دیتاشیت فنی کامل LED نارنجی SMD مدل LTST-S220KFKT - تراشه AlInGaP - 20mA - 90mcd

1. مرور کلی محصول

LTST-S220KFKT یک LED SMD با روشنایی بالا و دید جانبی است. این قطعه از تراشه نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که به دلیل تولید نور نارنجی کارآمد و درخشان شناخته شده است. این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار طراحی شده و با تکنیک‌های استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز سازگار است که آن را برای تولید انبوه مناسب می‌سازد. کاربرد اصلی آن به عنوان چراغ نشانگر یا منبع نور پس‌زمینه در دستگاه‌های الکترونیکی مختلف است که فضا محدود است و پروفایل تابش جانبی مزیت دارد.

1.1 مزایای اصلی

• روشنایی بالا:فناوری AlInGaP شدت نور بالایی ارائه می‌دهد، با مقدار معمول 90 میلی‌کاندلا (mcd) در جریان مستقیم 20mA.
• زاویه دید گسترده:دارای زاویه دید 130 درجه (2θ1/2) است که دید خوبی از زوایای مختلف را تضمین می‌کند.
• سازگار با اتوماسیون:روی نوار 8 میلی‌متری نصب شده روی قرقره 7 اینچی عرضه می‌شود و با تجهیزات اتوماتیک Pick-and-Place برای مونتاژ کارآمد PCB سازگار است.
• ساختار مستحکم:طراحی شده تا در برابر پروفیل‌های استاندارد لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب (Pb-free) مقاومت کند، با تحمل دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه.
• مطابقت:محصول با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تجزیه‌وتحلیل دقیقی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی ارائه می‌دهد که عملکرد و محدودیت‌های عملیاتی LED را تعریف می‌کنند.

2.1 رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق

این رتبه‌بندی‌ها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن برای مدت طولانی توصیه نمی‌شود.

• اتلاف توان (Pd):75 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که بسته LED می‌تواند به صورت حرارت به طور ایمن دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (IFP):80 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان پالسی مجاز است که معمولاً تحت شرایطی مانند چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مشخص می‌شود. برای فلاش‌های کوتاه و با شدت بالا استفاده می‌شود.
• جریان مستقیم پیوسته (IF):30 میلی‌آمپر DC. این حداکثر جریان حالت پایدار برای عملکرد مداوم است.
• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند به پیوند PN LED آسیب برساند.
• محدوده دمای عملیاتی (Topr):30- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیطی که LED برای عملکرد صحیح در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای نگهداری (Tstg):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای ایمن برای نگهداری زمانی که قطعه روشن نیست.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکال

اندازه‌گیری شده در دمای محیط استاندارد 25 درجه سانتی‌گراد، این پارامترها عملکرد معمول LED را تحت شرایط عملیاتی عادی تعریف می‌کنند.

• شدت نور (Iv):از حداقل 45.0 mcd تا معمولاً 90.0 mcd در IF=20mA متغیر است. این مقدار روشنایی درک شده خروجی نور توسط چشم انسان را اندازه‌گیری می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (VF):معمولاً 2.4 ولت، با حداکثر 2.4 ولت در IF=20mA. این افت ولتاژ در دو سر LED زمانی است که جریان را هدایت می‌کند.
• طول موج پیک (λP):611 نانومتر. این طول موجی است که در آن توان خروجی نوری در حداکثر خود است. برای این LED نارنجی، در بخش نارنجی-قرمز طیف قرار می‌گیرد.
• طول موج غالب (λd):605 نانومتر. این مقدار از نمودار رنگ‌سنجی CIE مشتق شده و نشان‌دهنده طول موج واحدی است که بهترین توصیف از رنگ درک شده نور را ارائه می‌دهد.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):17 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر به معنای خروجی نور تک‌رنگ‌تر (رنگ خالص) است.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر در VR=5V. این جریان نشتی کوچکی است که وقتی LED در محدوده حداکثر رتبه خود تحت بایاس معکوس قرار می‌گیرد، جریان می‌یابد.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات در روشنایی در بین دسته‌های تولید، LEDها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده‌شان در باین‌ها دسته‌بندی می‌شوند. LTST-S220KFKT از یک سیستم باینینگ با کدها و محدوده‌های زیر استفاده می‌کند که در 20mA اندازه‌گیری شده است. تلرانس برای هر باین شدت نور +/-15% است.

