دیتاشیت کامل LED دو رنگ SMD مدل LTST-C155KSKRKT - ابعاد بسته‌بندی - قرمز/زرد - 30mA - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ال ای دی LTST-C155KSKRKT یک ال ای دی دو رنگ نصب‌سطحی است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن طراحی شده که نیازمند ابعاد فشرده و عملکرد مطمئن هستند. این قطعه دو چیپ نیمه‌هادی مجزا از جنس AlInGaP را در یک پکیج واحد ادغام کرده است: یکی تابش‌کننده در طیف قرمز و دیگری در طیف زرد. این پیکربندی امکان ایجاد نشانگرهای دو رنگ یا سیگنال‌دهی چند حالته ساده را بدون نیاز به چندین قطعه مجزا فراهم می‌کند. این ال ای دی روی نوار 8 میلی‌متری بسته‌بندی و روی قرقره 7 اینچی عرضه می‌شود که آن را با تجهیزات مونتاژ خودکار پیک اند پلیس پرسرعت متداول در تولید انبوه سازگار می‌سازد.

مزایای کلیدی این محصول شامل مطابقت با مقررات زیست‌محیطی، شدت نور خروجی بالا ناشی از فناوری پیشرفته چیپ AlInGaP و زاویه دید وسیع است که دید خوبی از زوایای مختلف را تضمین می‌کند. بازارهای هدف اصلی آن شامل الکترونیک مصرفی، پنل‌های کنترل صنعتی، نورپردازی داخلی خودرو و نشانگر وضعیت عمومی است که در آن‌ها فضا محدود و عملکرد مطمئن مورد نیاز است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدودیت‌های مطلق ریتینگ

محدودیت‌های مطلق ریتینگ، حد تنش‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. برای چیپ‌های قرمز و زرد، حداکثر جریان مستقیم پیوسته (DC) در 30 میلی‌آمپر ریت شده است. حداکثر جریان مستقیم پیک، تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) به طور قابل توجهی بیشتر و معادل 80 میلی‌آمپر است. حداکثر اتلاف توان برای هر چیپ 75 میلی‌وات است. یک پارامتر حیاتی برای طراحی مدار، فاکتور کاهش ریتینگ 0.4 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد است که نشان می‌دهد جریان مستقیم پیوسته مجاز باید به صورت خطی با افزایش دمای محیطی بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود. حداکثر ولتاژ معکوس برای هر دو رنگ 5 ولت است. این قطعه برای کار در محدوده دمای محیطی 30- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد ریت شده و می‌تواند در دمای بین 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد نگهداری شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

تحت شرایط آزمایش استاندارد (دمای محیط=25 درجه سانتی‌گراد، جریان مستقیم=20 میلی‌آمپر)، ال ای دی معیارهای عملکرد خاصی را نشان می‌دهد. شدت نور (Iv) برای چیپ قرمز مقدار معمول 45.0 میلی‌کاندلا (mcd) با حداقل مقدار مشخص‌شده 18.0 میلی‌کاندلا دارد. چیپ زرد معمولاً روشن‌تر است، با شدت نوری 75.0 میلی‌کاندلا و حداقل 28.0 میلی‌کاندلا. هر دو چیپ دارای ولتاژ مستقیم (Vf) معمول 2.0 ولت با حداکثر 2.4 ولت در 20 میلی‌آمپر هستند. این ولتاژ مستقیم نسبتاً پایین برای طراحی مدار کم‌مصرف مفید است. زاویه دید (2θ1/2) برای هر دو رنگ 130 درجه وسیع است که الگوی تابش گسترده‌ای فراهم می‌کند. طول موج تابش پیک (λp) معمولاً برای قرمز 639 نانومتر و برای زرد 591 نانومتر است، در حالی که طول موج غالب (λd) به ترتیب معمولاً 631 نانومتر و 589 نانومتر است. عرض نیم‌خط طیفی (Δλ) 15 نانومتر است که نشان‌دهنده تابش رنگی نسبتاً خالص است. سایر پارامترها شامل حداکثر جریان معکوس (Ir) 10 میکروآمپر در 5 ولت و ظرفیت خازنی (C) معمول 40 پیکوفاراد است.

