دیتاشیت فنی LTST-C195TBKFKT-5A - ال‌ای‌دی دو رنگ SMD (آبی و نارنجی) - ارتفاع 0.55 میلی‌متر - 3.2V/2.3V - 38mW/50mW

1. مرور کلی محصول

این سند، مشخصات فنی کامل ال‌ای‌دی دو رنگ LTST-C195TBKFKT-5A را ارائه می‌دهد که یک دیود نورافشان نصب سطحی (SMD) است. این قطعه، دو تراشه نیمه‌هادی مجزا را در یک بسته‌بندی فوق‌نازک ادغام کرده است: یکی نور آبی ساطع می‌کند (بر پایه فناوری InGaN) و دیگری نور نارنجی (بر پایه فناوری AlInGaP). این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار و کاربردهایی طراحی شده که صرفه‌جویی در فضا و عملکرد مطمئن، حیاتی هستند.

1.1 ویژگی‌های کلیدی و بازار هدف

مزایای اصلی این ال‌ای‌دی شامل مطابقت با دستورالعمل‌های RoHS، پروفایل فوق‌العاده کم‌ارتفاع 0.55 میلی‌متر و خروجی روشنایی بالا است. این قطعه در نوار 8 میلی‌متری روی قرقره‌های 7 اینچی بسته‌بندی شده و مطابق با استانداردهای EIA است که آن را با تجهیزات خودکار Pick-and-Place و فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) سازگار می‌کند. طراحی آن همچنین با مدارهای مجتمع (IC) سازگار است.

حوزه‌های کاربردی متداول آن، ارتباطات از راه دور، اتوماسیون اداری، لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی را در بر می‌گیرد. مصارف خاص شامل نور پس‌زمینه کی‌پدها و صفحه‌کلیدها، نشانگر وضعیت، ادغام در نمایشگرهای میکرو و روشنایی سیگنال یا نمادها می‌شود.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

این بخش، تحلیل دقیق و عینی از محدودیت‌های عملیاتی و ویژگی‌های عملکردی ال‌ای‌دی تحت شرایط آزمایش استاندارد را ارائه می‌دهد.

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

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

• اتلاف توان (P_d):38 میلی‌وات برای تراشه آبی؛ 50 میلی‌وات برای تراشه نارنجی. این پارامتر نشان‌دهنده حداکثر توانی است که ال‌ای‌دی می‌تواند بدون تخریب، به صورت گرما دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):40 میلی‌آمپر برای هر دو رنگ، که فقط تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است.
• جریان مستقیم DC (I_F):10 میلی‌آمپر برای آبی؛ 20 میلی‌آمپر برای نارنجی. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته پیشنهادی است.
• دمای کارکرد و نگهداری:این قطعه برای محدوده دمای محیط (T_a) بین 20- تا 80+ درجه سانتی‌گراد در حین کار و 30- تا 100+ درجه سانتی‌گراد در حین نگهداری درجه‌بندی شده است.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد را حداکثر به مدت 5 ثانیه تحمل می‌کند که برای فرآیندهای ریفلو بدون سرب استاندارد است.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری در T_a=25°C

