دیتاشیت LED SMD مدل LTST-C190KEKT - چیپ قرمز AlInGaP - زاویه دید ۱۳۰ درجه - ولتاژ ۱.۷ تا ۲.۵ ولت - جریان ۳۰ میلی‌آمپر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTST-C190KEKT یک لامپ LED از نوع نصب سطحی (SMD) است که برای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده است. این قطعه متعلق به خانواده LEDهای مینیاتوری است که برای کاربردهای با محدودیت فضا در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی در نظر گرفته شده‌اند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این LED چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد که آن را برای ساخت الکترونیک مدرن مناسب می‌سازد. ویژگی‌های اصلی آن شامل مطابقت با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک)، استفاده از یک چیپ نیمه‌هادی فوق‌العاده روشن AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تابش نور قرمز کارآمد، و بسته‌بندی روی نوار ۸ میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های ۷ اینچی سازگار با تجهیزات استاندارد Pick-and-Place خودکار است. این قطعه همچنین برای سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) طراحی شده است که استاندارد صنعتی برای مونتاژ انبوه SMD می‌باشد.

کاربردهای هدف متنوع هستند و نشان‌دهنده تطبیق‌پذیری این قطعه است. بازارهای کلیدی شامل تجهیزات مخابراتی (مانند تلفن‌های بی‌سیم و همراه)، دستگاه‌های اتوماسیون اداری (مانند لپ‌تاپ‌ها، سیستم‌های شبکه)، لوازم خانگی و کاربردهای تابلو یا نمایشگر داخلی می‌شود. کاربردهای عملکردی خاص در این دستگاه‌ها شامل نور پس‌زمینه صفحه کلید یا کی‌پد، نشانگر وضعیت، نمایشگرهای میکرو و روشنایی سیگنال یا نماد است.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

عملکرد LTST-C190KEKT توسط مجموعه‌ای از حداکثر مقادیر مجاز مطلق و مشخصات الکتریکی/نوری استاندارد تعریف می‌شود که همگی در دمای محیط (Ta) برابر ۲۵ درجه سانتی‌گراد مشخص شده‌اند.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر تحت هیچ شرایط کاری نباید تجاوز کنند.

• توان اتلافی (Pd):۷۵ میلی‌وات. این حداکثر توانی است که بسته LED می‌تواند به صورت گرما دفع کند.
• جریان پیشروی پیک (I_F(PEAK)):۸۰ میلی‌آمپر. این حداکثر جریان پیشروی لحظه‌ای است که فقط تحت شرایط پالسی با چرخه کاری ۱/۱۰ و عرض پالس ۰.۱ میلی‌ثانیه مجاز است.
• جریان پیشروی DC (I_F):۳۰ میلی‌آمپر. این حداکثر جریان پیشروی پیوسته برای عملکرد قابل اعتماد در بلندمدت است.
• ولتاژ معکوس (V_R):۵ ولت. اعمال ولتاژ معکوس بیش از این مقدار می‌تواند باعث شکست پیوندگاه شود.
• محدوده دمای کار و ذخیره‌سازی:منفی ۵۵ درجه سانتی‌گراد تا مثبت ۸۵ درجه سانتی‌گراد.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:مقاوم در برابر دمای پیک ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۰ ثانیه، که مشخصه معمول پروفیل‌های ریفلو لحیم بدون سرب (Pb-free) است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

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

• شدت نور (I_V):۲۸.۰ تا ۱۱۲.۰ میلی‌کاندلا (mcd) در جریان پیشرو (I_F) برابر ۲۰mA. شدت نور با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که منحنی پاسخ چشم انسان در شرایط فتوبیک (CIE) را تقریب می‌زند.
• زاویه دید (2θ_1/2):۱۳۰ درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار اندازه‌گیری شده روی محور مرکزی (۰ درجه) کاهش می‌یابد. یک زاویه دید گسترده مانند این برای کاربردهایی مناسب است که نیاز به روشنایی پخش‌شده و گسترده دارند، نه یک پرتو متمرکز.
• طول موج تابش پیک (λ_P):۶۳۲.۰ نانومتر (nm). این طول موجی است که در آن خروجی توان طیفی در بالاترین حد است.
• طول موج غالب (λ_d):۶۱۷.۰ تا ۶۳۱.۰ نانومتر در I_F=20mA. این مقدار از نمودار رنگی CIE مشتق شده و نشان‌دهنده طول موج واحدی است که بهترین توصیف از رنگ درک‌شده نور را ارائه می‌دهد. این محدوده نشان‌دهنده تغییرات بالقوه بین واحدهای مختلف است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):۲۰ نانومتر. این نشان‌دهنده پهنای باند طیفی است که به عنوان عرض کامل در نصف بیشینه (FWHM) پیک تابش اندازه‌گیری می‌شود.
• ولتاژ پیشرو (V_F):۱.۷ تا ۲.۵ ولت در I_F=20mA. این افت ولتاژ در دو سر LED هنگام کار است. این محدوده، واریانس‌های معمول ساخت در ماده نیمه‌هادی را در نظر می‌گیرد.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر ۱۰ میکروآمپر (μA) در ولتاژ معکوس (V_R) برابر ۵V.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی روشنایی در محصولات نهایی، LEDها اغلب پس از ساخت در دسته‌های عملکردی (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 کد دسته‌بندی شدت نور

برای LTST-C190KEKT با رنگ قرمز، شدت نور به صورت زیر در دسته‌ها دسته‌بندی می‌شود که در ۲۰mA اندازه‌گیری شده است:

• کد دسته N:حداقل ۲۸.۰ mcd، حداکثر ۴۵.۰ mcd.
• کد دسته P:حداقل ۴۵.۰ mcd، حداکثر ۷۱.۰ mcd.
• کد دسته Q:حداقل ۷۱.۰ mcd، حداکثر ۱۱۲.۰ mcd.