3. توضیح سیستم باینینگ

این محصول از یک سیستم باینینگ برای دسته‌بندی ال ای دی‌ها بر اساس شدت نور آن‌ها استفاده می‌کند تا یکنواختی درون یک بچ تولیدی را تضمین کند. برای چیپ قرمز، بن‌ها با حروف M، N، P و Q برچسب‌گذاری شده‌اند که محدوده شدت نور حداقل-تا-حداکثر آن‌ها به ترتیب 18.0-28.0 میلی‌کاندلا، 28.0-45.0 میلی‌کاندلا، 45.0-71.0 میلی‌کاندلا و 71.0-112.0 میلی‌کاندلا است. چیپ زرد از بن‌های N، P، Q و R استفاده می‌کند که محدوده‌هایی از 28.0-45.0 میلی‌کاندلا تا 112.0-180.0 میلی‌کاندلا را پوشش می‌دهد. یک تلرانس +/-15% به هر بن شدت نور اعمال می‌شود. این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد تا درجه روشنایی مناسب برای کاربرد خود را انتخاب کنند و بین هزینه و نیازهای عملکردی تعادل برقرار کنند. دیتاشیت برای این شماره قطعه خاص، باینینگ جداگانه‌ای برای طول موج یا ولتاژ مستقیم نشان نمی‌دهد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که متن ارائه‌شده به منحنی‌های مشخصه معمول در صفحه 6 ارجاع می‌دهد، نمودارهای خاص در متن گنجانده نشده‌اند. به طور معمول، چنین دیتاشیت‌هایی شامل منحنی‌هایی است که رابطه بین جریان مستقیم و شدت نور (منحنی I-Iv)، جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم (منحنی I-V) و تأثیر دمای محیط بر شدت نور را نشان می‌دهد. این منحنی‌ها برای درک طراحان از رفتار غیرخطی ال ای دی ضروری هستند. به عنوان مثال، منحنی I-Iv نشان می‌دهد که شدت نور با جریان افزایش می‌یابد اما ممکن است در جریان‌های بالاتر به اشباع برسد. منحنی I-V برای انتخاب مقاومت محدودکننده جریان مناسب حیاتی است. منحنی‌های کاهش ریتینگ دما به صورت بصری نشان می‌دهند که حداکثر جریان مجاز چگونه با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد، که برای تضمین قابلیت اطمینان بلندمدت در محیط‌های چالش‌برانگیز از نظر حرارتی بسیار مهم است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

ال ای دی در یک پکیج نصب‌سطحی ارائه می‌شود. ابعاد فیزیکی دقیق خود قطعه در نقشه ابعاد بسته‌بندی (ارجاع داده شده در صفحه 1 دیتاشیت) به تفصیل شرح داده شده است. قطعه در قالب نوار و قرقره سازگار با مونتاژ خودکار عرضه می‌شود. عرض نوار 8 میلی‌متر است و روی یک قرقره استاندارد به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است. هر قرقره حاوی 3000 عدد از این ال ای دی است. برای سفارشاتی که یک قرقره کامل نیستند، حداقل تعداد بسته‌بندی برای باقیمانده‌ها 500 عدد اعمال می‌شود. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA 481-1-A-1994 است. نوار دارای حفره‌های برجسته برای قطعات است که با یک نوار پوشش بالایی مهر و موم شده‌اند. حداکثر تعداد مجاز قطعات مفقود متوالی در نوار دو عدد است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل‌های لحیم‌کاری

دیتاشیت توصیه‌های شرایط لحیم‌کاری مفصلی را برای جلوگیری از آسیب حرارتی ارائه می‌دهد. برای لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز (IR)، یک پروفایل دمایی خاص پیشنهاد شده است. دمای پیک نباید از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان بالاتر از این دما باید حداکثر به 5 ثانیه محدود شود. یک مرحله پیش‌گرمایش نیز توصیه می‌شود. پروفایل‌های جداگانه‌ای برای فرآیندهای لحیم‌کاری معمولی و فرآیندهای بدون سرب (Pb-free) پیشنهاد شده است، که دومی نیازمند خمیر لحیم با ترکیب SnAgCu است. برای لحیم‌کاری موجی، حداکثر دمای موج لحیم 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 10 ثانیه مشخص شده است، با محدودیت پیش‌گرمایش 100 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 60 ثانیه. برای 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.

