دیتاشیت SMD LED مدل LTST-C230KRKT - ال‌ای‌دی چیپ نصب معکوس - رنگ قرمز - جریان مستقیم 20mA - ولتاژ مستقیم 2.4V - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند، مشخصات فنی یک ال‌ای‌دی SMD از نوع چیپ با روشنایی بالا و نصب معکوس را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه از ماده نیمه‌هادی پیشرفته AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که به دلیل تولید بازده نوری بالا و خلوص رنگ عالی، به ویژه در طیف قرمز شناخته شده است. ویژگی طراحی اصلی آن، پیکربندی نصب معکوس است که آن را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که ال‌ای‌دی در سمت مخالف PCB نسبت به جهت انتشار نور نصب می‌شود. این پکیج مطابق با استانداردهای EIA است، برای سازگاری با تجهیزات اتوماتیک Pick-and-Place طراحی شده و برای استفاده در فرآیندهای ریفلو لحیم‌کاری مادون قرمز بدون سرب واجد شرایط است. این محصول بر روی نوار استاندارد صنعتی 8 میلی‌متری که روی قرقره‌های 7 اینچی سوار شده، عرضه می‌گردد تا کارایی تولید انبوه را تضمین کند.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

محدوده‌های حداکثر مطلق، حدود تنش‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند. حداکثر اتلاف توان پیوسته 75 میلی‌وات است. جریان مستقیم پیوسته تحت شرایط کار عادی نباید از 30 میلی‌آمپر تجاوز کند. برای کار پالسی، جریان مستقیم پیک 80 میلی‌آمپر تحت یک چرخه کاری سخت 1/10 با عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است. قطعه می‌تواند ولتاژ معکوس تا 5 ولت را تحمل کند. محدوده دمای کاری از 30- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس است، در حالی که محدوده دمای نگهداری کمی وسیع‌تر و از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس می‌باشد. قطعه برای تحمل لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز در دمای پیک 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه درجه‌بندی شده است که با پروفیل‌های متداول مونتاژ بدون سرب هم‌خوانی دارد.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

پارامترهای کلیدی عملکرد در Ta=25°C و با جریان مستقیم (IF) 20 میلی‌آمپر، که شرایط تست استاندارد است، اندازه‌گیری می‌شوند. شدت نور (Iv) مقدار معمول 54.0 میلی‌کاندلا (mcd) با حداقل مقدار مشخص شده 18.0 mcd را دارد. این شدت با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که تقریبی از منحنی پاسخ چشم انسان فوتوپیک (CIE) است. این قطعه دارای زاویه دید بسیار وسیع (2θ1/2) معادل 130 درجه است که به عنوان زاویه کامل‌ای تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری (روی محور) کاهش می‌یابد. طول موج اوج انتشار (λP) معمولاً 639 نانومتر (nm) است، در حالی که طول موج غالب (λd)، که از نظر ادراکی رنگ را تعریف می‌کند، معمولاً 631 نانومتر است. نیم‌عرض خط طیفی (Δλ) 20 نانومتر است که نشان‌دهنده پهنای باند طیفی نسبتاً باریک مشخصه فناوری AlInGaP می‌باشد. ولتاژ مستقیم (VF) معمولاً 2.4 ولت با حداکثر 2.4 ولت در 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شود. جریان معکوس (IR) در هنگام اعمال بایاس معکوس 5 ولت، به حداکثر 10 میکروآمپر محدود می‌شود.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی روشنایی در بین دسته‌های تولید، ال‌ای‌دی‌ها در دسته‌های (باین) شدت نور مرتب می‌شوند. باینینگ بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر انجام می‌شود. لیست کدهای باین ارائه شده شامل چندین دسته است: باین M (18.0-28.0 mcd)، باین N (28.0-45.0 mcd)، باین P (45.0-71.0 mcd)، باین Q (71.0-112.0 mcd) و باین R (112.0-180.0 mcd). یک تلرانس +/-15% به شدت نور درون هر باین اعمال می‌شود. این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد تا درجه روشنایی مناسب برای کاربرد خود را انتخاب کنند و یکنواختی بصری در محصولاتی که از چندین ال‌ای‌دی استفاده می‌کنند را تضمین نمایند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 1 برای توزیع طیفی، شکل 5 برای الگوی زاویه دید)، نقاط داده آن‌ها در متن ارائه نشده است. به طور معمول، چنین منحنی‌هایی رابطه بین جریان مستقیم و شدت نور (نشان‌دهنده افزایش تقریباً خطی تا نقطه اشباع)، اثر دمای محیط بر شدت نور (نشان‌دهنده کاهش با افزایش دما) و توزیع دقیق توان طیفی با اوج حول 639 نانومتر را نشان می‌دهند. این منحنی‌ها برای درک رفتار قطعه تحت شرایط کاری غیراستاندارد و برای طراحی دقیق سیستم نوری بسیار حیاتی هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

