دیتاشیت LED SMD مدل LTST-C990NRKT-PO - چیپ قرمز AlInGaP - 20mA - 900-2240mcd - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند، مشخصات فنی کامل یک لامپ ال‌ای‌دی نصب سطحی (SMD) را ارائه می‌دهد. این قطعه برای مونتاژ خودکار بر روی برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده و با ابعاد مینیاتوری خود، برای کاربردهای دارای محدودیت فضا ایده‌آل است. عملکرد اصلی آن، به عنوان نشانگر بصری یا منبع نور پس‌زمینه در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این ال‌ای‌دی چندین مزیت کلیدی برای ساخت الکترونیک مدرن ارائه می‌دهد. این قطعه از یک چیپ فوق‌روشن AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که بازده نوری بالایی برای نور قرمز فراهم می‌کند. دستگاه بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده بر روی قرقره‌های 7 اینچی بسته‌بندی شده و مطابق با استانداردهای EIA است که آن را کاملاً با تجهیزات اتوماتیک پیک‌اندپلیس سرعت‌بالا سازگار می‌کند. علاوه بر این، برای مقاومت در برابر فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری بازجوشی مادون قرمز (IR) که معمولاً در خطوط مونتاژ بدون سرب (Pb-free) استفاده می‌شود، طراحی شده و اتصال مطمئن به PCB را تضمین می‌کند. این محصول با دستورالعمل محدودیت مواد خطرناک (RoHS) مطابقت دارد.

کاربردهای هدف گسترده هستند و شامل تجهیزات مخابراتی، دستگاه‌های اتوماسیون اداری، لوازم خانگی و سیستم‌های کنترل صنعتی می‌شوند. مصارف خاص شامل نور پس‌زمینه کی‌پدها و صفحه‌کلیدها، چراغ‌های نشانگر وضعیت، ادغام در میکرودیسپلی‌ها و نورپردازی عمومی سیگنال یا نماد است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش محدودیت‌های مطلق و ویژگی‌های عملیاتی ال‌ای‌دی را به تفصیل شرح می‌دهد. تمام پارامترها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد تعریف شده‌اند مگر اینکه خلاف آن ذکر شود.

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

این ریتینگ‌ها محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن تضمین نمی‌شود.

• اتلاف توان (Pd):62.5 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که بسته‌بندی ال‌ای‌دی می‌تواند به صورت گرما دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(PEAK)):60 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم لحظه‌ای مجاز است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1ms) برای مدیریت تنش حرارتی مشخص می‌شود.
• جریان مستقیم DC پیوسته (I_F):25 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان توصیه شده برای کارکرد پیوسته است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس بیش از این مقدار می‌تواند باعث شکست و خرابی شود.
• محدوده دمای کاری:30- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیطی که ال‌ای‌دی برای عملکرد در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای انبارداری:40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمایی برای نگهداری در حالت غیرفعال.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه. حداکثر پروفایل حرارتی که بسته‌بندی می‌تواند در طول فرآیند لحیم‌کاری بازجوشی تحمل کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که تحت شرایط آزمایش استاندارد اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت نور (I_V):900.0 - 2240.0 میلی‌کاندلا (mcd). در جریان مستقیم (I_F) 20mA اندازه‌گیری شده است. شدت نور با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک (CIE) را تقریب می‌زند. محدوده وسیع نشان‌دهنده استفاده از سیستم باینینگ است (به بخش 4 مراجعه کنید).
• زاویه دید (2θ_1/2):75 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور، نصف مقدار اندازه‌گیری شده بر روی محور مرکزی (0°) است. زاویه 75 درجه، مخروط دید نسبتاً وسیعی فراهم می‌کند.
• طول موج تابش پیک (λ_P):639 نانومتر (nm). این طول‌موجی است که در آن توزیع توان طیفی نور ساطع شده در حداکثر خود قرار دارد.
• طول موج غالب (λ_d):624.0 - 632.0 نانومتر. این از نمودار رنگ‌سنجی CIE مشتق شده و نمایانگر رنگ ادراکی ال‌ای‌دی است که در ناحیه قرمز طیف قرار دارد.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر. این نشان‌دهنده پهنای باند طیفی است که به عنوان عرض کامل در نصف بیشینه (FWHM) پیک تابش اندازه‌گیری می‌شود. مقدار 20nm برای یک ال‌ای‌دی قرمز تک‌رنگ AlInGaP معمول است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.7 - 2.5 ولت. افت ولتاژ دو سر ال‌ای‌دی هنگامی که با 20mA راه‌اندازی می‌شود. این محدوده، واریانس طبیعی ساخت در چیپ نیمه‌هادی را در نظر می‌گیرد.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر). جریان نشتی کوچکی که هنگام اعمال حداکثر ولتاژ معکوس (5V) جاری می‌شود.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در کاربردها، ال‌ای‌دی‌ها پس از ساخت بر اساس پارامترهای نوری کلیدی دسته‌بندی (باینینگ) می‌شوند.

