دیتاشیت LED SMD مدل LTST-S220KGKT - چیپ نوردهی جانبی - سبز (568 نانومتر) - 2.4 ولت - 75 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند جزئیات مشخصات فنی یک LED SMD (دستگاه نصب سطحی) با روشنایی بالا و نوردهی جانبی را تشریح می‌کند. این دستگاه از یک چیپ نیمه‌هادی پیشرفته AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تولید نور سبز استفاده می‌کند. این LED برای فرآیندهای مونتاژ خودکار طراحی شده و با فرآیند لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) سازگار است که آن را برای تولید انبوه مناسب می‌سازد. پکیج بر روی نوار استاندارد صنعتی 8 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شود.

1.1 مزایای اصلی

• روشنایی بالا:دارای چیپ AlInGaP فوق‌العاده روشن برای شدت نور برتر.
• انتشار نور از نمای جانبی:پکیج به گونه‌ای طراحی شده که نور را از کنار منتشر می‌کند، ایده‌آل برای کاربردهایی که نیاز به نورپردازی جانبی یا نشانگر وضعیت در دستگاه‌های با پروفیل نازک دارند.
• دوستدار فرآیند تولید:سازگار با تجهیزات اتوماتیک Pick-and-Place و پروفیل‌های استاندارد لحیم‌کاری ریفلو IR.
• انطباق محیط زیستی:محصول با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد.
• ساختار قابل اعتماد:دارای پایه‌های قلع‌کاری شده برای قابلیت لحیم‌کاری خوب و طول عمر بالا.

1.2 کاربردهای هدف

این LED برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی استاندارد در نظر گرفته شده است. کاربردهای متداول شامل، اما نه محدود به موارد زیر است:

• نور پس‌زمینه پنل‌های LCD در لوازم الکترونیکی مصرفی.
• چراغ‌های وضعیت و نشانگر در دستگاه‌های ارتباطی، تجهیزات اداری و لوازم خانگی.
• روشنایی پنل در داشبورد خودرو یا پنل‌های کنترل (برای عملکردهای غیرحیاتی، مشروط به تأیید صلاحیت خاص).
• هر کاربرد دیگری که نیاز به یک منبع نور سبز قابل اعتماد، روشن و نوردهی جانبی در یک پکیج SMD فشرده دارد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

تمامی پارامترها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• اتلاف توان (Pd):75 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که پکیج می‌تواند به صورت گرما دفع کند.
• جریان پیشروی پیک (I_FP):80 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان لحظه‌ای است که فقط تحت شرایط پالسی مجاز است (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه).
• جریان پیشروی پیوسته (I_F):30 میلی‌آمپر DC. این حداکثر جریان توصیه شده برای کارکرد پیوسته است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند به پیوند LED آسیب برساند.
• محدوده دمای کاری:30- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیط برای عملکرد قابل اعتماد.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی:40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری:مقاوم در برابر لحیم‌کاری ریفلو IR با دمای پیک 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 10 ثانیه.

2.2 مشخصات الکترو-اپتیکی

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که تحت شرایط آزمایش استاندارد (I_F= 20mA) اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت نور (I_V):18.0 - 35.0 میلی‌کاندلا (mcd). مقدار نور مرئی منتشر شده، اندازه‌گیری شده در محور. مقدار واقعی بسته‌بندی (بینینگ) شده است (به بخش 3 مراجعه کنید).
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار پیک (روی محور) کاهش می‌یابد. زاویه گسترده 130 درجه نشان‌دهنده یک الگوی انتشار پخش و وسیع مناسب برای نورپردازی جانبی است.
• طول موج پیک (λ_P):574 نانومتر. طول موجی که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):568 نانومتر. این طول موج واحدی است که به بهترین شکل رنگ درک شده LED توسط چشم انسان را نشان می‌دهد و از مختصات رنگی CIE مشتق شده است. این پارامتر رنگ "سبز" را تعریف می‌کند.
• پهنای باند طیفی (Δλ):15 نانومتر. عرض طیف انتشار در نصف حداکثر توان آن (FWHM). پهنای باند باریک‌تر نشان‌دهنده رنگ طیفی خالص‌تر است.
• ولتاژ پیشروی (V_F):2.0V - 2.4V. افت ولتاژ دو سر LED هنگامی که با جریان 20mA راه‌اندازی می‌شود. این پارامتر نیز بسته‌بندی (بینینگ) شده است.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر). جریان نشتی هنگامی که 5 ولت در بایاس معکوس اعمال می‌شود.

3. توضیح سیستم بسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی مرتب (بینینگ) می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات خاصی برای رنگ، روشنایی و ولتاژ را برآورده می‌کنند.

