دیتاشیت LED تمام‌رنگ SMD مدل LTST-C19FD1WT - ابعاد 3.2x1.6x0.55 میلی‌متر - ولتاژ 2.0-3.8 ولت - توان 0.08 وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTST-C19FD1WT یک لامپ LED تمام‌رنگ نصب‌سطحی (SMD) است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن و محدود از نظر فضا طراحی شده است. این قطعه سه چیپ LED مجزا را در یک پکیج فوق‌نازک ادغام می‌کند و امکان تولید چندین رنگ را تنها در جایگاه یک قطعه فراهم می‌سازد. این طراحی به‌ویژه برای کاربردهایی که نیازمند نشانگر وضعیت، نور پس‌زمینه یا المان‌های نمایش فشرده هستند، بدون قربانی کردن قابلیت رنگ، بسیار سودمند است.

ابعاد مینیاتوری و سازگاری آن با فرآیندهای مونتاژ خودکار، آن را به انتخابی همه‌کاره برای تولید انبوه تبدیل کرده است. این قطعه مطابق با استاندارد RoHS (محدودیت مواد خطرناک) ساخته شده و از استانداردهای جهانی زیست‌محیطی برای قطعات الکترونیکی پیروی می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزیت اصلی این LED، ادغام منابع نور آبی (InGaN)، سبز (InGaN) و نارنجی (AlInGaP) در یک پکیج استاندارد EIA با ارتفاع تنها 0.55 میلی‌متر است. این پیکربندی چند-چیپی، نیاز به استفاده از چندین LED مجزا برای دستیابی به عملکرد رنگی مشابه را از بین می‌برد و فضای ارزشمند PCB (برد مدار چاپی) را ذخیره می‌کند.

این قطعه به‌طور خاص برای کاربردهای زیر هدف‌گذاری شده است:

• تجهیزات مخابراتی:نشانگرهای وضعیت روی روترها، مودم‌ها و گوشی‌های تلفن.
• اتوماسیون اداری:نور پس‌زمینه کی‌پدها و صفحه‌کلیدها در لپ‌تاپ‌ها و تجهیزات جانبی.
• الکترونیک مصرفی و لوازم خانگی:نشانگرهای برق، حالت یا عملکرد.
• تجهیزات صنعتی:نشانگرهای پنل و المان‌های رابط کاربری اپراتور.
• نمایشگرهای ریز و تابلوها:چراغ‌های اطلاعاتی یا نمادین در مقیاس کوچک.

سازگاری آن با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) با خطوط مونتاژ استاندارد فناوری نصب‌سطحی (SMT) هماهنگ است و نصب کارآمد و قابل اطمینان روی برد را تسهیل می‌کند.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

این بخش تحلیل مفصلی از مشخصات الکتریکی، نوری و حرارتی تعریف شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد. درک این پارامترها برای طراحی صحیح مدار و تضمین قابلیت اطمینان بلندمدت حیاتی است.

2.1 رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق

این رتبه‌بندی‌ها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن تضمین نشده و باید در طراحی از آن اجتناب کرد.

• توان تلف شده (Pd):80 میلی‌وات برای آبی/سبز، 75 میلی‌وات برای نارنجی. این حداکثر توان مجازی است که LED می‌تواند در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد به صورت گرما تلف کند. تجاوز از این حد خطر فرار حرارتی و تخریب را به همراه دارد.
• جریان مستقیم DC (IF):20 میلی‌آمپر برای آبی/سبز، 30 میلی‌آمپر برای نارنجی. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد عادی است. رتبه بالاتر برای چیپ نارنجی در مقایسه فناوری AlInGaP با InGaN معمول است.
• جریان مستقیم پیک:100 میلی‌آمپر برای آبی/سبز، 80 میلی‌آمپر برای نارنجی (در چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه). این رتبه فقط برای عملکرد پالسی کوتاه است و نباید برای محاسبات طراحی DC استفاده شود.
• محدوده‌های دمایی:عملیاتی: 20- تا 80+ درجه سانتی‌گراد؛ ذخیره‌سازی: 30- تا 100+ درجه سانتی‌گراد. عملکرد قطعه در محدوده عملیاتی تضمین شده است. ذخیره‌سازی طولانی‌مدت خارج از محدوده مشخص شده ممکن است بر خواص مواد تأثیر بگذارد.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 10 ثانیه. این مشخصه، تحمل پروفایل حرارتی برای فرآیندهای ریفلو لحیم بدون سرب (Pb-free) را تعریف می‌کند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