3.1 باینینگ شدت نور

پارامتر اصلی باینینگ برای این ال‌ای‌دی، شدت نور آن است. محصول در چندین "بین" دسته‌بندی می‌شود که هر کدام دارای یک مقدار حداقل و حداکثر شدت نور تعریف شده در هنگام راه‌اندازی با 20mA هستند. کد بین که بر روی قرقره یا بسته‌بندی چاپ شده است، به طراحان اجازه می‌دهد تا ال‌ای‌دی‌هایی با روشنایی یکنواخت برای کاربرد خود انتخاب کنند. تلرانس درون هر بین +/- 15% است. لیست بین‌ها به شرح زیر است:

• کد بین V2:900.0 - 1120.0 میلی‌کاندلا
• کد بین W1:1120.0 - 1400.0 میلی‌کاندلا
• کد بین W2:1400.0 - 1800.0 میلی‌کاندلا
• کد بین X1:1800.0 - 2240.0 میلی‌کاندلا

انتخاب یک کد بین بالاتر (مثلاً X1)، حداقل روشنایی بالاتری را تضمین می‌کند که برای کاربردهای نیازمند دید یکنواخت بالا یا جایی که جریان راه‌اندازی ممکن است محدود باشد، حیاتی است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی، بینش عمیق‌تری از رفتار ال‌ای‌دی تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند. منحنی‌های معمول موجود در دیتاشیت، رابطه بین پارامترهای کلیدی را نشان می‌دهند.

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان عبوری از ال‌ای‌دی و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. "زانو"ی منحنی، که معمولاً برای این دستگاه حدود 1.7V تا 2.0V است، نقطه‌ای است که ال‌ای‌دی شروع به تابش نور قابل توجه می‌کند. بالاتر از این زانو، افزایش کوچکی در ولتاژ باعث افزایش زیادی در جریان می‌شود. بنابراین، ال‌ای‌دی‌ها همیشه با یک مکانیزم محدودکننده جریان راه‌اندازی می‌شوند، نه یک منبع ولتاژ ثابت.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

This graph demonstrates how light output increases with drive current. For most LEDs, the relationship is approximately linear within the recommended operating range (up to 25mA for this device). Driving the LED beyond its maximum continuous current rating will not produce proportionally more light and will generate excessive heat, reducing lifespan and reliability.

4.3 توزیع طیفی

نمودار طیفی، توان تابشی نسبی ساطع شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد. این نمودار دارای یک پیک غالب منفرد حول مرکز 639 نانومتر (طول موج پیک) با شکلی مشخصه تعریف شده توسط نیم‌عرض 20 نانومتر خواهد بود. این موضوع خروجی رنگ قرمز تک‌فام را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد دستگاه و قطبیت

بسته‌بندی ال‌ای‌دی دارای ابعاد فیزیکی خاصی است که برای طراحی جای پای PCB حیاتی است. دیتاشیت یک نقشه ابعادی دقیق ارائه می‌دهد. ویژگی‌های کلیدی شامل طول، عرض و ارتفاع کلی است. بسته‌بندی همچنین دارای یک نشانگر قطبیت است که معمولاً یک شکاف، یک نقطه سبز یا علامت کاتد در یک انتها است که باید به درستی با جای پای PCB تراز شود تا اتصال الکتریکی صحیح (آند در مقابل کاتد) تضمین گردد.

