دیتاشیت فنی LED SMD نصب معکوس LTST-C21KGKT - سبز AlInGaP - 20mA - 2.4V - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک دیود نورافشان (LED) با روشنایی بالا از نوع دستگاه نصب سطحی (SMD) با قابلیت نصب معکوس را ارائه می‌دهد. این قطعه از یک چیپ نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) برای تولید نور سبز استفاده می‌کند. این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار طراحی شده و با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد و به عنوان یک قطعه سازگار با محیط زیست برای تولید الکترونیک مدرن مناسب است.

کاربرد اصلی این LED در نور پس‌زمینه، نشانگرهای وضعیت و روشنایی پنل‌هایی است که فضای محدودی در سطح رویی برد مدار چاپی (PCB) دارند. طراحی نصب معکوس آن اجازه می‌دهد تا در سمت مخالف برد نسبت به جهتی که نور ساطع می‌شود، لحیم شود و این امکان طراحی‌های نوآورانه و صرفه‌جویی در فضا را فراهم می‌کند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدوده‌های مطلق مجاز

این دستگاه نباید فراتر از این محدودیت‌ها کار کند تا از آسیب دائمی جلوگیری شود. محدودیت‌های کلیدی شامل حداکثر جریان مستقیم پیوسته (I_F) برابر 30 میلی‌آمپر در دمای محیط (T_a) 25 درجه سانتی‌گراد است. اتلاف توان در 75 میلی‌وات رتبه‌بندی شده است. برای کار پالسی، جریان مستقیم پیک 80 میلی‌آمپر تحت چرخه وظیفه 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است. حداکثر ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت است. محدوده دمای کار و نگهداری از 55- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد مشخص شده است.

شرایط لحیم‌کاری حیاتی است: لحیم‌کاری موجی یا ریفلو مادون قرمز نباید بیش از 260 درجه سانتی‌گراد برای بیش از 5 ثانیه باشد، در حالی که لحیم‌کاری فاز بخار نباید بیش از 215 درجه سانتی‌گراد برای بیش از 3 دقیقه باشد. یک فاکتور کاهش خطی 0.4 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد برای جریان مستقیم در دمای محیط بالای 50 درجه سانتی‌گراد اعمال می‌شود.

2.2 مشخصات الکترو-نوری

اندازه‌گیری شده در T_a=25 درجه سانتی‌گراد و جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر، پارامترهای کلیدی عملکرد تعریف شده‌اند.

• شدت نور (I_V):از حداقل 28.0 میلی‌کاندلا تا حداکثر 180.0 میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار معمول در جدول خلاصه مشخص نشده است که نشان می‌دهد به کد باین خاص بستگی دارد (به بخش 3 مراجعه کنید). اندازه‌گیری از منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE پیروی می‌کند.
• زاویه دید (2θ_1/2):به عنوان 70 درجه تعریف شده است. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار اندازه‌گیری شده در محور مرکزی کاهش می‌یابد.
• طول موج پیک (λ_P):تقریباً 574 نانومتر. این طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی در حداکثر خود قرار دارد.
• طول موج غالب (λ_d):در I_F=20mA از 567.5 نانومتر تا 576.5 نانومتر متغیر است. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ نور را تعریف می‌کند و از نمودار رنگی CIE مشتق شده است.
• عرض نیمه طیفی (Δλ):تقریباً 15 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی نور سبز است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):در I_F=20mA از 1.80 ولت تا 2.40 ولت متغیر است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در V_R=5V.
• ظرفیت خازنی (C):معمولاً 40 پیکوفاراد اندازه‌گیری شده در بایاس 0 ولت و فرکانس 1 مگاهرتز.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها در باین‌ها دسته‌بندی می‌شوند. این محصول از دو معیار باینینگ مستقل استفاده می‌کند.

3.1 باینینگ شدت نور

واحدها بر حسب میلی‌کاندلا (mcd) در I_F=20mA است. باین‌ها عبارتند از:

• کد N:28.0 mcd (حداقل) تا 45.0 mcd (حداکثر)
• کد P:45.0 mcd تا 71.0 mcd
• کد Q:71.0 mcd تا 112.0 mcd
• کد R:112.0 mcd تا 180.0 mcd

یک تلرانس ±15% در هر باین شدت اعمال می‌شود.

