دیتاشیت فنی LED SMD نارنجی LTST-M670KFKT - AlInGaP - زاویه دید 120 درجه - 20mA - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک دیود نورافشان (LED) نصب‌سطحی (SMD) را ارائه می‌دهد. این قطعه یک LED نارنجی است که از ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) به عنوان منبع نور استفاده می‌کند و در یک پکیج لنز شفاف آبی (Water-Clear) قرار گرفته است. این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار طراحی شده و با تکنیک‌های لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز سازگار است که آن را برای تولید انبوه روی بردهای مدار چاپی (PCB) مناسب می‌سازد. محصول مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) است و به عنوان یک محصول سبز طبقه‌بندی می‌شود.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED شامل سازگاری آن با تجهیزات خودکار Pick-and-Place (که تولید را ساده‌سازی می‌کند) و واجد شرایط بودن برای پروفیل‌های لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب مادون قرمز (که با استانداردهای زیست‌محیطی و تولیدی مدرن همسو است) می‌باشد. پکیج استاندارد EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک) آن، سازگاری مکانیکی با سیستم‌های استاندارد صنعتی قرارگیری را تضمین می‌کند. همچنین این قطعه به عنوان سازگار با مدارهای مجتمع (I.C.) توصیف شده است که نشان می‌دهد ویژگی‌های درایو آن برای اتصال مستقیم با خروجی‌های سطح منطقی معمولی مناسب است. کاربردهای هدف گسترده هستند و تجهیزات الکترونیکی عمومی که نیاز به نورپردازی نشانگر قابل اطمینان دارند را در بر می‌گیرند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدوده‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد مشخص شده‌اند.

• اتلاف توان (Pd):72 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که قطعه می‌تواند به صورت گرما تلف کند بدون آنکه از محدودیت‌های حرارتی خود فراتر رود.
• جریان مستقیم پیک (IFP):80 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم لحظه‌ای مجاز است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مشخص می‌شود.
• جریان مستقیم DC (IF):30 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته‌ای است که می‌توان تحت شرایط حالت پایدار به LED اعمال کرد.
• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. اعمال ولتاژی بیش از این مقدار در جهت معکوس می‌تواند باعث شکست و آسیب به پیوند LED شود.
• محدوده دمای کاری:40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیطی که در آن عملکرد دستگاه در پارامترهای مشخص شده تضمین می‌شود.
• محدوده دمای نگهداری:40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای ایمن برای نگهداری زمانی که دستگاه روشن نیست.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که در Ta=25°C و جریان تست (IF) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (Iv):از حداقل 140 میلی‌کاندلا تا حداکثر معمول 450 میلی‌کاندلا متغیر است. این مقدار روشنایی درک شده LED توسط چشم انسان را اندازه‌گیری می‌کند و از یک فیلتر استفاده می‌کند که منحنی پاسخ فوتوپیک CIE را تقریب می‌زند.
• زاویه دید (2θ1/2):120 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار اندازه‌گیری شده روی محور مرکزی (0°) کاهش می‌یابد. زاویه 120 درجه نشان‌دهنده یک الگوی دید گسترده است.
• طول موج تابش پیک (λP):611 نانومتر. این طول موجی است که در آن خروجی توان طیفی LED در حداکثر خود قرار دارد.
• طول موج غالب (λd):از 600 نانومتر تا 612 نانومتر متغیر است. این مقدار از نمودار رنگ‌سنجی CIE استخراج می‌شود و نشان‌دهنده طول موج واحدی است که به بهترین شکل رنگ درک شده نور را توصیف می‌کند. این پارامتر کلیدی برای مشخصات رنگ است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):17 نانومتر. این عرض طیف تابش در نصف حداکثر توان آن (عرض کامل در نصف بیشینه - FWHM) است. مقدار 17 نانومتر برای یک LED نارنجی AlInGaP معمول است و نشان‌دهنده رنگ نسبتاً خالص است.
• ولتاژ مستقیم (VF):در IF=20mA از 1.8 ولت تا 2.4 ولت متغیر است. این افت ولتاژ در دو سر LED زمانی است که جریان از آن عبور می‌کند.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر در VR=5V. این جریان نشتی کوچکی است که هنگام اعمال ولتاژ معکوس مشخص شده جریان می‌یابد.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (باین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص برای رنگ و عملکرد الکتریکی را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ ولتاژ مستقیم (واحد: ولت @20mA)