5.2 طرح پیشنهادی پد اتصال PCB

یک الگوی لند پیشنهادی (طرح پد مسی) برای PCB ارائه شده است. این الگو برای اطمینان از یک اتصال لحیم مطمئن در طول بازجوشی، ایجاد تخلیه حرارتی کافی و جلوگیری از پل‌زدگی لحیم طراحی شده است. پیروی از این توصیه برای مونتاژ موفق و پایداری مکانیکی بلندمدت ضروری است.

5.3 مشخصات بسته‌بندی نوار و قرقره

برای مونتاژ خودکار، قطعات در نوار حامل بر روی قرقره عرضه می‌شوند. دیتاشیت ابعاد جیب‌های نوار که هر ال‌ای‌دی را نگه می‌دارد، عرض نوار و ابعاد قرقره (قطر 7 اینچ) را مشخص می‌کند. تعداد استاندارد در هر قرقره 3000 عدد است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است. یادداشت‌ها شامل جزئیات درباره نوار پوششی، حداکثر تعداد قطعات مفقود شده متوالی (2 عدد) و حداقل تعداد سفارش برای باقیمانده (500 عدد) می‌شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری، مونتاژ و جابجایی

6.1 پروفایل بازجوشی IR توصیه شده

برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب، یک پروفایل حرارتی خاص برای جلوگیری از آسیب توصیه می‌شود. پارامترهای کلیدی شامل:

• دمای پیش‌گرم:150-200 درجه سانتی‌گراد
• زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه
• دمای پیک بدنه:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد
• زمان بالای 260 درجه سانتی‌گراد:حداکثر 10 ثانیه (حداکثر دو سیکل بازجوشی مجاز است)

پروفایل باید مطابق با استانداردهای JEDEC توسعه یابد و با طراحی PCB خاص، خمیر لحیم و فر مورد استفاده در تولید اعتبارسنجی شود.

6.2 شرایط نگهداری

نگهداری صحیح به دلیل حساسیت به رطوبت بسته‌بندی پلاستیکی (MSL 3) حیاتی است.

• بسته‌بندی مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شود. ظرف یک سال از تاریخ بسته‌بندی استفاده شود.
• بسته‌بندی باز شده:برای قطعات خارج شده از کیسه ضد رطوبت، محیط نباید از 30°C و 60% RH تجاوز کند. توصیه می‌شود بازجوشی IR ظرف یک هفته تکمیل شود. برای نگهداری بیش از یک هفته، ال‌ای‌دی‌ها را قبل از لحیم‌کاری به مدت حداقل 20 ساعت در دمای 60°C پخت (بیک) کنید تا رطوبت جذب شده حذف و از "پاپ‌کورنینگ" در طول بازجوشی جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط از حلال‌های تأیید شده استفاده کنید. غوطه‌وری ال‌ای‌دی در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه مشخص شده است. مواد شیمیایی خشن یا نامشخص می‌توانند به لنز پلاستیکی و بسته‌بندی آسیب برسانند.

6.4 احتیاط تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

چیپ نیمه‌هادی داخل ال‌ای‌دی به تخلیه الکترواستاتیک و موج‌های ولتاژ حساس است. احتیاط‌های جابجایی لازم است: از مچ‌بند زمین‌شده یا دستکش ضداستاتیک استفاده کنید و مطمئن شوید تمام تجهیزات و سطوح کار به درستی زمین شده‌اند.

7. ملاحظات طراحی کاربردی

7.1 طراحی مدار راه‌انداز

ال‌ای‌دی‌ها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. حیاتی‌ترین جنبه مدار راه‌انداز، تنظیم جریان است. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت، به ویژه هنگامی که چندین ال‌ای‌دی به صورت موازی متصل می‌شوند، یک مقاومت محدودکننده جریان باید به صورت سری باهر ال‌ای‌دی منفردقرار گیرد. یک مدار راه‌انداز ساده شامل یک منبع ولتاژ (V_CC)، ال‌ای‌دی و یک مقاومت سری (R_S) است. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R_S= (V_CC- V_F) / I_F، که در آن V_Fولتاژ مستقیم ال‌ای‌دی در جریان مورد نظر I_F(مثلاً 20mA) است. استفاده از یک مقاومت برای هر ال‌ای‌دی، واریانس‌های جزئی در V_Fاز دستگاهی به دستگاه دیگر را جبران می‌کند.