6.2 نگهداری و جابجایی

نگهداری صحیح برای حفظ قابلیت لحیم‌کاری حیاتی است. ال ای دی‌ها باید در محیطی با دمای حداکثر 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 70% نگهداری شوند. اگر از بسته‌بندی اصلی ضد رطوبت خارج شوند، باید ظرف یک هفته تحت لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز قرار گیرند. برای نگهداری طولانی‌تر خارج از کیسه اصلی، باید در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کننده یا در یک دسیکاتور نیتروژن نگهداری شوند. قطعاتی که بیش از یک هفته بدون بسته‌بندی نگهداری شده‌اند، قبل از مونتاژ نیاز به فرآیند پخت در دمای تقریبی 60 درجه سانتی‌گراد برای حداقل 24 ساعت دارند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پف کردن" در حین رفلو جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت لزوم به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص‌شده استفاده شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به پکیج ال ای دی آسیب برسانند. روش توصیه‌شده غوطه‌ور کردن ال ای دی در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق معمولی برای کمتر از یک دقیقه است. تمیزکاری تهاجمی یا اولتراسونیک توصیه نمی‌شود مگر اینکه به طور خاص آزمایش و تأیید صلاحیت شده باشد.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

این ال ای دی دو رنگ برای کاربردهایی که نیازمند نشانگر وضعیت با بیش از یک حالت هستند ایده‌آل است. کاربردهای متداول شامل نشانگرهای برق/آماده‌به‌کار (مثلاً قرمز برای حالت آماده‌به‌کار، زرد برای روشن)، نشانگرهای خطا/هشدار، نشانگرهای وضعیت شارژ باتری و بازخورد انتخاب حالت در دستگاه‌های مصرفی مانند روترها، شارژرها، تجهیزات صوتی و لوازم کوچک است. زاویه دید وسیع آن، آن را برای کاربردهای پنل جلویی مناسب می‌سازد که کاربر ممکن است نشانگر را از یک زاویه مشاهده کند.

7.2 ملاحظات طراحی و روش راه‌اندازی

ال ای دی‌ها قطعات جریان‌محور هستند. برای اطمینان از یکنواختی روشنایی، به ویژه هنگامی که چندین ال ای دی به صورت موازی استفاده می‌شوند، اکیداً توصیه می‌شود از یک مقاومت محدودکننده جریان سری برای هر ال ای دی استفاده شود (مدل مدار A). راه‌اندازی چندین ال ای دی به صورت موازی بدون مقاومت‌های جداگانه (مدل مدار B) توصیه نمی‌شود زیرا تغییرات کوچک در مشخصه ولتاژ مستقیم (Vf) هر ال ای دی می‌تواند باعث تفاوت‌های قابل توجه در جریان عبوری از هر یک شود و منجر به روشنایی ناهموار گردد. مدار راه‌انداز باید طوری طراحی شود که جریان را به حداکثر ریتینگ DC هر چیپ یعنی 30 میلی‌آمپر محدود کند، با در نظر گرفتن فاکتور کاهش ریتینگ در صورتی که دمای محیط عملیاتی بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد باشد.

7.3 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

ال ای دی به تخلیه الکترواستاتیک حساس است. برای جلوگیری از آسیب ESD در حین جابجایی و مونتاژ، رعایت موارد احتیاطی زیر ضروری است: پرسنل باید از مچ‌بندهای رسانا یا دستکش‌های ضداستاتیک استفاده کنند. تمام تجهیزات، میزهای کار و قفسه‌های نگهداری باید به درستی زمین شده باشند. می‌توان از یک یونایزر برای خنثی کردن بار استاتیکی که ممکن است در اثر اصطکاک در حین جابجایی روی لنز پلاستیکی جمع شود، استفاده کرد. این اقدامات برای حفظ بازده تولید بالا و قابلیت اطمینان محصول حیاتی هستند.

8. مقایسه و تمایز فنی

ویژگی متمایزکننده اصلی این قطعه، ادغام دو چیپ AlInGaP با بازده بالا در یک پکیج SMD فشرده است. فناوری AlInGaP در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP برای رنگ‌های قرمز و زرد، بازده نوری بالاتر و پایداری دمایی بهتری ارائه می‌دهد. قابلیت دو رنگ بودن، تعداد قطعات و فضای برد را در مقایسه با استفاده از دو ال ای دی تک رنگ مجزا کاهش می‌دهد. زاویه دید وسیع 130 درجه، یک مزیت رقابتی دیگر برای کاربردهایی است که نیازمند دید خارج از محور هستند. سیستم باینینگ دقیق، عملکرد نوری قابل پیش‌بینی را در اختیار طراحان قرار می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم هر دو چیپ قرمز و زرد را همزمان با جریان کامل 30 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. محدودیت‌های مطلق ریتینگ، 30 میلی‌آمپر DC برای هر چیپ را مشخص می‌کنند. راه‌اندازی همزمان هر دو با جریان کامل احتمالاً از محدودیت‌های کل اتلاف توان پکیج فراتر رفته و باعث گرمای بیش از حد می‌شود. مدار راه‌انداز باید برای مدیریت توان کل طراحی شود.