3.1 بسته‌بندی ولتاژ پیشروی

بین‌ها اطمینان می‌دهند که LEDها در یک مدار افت ولتاژ مشابهی دارند و در نتیجه روشنایی یکنواخت‌تری هنگام راه‌اندازی موازی ایجاد می‌کنند. تلرانس درون هر بین ±0.1V است.

• بین 4:1.90V - 2.00V
• بین 5:2.00V - 2.10V
• بین 6:2.10V - 2.20V
• بین 7:2.20V - 2.30V
• بین 8:2.30V - 2.40V

3.2 بسته‌بندی شدت نور

بین‌ها LEDها را بر اساس خروجی روشنایی دسته‌بندی می‌کنند. تلرانس درون هر بین ±15% است.

• بین M:18.0 mcd - 28.0 mcd
• بین N:28.0 mcd - 45.0 mcd
• بین P:45.0 mcd - 71.0 mcd

3.3 بسته‌بندی طول موج غالب

این امر ثبات رنگ را تضمین می‌کند. تلرانس درون هر بین ±1nm است.

• بین C:567.5 nm - 570.5 nm
• بین D:570.5 nm - 573.5 nm
• بین E:573.5 nm - 576.5 nm

شماره قطعه خاص LTST-S220KGKT نشان‌دهنده ترکیبی از این بین‌ها است (احتمالاً یک بین خاص V_F, I_V, و λ_d).

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 1، شکل 5)، تحلیل زیر بر اساس رفتار استاندارد LED و پارامترهای ارائه شده است.

4.1 مشخصه جریان در مقابل ولتاژ (I-V)

ولتاژ پیشروی (V_F) دارای ضریب دمایی مثبت است و به صورت لگاریتمی با جریان افزایش می‌یابد. کارکرد در جریان معمول 20mA عملکرد پایدار را در محدوده مشخص شده V_Fیعنی 2.0-2.4V تضمین می‌کند. راه‌اندازی LED بالاتر از حداکثر جریان DC مطلق (30mA) گرمای بیش از حد ایجاد می‌کند، بازده (کارایی نوری) را کاهش می‌دهد و طول عمر را کوتاه می‌کند.

4.2 وابستگی دمایی

LEDهای AlInGaP تغییرات عملکردی با دما نشان می‌دهند. به طور معمول، شدت نور با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. محدوده کاری مشخص شده 30- تا 85+ درجه سلسیوس شرایط محیطی را تعریف می‌کند که LED در آن در چارچوب مشخصات منتشر شده خود عمل خواهد کرد. برای طول عمر بهینه و خروجی نور پایدار، حفظ دمای کاری پایین‌تر از طریق طراحی حرارتی مناسب PCB توصیه می‌شود.

4.3 توزیع طیفی

با طول موج غالب 568 نانومتر و پهنای باند طیفی 15 نانومتر، این LED نور سبز نسبتاً خالصی منتشر می‌کند. طول موج پیک (574 نانومتر) کمی بالاتر از طول موج غالب است که برای LEDهای سبز AlInGaP معمول است. زاویه دید گسترده 130 درجه ناشی از طراحی لنز پکیج است که نور منتشر شده از چیپ نوردهی جانبی را پخش می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج و قطبیت

این LED با طرح استاندارد EIA برای LEDهای نمای جانبی مطابقت دارد. نقشه‌های ابعادی دقیق در دیتاشیت ارائه شده است، شامل طول، عرض، ارتفاع بدنه و فاصله پایه‌ها. کاتد معمولاً توسط یک نشانگر بصری روی پکیج، مانند یک شکاف، نقطه سبز یا یک پایه کوتاه‌تر شناسایی می‌شود. قطبیت صحیح باید در حین مونتاژ رعایت شود تا از آسیب جلوگیری شود.

5.2 طرح پیشنهادی پد لحیم

یک طرح لند پترن (طراحی پد لحیم) پیشنهادی برای PCB ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری قابل اعتماد و تراز صحیح انجام می‌شود. پایبندی به این طرح به دستیابی به فیله‌های لحیم خوب، استحکام مکانیکی و موقعیت‌دهی صحیح لنز نوردهی جانبی کمک می‌کند. دیتاشیت همچنین یک جهت‌گیری بهینه برای فرآیند لحیم‌کاری موجی یا ریفلو پیشنهاد می‌دهد تا عیوب احتمالی لحیم‌کاری به حداقل برسد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو IR

این LED برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) واجد شرایط است. یک پروفیل دمای ریفلو دقیق پیشنهاد شده است که با استانداردهای JEDEC مطابقت دارد. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• پیش‌گرم:150-200 درجه سلسیوس برای حداکثر 120 ثانیه تا مجموعه به تدریج گرم شود و فلاکس فعال گردد.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سلسیوس.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (TAL):زمان در محدوده 5 درجه سلسیوس دمای پیک باید به حداکثر 10 ثانیه محدود شود.
• تعداد سیکل‌ها:LED می‌تواند تحت این شرایط حداکثر دو سیکل ریفلو را تحمل کند.