LEDها بر اساس افت ولتاژ مستقیم آنها دسته‌بندی می‌شوند:
کد باین D2: 1.8V (حداقل) تا 2.0V (حداکثر)
کد باین D3: 2.0V (حداقل) تا 2.2V (حداکثر)
کد باین D4: 2.2V (حداقل) تا 2.4V (حداکثر)
تلرانس هر باین +/-0.1V است.

3.2 باینینگ شدت نور (واحد: میلی‌کاندلا @20mA)

LEDها بر اساس خروجی روشنایی مرتب می‌شوند:
کد باین R2: 140.0 تا 180.0 میلی‌کاندلا
کد باین S1: 180.0 تا 224.0 میلی‌کاندلا
کد باین S2: 224.0 تا 280.0 میلی‌کاندلا
کد باین T1: 280.0 تا 355.0 میلی‌کاندلا
کد باین T2: 355.0 تا 450.0 میلی‌کاندلا
تلرانس هر باین +/-11% است.

3.3 باینینگ طول موج غالب (واحد: نانومتر @20mA)

LEDها بر اساس رنگ دقیق (طول موج غالب) طبقه‌بندی می‌شوند:
کد باین P: 600.0 تا 603.0 نانومتر
کد باین Q: 603.0 تا 606.0 نانومتر
کد باین R: 606.0 تا 609.0 نانومتر
کد باین S: 609.0 تا 612.0 نانومتر
تلرانس هر باین +/- 1 نانومتر است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه معمولی اشاره می‌کند که برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ضروری هستند. در حالی که نمودارهای خاص در متن بازتولید نشده‌اند، مفاهیم آنها در زیر تحلیل شده است.

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

منحنی I-V برای یک LED نمایی است. برای محدوده ولتاژ مستقیم مشخص شده 1.8V تا 2.4V در 20mA، طراحان می‌توانند انتظار داشته باشند که نقطه کاری در این پنجره قرار گیرد. این منحنی در انتخاب مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب و درک نیازمندی‌های ولتاژ مدار درایو کمک می‌کند.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

این منحنی معمولاً نشان می‌دهد که شدت نور با جریان مستقیم افزایش می‌یابد، اما نه لزوماً به صورت خطی، به ویژه زمانی که جریان به حداکثر ریتینگ نزدیک می‌شود. این امر برای تعیین جریان درایو مورد نیاز برای دستیابی به سطح روشنایی مطلوب بسیار مهم است.

4.3 ویژگی‌های دمایی

عملکرد LED وابسته به دما است. معمولاً، ولتاژ مستقیم با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد، در حالی که شدت نور نیز کاهش می‌یابد. درک این منحنی‌ها برای کاربردهایی که در کل محدوده 40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند، حیاتی است تا عملکرد یکنواخت تضمین شود.

4.4 توزیع طیفی

منحنی خروجی طیفی، شدت نور ساطع شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد که حول طول موج پیک 611 نانومتر با نیم‌عرض 17 نانومتر متمرکز شده است. این، خلوص رنگ نور نارنجی را تعریف می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج دستگاه

LED در یک پکیج SMD استاندارد عرضه می‌شود. دیتاشیت شامل یک نقشه ابعادی دقیق با تمام اندازه‌گیری‌های حیاتی بر حسب میلی‌متر (و اینچ) است. ابعاد کلیدی شامل طول بدنه، عرض، ارتفاع، فاصله پایه‌ها و توصیه‌های پد می‌باشد. تلرانس‌ها معمولاً ±0.2mm هستند مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. این اطلاعات برای طراحی الگوی لند PCB حیاتی است.

