دیتاشیت SMD LED مدل LTST-S320KRKT - قرمز - طول موج اوج 639 نانومتر - جریان 20 میلی‌آمپر - ولتاژ 2.4 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ال‌ای‌دی LTST-S320KRKT یک LED نوع SMD (قطعه نصب سطحی) با روشنایی بالا و طراحی نور جانبی است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن نیازمند عملکردهای قابل اعتماد و کارآمد نشانگر یا نور پس‌زمینه طراحی شده است. این LED با بهره‌گیری از فناوری پیشرفته چیپ AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید)، شدت نور و خلوص رنگ برتری را در طیف قرمز ارائه می‌دهد. طراحی نوردهی جانبی آن اجازه می‌دهد نور به موازات سطح نصب هدایت شود و آن را برای پنل‌های نور لبه‌ای، نشانگرهای وضعیت روی PCBهای عمودی یا کاربردهای با محدودیت فضا که نوردهی از بالا به پایین امکان‌پذیر نیست، ایده‌آل می‌سازد.

مزایای کلیدی این قطعه شامل مطابقت آن با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) و طبقه‌بندی آن به عنوان یک محصول سبز است. پکیج دارای لنز شفاف آبی است که خروجی نور را به حداکثر می‌رساند و بر روی نوار استاندارد صنعتی 8 میلی‌متری سوار بر قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شود که تضمین‌کننده سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار پیک و پلیس با سرعت بالا است. این قطعه همچنین برای مقاومت در برابر فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری بازجوشی مادون قرمز (IR) طراحی شده است که ادغام آن را در خطوط تولید بهینه‌شده فناوری نصب سطحی (SMT) تسهیل می‌کند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نشده و برای عملکرد قابل اعتماد باید از آن اجتناب کرد.

• توان اتلافی (Pd):75 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که پکیج LED می‌تواند به صورت گرما بدون تجاوز از حداکثر دمای اتصال خود دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(PEAK)):80 میلی‌آمپر. این جریان فقط تحت شرایط پالسی، به طور خاص در چرخه کاری 1/10 با عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه قابل اعمال است. برای مالتی‌پلکسینگ یا فلاش‌های کوتاه با شدت بالا مفید است.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):30 میلی‌آمپر DC. این حداکثر جریان توصیه‌شده برای کارکرد پیوسته است که قابلیت اطمینان بلندمدت و خروجی نور پایدار را تضمین می‌کند.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث خرابی فوری و فاجعه‌بار اتصال LED شود.
• دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:به ترتیب 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و 30- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این محدوده‌ها یکپارچگی مکانیکی و عملکرد LED را در شرایط محیطی مختلف تضمین می‌کنند.
• شرایط لحیم‌کاری:مقاوم در برابر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه، که با پروفایل‌های معمول لحیم‌کاری بازجوشی بدون سرب (Pb-free) همسو است.

2.2 ویژگی‌های الکترو-نوری

اندازه‌گیری شده در دمای محیط استاندارد (T_a) برابر 25 درجه سانتی‌گراد و جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر. این پارامترها عملکرد اصلی LED را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):از حداقل 18.0 میلی‌کاندلا تا مقدار معمول 54.0 میلی‌کاندلا متغیر است. شدت واقعی تحویلی در سطوح مختلف (بین) دسته‌بندی می‌شود (بخش 3 را ببینید) که سطوح روشنایی قابل پیش‌بینی را برای طراحی فراهم می‌کند.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه. این زاویه دید گسترده، مشخصه LEDهای نور جانبی با لنز پخش‌کننده است که الگوی روشنایی وسیع و یکنواختی مناسب برای نشانگرهای وضعیت فراهم می‌کند.
• طول موج اوج (λ_P):639 نانومتر. این طول‌موجی است که در آن خروجی توان طیفی حداکثر است و رنگ قرمز نور درک شده را تعریف می‌کند.
• طول موج غالب (λ_d):631 نانومتر. برگرفته از نمودار رنگ‌سنجی CIE، این طول‌موج واحدی است که به بهترین شکل رنگ درک شده توسط چشم انسان را نشان می‌دهد.
• پهنای باند طیفی (Δλ):20 نانومتر. این پهنای باند باریک نشان‌دهنده خلوص رنگ بالا است، به طوری که بیشتر نور ساطع شده حول طول موج اوج متمرکز است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 2.4 ولت، با حداکثر 2.4 ولت در 20 میلی‌آمپر. این پارامتر برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس 5 ولت، که نشان‌دهنده کیفیت خوب اتصال است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات در روشنایی در بین دسته‌های تولید، LTST-S320KRKT از یک سیستم دسته‌بندی شدت نور استفاده می‌کند. هر LED بر اساس شدت اندازه‌گیری شده آن در 20 میلی‌آمپر آزمایش و در یک کد بین خاص مرتب می‌شود.