• کد باین P:45.0 - 71.0 mcd
• کد باین Q:71.0 - 112.0 mcd
• کد باین R:112.0 - 180.0 mcd
• کد باین S:180.0 - 280.0 mcd

این به طراحان اجازه می‌دهد تا LEDها را از یک باین خاص برای کاربردهایی که نیاز به سطوح روشنایی یکنواخت دارند، انتخاب کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، مفاهیم آن‌ها برای طراحی حیاتی است.

4.1 جریان در مقابل شدت نور (منحنی I-Iv)

خروجی نور (شدت نور) یک LED تا حدی مستقیماً با جریان مستقیم عبوری از آن متناسب است. عملکرد بالاتر از جریان پیوسته توصیه شده (30mA) می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد، کاهش طول عمر و تغییر رنگ شود. رتبه جریان پالسی (80mA) اجازه می‌دهد تا فلاش‌های کوتاه با روشنایی بالاتر بدون آسیب حرارتی تولید شود.

4.2 وابستگی به دما

عملکرد LED به دما حساس است. با افزایش دمای پیوند:

• شدت نور کاهش می‌یابد:خروجی نور معمولاً کاهش می‌یابد. مشخصات دیتاشیت در 25 درجه سانتی‌گراد است؛ در دمای عملیاتی بالاتر، خروجی کمتر خواهد بود.
• ولتاژ مستقیم کاهش می‌یابد:VF دارای ضریب دمایی منفی است.
• طول موج جابجا می‌شود:طول موج‌های پیک و غالب ممکن است کمی جابجا شوند که به طور بالقوه بر رنگ درک شده تأثیر می‌گذارد.

مدیریت حرارتی مناسب (مانند مساحت کافی مس PCB برای هیت‌سینک) برای حفظ عملکرد و قابلیت اطمینان ضروری است.

4.3 توزیع طیفی

منحنی طیفی شدت نور را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد. پیک در 611 نانومتر و نیم‌عرض 17 نانومتر تأیید می‌کند که این یک LED نارنجی با پهنای باند طیفی نسبتاً باریک است که رنگی اشباع شده ارائه می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

LED دارای طراحی بسته‌بندی دید جانبی است، به این معنی که تابش نور اصلی از کنار قطعه به جای بالای آن است. این برای کاربردهای نورپردازی لبه‌ای ایده‌آل است.

5.1 ابعاد بسته‌بندی و قطبیت

قطعه از طرح کلی بسته‌بندی استاندارد EIA پیروی می‌کند. تلرانس‌های ابعادی کلیدی معمولاً ±0.10 میلی‌متر است. کاتد (ترمینال منفی) معمولاً با علامتی روی بسته‌بندی مانند یک شکاف، نقطه یا پایه کوتاه شده نشان داده می‌شود. دیتاشیت شامل یک نقشه ابعادی دقیق با طرح پیشنهادی پد لحیم است تا تراز مناسب و تشکیل اتصال لحیم در حین ریفلو تضمین شود.

5.2 طراحی پیشنهادی پد لحیم

یک الگوی لند پیشنهادی (ردپای پد لحیم) ارائه شده است تا بازده لحیم‌کاری خوب و پایداری مکانیکی را تسهیل کند. پیروی از این طراحی به جلوگیری از مشکلاتی مانند "تومب‌استونینگ" (بلند شدن یک انتها از روی پد) یا اتصالات لحیم ناکافی کمک می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

LED با فرآیندهای ریفلو مادون قرمز بدون سرب (Pb-free) سازگار است. یک پروفیل پیشنهادی ارائه شده است که از استانداردهای JEDEC پیروی می‌کند. پارامترهای کلیدی شامل:

• پیش‌گرم:150-200 درجه سانتی‌گراد تا 120 ثانیه برای گرم کردن تدریجی برد و فعال کردن فلاکس خمیر لحیم.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (TAL):زمانی که اتصال لحیم بالاتر از نقطه ذوب خود می‌گذرد باید برای خیس‌شدن مناسب کافی باشد اما بیش از حد نباشد تا از تنش حرارتی روی LED جلوگیری شود. پروفیل زمان دمای پیک حداکثر 10 ثانیه را پیشنهاد می‌دهد.