توجه به این نکته حیاتی است که پروفیل بهینه به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و فر بستگی دارد. پروفیل ارائه شده به عنوان نقطه شروع عمل می‌کند که باید برای تنظیمات تولید واقعی اعتبارسنجی شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار گرفته شود:

• از یک هویه کنترل دمایی استفاده کنید که روی حداکثر 300 درجه سلسیوس تنظیم شده باشد.
• زمان لحیم‌کاری برای هر پایه را به حداکثر 3 ثانیه محدود کنید.
• حرارت را به پد PCB اعمال کنید، نه مستقیماً به بدنه LED.
• بین اتصالات زمان کافی برای خنک‌شدن در نظر بگیرید.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط از حلال‌های مشخص شده استفاده کنید تا از آسیب به لنز پلاستیکی و پکیج جلوگیری شود. عوامل توصیه شده اتانول یا ایزوپروپیل الکل (IPA) هستند. LED باید در دمای اتاق معمولی برای کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. باید از مواد شیمیایی خشن یا نامشخص اجتناب کرد.

6.4 ذخیره‌سازی و جابجایی

احتیاط‌های ESD:LEDها به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند. کنترل‌های مناسب ESD باید در حین جابجایی اعمال شوند، از جمله استفاده از مچ‌بندهای زمین‌شده، زیراندازهای ضد استاتیک و ظروف رسانا.

حساسیت به رطوبت:پکیج به رطوبت حساس است. قرقره‌های بازنشده (مهر و موم شده با ماده خشک‌کن) باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% ذخیره شده و در عرض یک سال استفاده شوند. پس از باز شدن بسته‌بندی اصلی، LEDها باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% ذخیره شوند. برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت خارج از کیسه اصلی، در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن نگهداری شوند. قطعاتی که بیش از یک هفته به صورت باز ذخیره شده‌اند، 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 "پف کردن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

LEDها بر روی نوار حامل برجسته‌دار برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند.

• عرض نوار:8 میلی‌متر.
• قطر قرقره:7 اینچ (178 میلی‌متر).
• تعداد در هر قرقره:4000 عدد (قرقره کامل استاندارد).
• حداقل تعداد بسته:500 عدد برای قرقره‌های جزئی یا باقی‌مانده.
• استاندارد بسته‌بندی:با مشخصات ANSI/EIA-481 مطابقت دارد.
• نوار پوششی:حفره‌های خالی روی نوار حامل با یک نوار پوششی رویی مهر و موم می‌شوند.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 محدود کردن جریان

LED یک دستگاه جریان‌محور است. یک مقاومت سری محدودکننده جریان هنگام راه‌اندازی از یک منبع ولتاژ اجباری است. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_منبع- V_F) / I_F. همیشه از حداکثر V_Fاز دیتاشیت (2.4V) برای طراحی بدترین حالت استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان از سطح مورد نظر (مثلاً 20mA) تجاوز نمی‌کند. برای دقت یا پایداری بلندمدت، استفاده از مدار درایور جریان ثابت را در نظر بگیرید.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان کم است (حداکثر 75mW)، مدیریت حرارتی مؤثر برای قابلیت اطمینان و حفظ خروجی نور حیاتی است. اطمینان حاصل کنید که PCB مساحت مسی کافی متصل به پد حرارتی LED (در صورت وجود) یا پدهای لحیم دارد تا گرما را از پیوند دور کند. از قرار دادن LED در نزدیکی سایر قطعات تولیدکننده گرما خودداری کنید.

8.3 طراحی نوری

انتشار نور از نمای جانبی و زاویه دید 130 درجه، این LED را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که نور باید موازی با سطح PCB هدایت شود، مانند هدایت به داخل صفحه راهنمای نور برای نمایشگرهای لبه‌نور یا برای روشنایی قطعات مجاور. هنگام طراحی لوله‌های نوری، پخش‌کننده‌های نور یا دیافراگم‌ها، پروفیل لنز و الگوی انتشار را در نظر بگیرید تا اثر نوری مطلوب حاصل شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری قدیمی‌تر مانند LEDهای سبز GaP (گالیم فسفید)، AlInGaP روشنایی و بازده بسیار بالاتری ارائه می‌دهد. در مقایسه با LEDهای سبز مبتنی بر InGaN (ایندیم گالیم نیترید)، AlInGaP معمولاً عملکرد برتر در طیف سبز واقعی تا سبز-زرد (حدود 570 نانومتر) با کارایی بالاتر و طول موج پایدارتر در برابر دما و جریان ارائه می‌دهد. پکیج نوردهی جانبی آن را از LEDهای نوردهی از بالا متمایز می‌کند و محدودیت‌های فضایی خاصی در طراحی را حل می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