• کد بین M:18.0 - 28.0 میلی‌کاندلا
• کد بین N:28.0 - 45.0 میلی‌کاندلا
• کد بین P:45.0 - 71.0 میلی‌کاندلا
• کد بین Q:71.0 - 112.0 میلی‌کاندلا
• کد بین R:112.0 - 180.0 میلی‌کاندلا

یک تلرانس +/-15% به هر دسته شدت نور اعمال می‌شود. طراحان باید بر اساس نیازهای روشنایی کاربرد خود، دسته مناسب را انتخاب کنند. به عنوان مثال، نشانگرهای با قابلیت دید بالا ممکن است به دسته R یا Q نیاز داشته باشند، در حالی که چراغ‌های وضعیت با اهمیت کمتر ممکن است از دسته M یا N استفاده کنند. این سیستم امکان عملکرد قابل پیش‌بینی را فراهم کرده و مدیریت موجودی را برای تولیدکنندگان ساده می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل‌های 1 و 6)، مفاهیم آن‌ها برای LEDهای AlInGaP استاندارد است. طراحان می‌توانند روابط کلی زیر را انتظار داشته باشند:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):ولتاژ مستقیم (V_F) رابطه لگاریتمی با جریان نشان می‌دهد. این ولتاژ در محدوده جریان عملیاتی توصیه‌شده حول مقدار معمول 2.4 ولت نسبتاً پایدار می‌ماند اما با جریان‌های بالاتر و دما افزایش می‌یابد.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:شدت نور تقریباً متناسب با جریان مستقیم تا حداکثر جریان مجاز است. با این حال، بازدهی (لومن بر وات) معمولاً در جریانی کمتر از حداکثر مطلق به اوج خود رسیده و پس از آن به دلیل اثرات حرارتی کاهش می‌یابد.
• وابستگی دمایی:شدت نور LEDهای AlInGaP دارای ضریب دمایی منفی است. با افزایش دمای اتصال، خروجی نور کاهش می‌یابد. ولتاژ مستقیم نیز با افزایش دما کمی کاهش می‌یابد. مدیریت حرارتی مناسب برای حفظ روشنایی ثابت حیاتی است.
• توزیع طیفی:طیف گسیل یک منحنی شبه گاوسی است که حول 639 نانومتر (اوج) با عرض نیمه‌باند 20 نانومتر متمرکز شده است. طول موج غالب (631 نانومتر) ممکن است با افزایش دمای اتصال و جریان راه‌اندازی کمی جابجا شود (معمولاً به سمت طول‌موج‌های بلندتر).

