دیتاشیت فنی LTW-326DSKS-5A - LED SMD نور جانبی - سفید و زرد - 20mA

1. مرور کلی محصول

ال ای دی LTW-326DSKS-5A یک قطعه SMD (دستگاه نصب سطحی) دو تراشه‌ای با نور جانبی است که به طور خاص برای کاربردهای نور پس‌زمینه LCD طراحی شده است. این قطعه دو فناوری نیمه‌هادی متمایز را در یک بسته‌بندی استاندارد EIA ادغام می‌کند: یک تراشه InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) فوق‌العاده روشن برای انتشار نور سفید و یک تراشه AlInGaP (آلومینیوم ایندیوم گالیم فسفید) برای انتشار نور زرد. هدف طراحی اولیه آن، تأمین نور لبه‌ای کارآمد، قابل اعتماد و فشرده برای نمایشگرهای کریستال مایع است که در آن محدودیت فضا و توزیع یکنواخت نور از اهمیت بالایی برخوردار است. پروفایل لنز نور جانبی بهینه‌سازی شده تا نور را به صورت جانبی در سراسر صفحه راهنمای نور هدایت کند، که یک نیاز اساسی برای دستیابی به نور پس‌زمینه یکنواخت است. این دستگاه بر روی نوار 8 میلی‌متری نصب شده بر روی قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک برداشت و قراردادن (pick-and-place) پرسرعت مورد استفاده در تولید الکترونیک مدرن سازگار می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

محدوده‌های حداکثر مطلق، حدود تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. برای تراشه سفید InGaN، حداکثر جریان مستقیم DC پیوسته در 20mA مشخص شده است، با حداکثر جریان مستقیم پالسی 100mA که تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1ms) مجاز است. تراشه زرد AlInGaP همان محدودیت جریان DC 20mA را دارد اما دارای رتبه جریان پیک پایین‌تری معادل 80mA است. حداکثر اتلاف توان برای تراشه سفید 72mW و برای تراشه زرد 48mW است که در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد محاسبه شده است. این رتبه‌بندی‌ها برای مدیریت حرارتی در کاربرد نهایی بسیار مهم هستند. دستگاه برای محدوده دمای کاری 20- تا 80+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای نگهداری 40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد رتبه‌بندی شده است. یک مشخصه کلیدی برای مونتاژ، شرایط لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز است که برای حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه رتبه‌بندی شده و با پروفایل‌های رایج لحیم‌کاری بدون سرب هم‌خوانی دارد.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

مشخصات الکتریکی و نوری تحت شرایط آزمایش استاندارد در Ta=25°C و جریان مستقیم (IF) 5mA اندازه‌گیری می‌شوند. برای ال ای دی سفید، شدت نور (Iv) از حداقل 28.0 mcd تا حداکثر 112.0 mcd متغیر است. ال ای دی زرد محدوده Iv پایین‌تری دارد، از 7.1 mcd تا 71.0 mcd. زاویه دید معمول (2θ1/2) برای هر دو رنگ 130 درجه است که یک الگوی انتشار گسترده مناسب برای پخش نور پس‌زمینه فراهم می‌کند. ولتاژ مستقیم (VF) به طور معمول برای سفید 2.55V (حداکثر 3.15V) و برای زرد 2.0V (حداکثر 2.4V) است. جریان معکوس (IR) در ولتاژ معکوس (VR) 5V به حداکثر 10 µA محدود شده است؛ توجه به این نکته حیاتی است که دستگاه برای کار تحت بایاس معکوس طراحی نشده است. مشخصات نوری ال ای دی زرد با طول موج اوج انتشار معمول (λP) 591 نانومتر، طول موج غالب (λd) 590 نانومتر و عرض نیمه طیفی (Δλ) 15 نانومتر بیشتر تعریف می‌شود. مختصات رنگی معمولاً در نمودار CIE 1931 برای شرایط آزمایش مشخص شده x=0.3، y=0.3 است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

محصول از یک سیستم دسته‌بندی جامع برای طبقه‌بندی ال ای دی‌ها بر اساس پارامترهای کلیدی عملکرد استفاده می‌کند و در نتیجه یکنواختی را درون یک دسته تولیدی تضمین می‌نماید. این امر برای کاربردهایی که نیاز به رنگ و روشنایی یکنواخت دارند ضروری است.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم (VF) برای ال ای دی سفید