این پارامترها تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C, IF=20mA) اندازه‌گیری شده و عملکرد قطعه را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (Iv):بر حسب میلی‌کاندلا (mcd) اندازه‌گیری می‌شود. دیتاشیت مقادیر حداقل و حداکثر برای هر رنگ را ارائه می‌دهد که به زیربخش‌های باین (بخش 3 را ببینید) تقسیم می‌شوند. مقادیر معمول عبارتند از: آبی: 180-28 mcd، سبز: 450-71 mcd، نارنجی: 180-45 mcd. چیپ سبز عموماً بازده بالاتری نشان می‌دهد.
• زاویه دید (2θ1/2):معمولاً 130 درجه. این زاویه دید گسترده نشان‌دهنده یک لنز پخش‌کننده است که نور را در یک ناحیه وسیع توزیع می‌کند نه یک پرتو متمرکز، که برای نشانگرهای وضعیتی که قرار است از زوایای مختلف دیده شوند ایده‌آل است.
• ولتاژ مستقیم (VF):افت ولتاژ دو سر LED هنگام عبور جریان 20mA. مقدار معمول/حداکثر: آبی/سبز: 3.8V/3.5V؛ نارنجی: 2.4V/2.0V. این یک پارامتر حیاتی برای طراحی درایور است. VF پایین‌تر چیپ نارنجی در صورت راه‌اندازی مستقل رنگ‌ها، ملاحظات محدودکننده جریان متفاوتی را می‌طلبد.
• طول موج تابش پیک (λp) و طول موج غالب (λd):λp طول موج در بالاترین نقطه طیف تابش است. λd طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود. مقادیر معمول: آبی: λp=468nm, λd=470nm؛ سبز: λp=520nm, λd=525nm؛ نارنجی: λp=611nm, λd=605nm. تفاوت بین λp و λd به دلیل شکل طیف تابش و پاسخ فوتوپیک چشم است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):عرض طیف تابش در نصف حداکثر شدت آن. مقدار معمول: آبی: 26nm، سبز: 35nm، نارنجی: 17nm. Δλ باریک‌تر، همانطور که در نارنجی مشاهده می‌شود، نشان‌دهنده رنگ طیفی خالص‌تری است.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر در VR=5V. LEDها برای عملکرد بایاس معکوس طراحی نشده‌اند. این پارامتر تست نشتی بسیار جزئی را نشان می‌دهد. اعمال ولتاژ معکوس قابل توجه به قطعه آسیب می‌زند.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای مدیریت تغییرات طبیعی در ساخت نیمه‌هادی‌ها، LEDها بر اساس عملکرد در باین‌ها دسته‌بندی می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی خاص را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ شدت نور

LTST-C19FD1WT از یک سیستم باینینگ مبتنی بر حرف برای شدت نور استفاده می‌کند، با تلرانس +/-15% در هر باین. باین‌های موجود به دلیل بازده ذاتی مواد برای هر رنگ متفاوت است.

• آبی (InGaN):باین‌های N (45-28 mcd)، P (71-45 mcd)، Q (112-71 mcd)، R (180-112 mcd).
• سبز (InGaN):باین‌های Q (112-71 mcd)، R (180-112 mcd)، S (280-180 mcd)، T (450-280 mcd). محدوده بالاتر نسبت به آبی را ملاحظه کنید.
• نارنجی (AlInGaP):باین‌های P (71-45 mcd)، Q (112-71 mcd)، R (180-112 mcd).

هنگام سفارش، مشخص کردن کد باین، ثبات در روشنایی در طول یک خط تولید را تضمین می‌کند. به عنوان مثال، مشخص کردن "سبز، باین T" بالاترین چیپ‌های سبز روشن موجود برای این محصول را تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که دیتاشیت به منحنی‌های معمول اشاره می‌کند، تفسیر کلی آنها بر اساس فیزیک استاندارد LED است.