7.2 مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان کم است (حداکثر 62.5 mW)، مدیریت حرارتی مؤثر عمر ال‌ای‌دی را افزایش داده و خروجی نور پایدار را حفظ می‌کند. خود PCB به عنوان یک هیت‌سینک عمل می‌کند. اطمینان از یک اتصال حرارتی خوب از پدهای لحیم ال‌ای‌دی به صفحات مسی روی PCB به دفع گرما کمک می‌کند. از کارکردن ال‌ای‌دی در حداکثر جریان و محدودیت‌های دمایی مطلق آن برای دوره‌های طولانی خودداری کنید.

7.3 محدوده کاربرد و محدودیت‌ها

این ال‌ای‌دی برای تجهیزات الکترونیکی عمومی در نظر گرفته شده است. برای کاربردهای نیازمند قابلیت اطمینان استثنایی که خرابی می‌تواند ایمنی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی، سیستم‌های ایمنی حمل و نقل)، صلاحیت‌سنجی اضافی و مشورت با سازنده قطعه قبل از طراحی الزامی است.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند ال‌ای‌دی‌های قرمز GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، چیپ AlInGaP استفاده شده در اینجا بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر در جریان راه‌اندازی یکسان می‌شود. طراحی لنز گنبدی کمک می‌کند تا زاویه دید مشخص شده 75 درجه حاصل شود و تعادل خوبی بین روشنایی محوری و دید خارج از محور برقرار کند. سازگاری با جایگذاری خودکار و بازجوشی IR، آن را به انتخابی مقرون‌به‌صرفه برای تولید انبوه تبدیل می‌کند و آن را از ال‌ای‌دی‌های نیازمند لحیم‌کاری دستی متمایز می‌سازد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: چرا ال‌ای‌دی من کم‌نور است یا در مقایسه با دیگران روی برد روشنایی ناهمگونی دارد؟

الف: رایج‌ترین دلیل، عدم استفاده از مقاومت‌های محدودکننده جریان منفرد برای هر ال‌ای‌دی هنگام اتصال موازی آن‌ها است. واریانس‌های کوچک در ولتاژ مستقیم (V_F) باعث تقسیم نابرابر جریان می‌شود. همیشه از یک مقاومت سری برای هر ال‌ای‌دی استفاده کنید. همچنین، بررسی کنید که از ال‌ای‌دی‌های یک بین شدت نور یکسان استفاده می‌کنید.

س: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را با 3.3V و بدون مقاومت راه‌اندازی کنم؟

الف: خیر. اتصال مستقیم یک ال‌ای‌دی به یک منبع ولتاژ مانند 3.3V باعث جریان بیش از حد می‌شود که احتمالاً از حداکثر جریان مستقیم DC (25mA) فراتر رفته و دستگاه را از بین می‌برد. یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان به یک مقدار ایمن (مثلاً 20mA) اجباری است.

س: دیتاشیت یک محدوده ولتاژ مستقیم 1.7V تا 2.5V را نشان می‌دهد. برای محاسبه مقاومت خود باید از کدام مقدار استفاده کنم؟

الف: برای یک طراحی محافظه‌کارانه که حتی با یک ال‌ای‌دی با V_Fپایین نیز اطمینان حاصل کند که جریان از هدف شما (مثلاً 20mA) تجاوز نمی‌کند، از حداقل مقدار V_F(1.7V) در محاسبه خود استفاده کنید. این منجر به مقدار مقاومت کمی بالاتر و جریان کمی کمتر برای ال‌ای‌دی‌های با V_Fبالاتر می‌شود، اما ایمنی را برای تمام دستگاه‌ها تضمین می‌کند.