ال ای دی‌های سفید بر اساس ولتاژ مستقیم آنها در IF=5mA در سه دسته VF (A، B، C) مرتب می‌شوند. دسته A محدوده 2.55V تا 2.75V، دسته B محدوده 2.75V تا 2.95V و دسته C محدوده 2.95V تا 3.15V را پوشش می‌دهد. یک تلرانس ±0.1V به هر دسته اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌بندی شدت نور (Iv)

جداول دسته‌بندی Iv جداگانه‌ای برای ال ای دی‌های سفید و زرد وجود دارد. برای سفید: دسته N (28.0-45.0 mcd)، دسته P (45.0-71.0 mcd)، دسته Q (71.0-112.0 mcd). برای زرد: دسته K (7.10-11.2 mcd)، دسته L (11.2-18.0 mcd)، دسته M (18.0-28.0 mcd)، دسته N (28.0-45.0 mcd)، دسته P (45.0-71.0 mcd). یک تلرانس ±15% به هر دسته شدت اعمال می‌شود.

3.3 دسته‌بندی فام (رنگ) (Hue)

دسته‌بندی فام، که برای رنگ ال ای دی مربوطه اعمال می‌شود، از مختصات رنگی CIE 1931 استفاده می‌کند. شش دسته تعریف شده است (S1 تا S6) که هر کدام یک ناحیه چهارضلعی را در نمودار مختصات (x, y) مشخص می‌کنند. مختصات هر گوشه از این چهارضلعی‌ها به طور دقیق در دیتاشیت فهرست شده است. یک تلرانس ±0.01 به هر مختصات دسته فام اعمال می‌شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی و نوری معمول اشاره می‌کند که برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد ضروری هستند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه شده تکثیر نشده‌اند، اما معمولاً شامل رابطه بین جریان مستقیم (IF) و ولتاژ مستقیم (VF) می‌شوند که غیرخطی است و برای طراحی مدار درایور حیاتی می‌باشد. یک منحنی استاندارد دیگر، شدت نور (Iv) در مقابل جریان مستقیم (IF) را نشان می‌دهد که نحوه مقیاس‌پذیری خروجی با جریان درایور را نشان داده و کاهش بازده در جریان‌های بالاتر را برجسته می‌کند. رابطه بین شدت نور و دمای محیط نیز حیاتی است، زیرا خروجی ال ای دی عموماً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. برای ال ای دی زرد، یک نمودار توزیع طیفی معمولاً شدت نسبی در مقابل طول موج را نشان می‌دهد که حول اوج 590-591 نانومتر متمرکز است و عرض نیمه 15 نانومتر، خلوص رنگ را تعریف می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد دستگاه و پین‌اوت

ال ای دی با طرح کلی بسته‌بندی استاندارد EIA مطابقت دارد. لنز نور جانبی یک ویژگی مکانیکی کلیدی است. انتساب پین به وضوح تعریف شده است: پین C2 برای تراشه سبز/سفید InGaN و پین C1 برای تراشه زرد AlInGaP است. تمام ابعاد در نقشه بسته‌بندی بر حسب میلی‌متر است، با تلرانس استاندارد ±0.10 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. این داده‌های ابعادی دقیق برای ایجاد ردپای PCB دقیق و اطمینان از تناسب مناسب در مونتاژ ضروری است.

5.2 طراحی پد لحیم پیشنهادی و قطبیت

دیتاشیت ابعاد پد لحیم پیشنهادی را ارائه می‌دهد تا اتصال لحیم قابل اعتماد و تراز مناسب در حین ریفلو را تضمین کند. همچنین جهت لحیم‌کاری پیشنهادی نسبت به جهت قرقره نوار را نشان می‌دهد که می‌تواند به بهینه‌سازی فرآیند قرارگیری کمک کند. شناسایی صحیح قطبیت در حین قرارگیری حیاتی است، زیرا نصب معکوس مانع از روشن شدن ال ای دی خواهد شد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 فرآیند لحیم‌کاری ریفلو

دستگاه کاملاً با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) سازگار است. حداکثر شرایط مطلق 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه است. یک پروفایل ریفلو پیشنهادی به طور ضمنی ارائه شده است که معمولاً شامل یک ناحیه پیش‌گرم، یک ناحیه خیس‌شدن حرارتی، یک ناحیه ریفلو با دمای اوج کنترل شده و زمان بالای مایع (TAL) و یک ناحیه خنک‌کننده کنترل شده است. پایبندی به پروفایلی که از حد 260°C/10s تجاوز نکند برای جلوگیری از آسیب به لنز اپوکسی ال ای دی و اتصالات سیم داخلی آن حیاتی است.