5.2 شناسایی قطبیت

LEDهای SMD باید به درستی روی PCB جهت‌دهی شوند. نقشه دیتاشیت پایه‌های کاتد (منفی) و آند (مثبت) را نشان می‌دهد، که اغلب از طریق یک علامت روی بدنه پکیج یا یک ویژگی نامتقارن انجام می‌شود.

5.3 بسته‌بندی نوار و قرقره

برای مونتاژ خودکار، LEDها روی نوار حامل برجسته‌دار و قرقره عرضه می‌شوند.
ابعاد نوار:عرض نوار، ابعاد حفره‌ها و مشخصات نوار پوششی ارائه شده‌اند تا سازگاری با فیدرها تضمین شود.
مشخصات قرقره:LEDها روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) بسته‌بندی شده‌اند. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است. حداقل مقدار بسته‌بندی برای قطعات باقیمانده 500 قطعه است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است. یادداشت‌ها مشخص می‌کنند که حفره‌های خالی مهر و موم شده‌اند و حداکثر دو قطعه مفقود متوالی مجاز است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز

دستگاه با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز سازگار است. یک پروفیل پیشنهادی مطابق با J-STD-020B برای لحیم‌کاری بدون سرب ارائه شده است. پارامترهای کلیدی این پروفیل شامل موارد زیر است:
پیش‌گرم:150-200 درجه سانتی‌گراد.
زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه.
دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد.
زمان بالاتر از نقطه مایع:برای تشکیل صحیح اتصال لحیم حیاتی است (زمان خاص از منحنی پروفیل در صفحه 3 استناد شده است).
پروفیل یک هدف کلی است؛ پروفیل‌های نهایی در سطح برد باید بر اساس طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و فر مورد استفاده، مشخصه‌یابی شوند.

6.2 لحیم‌کاری دستی (هویه)

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، محدودیت‌های زیر اعمال می‌شود:
دمای هویه:حداکثر 300 درجه سانتی‌گراد.
زمان لحیم‌کاری:حداکثر 3 ثانیه برای هر اتصال.
لحیم‌کاری دستی باید فقط یک بار انجام شود تا از تنش حرارتی جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. غوطه‌ور کردن LED در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه توصیه می‌شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به پکیج آسیب برسانند.

6.4 شرایط نگهداری

نگهداری مناسب برای حفظ قابلیت لحیم‌کاری، به ویژه برای قطعات حساس به رطوبت، ضروری است.
بسته مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شود. عمر قفسه یک سال است زمانی که در کیسه ضد رطوبت اصلی با ماده خشک‌کن نگهداری شود.
بسته باز شده:برای قطعاتی که از کیسه مهر و موم شده خارج شده‌اند، محیط نگهداری نباید از 30°C و 60% RH تجاوز کند. توصیه می‌شود لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز در عرض 168 ساعت (7 روز) پس از قرارگیری در معرض هوا تکمیل شود. برای نگهداری طولانی‌تر، قطعات باید در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در یک دسیکاتور نیتروژن نگهداری شوند. قطعاتی که بیش از 168 ساعت در معرض هوا قرار گرفته‌اند، باید قبل از مونتاژ در دمای تقریباً 60°C به مدت حداقل 48 ساعت پخته شوند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پاپ کورن شدن" (Popcorning) در حین ریفلو جلوگیری شود.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. متداول‌ترین روش درایو، استفاده از یک مقاومت سری محدودکننده جریان است. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (Vcc - VF) / IF، که در آن Vcc ولتاژ تغذیه، VF ولتاژ مستقیم LED (برای اطمینان از حداکثر مقدار از باین یا دیتاشیت استفاده کنید) و IF جریان مستقیم مورد نظر (مثلاً 20mA) است. برای چندین LED، اتصال آنها به صورت سری، جریان یکسان از هر یک را تضمین می‌کند و یکنواختی روشنایی را تقویت می‌کند. اتصال موازی بدون مقاومت‌های جداگانه توصیه نمی‌شود، زیرا تغییرات جزئی در VF می‌تواند باعث عدم تعادل قابل توجه جریان شود.