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

این LED مطابق با ابعاد استاندارد پکیج EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک) برای LEDهای SMD نور جانبی است. ویژگی‌های مکانیکی کلیدی شامل موارد زیر است:

• نوع پکیج:پکیج استاندارد SMD با نمای جانبی.
• لنز:شفاف آبی، غیر پخش‌کننده (برای نوع KRKT)، که خروجی نور را به حداکثر می‌رساند.
• اتصالات:روکش قلع (Sn) روی پایه‌ها، که قابلیت لحیم‌کاری خوب و سازگاری با فرآیندهای بدون سرب را فراهم می‌کند.
• شناسایی قطبیت:کاتد معمولاً توسط یک علامت روی پکیج، مانند یک فرورفتگی، نقطه یا پایه کوتاه‌تر شناسایی می‌شود. دیتاشیت شامل نموداری است که طرح پد لحیم‌کاری پیشنهادی و جهت‌گیری را برای اطمینان از قرارگیری صحیح نشان می‌دهد.
• نوار و قرقره:بسته‌بندی شده در نوار حامل برجسته به عرض 8 میلی‌متر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر). تعداد استاندارد در هر قرقره 3000 عدد است. این بسته‌بندی با مشخصات ANSI/EIA-481 برای جابجایی خودکار سازگار است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری بازجوشی

یک پروفایل بازجوشی مادون قرمز (IR) پیشنهادی برای مونتاژ بدون سرب ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل:

• پیش‌گرم:150-200 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 120 ثانیه برای گرم کردن تدریجی برد و قطعات و به حداقل رساندن شوک حرارتی.
• دمای اوج:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد. قطعه برای 10 ثانیه در این دمای اوج درجه‌بندی شده است.
• زمان بالاتر از نقطه ذوب (TAL):پروفایل باید به گونه‌ای تنظیم شود که اطمینان حاصل شود اتصال لحیم به درستی تشکیل شده و LED بیش از حد گرم نمی‌شود. پروفایل مثال بر اساس استانداردهای JEDEC است.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، از هویه کنترل دمایی تنظیم شده روی حداکثر 300 درجه سانتی‌گراد استفاده کنید. زمان تماس را به 3 ثانیه برای هر پایه محدود کنید و این عملیات را فقط یک بار انجام دهید تا از آسیب به پکیج پلاستیکی و اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود.

6.3 ذخیره‌سازی و جابجایی

• حساسیت به تخلیه الکترواستاتیک (ESD):LEDها در برابر ESD آسیب‌پذیر هستند. در حین جابجایی از اقدامات احتیاطی ضد استاتیک مناسب مانند مچ‌بندهای زمین‌شده، زیراندازهای رسانا و بسته‌بندی ایمن ESD استفاده کنید.
• حساسیت به رطوبت:در حالی که قرقره مهر و موم شده محافظت را فراهم می‌کند، قطعات خارج شده از بسته‌بندی اصلی باید ظرف یک هفته استفاده شوند. برای ذخیره‌سازی طولانی‌تر، آن‌ها را در محیط خشک (< 30°C، < 60% رطوبت نسبی) یا در ظرف دربسته با ماده خشک‌کن نگهداری کنید. اگر بیش از یک هفته بدون بسته‌بندی نگهداری شدند، قبل از لحیم‌کاری، پخت در دمای 60 درجه سانتی‌گراد به مدت 20+ ساعت توصیه می‌شود تا از "ترکیدن" (ترک خوردن پکیج به دلیل رطوبت تبخیر شده در حین بازجوشی) جلوگیری شود.
• تمیزکاری:در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط از حلال‌های مشخص شده مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) یا اتیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه استفاده کنید. از مواد شیمیایی خورنده یا نامشخص که ممکن است به لنز اپوکسی یا پکیج آسیب برسانند، خودداری کنید.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