• منحنی IV (جریان در مقابل ولتاژ):ولتاژ مستقیم (VF) به صورت لگاریتمی با جریان افزایش می‌یابد. منحنی برای چیپ نارنجی (AlInGaP) معمولاً ولتاژ زانو پایین‌تری (~1.8-2.0V) نسبت به چیپ‌های آبی/سبز (InGaN, ~3.0-3.2V) خواهد داشت. فراتر از نقطه زانو، ولتاژ به صورت خطی‌تری افزایش می‌یابد.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:شدت نور تقریباً متناسب با جریان مستقیم تا حداکثر جریان نامی است. با این حال، بازده (لومن بر وات) اغلب در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش گرما کاهش می‌یابد.
• مشخصات دمایی:شدت نور معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. ولتاژ مستقیم نیز با افزایش دما کاهش می‌یابد (ضریب دمایی منفی برای VF).
• توزیع طیفی:هر چیپ در یک باند باریک از طول‌موج‌ها نور ساطع می‌کند که در λp به اوج می‌رسد. طیف نارنجی AlInGaP معمولاً باریک‌تر از طیف‌های InGaN برای آبی و سبز است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج و تخصیص پایه‌ها

این قطعه مطابق با جایگاه استاندارد صنعتی SMD است. ابعاد کلیدی شامل اندازه بدنه تقریباً 3.2mm x 1.6mm با ارتفاع تنها 0.55mm می‌باشد. تخصیص پایه‌ها برای جهت‌دهی صحیح حیاتی است: پایه 1: آند آبی (InGaN)، پایه 2: آند نارنجی (AlInGaP)، پایه 3: آند سبز (InGaN). کاتد هر سه چیپ به صورت داخلی به ترمینال(های) باقی‌مانده متصل شده است. طرح دقیق پد باید همانطور که در نمودار "پد اتصال برد مدار چاپی توصیه شده" دیتاشیت نشان داده شده است رعایت شود تا لحیم‌کاری صحیح و تخلیه حرارتی مناسب تضمین گردد.

5.2 شناسایی قطبیت

قطبیت معمولاً با یک علامت روی پکیج LED، مانند یک نقطه، شکاف یا لبه اریب نزدیک پایه 1 نشان داده می‌شود. چاپ ابریشمی PCB باید این علامت را به وضوح منعکس کند تا از خطاهای مونتاژ جلوگیری شود. قطبیت نادرست مانع روشن شدن LED خواهد شد و در صورت اعمال ولتاژ معکوس بالا توسط مدار درایور ممکن است به قطعه تنش وارد کند.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو

این قطعه برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز بدون سرب (Pb-free) درجه‌بندی شده است. پروفایل توصیه شده شامل یک ناحیه پیش‌گرم (150-200°C)، یک افزایش کنترل شده تا دمای پیک حداکثر 260°C، و یک زمان بالای مایع (TAL) است که در آن دمای پیک حداکثر به مدت 10 ثانیه حفظ می‌شود. کل زمان پیش‌گرم نباید از 120 ثانیه تجاوز کند. این پارامترها بر اساس استانداردهای JEDEC برای جلوگیری از شوک حرارتی و آسیب به پکیج اپوکسی و اتصالات سیمی داخلی است. پروفایل باید برای مونتاژ PCB خاص مشخص شود.

6.2 نگهداری و جابجایی

• ملاحظات ESD (تخلیه الکترواستاتیک):LED به ESD حساس است. جابجایی باید در یک ایستگاه کاری محافظت شده از ESD با استفاده از مچ‌بندهای زمین شده و فوم رسانا انجام شود.
• سطح حساسیت رطوبت (MSL):این قطعه در سطح MSL 3 درجه‌بندی شده است. هنگامی که کیسه اصلی مانع رطوبت باز می‌شود، قطعات باید ظرف 168 ساعت (1 هفته) پس از قرار گرفتن در معرض شرایط محیط کارخانه (<30°C/60% RH) لحیم شوند. در صورت تجاوز از این زمان، نیاز به پخت در دمای 60°C به مدت حداقل 20 ساعت برای حذف رطوبت جذب شده و جلوگیری از "پف کردن" در حین ریفلو است.
• ذخیره‌سازی بلندمدت:کیسه‌های بازنشده باید در دمای ≤30°C و رطوبت ≤90% RH نگهداری شوند. قطعات باز شده باید در یک کابینت خشک یا ظرف دربسته با ماده خشک‌کن نگهداری شوند.