قطعه می‌تواند حداکثر دو بار این فرآیند ریفلو را تحمل کند.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، از هویه کنترل دمایی با حداکثر دمای 300 درجه سانتی‌گراد استفاده کنید. زمان تماس را به 3 ثانیه برای هر اتصال محدود کنید و فقط یک بار لحیم کنید تا از آسیب حرارتی به بسته پلاستیکی و اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط از حلال‌های مشخص شده استفاده کنید. غوطه‌وری LED در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. از استفاده از مواد شیمیایی خورنده یا نامشخص که می‌تواند به لنز پلاستیکی یا بسته آسیب برساند، خودداری کنید.

6.4 نگهداری و جابجایی

• احتیاط‌های ESD:LEDها به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند. در حین جابجایی از مچ‌بند، زیرانداز ضد استاتیک و تجهیزات دارای اتصال زمین مناسب استفاده کنید.
• حساسیت به رطوبت:در حالی که دیتاشیت نشان می‌دهد بسته مهر و موم شده است، احتیاط‌های استاندارد MSL (سطح حساسیت به رطوبت) برای قطعات SMD پس از باز شدن بسته‌بندی اصلی اعمال می‌شود. اگر در معرض رطوبت محیط قرار گرفت، ممکن است قبل از ریفلو نیاز به پخت (مثلاً 60 درجه سانتی‌گراد به مدت 20 ساعت) باشد تا از "ترکیدن" (ترک خوردن بسته به دلیل فشار بخار در حین گرمایش) جلوگیری شود.
• شرایط نگهداری:برای بسته‌های باز شده، در دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری کنید. برای بهترین نتایج، استفاده در عرض یک هفته توصیه می‌شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

فرمت بسته‌بندی استاندارد برای مونتاژ خودکار حیاتی است.

• نوار و قرقره:قطعات در نوار حامل برجسته به عرض 8 میلی‌متر قرار می‌گیرند.
• اندازه قرقره:قطر 7 اینچ.
• تعداد در هر قرقره:4000 قطعه.
• یادداشت‌های بسته‌بندی:حفره‌های خالی با نوار پوششی مهر و موم می‌شوند. حداکثر تعداد قطعات مفقود شده متوالی دو عدد است. حداقل مقدار سفارش برای باقی‌مانده‌ها 500 قطعه است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از روشنایی و طول عمر ثابت، باید با یک جریان ثابت یا با یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری هنگامی که از منبع ولتاژ استفاده می‌شود، راه‌اندازی شوند.

مثال محاسبه برای مقاومت سری (با استفاده از منبع تغذیه 5 ولت و VF معمول=2.4V، IF=20mA):
مقدار مقاومت، R = (ولتاژ منبع - VF) / IF = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 اهم.
رتبه توان مقاومت، P = (ولتاژ منبع - VF) * IF = (2.6V) * 0.020A = 0.052W. یک مقاومت استاندارد 1/8W (0.125W) یا 1/10W کافی است.

برای چندین LED، اتصال آن‌ها به صورت سری (اگر ولتاژ منبع به اندازه کافی بالا باشد) نسبت به اتصال موازی ترجیح دارد، زیرا جریان یکسان از هر LED را تضمین می‌کند و باعث روشنایی یکنواخت می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که چیدمان PCB رهایی حرارتی کافی را فراهم می‌کند، به ویژه اگر در نزدیکی رتبه‌های جریان حداکثر کار می‌کند. اتصال پد حرارتی (در صورت وجود) به یک صفحه زمین می‌تواند به دفع گرما کمک کند.
• محدود کردن جریان:هرگز یک LED را بدون مکانیزم محدودکننده جریان مستقیماً به یک منبع ولتاژ وصل نکنید.
• محافظت در برابر ولتاژ معکوس:از اعمال بایاس معکوس خودداری کنید. در مدارهایی که ولتاژ معکوس امکان‌پذیر است (مانند کوپلینگ AC)، در نظر بگیرید که یک دیود محافظ به موازات LED اضافه کنید (کاتد به کاتد، آند به آند).

