌کاندلا در 20mA را تضمین می‌کند.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: نشانگر وضعیت دوگانه برای یک روتر شبکه

یک طراح به دو نشانگر وضعیت (\"روشن/آماده‌باش\" و \"فعالیت شبکه\") نیاز دارد اما فقط فضای یک سوراخ نشانگر LED روی پنل جلویی دارد. استفاده از LTST-C155TBKFKT یک راه‌حل ظریف ارائه می‌دهد.

پیاده‌سازی:LED آبی از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان که برای 15mA محاسبه شده است (مثلاً R = (3.3V - 3.5V)/0.015A، که نیاز به تنظیم جزئی ولتاژ منبع یا مقدار مقاومت بر اساس ولتاژ مستقیم معمولی دارد) به سیگنال \"Power\" متصل می‌شود. LED نارنجی به یک سیگنال پالسی از کنترلر شبکه متصل می‌شود و برای نشان دادن فعالیت داده‌ها چشمک می‌زند. فرم‌ور میکروکنترلر را می‌توان برنامه‌ریزی کرد تا از هر دو LED برای یک حالت سوم نیز استفاده کند (مثلاً نارنجی ثابت برای وضعیت خطا). این قطعه واحد چندین نقش را ایفا می‌کند، در مقایسه با راه‌حل دو LED، فضا، هزینه مونتاژ را صرفه‌جویی کرده و لیست مواد را ساده می‌کند.

12. اصول فناوری

گسیل نور در این LEDها بر اساس الکترولومینسانس در مواد نیمه‌هادی با گاف انرژی مستقیم است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. انرژی آزاد شده در طول بازترکیب به صورت یک فوتون ساطع می‌شود. طول موج (رنگ) این فوتون توسط انرژی گاف (Eg) ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود، طبق معادله λ ≈ 1240/Eg (نانومتر)، که در آن Eg بر حسب الکترون‌ولت (eV) است. مواد InGaN برای طول موج‌های کوتاه‌تر (آبی، سبز، سفید) استفاده می‌شوند، در حالی که مواد AlInGaP برای طول موج‌های بلندتر (زرد، نارنجی، قرمز) استفاده می‌شوند. لنز \"شفاف\" معمولاً از اپوکسی یا سیلیکون ساخته شده است که برای طول موج‌های ساطع شده شفاف است.

13. روندهای صنعت

روند در LEDهای نشانگر SMD به سمت راندمان بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد توان الکتریکی)، اندازه پکیج کوچک‌تر و یکپارچه‌سازی بیشتر ادامه دارد. LEDهای دو رنگ و چند رنگ در پکیج‌های واحد برای پشتیبانی از نشانگر وضعیت پیچیده و مینیاتوری‌سازی رایج‌تر می‌شوند. همچنین تلاش قوی‌ای برای بهبود قابلیت اطمینان تحت شرایط سخت (دمای بالاتر، رطوبت) و سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب و دمای بالا که توسط تولید الکترونیک مدرن مورد نیاز است، وجود دارد. علاوه بر این، تقاضا برای یکنواختی رنگ دقیق و تلورانس‌های دسته‌بندی تنگ‌تر برای کاربردها در فضای داخلی خودرو، لوازم خانگی مصرفی و تجهیزات حرفه‌ای که هویت برند و تجربه کاربری به نشانه‌های بصری دقیق گره خورده است، در حال رشد است.