6.2 تمیزکاری و جابجایی

تمیزکاری باید با دقت انجام شود. فقط باید از مواد شیمیایی مشخص شده استفاده شود. دیتاشیت در صورت لزوم تمیزکاری، غوطه‌وری در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه را توصیه می‌کند. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به مواد بسته‌بندی آسیب برسانند. یک نکته حیاتی در جابجایی، تأکید بر محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) است. اگرچه مانند برخی آی‌سی‌ها همیشه بسیار حساس به ESD در نظر گرفته نمی‌شوند، اما ال ای دی‌ها می‌توانند توسط الکتریسیته ساکن و موج‌های ولتاژ آسیب ببینند. توصیه می‌شود از مچ‌بند یا دستکش ضداستاتیک استفاده شود و اطمینان حاصل شود که تمام تجهیزات به درستی زمین شده‌اند.

6.3 شرایط نگهداری

شرایط نگهداری بسته به اینکه بسته‌بندی حساس به رطوبت مهر و موم شده است یا باز شده، متفاوت است. هنگامی که کیسه مهر و موم شده اصلی (با ماده خشک‌کن) دست‌نخورده است، ال ای دی‌ها باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤90% نگهداری شده و در عرض یک سال استفاده شوند. هنگامی که کیسه ضد رطوبت باز می‌شود، محیط نگهداری نباید از 30°C یا 60% RH تجاوز کند. اکیداً توصیه می‌شود دستگاه‌هایی که از بسته‌بندی اصلی خود خارج شده‌اند، در عرض یک هفته تحت عملیات ریفلو مادون قرمز قرار گیرند. برای نگهداری بلندمدت خارج از کیسه اصلی، باید در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در یک خشک‌کن پاک‌سازی شده با نیتروژن نگهداری شوند تا از جذب رطوبت که می‌تواند در حین ریفلو باعث پدیده \"پاپ کورن\" شود، جلوگیری گردد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

محصول به فرمت نوار و قرقره عرضه می‌شود که با مونتاژ اتوماتیک سازگار است. عرض نوار 8mm است. قرقره‌ها قطر 7 اینچی دارند و معمولاً حاوی 3000 قطعه در هر قرقره هستند. برای مقادیر سفارشی که مضربی از 3000 نیستند، حداقل مقدار بسته‌بندی 500 قطعه برای باقی‌مانده مشخص شده است. بسته‌بندی با مشخصات ANSI/EIA 481 مطابقت دارد. نکات کلیدی کیفیت برای قرقره شامل موارد زیر است: جیب‌های خالی قطعات با نوار پوششی مهر و موم شده‌اند و حداکثر تعداد قطعات (لامپ‌های) گمشده متوالی روی قرقره دو عدد است.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربرد هدف

کاربرد اصلی و طراحی شده برای LTW-326DSKS-5A، به عنوان منبع نور لبه‌ای برای واحدهای نور پس‌زمینه LCD (BLU) در الکترونیک مصرفی و صنعتی است. این شامل مانیتورها، تلویزیون‌ها، نمایشگرهای لپ‌تاپ، پنل‌های ابزار و تابلوهای علائم می‌شود. لنز نور جانبی به طور خاص طراحی شده تا نور را به طور کارآمد به لبه صفحه راهنمای نور (LGP) کوپل کند، که سپس نور را به طور یکنواخت در سراسر ناحیه نمایش با استفاده از ریزساختارها یا الگوهای پخش‌کننده توزیع می‌کند.

8.2 ملاحظات طراحی مدار

طراحان باید مکانیسم‌های محدودکننده جریان مناسب را پیاده‌سازی کنند، زیرا ال ای دی‌ها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک مقاومت سری ساده برای کاربردهای کم‌جریان رایج است، اما درایورهای جریان ثابت برای پایداری و طول عمر بهتر توصیه می‌شوند، به ویژه زمانی که یکنواختی روشنایی حیاتی است. مدار باید محدوده‌های حداکثر مطلق برای جریان مستقیم، ولتاژ معکوس و اتلاف توان را رعایت کند. مدیریت حرارتی نیز مهم است؛ در حالی که بسته‌بندی خود گرما را دفع می‌کند، اطمینان از مساحت کافی مس PCB یا وایاهای حرارتی می‌تواند به حفظ دمای اتصال پایین‌تر، حفظ خروجی نور و طول عمر دستگاه کمک کند.