3.2 باینینگ طول موج غالب

واحدها بر حسب نانومتر (nm) در I_F=20mA است. باین‌ها عبارتند از:

• کد C:567.5 nm (حداقل) تا 570.5 nm (حداکثر)
• کد D:570.5 nm تا 573.5 nm
• کد E:573.5 nm تا 576.5 nm

یک تلرانس دقیق ±1 نانومتر در هر باین طول موج اعمال می‌شود. شماره قطعه کامل شامل این کدهای باین برای مشخص کردن عملکرد دقیق است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاصی در متن ارائه شده اشاره شده اما به تفصیل شرح داده نشده‌اند، منحنی‌های معمول برای چنین دستگاه‌هایی شامل موارد زیر خواهد بود:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):رابطه نمایی بین ولتاژ مستقیم و جریان را نشان می‌دهد. منحنی یک ولتاژ زانو خاص در حدود 1.8-2.4V خواهد داشت.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، اما لزوماً به صورت خطی نیست، به ویژه در جریان‌های بالاتر به دلیل اثرات حرارتی.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور را با افزایش دمای اتصال نشان می‌دهد. LEDهای AlInGaP معمولاً دارای ضریب دمایی منفی برای خروجی نور هستند.
• توزیع طیفی:نموداری که توان نسبی ساطع شده در طول موج‌ها را نشان می‌دهد، با پیک حدود 574 نانومتر و عرض حدود 15 نانومتر در نصف بیشینه.
• الگوی زاویه دید:یک نمودار قطبی که توزیع زاویه‌ای شدت نور را نشان می‌دهد، که معمولاً برای این سبک پکیج به شکل لامبرتی یا سمت‌تاب است.

این منحنی‌ها برای طراحان جهت پیش‌بینی عملکرد در شرایط کاری غیراستاندارد ضروری هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

این LED مطابق با طرح استاندارد پکیج SMD موسسه EIA است. تمام ابعاد حیاتی (طول بدنه، عرض، ارتفاع، فاصله پایه‌ها و غیره) در نقشه‌های مبتنی بر میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.10 میلی‌متر ارائه شده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. لنز به عنوان "Water Clear" (شفاف) مشخص شده است.

5.2 شناسایی قطبیت و طرح پد لحیم‌کاری

این قطعه دارای ترمینال‌های آند و کاتد است. دیتاشیت شامل یک نمودار توصیه‌شده از طرح پد لحیم‌کاری برای لایه‌بندی PCB است. رعایت این ابعاد برای دستیابی به اتصال لحیم‌کاری قابل اعتماد، تراز مناسب و اتلاف حرارت مؤثر در طول فرآیند ریفلو بسیار مهم است. طراحی پد همچنین به جلوگیری از پدیده "تومبستونینگ" (ایستادن قطعه روی یک سر) در حین لحیم‌کاری کمک می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل‌های ریفلو لحیم‌کاری

دو پروفیل ریفلو مادون قرمز (IR) پیشنهادی ارائه شده است: یکی برای فرآیند لحیم‌کاری استاندارد قلع-سرب (SnPb) و دیگری برای فرآیند لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free)، که معمولاً از آلیاژهای SAC (Sn-Ag-Cu) استفاده می‌کند. پروفیل بدون سرب به دمای پیک بالاتری (تا 260 درجه سانتی‌گراد) نیاز دارد اما باید زمان بالاتر از نقطه مایع را به دقت کنترل کرد تا از آسیب به پکیج اپوکسی LED جلوگیری شود. مراحل پیش‌گرمایش برای به حداقل رساندن شوک حرارتی حیاتی هستند.

6.2 نگهداری و جابجایی

LEDها دستگاه‌های حساس به رطوبت هستند. برای نگهداری طولانی‌مدت خارج از کیسه اصلی ممانعت از رطوبت، باید در محیطی با دمای حداکثر 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 70% نگهداری شوند. اگر برای بیش از یک هفته بدون بسته‌بندی نگهداری شوند، قبل از لحیم‌کاری، پخت در دمای تقریبی 60 درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل 24 ساعت برای حذف رطوبت جذب شده و جلوگیری از "پاپ کورنینگ" در حین ریفلو توصیه می‌شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. غوطه‌وری LED در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. مواد شیمیایی نامشخص یا خورنده می‌توانند به لنز پلاستیکی و مواد پکیج آسیب برسانند.

6.4 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

این LED مستعد آسیب ناشی از تخلیه الکترواستاتیک است. کنترل‌های مناسب ESD باید در حین جابجایی و مونتاژ اعمال شود:

• از مچ‌بندهای زمین‌شده و زیراندازهای ضداستاتیک استفاده کنید.
• اطمینان حاصل کنید که تمام تجهیزات و ایستگاه‌های کاری به درستی زمین شده‌اند.
• استفاده از یونایزر را برای خنثی کردن بارهای استاتیکی که ممکن است روی لنز پلاستیکی جمع شوند، در نظر بگیرید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

LEDها در بسته‌بندی استاندارد صنعتی عرضه می‌شوند تا مونتاژ خودکار را تسهیل کنند.