7.2 طراحی پد PCB (الگوی لند)

دیتاشیت یک طرح پد توصیه شده برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز یا فاز بخار ارائه می‌دهد. پیروی از این توصیه برای دستیابی به اتصالات لحیم قابل اطمینان، تراز مناسب و به حداقل رساندن پدیده "تومب‌استونینگ" (بلند شدن یک سر قطعه) حیاتی است. طراحی پد، جرم حرارتی و حجم لحیم را در نظر می‌گیرد.

7.3 مدیریت حرارتی

در حالی که اتلاف توان نسبتاً کم است (حداکثر 72mW)، طراحی حرارتی مناسب روی PCB می‌تواند به حفظ دمای پیوند پایین‌تر کمک کند که بازده نوری و قابلیت اطمینان بلندمدت را بهبود می‌بخشد. این ممکن است شامل استفاده از وایاهای حرارتی یا اطمینان از مساحت کافی مس متصل به پدهای LED باشد.

7.4 محدوده کاربردی و احتیاط

این LED برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی معمولی مانند تجهیزات اداری، دستگاه‌های ارتباطی و لوازم خانگی در نظر گرفته شده است. برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان استثنایی دارند که خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، سیستم‌های پزشکی، دستگاه‌های ایمنی)، مشاوره و تأیید صلاحیت خاص قبل از استفاده ضروری است.

8. مقایسه و تمایز فنی

این LED نارنجی AlInGaP مزایای خاصی ارائه می‌دهد. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر، AlInGaP بازده بالاتر و پایداری رنگ بهتری در طول زمان و دما فراهم می‌کند. زاویه دید 120 درجه برای یک LED نشانگر SMD به طور قابل توجهی گسترده است و دید خوبی از موقعیت‌های خارج از محور ارائه می‌دهد. سازگاری آن با پروفیل‌های استاندارد ریفلو مادون قرمز برای لحیم‌کاری بدون سرب، آن را به یک انتخاب مدرن و سازگار با محیط زیست مناسب برای خطوط تولید معاصر تبدیل می‌کند. ساختار باینینگ جامع، امکان انتخاب دقیق بر اساس نیازهای رنگ و روشنایی را فراهم می‌کند که برای کاربردهایی که نیاز به ثبات بصری در چندین نشانگر دارند، حیاتی است.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: این LED را با چه جریانی باید درایو کنم؟
پ: شرایط تست معمول 20mA است و حداکثر جریان پیوسته 30mA می‌باشد. برای استفاده عمومی نشانگر و طول عمر خوب، درایو در 20mA استاندارد است. همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان استفاده کنید.

س: چگونه مقدار شدت نور را تفسیر کنم؟
پ: شدت نور (mcd) معیاری از روشنایی در یک جهت خاص است. محدوده 140-450 mcd در 20mA، همراه با زاویه دید 120 درجه، به این معنی است که در هنگام مشاهده روی محور روشن به نظر می‌رسد و در یک ناحیه گسترده قابل مشاهده باقی می‌ماند.

س: آیا می‌توانم از این LED در فضای باز استفاده کنم؟
پ: محدوده دمای کاری 40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهد که می‌تواند طیف وسیعی از شرایط محیطی را تحمل کند. با این حال، پکیج به طور خاص برای ضد آب بودن یا مقاومت در برابر UV درجه‌بندی نشده است. برای استفاده در فضای باز، محافظت محیطی اضافی (پوشش کانوفرمال، محفظه) ضروری خواهد بود.