6.3 تمیزکاری

تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، در صورت لزوم، باید از حلال‌های ملایم مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) یا اتیل الکل استفاده کند. غوطه‌وری باید کوتاه (کمتر از یک دقیقه) و در دمای اتاق باشد. مواد شیمیایی خشن یا نامشخص می‌توانند به مواد لنز یا علائم روی پکیج آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

LTST-C19FD1WT روی نوار حامل برجسته استاندارد صنعتی و بر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178mm) عرضه می‌شود. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. ابعاد نوار و قرقره مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است که سازگاری با تجهیزات خودکار Pick-and-Place را تضمین می‌کند. برای مقادیر کمتر از یک قرقره کامل، حداقل مقدار بسته‌بندی برای باقی‌مانده‌ها معمولاً 1000 قطعه است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

هر چیپ رنگی باید به طور مستقل با مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت خود راه‌اندازی شود. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (Vsupply - VF_LED) / IF. به عنوان مثال، راه‌اندازی LED آبی از منبع 5V با IF هدف 20mA و VF معمول 3.5V: R = (5V - 3.5V) / 0.02A = 75 اهم. یک مقاومت استاندارد 75Ω یا 82Ω مناسب خواهد بود. توان نامی مقاومت باید حداقل I²R = (0.02)² * 75 = 0.03W باشد، بنابراین یک مقاومت 1/10W (0.1W) کافی است. میکروکنترلرها یا ICهای درایور LED اختصاصی می‌توانند برای تنظیم نور PWM (مدولاسیون عرض پالس) یا ترکیب رنگ پویا استفاده شوند.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان کم است، اما اطمینان از مساحت کافی مس در اطراف پدهای LED روی PCB به هدایت گرما از اتصال دور کمک می‌کند و روشنایی و طول عمر را حفظ می‌کند.
• همسان‌سازی جریان:برای روشنایی ظاهری یکنواخت هنگامی که چندین رنگ همزمان روشن هستند، باید شدت‌های نوری متفاوت و حساسیت چشم انسان (پاسخ فوتوپیک) در نظر گرفته شود. ممکن است جریان‌های درایو به طور مستقل تنظیم شوند (مثلاً جریان کمتر برای چیپ سبز روشن‌تر) تا نور سفید متعادل یا ترکیب‌های رنگی دیگر حاصل شود.
• محافظت در برابر ولتاژ معکوس:در مدارهایی که LED ممکن است در معرض بایاس معکوس قرار گیرد (مثلاً در آرایه‌های مالتی‌پلکس)، توصیه می‌شود یک دیود شنت به موازات هر رشته LED برای محافظت از قطعات قرار داده شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده کلیدی LTST-C19FD1WT قابلیت "تمام‌رنگ" آن در یک پکیج فوق‌نازک 0.55mm است. در مقایسه با استفاده از سه LED تک‌رنگ مجزا 0603 یا 0402، این راه‌حل یکپارچه صرفه‌جویی قابل توجهی در فضا، ساده‌سازی Pick-and-Place (یک قطعه در مقابل سه قطعه) و به دلیل نزدیکی بیشتر منابع نور، ترکیب رنگ بالقوه بهتری ارائه می‌دهد. استفاده از InGaN برای آبی/سبز و AlInGaP برای نارنجی، بازده بالا و اشباع رنگ خوبی در سراسر طیف فراهم می‌کند. راه‌حل‌های جایگزین ممکن است از یک LED سفید با فیلترهای رنگی یا یک پکیج RGB اختصاصی استفاده کنند که ممکن است ضخیم‌تر باشد یا نیازهای ولتاژ درایو متفاوتی داشته باشد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 آیا می‌توانم هر سه رنگ را همزمان راه‌اندازی کنم تا نور سفید ایجاد شود؟

بله، با راه‌اندازی چیپ‌های قرمز (نارنجی)، سبز و آبی در نسبت‌های جریان مناسب، می‌توانید نور را برای ایجاد رنگ‌های مختلف، از جمله سفید، ترکیب کنید. با این حال، طول موج خاص نارنجی (605-611nm غالب) یک قرمز عمیق نیست، بنابراین "سفید" حاصل ممکن است در مقایسه با LEDی که از یک چیپ قرمز واقعی استفاده می‌کند، کمی گرم یا با گاموت رنگی محدود باشد. دستیابی به یک نقطه سفید خاص (مثلاً D65) نیاز به کنترل دقیق جریان دارد و ممکن است شامل کالیبراسیون باشد.