این پارامترها، عملکرد معمول قطعه را هنگامی که تحت شرایط مشخص شده (I_F= 5mA مگر خلاف آن ذکر شده) راه‌اندازی می‌شود، تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):حداقل 11.2 میلی‌کاندلا برای هر دو رنگ. حداکثر معمول برای آبی 45 میلی‌کاندلا و برای نارنجی 71 میلی‌کاندلا است. این معیاری از روشنایی درک شده توسط چشم انسان است.
• زاویه دید (2θ_1/2):معمولاً 130 درجه. این زاویه دید گسترده نشان‌دهنده الگوی انتشار نور پخش و غیرجهتی است که برای روشنایی منطقه‌ای مناسب می‌باشد.
• طول موج تابش پیک (λ_P):معمولاً 468 نانومتر (آبی) و 611 نانومتر (نارنجی). این طول‌موجی است که در آن خروجی توان طیفی در بالاترین حد است.
• طول موج غالب (λ_d):در جریان 5mA، از 465 تا 475 نانومتر (آبی) و از 600 تا 610 نانومتر (نارنجی) متغیر است. این طول‌موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ را تعریف می‌کند.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):معمولاً 25 نانومتر (آبی) و 17 نانومتر (نارنجی). این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر به معنای رنگ تک‌فام‌تر است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 2.80 ولت (آبی، حداکثر 3.20 ولت) و 2.00 ولت (نارنجی، حداکثر 2.30 ولت) در جریان 5mA. این افت ولتاژ دو سر ال‌ای‌دی هنگام عبور جریان است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر برای هر دو در ولتاژ معکوس V_R= 5V. ال‌ای‌دی‌ها برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده‌اند؛ این پارامتر فقط برای اهداف آزمایش است.

3. توضیح سیستم باینینگ

ال‌ای‌دی‌ها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده‌شان دسته‌بندی (باینینگ) می‌شوند تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی تضمین شود.

3.1 باینینگ شدت نور

هر رنگ دارای محدوده‌های شدت تعریف‌شده‌ای است که یک کد باین به آن اختصاص داده می‌شود. تلرانس درون هر باین، 15± درصد است.

باینینگ ال‌ای‌دی آبی (@5mA):

• باین L: 11.2 - 18.0 میلی‌کاندلا
• باین M: 18.0 - 28.0 میلی‌کاندلا
• باین N: 28.0 - 45.0 میلی‌کاندلا

باینینگ ال‌ای‌دی نارنجی (@5mA):

• باین L: 11.2 - 18.0 میلی‌کاندلا
• باین M: 18.0 - 28.0 میلی‌کاندلا
• باین N: 28.0 - 45.0 میلی‌کاندلا
• باین P: 45.0 - 71.0 میلی‌کاندلا

این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد تا ال‌ای‌دی‌هایی با حداقل روشنایی تضمین‌شده برای کاربرد خود انتخاب کنند و به دستیابی به عملکرد بصری یکنواخت در بین چندین واحد کمک می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

اگرچه منحنی‌های گرافیکی خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 1 برای توزیع طیفی، شکل 6 برای زاویه دید)، اما مفاهیم آن‌ها برای طراحی حیاتی است.

4.1 جریان مستقیم در مقابل شدت نور (منحنی I_F-I_V)

خروجی نور تقریباً متناسب با جریان مستقیم است، اما این رابطه کاملاً خطی نیست، به ویژه در جریان‌های بالاتر که ممکن است بازده به دلیل گرمایش کاهش یابد. کارکرد در جریان DC پیشنهادی یا پایین‌تر از آن، خروجی پایدار و طول عمر را تضمین می‌کند.

4.2 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (منحنی I_F-V_F)

یک ال‌ای‌دی، مشخصه I-V نمایی مشابه دیود را نشان می‌دهد. یک تغییر کوچک در ولتاژ مستقیم می‌تواند باعث تغییر بزرگی در جریان شود. بنابراین، روش استاندارد، راه‌اندازی ال‌ای‌دی‌ها با یک منبع جریان ثابت است، نه یک منبع ولتاژ ثابت، تا خروجی نور پایدار و قابل پیش‌بینی تضمین شود و از فرار حرارتی جلوگیری گردد.