• الکترونیک مصرفی:نشانگرهای وضعیت برق، باتری یا عملکرد در تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها، روترها و تجهیزات صوتی.
• کنترل‌های صنعتی:نشانگرهای نصب شده روی پنل برای وضعیت ماشین، آلارم‌های خطا یا حالت‌های عملیاتی.
• داخلی خودرو:نور پس‌زمینه برای دکمه‌ها، سوئیچ‌ها یا نمایشگرهای وضعیت جزئی (مشروط به تأیید صلاحیت درجه خودرویی خاص که ممکن است این قطعه استاندارد فاقد آن باشد).
• ابزار دقیق:چراغ‌های نشانگر روی تجهیزات آزمایش، دستگاه‌های پزشکی (برای عملکردهای غیر حیاتی) و سخت‌افزار ارتباطی.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه LED را با یک منبع جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان سری با یک منبع ولتاژ راه‌اندازی کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (V_منبع- V_F) / I_F محاسبه کنید. برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان هدف I_F برابر 20 میلی‌آمپر با V_F=2.4 ولت: R = (5 - 2.4) / 0.02 = 130 اهم. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد (مثلاً 120Ω یا 150Ω) استفاده کنید و جریان واقعی را بررسی کنید.
• مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان کم است، اما اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB یا وایاهای حرارتی اطراف پدهای لحیم‌کاری برای هدایت گرما از اتصال LED به بیرون وجود دارد، به ویژه هنگام کار نزدیک به حداکثر جریان یا در دمای محیطی بالا.
• طراحی نوری:ماهیت نوردهی جانبی مستلزم آن است که طراحی شامل یک راهنمای نور یا یک پنجره دید با موقعیت مناسب برای هدایت نور به محل مورد نظر روی محفظه محصول باشد.

8. مقایسه و تمایز فنی

LTST-S320KRKT از طریق چندین ویژگی کلیدی خود را در بازار متمایز می‌کند:

• فناوری چیپ:استفاده از AlInGaP در مقایسه با GaAsP قدیمی یا GaP استاندارد، بازده نوری به مراتب بالاتر و پایداری دمایی بهتری را فراهم می‌کند که منجر به نور قرمز روشن‌تر و یکنواخت‌تر می‌شود.
• پکیج نور جانبی:یک جایگزین طراحی برای LEDهای نورده از بالا ارائه می‌دهد و چالش‌های چیدمان خاصی را که در آن نور باید به موازات PCB حرکت کند، حل می‌کند.
• دسته‌بندی روشنایی بالا:دسترسی به دسته‌های تا 180 میلی‌کاندلا (دسته R) امکان کاربردهای نیازمند دید بسیار بالا را فراهم می‌کند.
• سازگاری قوی با فرآیند:سازگاری صریح با بازجوشی IR و قرارگیری خودکار، تولید را ساده‌سازی می‌کند و هزینه و پیچیدگی مونتاژ را در مقایسه با جایگزین‌های نصب‌سوراخ کاهش می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از یک پین GPIO میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: این بستگی به قابلیت تأمین جریان GPIO دارد. بسیاری از پین‌های MCU فقط می‌توانند 10-25 میلی‌آمپر تأمین کنند. در 20 میلی‌آمپر، احتمالاً در حد مجاز یا بالاتر هستید. ایمن‌تر است که از GPIO برای کنترل یک ترانزیستور (مثلاً یک MOSFET) استفاده کنید که جریان بالاتر LED را سوئیچ می‌کند.

سوال: چرا بین طول موج اوج (639 نانومتر) و طول موج غالب (631 نانومتر) تفاوت وجود دارد؟

پاسخ: طول موج اوج، حداکثر فیزیکی طیف گسیل است. طول موج غالب یک مقدار محاسبه‌شده بر اساس ادراک رنگ انسان (نمودار CIE) است. حساسیت چشم انسان (پاسخ فوتوپیک) باعث این جابجایی می‌شود و باعث می‌شود رنگ "ظاهری" با 631 نانومتر مطابقت داشته باشد.

سوال: اگر LED را به طور پیوسته در 30 میلی‌آمپر کار دهم چه اتفاقی می‌افتد؟

پاسخ: اگرچه این حداکثر درجه‌بندی DC است، اما کار در حداکثر مطلق، گرمای بیشتری تولید می‌کند، بازده نوری را به مرور زمان کاهش می‌دهد و به طور بالقوه عمر LED را کوتاه می‌کند. برای قابلیت اطمینان بهینه، برای اکثر کاربردها، کاهش درجه (دری‌تینگ) به 15-20 میلی‌آمپر توصیه می‌شود.