8.3 ملاحظات طراحی نوری

زاویه دید 130 درجه باید در طراحی نوری سیستم راهنمای نور و پخش‌کننده در نظر گرفته شود. فاصله از سطح منتشرکننده ال ای دی تا لبه صفحه راهنمای نور، و همچنین استفاده از نوار بازتابنده در اطراف ال ای دی، می‌تواند به طور قابل توجهی بر راندمان کوپلینگ و تشکیل نقطه داغ تأثیر بگذارد. استفاده از یک ال ای دی دو رنگ (سفید و زرد) در این بسته‌بندی، کاربردهایی را پیشنهاد می‌کند که ممکن است در آنها نیاز به ترکیب رنگ یا تنظیم دمای رنگ خاصی باشد، که با درایو کردن دو تراشه به طور مستقل کنترل می‌شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

ویژگی متمایزکننده کلیدی این قطعه، هندسه لنز نور جانبی آن در ترکیب با پیکربندی دو تراشه‌ای (سفید/زرد) در یک ردپای استاندارد SMD است. در مقایسه با ال ای دی‌های نور رو به بالا، نور جانبی‌ها ذاتاً برای کاربردهای نور پس‌زمینه لبه‌ای مناسب‌تر هستند زیرا نور را به صفحه راهنمای نور هدایت می‌کنند نه عمود بر آن، که تلفات نوری را کاهش می‌دهد. ادغام دو رنگ، انعطاف‌پذیری طراحی را فراهم می‌کند که در بسته‌بندی‌های نور جانبی تک رنگ موجود نیست. استفاده از InGaN برای سفید و AlInGaP برای زرد، نمایانگر فناوری‌های نیمه‌هادی استاندارد و قابل اعتماد برای این رنگ‌های مربوطه است که بازده و پایداری خوبی ارائه می‌دهند.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: آیا می‌توانم تراشه‌های سفید و زرد را همزمان در حداکثر جریان DC 20mA هر کدام درایو کنم؟

ج: بله، اما باید اتلاف توان کل را در نظر بگیرید. تراشه سفید تا 72mW و تراشه زرد تا 48mW اتلاف می‌کند که در مجموع 120mW می‌شود. طراحی حرارتی PCB باید این بار حرارتی ترکیبی را مدیریت کند.

س: هدف از کدهای دسته‌بندی (بینینگ) چیست؟

ج: دسته‌بندی، یکنواختی الکتریکی و نوری را تضمین می‌کند. برای یک نور پس‌زمینه یکنواخت، شما معمولاً ال ای دی‌هایی را از دسته‌های Iv و Hue یکسان مشخص می‌کنید تا از تغییرات قابل مشاهده روشنایی یا رنگ در سراسر نمایشگر جلوگیری کنید.

س: دیتاشیت به رتبه \"جریان مستقیم پیک\" اشاره می‌کند. آیا می‌توانم از این برای تنظیم نور PWM استفاده کنم؟

ج: بله، رتبه جریان پیک (100mA برای سفید، 80mA برای زرد تحت چرخه کاری 1/10، پالس 0.1ms) اجازه درایو بیش از حد کوتاه مدت را می‌دهد که می‌تواند در برخی طرح‌های تنظیم نور PWM برای دستیابی به دینامیک رنج وسیع‌تر استفاده شود. با این حال، جریان متوسط در طول زمان همچنان باید رتبه جریان مستقیم DC را رعایت کند و مدار درایور باید به دقت طراحی شود تا پالس‌های جریان تمیز و سریع را تحویل دهد.

س: مهلت 1 هفته‌ای ریفلو پس از باز کردن کیسه مانع رطوبت چقدر حیاتی است؟

ج: این یک توصیه قوی برای جلوگیری از عیوب ناشی از رطوبت است. اگر مهلت تجاوز شود، ال ای دی‌ها باید قبل از ریفلو، مطابق با پروفایل سطح حساسیت رطوبتی (MSL) مناسب پخته شوند تا رطوبت جذب شده حذف گردد.