این قطعه مطابق با طرح کلی پکیج استاندارد EIA است. ابعاد دقیق پکیج در نقشه‌های دیتاشیت ارائه شده است که شامل طول، عرض، ارتفاع و اندازه‌های پد الکترود می‌شود که همگی با واحد میلی‌متر و تلرانس معمولی ±0.10 میلی‌متر مشخص شده‌اند. تعیین "نصب معکوس" برای چیدمان PCB حیاتی است؛ قطعه باید به درستی جهت‌دهی شود تا نور از طریق برد منتشر شود. دیتاشیت شامل ابعاد پیشنهادی پد لحیم‌کاری برای اطمینان از اتصال لحیم قابل اعتماد و تراز مناسب در طول فرآیند ریفلو است. قطبیت توسط نشانه روی پکیج یا طراحی پد مشخص می‌شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل ریفلو لحیم‌کاری

یک پروفیل ریفلو مادون قرمز پیشنهادی برای فرآیندهای بدون سرب ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل دمای ناحیه پیش‌گرم بین 150 تا 200 درجه سلسیوس، زمان پیش‌گرم حداکثر تا 120 ثانیه، حداکثر دمای بدنه قطعه نباید از 260 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان بالای 260 درجه سلسیوس حداکثر به 10 ثانیه محدود می‌شود. توصیه می‌شود پروفیل مطابق با استانداردهای JEDEC باشد و برای طراحی PCB خاص، خمیر لحیم و فر مورد استفاده در تولید، مشخصه‌یابی شده باشد.

6.2 جابجایی و نگهداری

ال‌ای‌دی به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس است. اقدامات احتیاطی مناسب ESD، مانند استفاده از مچ‌بندهای اتصال به زمین و ایستگاه‌های کاری ضد استاتیک، در حین جابجایی اجباری است. برای نگهداری، اگر کیسه ضد رطوبت اصلی همراه با جاذب رطوبت باز نشده باشد، قطعه باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤90% نگهداری شده و ظرف یک سال استفاده شود. پس از باز شدن کیسه، محیط نگهداری نباید از 30°C و 60% RH تجاوز کند. قطعاتی که بیش از 672 ساعت (28 روز، MSL 2a) در معرض شرایط محیطی قرار گرفته‌اند، باید قبل از لحیم‌کاری در دمای حدود 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 20 ساعت پخته شوند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "ترکیدن" پکیج در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت لزوم به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های الکلی مشخص شده مانند اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل استفاده شود. ال‌ای‌دی باید در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. استفاده از تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص یا خشن می‌تواند به مواد پکیج ال‌ای‌دی آسیب برساند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

محصول به فرمت نوار و قرقره، سازگار با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک عرضه می‌شود. عرض نوار 8 میلی‌متر است. قرقره‌ها قطر 7 اینچی دارند و معمولاً هر قرقره کامل حاوی 3000 قطعه است. برای مقادیر کمتر از یک قرقره کامل، حداقل تعداد بسته‌بندی برای دسته‌های باقی‌مانده 500 قطعه اعمال می‌شود. بسته‌بندی از مشخصات ANSI/EIA-481 پیروی می‌کند. نوار با یک نوار پوششی روی جیب‌های خالی مهر و موم شده و حداکثر تعداد مجاز قطعات گمشده متوالی در نوار دو عدد است.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