4.3 توزیع طیفی

منحنی طیفی، توان نسبی ساطع شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد. طول موج پیک (λ_P) و نیم‌عرض (Δλ) از این منحنی استخراج می‌شوند. تراشه نارنجی AlInGaP معمولاً عرض طیفی باریک‌تری نسبت به تراشه آبی InGaN دارد که منجر به رنگی اشباع‌تر می‌شود.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی و تخصیص پایه‌ها

این قطعه مطابق با فوت‌پرینت استاندارد SMD است. ابعاد حیاتی شامل اندازه بدنه و ارتفاع کلی 0.55 میلی‌متر می‌باشد. تخصیص پایه‌ها به شرح زیر است: پایه‌های 1 و 3 برای آند/کاتد ال‌ای‌دی آبی، و پایه‌های 2 و 4 برای آند/کاتد ال‌ای‌دی نارنجی هستند. لنز آن شفاف است. تمام تلرانس‌های ابعادی 0.1± میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

5.2 طرح‌ریزی پیشنهادی پد PCB و قطبیت

دیتاشیت، یک الگوی لند (فوت‌پرینت) پیشنهادی برای برد مدار چاپی (PCB) ارائه می‌دهد. رعایت این الگو برای دستیابی به اتصالات لحیمی مطمئن، تراز مناسب و اتلاف حرارت مؤثر در طول فرآیند ریفلو حیاتی است. طراحی پد همچنین به جلوگیری از پدیده "تومب‌ستونینگ" (ایستادن قطعه روی یک سر) کمک می‌کند. علامت‌گذاری واضح قطبیت روی چاپ ابریشمی PCB که با نشانگر کاتد ال‌ای‌دی مطابقت دارد، برای جلوگیری از نصب نادرست ضروری است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو IR

برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب، یک پروفایل ریفلو پیشنهادی ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• پیش‌گرم:150 تا 200 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 120 ثانیه برای گرم کردن تدریجی برد و فعال‌سازی فلاکس.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد.
• زمان بالاتر از نقطه مایع:قطعه باید حداکثر به مدت 10 ثانیه در معرض دمای پیک قرار گیرد و فرآیند ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.

این پارامترها بر اساس استانداردهای JEDEC هستند تا مونتاژ مطمئن بدون آسیب به بسته‌بندی ال‌ای‌دی یا تراشه نیمه‌هادی درون آن تضمین شود.

6.2 شرایط نگهداری و جابجایی

احتیاط‌های ESD:ال‌ای‌دی‌ها به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند. جابجایی باید با استفاده از مچ‌بند، زیرانداز ضداستاتیک و تجهیزات زمین‌شده انجام شود.

سطح حساسیت رطوبت (MSL):این قطعه در سطح MSL 3 درجه‌بندی شده است. این بدان معناست که پس از باز کردن کیسه اصلی مانع رطوبت، قطعات باید در شرایط محیط کارخانه (کمتر از 30 درجه سانتی‌گراد و 60% رطوبت نسبی) حداکثر ظرف یک هفته (168 ساعت) لحیم شوند. اگر این زمان سپری شود، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای حدود 60 درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل 20 ساعت است تا رطوبت جذب شده حذف و از "پاپ‌کورنینگ" در حین ریفلو جلوگیری شود.

نگهداری بلندمدت:بسته‌های بازنشده باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شوند. برای بسته‌های بازشده یا نگهداری طولانی‌مدت، قطعات باید در یک ظرف دربسته همراه با جاذب رطوبت یا در اتمسفر نیتروژن نگهداری شوند.

6.3 تمیزکاری

اگر تمیزکاری پس از لحیم‌کاری ضروری است، فقط باید از حلال‌های الکلی مشخص شده مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) یا اتیل الکل استفاده شود. ال‌ای‌دی باید در دمای معمولی کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز پلاستیکی یا مواد بسته‌بندی آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

ال‌ای‌دی‌ها در نوار حامل برجسته‌دار با یک نوار پوشش محافظ عرضه می‌شوند که روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده‌اند. مقدار بسته‌بندی استاندارد 4000 قطعه در هر قرقره است. برای مقادیر کمتر از یک قرقره کامل، حداقل مقدار بسته‌بندی 500 قطعه اعمال می‌شود. بسته‌بندی مطابق با استانداردهای ANSI/EIA-481 است.