9. مقایسه و تمایز فنی

LTST-S220KFKT از طریق ترکیب فناوری AlInGaP و بسته‌بندی دید جانبی خود را متمایز می‌کند. در مقایسه با LEDهای قدیمی GaAsP یا GaP، AlInGaP کارایی و روشنایی به مراتب بالاتری برای رنگ‌های نارنجی/قرمز ارائه می‌دهد. فاکتور فرم دید جانبی انعطاف‌پذیری طراحی را برای کاربردهایی که نور باید به صورت افقی در سطح یک صفحه هدایت شود، مانند نورپردازی پشت دکمه، نشانگرهای وضعیت در لبه دستگاه یا راهنماهای نور، فراهم می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

10.1 تفاوت طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

طول موج پیک (λP) طول موج فیزیکی است که LED بیشترین توان نوری را در آن ساطع می‌کند. طول موج غالب (λd) یک مقدار محاسبه شده بر اساس ادراک رنگ انسان (نمودار CIE) است که بهترین نمایش از رنگی است که ما می‌بینیم. آن‌ها اغلب نزدیک اما یکسان نیستند.

10.2 آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

بله. با استفاده از VF معمول 2.4 ولت در 20mA، مقاومت سری به صورت R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 اهم محاسبه می‌شود. اطمینان حاصل کنید که رتبه توان مقاومت کافی است (0.9V * 0.02A = 0.018W).

10.3 چرا رتبه جریان پیک بسیار بالاتر از جریان پیوسته است؟

رتبه جریان پیک (80mA) برای پالس‌های بسیار کوتاه (0.1ms) است. این اجازه می‌دهد LED فلاشی بسیار درخشان‌تر برای اهداف سیگنال‌دهی تولید کند بدون اینکه دمای پیوند به سطوح مخرب برسد، زیرا زمان کافی برای تجمع گرما وجود ندارد. برای روشنایی ثابت، نباید از جریان پیوسته (30mA) تجاوز کرد.

10.4 چگونه کد باین را تفسیر کنم؟

کد باین (مانند P, Q, R, S) روی برچسب قرقره یا بسته‌بندی نشان‌دهنده محدوده شدت نور LEDهای داخل است. انتخاب از یک باین واحد روشنایی ثابت در محصول شما را تضمین می‌کند. به عنوان مثال، LEDهای باین S در همان جریان به طور قابل توجهی درخشان‌تر از LEDهای باین P خواهند بود.

11. مثال کاربردی عملی

سناریو: طراحی یک نشانگر باتری کم برای یک دستگاه قابل حمل.
LTST-S220KFKT یک انتخاب عالی است. رنگ نارنجی آن یک نشانگر هشدار رایج است. بسته‌بندی دید جانبی اجازه می‌دهد روی لبه PCB نصب شود و نور را به سمت یک پنجره نیمه‌شفاف روی محفظه دستگاه هدایت کند. با راه‌اندازی در 15-20mA از طریق یک پین GPIO و یک مقاومت سری از ریل 3.3V دستگاه، یک سیگنال واضح و درخشان ارائه می‌دهد. زاویه دید گسترده 130 درجه‌ای اطمینان می‌دهد که نشانگر حتی زمانی که دستگاه از زاویه‌ای مشاهده می‌شود، قابل مشاهده است. سازگاری آن با لحیم‌کاری ریفلو اجازه می‌دهد در یک مرحله همراه با تمام قطعات SMD دیگر مونتاژ شود و هزینه تولید را کاهش دهد.

12. اصل عملکرد

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از ولتاژ گاف نواری آن اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال (تراشه AlInGaP در این مورد) بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب ماده خاص نیمه‌هادی (AlInGaP) انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند - در این مورد، نارنجی. بسته‌بندی دید جانبی شامل یک لنز پلاستیکی قالب‌گیری شده است که نور ساطع شده از تراشه را شکل داده و به سمت کنار هدایت می‌کند.

13. روندهای فناوری

استفاده از مواد AlInGaP نشان‌دهنده یک فناوری تثبیت شده و بالغ برای تولید LEDهای قرمز، نارنجی و زرد با کارایی بالا است. توسعه مداوم در صنعت گسترده‌تر LED بر افزایش کارایی (لومن بر وات)، بهبود رندر رنگ و امکان چگالی توان بالاتر متمرکز است. برای LEDهای نشانگر مانند LTST-S220KFKT، روندها شامل مینیاتوری‌سازی بیشتر، توسعه زوایای دید حتی گسترده‌تر و سازگاری پیشرفته با فرآیندهای مونتاژ سخت‌گیرانه است. حرکت به سمت اتوماسیون و قابلیت اطمینان بالاتر در تولید الکترونیک همچنان LEDهای SMD مستحکم و قابل لحیم‌کاری ریفلو را به انتخاب استاندارد نسبت به قطعات Through-Hole تبدیل می‌کند.