س: 'MSL 3' برای نگهداری به چه معناست؟

الف: سطح حساسیت به رطوبت 3 نشان می‌دهد که بسته‌بندی می‌تواند تا 168 ساعت (یک هفته) در شرایط محیط کارخانه (≤30°C/60% RH) قرار گیرد قبل از اینکه نیاز به پخت (بیکینگ) قبل از لحیم‌کاری بازجوشی داشته باشد. تجاوز از این زمان، خطر آسیب داخلی بسته‌بندی در طول فرآیند بازجوشی دمابالا را به همراه دارد.

10. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت با 10 ال‌ای‌دی قرمز با روشنایی یکنواخت.

1. طراحی مدار:از یک ریل تغذیه 5V استفاده کنید. هدف I_F= 20mA. با فرض V_Fمعمول 2.1V، R_S= (5V - 2.1V) / 0.020A = 145 اهم محاسبه کنید. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد 150 اهم است. یک مقاومت 150 اهمی را به صورت سری با آند هر یک از 10 ال‌ای‌دی قرار دهید. تمام طرف‌های کاتد را به زمین متصل کنید.

2. چیدمان PCB:از الگوی لند توصیه شده از دیتاشیت استفاده کنید. مطمئن شوید که علائم قطبیت روی چاپ ابریشمی PCB با نشانگر قطبیت ال‌ای‌دی مطابقت دارد. یک صفحه زمین جامع برای دفع حرارت و بازگشت الکتریکی فراهم کنید.

3. تأمین:کد بین شدت نور مورد نیاز (مثلاً W2 برای 1400-1800 mcd) را به توزیع‌کننده مشخص کنید تا مطمئن شوید هر 10 ال‌ای‌دی روشنایی مشابهی دارند.

4. مونتاژ:پروفایل بازجوشی IR توصیه شده را دنبال کنید. پس از مونتاژ، در صورت نیاز به تمیزکاری، از ایزوپروپیل الکل استفاده کنید.

این رویکرد، عملکرد مطمئن، ظاهر بصری یکنواخت و پایداری بلندمدت برای پنل نشانگر را تضمین می‌کند.

11. معرفی اصل عملکرد

یک ال‌ای‌دی یک دیود نیمه‌هادی است. هسته آن یک پیوند p-n ساخته شده از مواد با گاف انرژی مستقیم مانند AlInGaP است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که یک الکترون با یک حفره بازترکیب می‌شود، انرژی آزاد می‌شود. در یک ال‌ای‌دی، این انرژی به شکل یک فوتون (ذره نور) آزاد می‌شود. طول موج (رنگ) فوتون ساطع شده توسط انرژی گاف ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. AlInGaP دارای یک گاف انرژی متناظر با نور قرمز است. لنز اپوکسی گنبدی شکل برای محافظت از چیپ نیمه‌هادی و شکل‌دهی به پرتو نور خروجی عمل می‌کند، نور بیشتری را از چیپ استخراج کرده و زاویه دید را تعریف می‌کند.

12. روندهای فناوری

روند کلی در ال‌ای‌دی‌های نشانگر SMD به سمت بازده بالاتر، اندازه بسته‌بندی کوچکتر و قابلیت اطمینان افزایش‌یافته ادامه دارد. در حالی که AlInGaP همچنان فناوری غالب برای ال‌ای‌دی‌های قرمز و کهربایی با بازده بالا باقی مانده است، مواد دیگر مانند InGaN (ایندیم گالیم نیترید) طیف آبی، سبز و سفید را پوشش می‌دهند. توسعه مداوم در بسته‌بندی در مقیاس چیپ (CSP) وجود دارد که در آن چیپ ال‌ای‌دی مستقیماً بدون بسته‌بندی پلاستیکی سنتی نصب می‌شود و امکان ابعاد حتی کوچکتر را فراهم می‌کند. علاوه بر این، ادغام الکترونیک کنترل، مانند درایورهای جریان ثابت، درون خود بسته‌بندی ال‌ای‌دی، روندی رو به رشد برای ساده‌سازی طراحی مدار و بهبود یکنواختی عملکرد است.