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

هر کانال رنگ (آبی و نارنجی) باید به طور مستقل راه‌اندازی شود. یک مقاومت محدودکننده جریان سری، ساده‌ترین روش راه‌اندازی است. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_منبع- V_F) / I_F. برای عملکرد پایدارتر، به ویژه هنگامی که ولتاژ منبع V_منبعمتغیر است یا برای کنترل دقیق روشنایی، استفاده از مدار درایور جریان ثابت (مثلاً با استفاده از یک آی‌سی درایور ال‌ای‌دی اختصاصی یا یک منبع جریان مبتنی بر ترانزیستور) توصیه می‌شود.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان کم است، اما طراحی حرارتی مناسب طول عمر ال‌ای‌دی را افزایش می‌دهد. اطمینان حاصل کنید که طراحی پد PCB، مساحت کافی مس را به عنوان هیت‌سینک فراهم می‌کند. از کارکرد ال‌ای‌دی در مقادیر حداکثر مطلق جریان و توان برای دوره‌های طولانی خودداری کنید، زیرا این امر افت لومن (کاهش خروجی نور در طول زمان) را تسریع می‌کند.

8.3 طراحی نوری

زاویه دید گسترده 130 درجه، این ال‌ای‌دی را برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی وسیع و یکنواخت دارند، نه یک پرتو متمرکز، مناسب می‌سازد. برای نور جهت‌دارتر، ممکن است لنزهای خارجی یا راهنماهای نور لازم باشد. لنز شفاف برای انتشار رنگ واقعی بهینه است.

9. مقایسه و تمایز فنی

عوامل تمایز کلیدی این قطعه،قابلیت دو رنگ بودن در یک بسته‌بندی فوق‌نازک 0.55 میلی‌متریاست. این امکان استفاده از دو نشانگر وضعیت مستقل یا ترکیب رنگ را در فضایی که معمولاً توسط یک ال‌ای‌دی تک رنگ اشغال می‌شود، فراهم می‌کند. استفاده از InGaN برای آبی و AlInGaP برای نارنجی، نمایانگر فناوری‌های نیمه‌هادی استاندارد و با بازده بالا برای این رنگ‌های خاص است که روشنایی و قابلیت اطمینان خوبی ارائه می‌دهند. سازگاری آن با مونتاژ خودکار و پروفایل‌های ریفلو استاندارد، آن را به یک راه‌حل جایگزین آسان برای تولید الکترونیک مدرن تبدیل می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 آیا می‌توان هر دو ال‌ای‌دی آبی و نارنجی را همزمان با حداکثر جریان DC راه‌اندازی کرد؟

خیر. محدوده‌های حداکثر مطلق، محدودیت‌های اتلاف توان برای هر تراشه را مشخص می‌کنند (38mW آبی، 50mW نارنجی). راه‌اندازی همزمان هر دو با جریان I_F=10mA (آبی) و I_F=20mA (نارنجی) منجر به مصرف توان تقریبی 28mW (آبی: 10mA * 2.8V) و 40mW (نارنجی: 20mA * 2.0V) و در مجموع 68mW می‌شود. اگرچه این مقدار کمتر از مجموع حداکثرهای فردی است، اما گرما را در یک منطقه بسیار کوچک متمرکز می‌کند. برای عملیات بلندمدت مطمئن، توصیه می‌شود زیر مقادیر حداکثر مطلق راه‌اندازی شود و اثرات حرارتی روی PCB در نظر گرفته شود.

10.2 تفاوت طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

طول موج پیک (λ_P)طول موج فیزیکی است که در آن ال‌ای‌دی بیشترین توان نوری را ساطع می‌کند و توسط اسپکترومتر اندازه‌گیری می‌شود.طول موج غالب (λ_d)یک مقدار محاسبه‌شده است که از نمودار رنگی CIE مشتق می‌شود و نشان‌دهنده طول موج واحدی است که چشم انسان رنگ را به آن درک می‌کند. برای ال‌ای‌دی‌های تک‌فام، اغلب نزدیک به هم هستند، اما برای ال‌ای‌دی‌هایی با طیف گسترده‌تر (مانند ال‌ای‌دی‌های سفید)، می‌توانند بسیار متفاوت باشند. در این دیتاشیت، هر دو برای مشخص‌سازی دقیق رنگ ارائه شده‌اند.