این ال‌ای‌دی نصب معکوس برای کاربردهای نور پس‌زمینه‌ای که نیاز به پروفیل نازک دارند، مانند کلیدهای غشایی، نشانگرهای پنل جلویی و نور پس‌زمینه LCD که ال‌ای‌دی در پشت PCB نصب می‌شود، ایده‌آل است. زاویه دید وسیع آن، آن را برای روشنایی ناحیه‌ای یا نشانگرهای وضعیتی که نیاز به دید از محدوده وسیعی از زوایا دارند، مناسب می‌سازد. روشنایی بالا و رنگ قرمز پایدار نیز آن را برای نورپردازی داخلی خودرو، چراغ‌های وضعیت الکترونیک مصرفی و نشانگرهای تجهیزات صنعتی قابل استفاده می‌کند.

8.2 ملاحظات طراحی

روش راه‌اندازی:ال‌ای‌دی‌ها قطعات جریان‌محور هستند. برای اطمینان از روشنایی و رنگ یکنواخت و جلوگیری از فرار حرارتی، باید توسط یک منبع جریان ثابت یا از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی شوند. پارامترهای دیتاشیت بر اساس 20mA هستند؛ راه‌اندازی با جریان‌های مختلف بر شدت، ولتاژ و طول عمر تأثیر خواهد گذاشت.
مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان کم است، اما حفظ دمای اتصال در محدوده مجاز برای قابلیت اطمینان بلندمدت بسیار مهم است. در صورت کار در دمای محیط بالا یا نزدیک به جریان حداکثر، از مساحت کافی مس PCB یا وایاهای حرارتی اطمینان حاصل کنید.
طراحی نوری:زاویه دید وسیع 130 درجه، الگوی نور پخش‌شده ارائه می‌دهد. برای نور متمرکزتر، ممکن است به لنزهای خارجی یا راهنماهای نور نیاز باشد. طراحی نصب معکوس نیاز به یک روزنه با اندازه مناسب در PCB یا پنل جلویی برای انتشار نور دارد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های سنتی Through-Hole یا ال‌ای‌دی‌های SMD استاندارد با انتشار از بالا، تمایز کلیدی این قطعه، قابلیت نصب معکوس آن است که امکان یکپارچه‌سازی مکانیکی منحصر به فردی را فراهم می‌کند. استفاده از فناوری AlInGaP مزایایی نسبت به ال‌ای‌دی‌های قدیمی GaAsP یا GaP ارائه می‌دهد، از جمله بازده نوری به مراتب بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد توان الکتریکی)، پایداری دمایی بهتر رنگ و خروجی و قابلیت اطمینان بلندمدت برتر. ترکیب روشنایی بالا، زاویه دید وسیع و سازگاری با فرآیندهای ریفلو دمابالا و اتوماتیک، آن را به یک راه‌حل مدرن و مقرون‌به‌صرفه برای مجموعه‌های الکترونیکی تولید انبوه تبدیل کرده است.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: "نصب معکوس" به چه معناست؟
ج: به این معنی است که ال‌ای‌دی طوری طراحی شده که روی PCB لحیم می‌شود در حالی که سطح نوردهنده آن به سمت پایین و به طرف برد است. نور از طریق یک روزنه در PCB خارج می‌شود یا منعکس می‌گردد که امکان نصب با پروفیل بسیار کم را فراهم می‌کند.

س: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را مستقیماً از خروجی منطقی 3.3V یا 5V راه‌اندازی کنم؟
ج: بدون یک مقاومت سری، نه به صورت مستقیم. ولتاژ مستقیم معمولی در 20mA برابر 2.4V است. یک مقاومت محدودکننده جریان باید بر اساس ولتاژ تغذیه (Vsupply)، ولتاژ مستقیم ال‌ای‌دی (Vf) و جریان مورد نظر (If) محاسبه شود: R = (Vsupply - Vf) / If. به عنوان مثال، با تغذیه 5V: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 اهم (از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد استفاده کنید).