سوال: هنگام سفارش چگونه کد بین را تفسیر کنم؟

پاسخ: کد دسته شدت نور مورد نیاز (مثلاً "P") را در سفارش خرید خود مشخص کنید تا اطمینان حاصل کنید LEDهایی با روشنایی در محدوده 45-71 میلی‌کاندلا دریافت می‌کنید. این ثبات در ظاهر محصول شما را تضمین می‌کند.

10. مطالعه موردی طراحی

سناریو:طراحی یک نشانگر وضعیت برای یک ماژول سنسور IoT فشرده. PCB به طور متراکم پر شده است و نشانگر باید از کنار واحد محصور شده قابل مشاهده باشد.

پیاده‌سازی:LTST-S320KRKT به دلیل خاصیت نوردهی جانبی آن انتخاب شده است. در لبه PCB قرار می‌گیرد. یک مقاومت محدودکننده جریان 120Ω به صورت سری به خط تغذیه 3.3 ولت متصل می‌شود که منجر به جریان مستقیم تقریبی (3.3V - 2.4V)/120Ω = 7.5 میلی‌آمپر می‌شود. این روشنایی کافی برای استفاده در محیط داخلی را فراهم می‌کند در حالی که مصرف برق را به حداقل می‌رساند، عاملی حیاتی برای دستگاه‌های IoT با باتری. زاویه دید گسترده LED حتی اگر نقطه دید کاربر کاملاً هم‌راستا نباشد، قابلیت دید را تضمین می‌کند. قطعه با استفاده از مونتاژ استاندارد SMT قرار داده می‌شود و پروفایل بازجوشی IR طوری تنظیم می‌شود که در محدوده 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه باقی بماند و اتصال لحیم قابل اعتماد بدون آسیب حرارتی را تضمین کند.

11. معرفی اصل فناوری

LTST-S320KRKT بر اساس فناوری نیمه‌هادی AlInGaP است. این ماده یک نیمه‌هادی مرکب از گروه III-V است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. در اینجا، آن‌ها بازترکیب شده و انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفید در لایه فعال، انرژی شکاف نواری نیمه‌هادی را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را دیکته می‌کند. برای این LED قرمز، شکاف نواری طوری طراحی شده است که فوتون‌هایی با انرژی متناظر با تقریباً 639 نانومتر تولید کند. لنز اپوکسی شفاف آبی، چیپ را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی را فراهم می‌کند، الگوی خروجی نور (زاویه دید 130 درجه) را شکل می‌دهد و استخراج نور از ماده نیمه‌هادی را افزایش می‌دهد.

12. روندهای صنعت

روند در LEDهای نشانگر مانند LTST-S320KRKT همچنان به سمت بازدهی بالاتر، پکیج‌های کوچک‌تر و یکپارچگی بیشتر ادامه دارد. در حالی که AlInGaP فناوری غالب برای LEDهای قرمز و کهربایی با بازده بالا باقی مانده است، فناوری InGaN (ایندیم گالیم نیترید) پیشرفت کرده تا کل طیف مرئی را با بازده بالا پوشش دهد، از جمله سبز، آبی و سفید. تحولات آینده ممکن است کوچک‌سازی بیشتر پکیج‌های نور جانبی و افزایش پذیرش LEDهای بسته‌بندی شده در مقیاس چیپ (CSP) را ببینند که پکیج پلاستیکی سنتی را حذف می‌کنند تا ردپای حتی کوچک‌تر و عملکرد حرارتی بالقوه بهتری داشته باشند. علاوه بر این، تأکید فزاینده‌ای بر تنظیم دقیق رنگ و دسته‌بندی سخت‌گیرانه‌تر برای پاسخگویی به نیازهای کاربردهایی مانند آرایه‌های نشانگر تمام‌رنگ و رابط‌های انسان-ماشین پیچیده که در آن ثبات رنگ و روشنایی از اهمیت بالایی برخوردار است، وجود دارد.