• نوار و قرقره:قطعات در نوار حامل برجسته به عرض 8 میلی‌متر قرار می‌گیرند.
• اندازه قرقره:روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) نصب شده است.
• تعداد:قرقره استاندارد حاوی 3000 قطعه است. حداقل مقدار سفارش 500 قطعه برای موجودی باقیمانده موجود است.
• استانداردهای بسته‌بندی:با مشخصات ANSI/EIA-481-1-A مطابقت دارد. نوار دارای درپوش مهر و موم است و حداکثر دو جیب خالی متوالی مجاز است.

شماره قطعه کامل (مثلاً LTST-C21KGKT) مشخصات خاص، از جمله کدهای باین برای شدت نور و طول موج غالب را کدگذاری می‌کند.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 طراحی مدار درایو

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای عملکرد پایدار و یکنواخت، به ویژه هنگام راه‌اندازی چندین LED به صورت موازی، یک مقاومت محدودکننده جریان سری برای هر LEDبه شدت توصیه می‌شود(مدل مدار A). راه‌اندازی LEDها به صورت مستقیم و موازی بدون مقاومت‌های جداگانه (مدل مدار B) به دلیل تغییرات در ولتاژ مستقیم (V_F) از قطعه‌ای به قطعه دیگر توصیه نمی‌شود. این تغییرات می‌تواند باعث تفاوت قابل توجه در تقسیم جریان شود که منجر به روشنایی ناهموار و فشار بیش از حد احتمالی روی LED با کمترین V_F.

مقدار مقاومت سری (R_s) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_s= (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F، که در آن I_Fجریان کاری مورد نظر (مثلاً 20 میلی‌آمپر) و V_Fولتاژ مستقیم معمول یا حداکثر از دیتاشیت است.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان نسبتاً کم است (حداکثر 75 میلی‌وات)، مدیریت حرارتی مؤثر هنوز برای حفظ قابلیت اطمینان بلندمدت و خروجی نور ثابت مهم است. خروجی نور LED با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. اطمینان از یک مسیر حرارتی خوب از پدهای لحیم‌کاری LED به صفحات مسی PCB به اتلاف حرارت کمک می‌کند. از کار در حداکثر جریان و محدوده دمای مطلق برای دوره‌های طولانی خودداری کنید.

8.3 محدوده کاربرد و محدودیت‌ها

این قطعه برای تجهیزات الکترونیکی عمومی مانند لوازم الکترونیکی مصرفی، دستگاه‌های اتوماسیون اداری و تجهیزات ارتباطی طراحی شده است. این قطعه به طور خاص برای کاربردهایی که خرابی می‌تواند منجر به خطرات مستقیم ایمنی شود (مانند کنترل هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی، سیستم‌های ایمنی حمل و نقل) طراحی یا تأیید نشده است. برای چنین کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا، مشورت با سازنده برای محصولات تخصصی ضروری است.

9. مقایسه و تمایز فنی

ویژگی‌های کلیدی متمایزکننده این LED، قابلیتنصب معکوسآن و استفاده از یک چیپAlInGaPبرای تابش سبز است.

• نصب معکوس در مقابل SMD نمای رو به بالا استاندارد:این امکان را می‌دهد که LED در سمت زیرین PCB نصب شود در حالی که نور از طریق یک سوراخ یا راهنمای نور می‌تابد و فضای باارزش سطح رویی را برای سایر قطعات آزاد می‌کند. این امر امکان طراحی‌های نازک‌تر محصول را فراهم می‌کند.
• AlInGaP در مقابل GaP یا InGaN سنتی:فناوری AlInGaP در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر، بازدهی بالاتر و پایداری دمایی بهتری برای طول موج‌های قرمز، نارنجی، کهربایی و سبز ارائه می‌دهد. این فناوری معمولاً روشنایی بالاتر و نقاط رنگی اشباع‌شده‌تری را فراهم می‌کند.
• لنز Water Clear (شفاف):رنگ واقعی چیپ را بدون پخش ارائه می‌دهد که در مقایسه با لنزهای پخش‌کننده، منجر به الگوی پرتو متمرکزتر و شدیدتر می‌شود.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال 1: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

پاسخ 1: طول موج پیک (λ_P) طول موج فیزیکی است که LED بیشترین توان نوری را ساطع می‌کند. طول موج غالب (λ_d) یک مقدار محاسبه‌شده بر اساس درک رنگ انسان (نمودار CIE) است که به بهترین وجه رنگ درک شده را نشان می‌دهد. برای یک LED سبز تک‌رنگ، این دو اغلب نزدیک هستند، اما λ_dپارامتر مرتبط‌تری برای تطبیق رنگ است.