س: چگونه کد باین را تفسیر کنم؟
ج: کد باین (مثلاً N, P, Q) روی برچسب قرقره، محدوده حداقل و حداکثر تضمین شده شدت نور برای ال‌ای‌دی‌های روی آن قرقره را نشان می‌دهد. انتخاب یک کد باین بالاتر (مانند Q یا R) ال‌ای‌دی‌های روشن‌تری را تضمین می‌کند اما ممکن است با هزینه بالاتری همراه باشد.

س: آیا همیشه قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت (بیکینگ) است؟
ج: در صورتی که قطعات برای مدت طولانی‌تر از عمر مجاز تعیین شده (خارج از کیسه خشک خود) در معرض شرایط محیطی قرار گرفته باشند، پخت الزامی است. این زمان برای MSL 2a معادل 672 ساعت (28 روز) است. این کار از ترک خوردن پکیج ناشی از رطوبت در طول فرآیند لحیم‌کاری ریفلو دمابالا جلوگیری می‌کند.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت با پروفیل کم
یک طراح در حال ایجاد یک پنل کنترل با چندین نشانگر وضعیت است. فضای پشت پنل جلویی بسیار محدود است. با استفاده از ال‌ای‌دی نصب معکوس، می‌توانند ال‌ای‌دی‌ها را در پشت PCB کنترل اصلی قرار دهند. PCB در هر محل نشانگر، سوراخ‌هایی با دقت سوراخکاری شده دارد. هنگام مونتاژ، نور ال‌ای‌دی از طریق این سوراخ‌ها به سمت بالا می‌تابد و آیکون‌های نیمه‌شفاف روی پنل جلویی را روشن می‌کند. این امر نیاز به نگهدارنده‌های جداگانه ال‌ای‌دی یا لوله‌های نوری را از بین می‌برد، تعداد قطعات، زمان مونتاژ و ضخامت کلی محصول را کاهش می‌دهد. طراح از یک درایور جریان ثابت IC برای تغذیه همه ال‌ای‌دی‌ها استفاده می‌کند تا روشنایی یکنواخت را صرف نظر از تغییرات جزئی ولتاژ مستقیم تضمین کند. آن‌ها ال‌ای‌دی‌های باین P یا Q را مشخص می‌کنند تا روشنایی کافی حتی هنگام پخش شدن از طریق آیکون پنل را تضمین نمایند.

12. معرفی اصول فناوری

ال‌ای‌دی بر پایه ماده نیمه‌هادی AlInGaP که بر روی یک زیرلایه رشد داده شده است، بنا شده. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال P-N اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص اتم‌های آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفید در شبکه کریستالی، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور منتشر شده را دیکته می‌کند - در این مورد، قرمز در حدود 631-639 نانومتر. سپس چیپ در یک پکیج پلاستیکی کپسوله می‌شود که وظیفه محافظت از دی نیمه‌هادی، تأمین پایداری مکانیکی و اغلب شامل یک لنز برای شکل‌دهی به الگوی خروجی نور است که منجر به زاویه دید وسیع 130 درجه می‌شود.

13. روندهای توسعه فناوری

روند کلی در فناوری ال‌ای‌دی به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر بر وات)، چگالی توان افزایش یافته، بهبود نمود رنگ و قابلیت اطمینان بیشتر است. برای ال‌ای‌دی‌های نشانگر مانند این مورد، کوچک‌سازی ادامه دارد در حالی که خروجی نور حفظ یا افزایش می‌یابد. همچنین تمرکز قوی‌ای بر گسترش محدوده رنگ‌های موجود و بهبود یکنواختی رنگ (باینینگ تنگ‌تر) وجود دارد. پیشرفت‌های فناوری بسته‌بندی با هدف عملکرد حرارتی بهتر برای پشتیبانی از جریان‌های راه‌اندازی بالاتر و سازگاری بهبود یافته با شرایط محیطی سخت و فرآیندهای مونتاژ طاقت‌فرسا مانند لحیم‌کاری ریفلو دوطرفه در حال انجام است.