10.1 با منبع تغذیه 5 ولت از چه مقاومتی باید استفاده کنم؟

با استفاده از حداکثر V_Fیعنی 2.4V و جریان هدف I_Fیعنی 20mA: R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 اهم. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد 130Ω یا 150Ω است. یک مقاومت 150Ω جریان کمی پایین‌تری ایجاد می‌کند که ایمن است و در مصرف توان صرفه‌جویی می‌کند.

10.2 آیا می‌توانم این LED را بدون مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی کنم؟

خیر. اتصال مستقیم یک LED به یک منبع ولتاژ باعث جریان بیش از حد می‌شود که به سرعت باعث گرمای بیش از حد و تخریب دستگاه می‌گردد. همیشه به یک مقاومت سری یا مدار جریان ثابت نیاز است.

10.3 چرا سیستم بسته‌بندی (بینینگ) وجود دارد؟

تولید نیمه‌هادی دارای تغییرات طبیعی است. بینینگ LEDها را به گروه‌هایی با پارامترهای کنترل شده دقیق (رنگ، روشنایی، ولتاژ) مرتب می‌کند و به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با عملکرد یکنواخت برای کاربرد خود تهیه کنند و در نتیجه ظاهر و عملکرد یکنواختی در محصول نهایی تضمین شود.

10.4 چگونه کاتد را شناسایی کنم؟

به نقشه طرح پکیج در دیتاشیت مراجعه کنید. برای این پکیج نمای جانبی، کاتد معمولاً توسط یک نقطه سبز روی بالای پکیج یا یک شکاف/پخ در یک انتهای بدنه مشخص شده است. پایه متصل به کاتد نیز ممکن است کمی کوتاه‌تر باشد.

11. مثال کاربردی عملی

سناریو: نشانگر وضعیت روی یک دستگاه قابل حمل

یک طراح در حال ساخت یک اسکنر دستی باریک است. آنها به یک نور سبز روشن و کم‌مصرف برای نشان دادن وضعیت "آماده" نیاز دارند. فضای لبه PCB اصلی بسیار محدود است.

راه‌حل:LTST-S220KGKT یک انتخاب ایده‌آل است. انتشار نور جانبی آن اجازه می‌دهد تا به صورت تخت روی PCB نصب شود، در حالی که لنز آن دقیقاً در لبه برد قرار می‌گیرد. یک لوله نوری کوچک یا یک پنجره شفاف در محفظه می‌تواند نور را به بیرون هدایت کند. طراح آن را با جریان 15mA (زیر مقدار معمول 20mA) با استفاده از یک پین GPIO از میکروکنترلر و یک مقاومت سری راه‌اندازی می‌کند که عمر باتری را حفظ می‌کند و در عین حال روشنایی کافی را فراهم می‌کند. سازگاری با لحیم‌کاری ریفلو، مونتاژ خودکار کل PCB را ساده می‌کند.

12. معرفی اصل فناوری

این LED مبتنی بر فناوری نیمه‌هادی AlInGaP است. چیپ از لایه‌هایی از آلیاژهای آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفید تشکیل شده که به صورت اپیتاکسیال بر روی یک زیرلایه رشد داده شده‌اند. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب شده و انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور منتشر شده را تعریف می‌کند - در این مورد، سبز در 568 نانومتر. پکیج نمای جانبی شامل چیپ نصب شده روی یک فریم سربی، سیم‌باند شده و محصور شده در یک لنز پلاستیکی قالب‌گیری شده است که خروجی نور را شکل می‌دهد.

13. روندها و تحولات صنعت

روند کلی در فناوری LED به سمت بازده بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، چگالی توان افزایش یافته و ثبات و کنترل رنگ بهتر است. برای کاربردهای نشانگر و نور پس‌زمینه، کوچک‌سازی ادامه دارد در حالی که عملکرد نوری حفظ یا بهبود می‌یابد. همچنین تأکید فزاینده‌ای بر محدوده دمای کاری گسترده‌تر و قابلیت اطمینان بالاتر برای کاربردهای خودرویی و صنعتی وجود دارد. در حالی که این قطعه خاص نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اعتماد است، نوآوری‌های مستمر در علم مواد و بسته‌بندی همچنان مرزهای ممکن در نورپردازی و نشانگر حالت جامد را جابجا می‌کنند.