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

ج: طول موج پیک (λp) طول موجی است که در آن طیف تابش بیشترین شدت را دارد. طول موج غالب (λd) از نمودار رنگ‌سنجی CIE مشتق شده و نشان‌دهنده طول موج واحدی است که بهترین تطابق را با رنگ درک‌شده نور توسط چشم انسان دارد. λd اغلب برای مشخص‌سازی رنگ مرتبط‌تر است.

p>س: چگونه مقاومت محدودکننده جریان صحیح را انتخاب کنم؟

ج: از قانون اهم استفاده کنید: R = (ولتاژ منبع تغذیه - Vf_ال ای دی) / I_ال ای دی. برای یک طراحی محافظه‌کارانه، از حداکثر Vf موجود در دیتاشیت (2.4 ولت) استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان حتی با تغییرات قطعه به قطعه هرگز از سطح مورد نظر فراتر نمی‌رود. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5 ولت و جریان هدف 20 میلی‌آمپر: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 اهم. از مقدار استاندارد بعدی، مثلاً 130 یا 150 اهم استفاده کنید و اتلاف توان واقعی در مقاومت را محاسبه کنید (P = I^2 * R).

10. موردکاوی طراحی و استفاده عملی

طراحی یک نشانگر دو وضعیتی برای یک سوئیچ شبکه را در نظر بگیرید. هدف نشان دادن وضعیت لینک (زرد ثابت) و فعالیت (قرمز چشمک‌زن) است. LTST-C155KSKRKT برای این کار ایده‌آل است. می‌توان از دو پین GPIO مستقل میکروکنترلر برای راه‌اندازی ال ای دی از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه استفاده کرد. پایه‌های 1 و 3 برای آند/کاتد زرد و پایه‌های 2 و 4 برای قرمز متصل می‌شوند. طراحی باید اطمینان حاصل کند که پین‌های میکروکنترلر می‌توانند جریان کافی را سینک/سورس کنند (مثلاً 20 میلی‌آمپر برای هر رنگ). اگر سوئیچ در یک محیط گرم کار می‌کند (مثلاً دمای 50 درجه سانتی‌گراد داخل محفظه)، جریان مستقیم باید کاهش ریتینگ داده شود. جریان کاهش‌یافته = 30mA - [0.4 mA/°C * (50°C - 25°C)] = 30mA - 10mA = 20mA. بنابراین، طراحی از ابتدا برای 20 میلی‌آمپر، حاشیه ایمنی برای کارکرد در دمای بالا فراهم می‌کند.

11. معرفی اصل عملکرد

دیودهای نورافشان (LED) دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که هنگامی که جریان الکتریکی از آن‌ها می‌گذرد نور ساطع می‌کنند. این پدیده الکترولومینسانس نامیده می‌شود. در سیستم ماده AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) مورد استفاده در این ال ای دی، هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب می‌شوند، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. AlInGaP دارای گاف باندی مناسب برای تولید نور قرمز، نارنجی و زرد با بازده بالا است. پکیج دو رنگ به سادگی دو عدد از چنین چیپ‌های نیمه‌هادی با ترکیبات مواد (گاف باند) متفاوت را درون یک ماده پوششی واحد جای داده است، با اتصالات الکتریکی جداگانه برای کنترل مستقل.

12. روندهای فناوری

روند کلی در فناوری ال ای دی برای کاربردهای نشانگر، همچنان به سمت بازده بالاتر، اندازه پکیج کوچک‌تر و مصرف توان کمتر ادامه دارد. AlInGaP به دلیل کارایی و پایداری برتر خود، فناوری غالب برای ال ای دی‌های قرمز، نارنجی و زرد با عملکرد بالا باقی مانده است. یکپارچه‌سازی، همانطور که در این دستگاه دو رنگ مشاهده می‌شود، یک روند کلیدی برای صرفه‌جویی در فضای PCB و ساده‌سازی مونتاژ در الکترونیک‌های به طور فزاینده مینیاتوری است. همچنین تأکید فزاینده‌ای بر باینینگ دقیق و تلرانس‌های تنگ‌تر برای پاسخگویی به نیازهای کاربردهایی که نیازمند رنگ و روشنایی یکنواخت هستند، مانند کلاسترهای خودرو یا الکترونیک مصرفی که یکنواختی زیبایی‌شناختی در آن‌ها مهم است، وجود دارد. علاوه بر این، سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب و دمای بالا اکنون یک الزام استاندارد برای تمام قطعات مورد استفاده در تولید الکترونیک مدرن است.