11. مثال کاربردی عملی

یک مورد استفاده معمول، در یک نمایشگر لمسی صنعتی 7 اینچی است. طراحی نیاز به یک نور پس‌زمینه لبه‌ای با یکنواختی بالا و دمای رنگ خاصی دارد. مهندس ال ای دی LTW-326DSKS-5A را انتخاب می‌کند. آنها یک PCB طراحی می‌کنند که 12 ال ای دی در امتداد لبه پایینی حفره نمایشگر قرار گرفته‌اند. طرح‌بندی پد لحیم از ابعاد پیشنهادی دیتاشیت پیروی می‌کند. یک آی‌سی درایور جریان ثابت انتخاب می‌شود تا جریان ثابت 5mA را به هر رشته ال ای دی تأمین کند. برای دستیابی به نقطه سفید مورد نظر 4500K، طراح تصمیم می‌گیرد فقط تراشه‌های سفید InGaN را درایو کند. آنها تمام ال ای دی‌ها را از دسته فام S3 و دسته شدت نور P مشخص می‌کنند تا یکنواختی رنگ و روشنایی را تضمین کنند. در حین مونتاژ، بسته‌بندی نوار و قرقره با یک دستگاه برداشت و قراردادن اتوماتیک استفاده می‌شود. برد تحت یک فرآیند ریفلو بدون سرب قرار می‌گیرد که دمای اوج آن به دقت زیر 260°C کنترل می‌شود. پس از مونتاژ، صفحه راهنمای نور و فیلم‌های نوری در بالا مونتاژ می‌شوند که منجر به یک نور پس‌زمینه روشن و یکنواخت برای LCD می‌گردد.

12. معرفی اصل فناوری

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در مواد نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n تراشه ال ای دی اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج (رنگ) نور منتشر شده توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. تراشه InGaN گاف باند وسیع‌تری دارد که برای انتشار نور آبی طراحی شده است. این نور آبی سپس یک پوشش فسفر داخل بسته‌بندی را برانگیخته می‌کند که بخشی از نور آبی را به طول‌موج‌های بلندتر (زرد، قرمز) تبدیل می‌کند و در نتیجه درک نور سفید را ایجاد می‌کند - روشی که به عنوان سفید تبدیل شده با فسفر شناخته می‌شود. تراشه AlInGaP گاف باند باریک‌تری دارد و مستقیماً نور را در ناحیه زرد/کهربایی طیف بدون نیاز به تبدیل فسفر منتشر می‌کند. لنز نور جانبی از اپوکسی یا سیلیکون قالب‌گیری شده ساخته شده است که الگوی خروجی نور را شکل می‌دهد.

13. روندها و تحولات صنعت

روند نور پس‌زمینه برای LCD، به ویژه در الکترونیک مصرفی، به سمت مینیاتوری‌سازی و بازده بالاتر بوده است. این امر توسعه ال ای دی‌هایی با کارایی نوری بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) را هدایت می‌کند که امکان استفاده از ال ای دی‌های کمتر یا جریان درایو پایین‌تر برای دستیابی به همان روشنایی را فراهم می‌کند و در نتیجه انرژی صرفه‌جویی شده و گرما کاهش می‌یابد. همچنین روندی به سمت پوشش گاموت رنگ بهتر وجود دارد که اغلب با استفاده از ال ای دی‌هایی با طیف انتشار باریک‌تر یا ترکیب چند رنگ اصلی (RGB) انجام می‌شود. در حالی که این محصول خاص از ترکیب سفید+زرد استفاده می‌کند، راه‌حل‌های دیگر ممکن است از ال ای دی آبی + فسفر قرمز یا چند تراشه تک‌فام استفاده کنند. برای نمایشگرهای بسیار نازک، کوپلینگ نوری دقیق ال ای دی نور جانبی با صفحات راهنمای نور نازک‌تر، همچنان یک چالش مهندسی کلیدی باقی مانده است. علاوه بر این، ظهور نورهای پس‌زمینه Mini-LED نور مستقیم، که از آرایه‌هایی از ال ای دی‌های نور رو به بالا بسیار کوچک در پشت پنل استفاده می‌کنند، نشان‌دهنده یک مسیر فناوری جایگزین برای نمایشگرهای با دینامیک رنج بالا (HDR) است، اگرچه راه‌حل‌های نور لبه‌ای مانند آنچه این ال ای دی امکان‌پذیر می‌کند، برای کاربردهای حساس به هزینه و محدود از نظر فضا همچنان غالب هستند.