سوال 2: آیا می‌توانم این LED را با 30 میلی‌آمپر به طور پیوسته راه‌اندازی کنم؟

پاسخ 2: در حالی که حداکثر رتبه مطلق 30 میلی‌آمپر DC است، عملکرد بهینه برای طول عمر و خروجی نور پایدار معمولاً در جریان تست 20 میلی‌آمپر یا کمتر حاصل می‌شود. کار در 30 میلی‌آمپر حرارت بیشتری تولید می‌کند، بازده را کاهش می‌دهد و ممکن است عمر مفید را کوتاه کند. همیشه دستورالعمل‌های کاهش رتبه را برای دماهای بالا بررسی کنید.

سوال 3: چگونه کدهای باین در شماره قطعه را تفسیر کنم؟

پاسخ 3: پسوند شماره قطعه حاوی کدهایی است که باین شدت نور (مثلاً R برای بالاترین خروجی) و باین طول موج غالب (مثلاً D برای سبز متوسط) را مشخص می‌کند. انتخاب کدهای باین مناسب برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی و رنگ ثابت در بین چندین LED دارند، بسیار مهم است.

سوال 4: آیا این LED برای لحیم‌کاری موجی مناسب است؟

پاسخ 4: بله، دیتاشیت شرایط لحیم‌کاری موجی را 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 5 ثانیه مشخص می‌کند. با این حال، لحیم‌کاری ریفلو روش ترجیحی و رایج‌ترین روش برای قطعات SMD مانند این است.

11. مطالعه موردی طراحی و کاربرد

سناریو: طراحی یک نشانگر وضعیت برای یک دستگاه پزشکی قابل حمل.

دستگاه نیاز به یک نشانگر سبز روشن و بدون ابهام برای "روشن/آماده" دارد. فضای روی پنل کنترل فوقانی بسیار محدود است. یک LED نصب معکوس انتخاب می‌شود. روی سمت زیرین PCB اصلی قرار می‌گیرد. یک سوراخ کوچک و دقیق‌کاری شده در پنل فوقانی اجازه می‌دهد نور از آن بتابد. می‌توان از یک لوله نوری یا طراحی سوراخ ساده استفاده کرد. مدار درایو از منبع تغذیه 3.3V استفاده می‌کند. محاسبه مقاومت سری: R_s= (3.3V - 2.2V_{مقدار معمول}) / 0.020A = 55 اهم. یک مقاومت با مقدار استاندارد 56 اهم انتخاب می‌شود. برای اطمینان از ثبات رنگ در تمام واحدها، LEDها از یک باین طول موج یکسان (مثلاً کد D) در لیست مواد (BOM) مشخص می‌شوند.

12. معرفی اصل فناوری

این LED بر اساس ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (Al_xIn_yGa_1-x-yP) که روی یک زیرلایه رشد داده شده است، بنا شده است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال چیپ بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. نسبت خاص آلومینیوم، ایندیم و گالیم در شبکه کریستالی، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند. برای تابش سبز، از ترکیب خاصی برای دستیابی به گاف نواری متناظر با نور حدود 570-580 نانومتر استفاده می‌شود. سیستم ماده AlInGaP به دلیل بازده کوانتومی داخلی بالا در محدوده طیفی قرمز تا سبز شناخته شده است.

13. روندها و تحولات صنعت

روند در LEDهای SMD برای کاربردهای نشانگر و نور پس‌زمینه به سمت بازدهی بالاتر، پکیج‌های کوچک‌تر و قابلیت اطمینان بیشتر ادامه دارد. تلاش قوی‌ای برای بهبود عملکرد در فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب و با دمای بالا وجود دارد. تقاضا برای کنترل رنگ دقیق و باینینگ سخت‌گیرانه در حال افزایش است، به ویژه در کاربردهایی که تطبیق رنگ در بین نمایشگرها یا پنل‌ها حیاتی است. علاوه بر این، ادغام LEDها با تنظیم‌کننده جریان داخلی یا مدارهای کنترلی (مانند LEDهای درایو شده با IC) یک روند رو به رشد برای ساده‌سازی طراحی و بهبود ثبات عملکرد است، اگرچه این قطعه خاص یک LED گسسته استاندارد است.