س: چرا شرایط نگهداری اینقدر مهم است؟
پ: پکیج‌های SMD می‌توانند رطوبت را از هوا جذب کنند. اگر یک قطعه مرطوب در معرض دمای بالای لحیم‌کاری ریفلو قرار گیرد، تبخیر سریع رطوبت می‌تواند باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا ترک خوردگی ("پاپ کورن شدن") شود که منجر به خرابی می‌شود. رعایت دستورالعمل‌های نگهداری و پخت از این امر جلوگیری می‌کند.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک روتر شبکه.
پنل به چندین LED نارنجی برای نشان دادن وضعیت‌های مختلف لینک و فعالیت نیاز دارد. رنگ و روشنایی یکنواخت برای تجربه کاربری مهم است.
مراحل طراحی:
1. انتخاب باینینگ:باین‌هایی برای طول موج غالب (مثلاً باین R: 606-609nm) و شدت نور (مثلاً باین T1: 280-355 mcd) مشخص کنید تا اطمینان حاصل شود که همه LEDهای روی پنل یکسان به نظر می‌رسند.
2. طراحی مدار:منبع منطقی روتر 3.3V است. با استفاده از حداکثر VF برابر 2.4V (از باین D4) و IF هدف 20mA، مقاومت سری را محاسبه کنید: R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 اهم. از یک مقاومت استاندارد 47 اهمی استفاده می‌شود.
3. چیدمان PCB:از ابعاد پد توصیه شده از دیتاشیت استفاده کنید. LEDها را با فاصله کافی برای زاویه دید گسترده 120 درجه قرار دهید تا از تداخل نوری جلوگیری شود.
4. مونتاژ:اطمینان حاصل کنید که کارخانه از پروفیل ریفلو J-STD-020B ارائه شده پیروی می‌کند. تأیید کنید که قطعات از قرقره‌های باز شده در عرض 168 ساعت استفاده شده‌اند یا به درستی پخته شده‌اند.
5. نتیجه:یک پنل با نشانگرهای نارنجی روشن و یکنواخت که از زوایای دید گسترده به وضوح قابل مشاهده هستند.

11. معرفی اصل عملکرد

دیودهای نورافشان، دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌های ماده نوع n در ناحیه فعال با حفره‌های ماده نوع p بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گپ نوار ماده نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود. در این دستگاه، نیمه‌هادی مرکب AlInGaP (فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم) دارای یک گپ نوار است که مربوط به نور نارنجی است، با طول موج غالب در محدوده 600-612 نانومتر. لنز اپوکسی شفاف آبی، تراشه نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی را فراهم می‌کند و خروجی نور را شکل می‌دهد تا زاویه دید مشخص شده 120 درجه حاصل شود.

12. روندهای فناوری

توسعه فناوری LED همچنان بر چندین حوزه کلیدی مرتبط با LEDهای نشانگر مانند این یکی متمرکز است. بهبود بازده (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد ورودی الکتریکی) یک روند مداوم است که به طور بالقوه امکان روشنایی مشابه در جریان درایو پایین‌تر را فراهم می‌کند که مصرف برق و تولید گرما را کاهش می‌دهد. پیشرفت‌ها در مواد بسته‌بندی با هدف بهبود قابلیت اطمینان بلندمدت و پایداری رنگ تحت شرایط دمای بالا و رطوبت بالا است. همچنین روندی به سمت کوچک‌سازی بیشتر پکیج‌ها در حالی که عملکرد نوری حفظ یا بهبود می‌یابد، وجود دارد. علاوه بر این، ادغام الکترونیک درایو یا ویژگی‌های کنترلی (مانند تنظیم جریان داخلی یا دیمر PWM) مستقیماً در پکیج LED، حوزه‌ای از توسعه برای کاربردهای نشانگر پیشرفته‌تر است که طراحی مدار را برای کاربر نهایی ساده می‌کند.