10.2 چرا حداکثر جریان مستقیم برای چیپ نارنجی متفاوت است؟

چیپ نارنجی از فناوری نیمه‌هادی AlInGaP استفاده می‌کند، در حالی که آبی و سبز از InGaN استفاده می‌کنند. این سیستم‌های مواد مختلف تفاوت‌های ذاتی در تحمل چگالی جریان، بازده داخلی و مشخصات حرارتی دارند که منجر به تعیین جریان پیوسته ایمن بالاتر (30mA در مقابل 20mA) توسط سازنده برای چیپ نارنجی تحت محدودیت‌های حرارتی یکسان پکیج می‌شود.

10.3 اگر مشخصه 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه در لحیم‌کاری ریفلو رعایت نشود چه اتفاقی می‌افتد؟

تجاوز از پروفایل حرارتی توصیه شده می‌تواند باعث چندین خرابی شود: لایه‌لایه شدن پکیج اپوکسی، ترک خوردن دای یا زیرلایه سیلیکون، تخریب فسفر (در صورت وجود) یا خرابی اتصالات سیمی طلای داخلی. این امر به احتمال زیاد منجر به خرابی فوری (عدم خروجی نور) یا کاهش قابل توجه قابلیت اطمینان بلندمدت می‌شود.

11. مثال کاربردی عملی

سناریو: نشانگر وضعیت چندمنظوره برای یک روتر شبکه.یک LTST-C19FD1WT می‌تواند جایگزین سه LED مجزا برای نشان دادن برق (نارنجی ثابت)، فعالیت شبکه (سبز چشمک‌زن) و وضعیت خطا (آبی چشمک‌زن) شود. پایه‌های GPIO یک میکروکنترلر، هر کدام با یک مقاومت سری محدودکننده جریان که مطابق بخش 8.1 محاسبه شده است، هر رنگ را به طور مستقل کنترل می‌کنند. زاویه دید گسترده 130 درجه‌ای اطمینان می‌دهد که نشانگر از هر نقطه در اتاق قابل مشاهده است. پروفایل فوق‌نازک اجازه می‌دهد تا در پشت یک قاب پنل نازک جای گیرد. با استفاده از PWM روی میکروکنترلر، روشنایی هر رنگ را می‌توان برای دید بهینه در شرایط نور محیطی مختلف تنظیم کرد.

12. معرفی اصل عملکرد

دیودهای ساطع‌کننده نور (LEDها) دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌های ماده نوع n با حفره‌های ماده نوع p بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. LTST-C19FD1WT از دو سیستم ماده استفاده می‌کند: ایندیوم گالیم نیترید (InGaN) برای چیپ‌های آبی و سبز که گاف انرژی وسیع‌تری دارد، و آلومینیوم ایندیوم گالیم فسفید (AlInGaP) برای چیپ نارنجی که گاف انرژی باریک‌تری متناظر با طول‌موج‌های بلندتر (قرمز/نارنجی) دارد. لنز سفید پخش‌کننده چیپ‌ها را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی را فراهم می‌کند، پرتو خروجی نور را شکل می‌دهد و هنگامی که چندین چیپ فعال هستند رنگ‌ها را ترکیب می‌کند.

13. روندهای فناوری

توسعه LEDهای SMD مانند LTST-C19FD1WT از روندهای گسترده‌تر در اپتوالکترونیک پیروی می‌کند: افزایش یکپارچگی، مینیاتوری‌سازی و بازده. تکرارهای آینده ممکن است دارای پکیج‌های حتی نازک‌تر، کارایی نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر بر وات) و شاخص‌های بازآفرینی رنگ (CRI) بهبودیافته برای کاربردهای نور سفید ترکیبی باشند. همچنین روندی به سمت تلرانس‌های باینینگ سخت‌گیرانه‌تر برای ارائه رنگ و روشنایی یکنواخت‌تر برای کاربردهای نمایشگر سطح بالا وجود دارد. تلاش برای عملکرد ولتاژ پایین‌تر برای سازگاری با منطق دیجیتال کم‌مصرف پیشرفته (مانند سیستم‌های 1.8V یا 3.3V) حوزه دیگری از توسعه مستمر است.