10.3 چرا مشخصه جریان معکوس (I_R) وجود دارد در حالی که ال‌ای‌دی برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؟

مشخصه I_R(حداکثر 100 میکروآمپر در 5 ولت) یکپارامتر آزمایش کیفیت و نشتیاست. این مشخصه، یکپارچگی اتصال نیمه‌هادی را تضمین می‌کند. در طول مونتاژ یا در مدار، ممکن است ال‌ای‌دی به طور مختصر در معرض یک بایاس معکوس کوچک قرار گیرد. این پارامتر تضمین می‌کند که تحت چنین شرایطی، جریان نشتی از یک حد تعریف‌شده تجاوز نکند که نشان‌دهنده یک قطعه تولیدشده به درستی است. این نباید به عنوان یک شرایط کارکرد ایمن تفسیر شود.

11. مثال کاربردی عملی

سناریو: نشانگر وضعیت دو حالته در یک دستگاه قابل حمل

یک دستگاه پزشکی دستی از یک نشانگر واحد برای نمایش چندین حالت استفاده می‌کند: خاموش (بدون نور)، آماده به کار (نارنجی) و فعال (آبی). LTST-C195TBKFKT-5A ایده‌آل است زیرا در مقایسه با استفاده از دو ال‌ای‌دی جداگانه، در فضا صرفه‌جویی می‌کند. واحد میکروکنترلر (MCU) دارای دو پین GPIO است که هر کدام از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان (مثلاً 150Ω برای آبی و 100Ω برای نارنجی، با فرض منبع تغذیه 5 ولت) به یک کانال رنگ ال‌ای‌دی متصل شده‌اند. فریم‌ور پین‌ها را به طور مستقل کنترل می‌کند. ارتفاع فوق‌نازک آن اجازه می‌دهد تا در پشت یک پنل جلویی نازک جای گیرد. زاویه دید گسترده، مشاهده وضعیت را از زوایای مختلف تضمین می‌کند. طراح، باین M یا N را برای هر دو رنگ انتخاب می‌کند تا روشنایی کافی تحت نور محیطی تضمین شود.

12. معرفی اصل عملکرد

دیودهای نورافشان (LED) دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم به دو سر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در یک دیود سیلیکونی استاندارد، این انرژی به صورت گرما آزاد می‌شود. در ال‌ای‌دی‌ها، مواد نیمه‌هادی (InGaN برای آبی/سبز، AlInGaP برای قرمز/نارنجی/زرد) دارای گاف انرژی مستقیم هستند که باعث می‌شود این انرژی عمدتاً به صورت فوتون (نور) آزاد شود. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. لنز اپوکسی شفاف، تراشه را محافظت می‌کند و به شکل‌دهی الگوی خروجی نور کمک می‌کند.

13. روندهای فناوری

توسعه ال‌ای‌دی‌های SMD مانند این مورد، چندین روند صنعتی را دنبال می‌کند:کوچک‌سازی(بسته‌بندی‌های نازک‌تر و کوچک‌تر)،افزایش بازده(خروجی نوری بالاتر به ازای هر واحد ورودی الکتریکی)، وافزایش قابلیت اطمینان(مقاومت برای محیط‌های سخت و مونتاژ خودکار). ادغام چندین تراشه (چند رنگ یا RGB) در یک بسته واحد، یک رویکرد متداول برای صرفه‌جویی در فضای برد و ساده‌سازی مونتاژ است. علاوه بر این، تلاش مستمری برای بهبود یکنواختی رنگ (باینینگ سخت‌گیرانه‌تر) و توسعه بسته‌بندی‌هایی که بتوانند چگالی توان بالاتری را برای کاربردهای روشنایی عمومی تحمل کنند وجود دارد، اگرچه این قطعه خاص برای استفاده کم‌توان به عنوان نشانگر بهینه شده است.