یک تلرانس مثبت/منفی ۱۵٪ به حدود هر دسته اعمال می‌شود. این دسته‌بندی به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با حداقل روشنایی تضمین‌شده برای کاربرد خود انتخاب کنند، که برای دستیابی به ظاهر یکنواخت در آرایه‌های چند LEDی حیاتی است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً در صفحه ۵ از ۱۱)، پیامدهای معمول آنها در اینجا تحلیل می‌شود.

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

مشخصه I-V یک LED غیرخطی است. برای ماده AlInGaP استفاده شده در اینجا، ولتاژ پیشروی معمول در ۲۰mA از ۱.۷V تا ۲.۵V متغیر است. منحنی نشان می‌دهد که یک افزایش کوچک در ولتاژ فراتر از آستانه روشن شدن، منجر به افزایش سریع جریان می‌شود. بنابراین، LEDها باید توسط یک منبع محدودکننده جریان هدایت شوند، نه یک منبع ولتاژ ثابت، تا از فرار حرارتی و تخریب جلوگیری شود.

4.2 شدت نور در مقابل جریان پیشرو

خروجی نور (شدت نور) در محدوده عملیاتی قابل توجهی تقریباً متناسب با جریان پیشرو است. با این حال، راندمان ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش تولید گرما درون چیپ کاهش یابد. کار در شرایط آزمایش توصیه شده ۲۰mA یا کمتر، عملکرد بهینه و طول عمر را تضمین می‌کند.

4.3 توزیع طیفی

طیف تابش حول ۶۳۲ نانومتر (پیک) با نیم‌عرض تقریبی ۲۰ نانومتر متمرکز شده است. این یک رنگ قرمز نسبتاً خالص را تعریف می‌کند. طول موج غالب (۶۱۷-۶۳۱ نانومتر) رنگ درک‌شده را تعیین می‌کند. تغییرات در این محدوده طبیعی است و از طریق فرآیند ساخت مدیریت می‌شود.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته و شناسایی قطبیت

LED در یک بسته SMD استاندارد قرار دارد. رنگ لنز شفاف است، در حالی که منبع نور از چیپ AlInGaP نور قرمز ساطع می‌کند. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد مثبت/منفی ۰.۱ میلی‌متر ارائه شده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. بسته شامل ویژگی‌هایی برای جهت‌گیری صحیح (قطبیت) در هنگام نصب است که معمولاً با علامتی روی بدنه یا یک شکل نامتقارن نشان داده می‌شود. قطبیت صحیح برای عملکرد قطعه ضروری است.

5.2 طرح پیشنهادی پد اتصال PCB

یک طرح لند پترن (ردپا) پیشنهادی برای PCB ارائه شده است تا تشکیل صحیح اتصال لحیم، پایداری مکانیکی و مدیریت حرارتی در حین و پس از فرآیند ریفلو تضمین شود. پایبندی به این طراحی برای دستیابی به اتصالات لحیم قابل اعتماد و مدیریت اتلاف حرارت از پیوندگاه LED از طریق ترک‌های PCB حیاتی است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو

این قطعه با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز سازگار است که برای مونتاژ بدون سرب (Pb-free) ضروری است. یک پروفیل پیشنهادی ارائه شده است که مطابق با استانداردهای JEDEC است. پارامترهای کلیدی شامل:

• پیش‌گرم:۱۵۰ درجه سانتی‌گراد تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر ۱۲۰ ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (در پیک):حداکثر ۱۰ ثانیه. این قطعه می‌تواند حداکثر دو بار این پروفیل را تحمل کند.

تأکید می‌شود که پروفیل بهینه به طراحی خاص PCB، قطعات، خمیر لحیم و فر بستگی دارد. توصیه می‌شود برای کاربرد خاص، مشخصه‌یابی انجام شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی (هویه)

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار رود:

• دمای هویه:حداکثر ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد.
• زمان لحیم‌کاری:حداکثر ۳ ثانیه برای هر پد.
• تکرار:این کار باید فقط یک بار انجام شود تا از تنش حرارتی جلوگیری شود.

6.3 شرایط نگهداری

نگهداری مناسب برای حفظ قابلیت لحیم‌کاری و یکپارچگی قطعه حیاتی است.

• بسته مهر و موم شده (کیسه مانع رطوبت):در دمای کمتر یا مساوی ۳۰ درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی (RH) کمتر یا مساوی ۹۰٪ نگهداری شود. عمر قفسه‌ای در کیسه ضد رطوبت اصلی همراه با جاذب رطوبت یک سال است.
• بسته باز شده:محیط نباید از ۳۰ درجه سانتی‌گراد یا ۶۰٪ RH تجاوز کند. قطعات خارج شده از بسته‌بندی اصلی باید ظرف یک هفته ریفلو IR شوند (مطابق با سطح حساسیت رطوبت ۳، MSL 3). برای نگهداری طولانی‌تر خارج از کیسه اصلی، از یک ظرف درب‌سته با جاذب رطوبت یا یک دسیکاتور نیتروژن استفاده کنید. قطعاتی که بیش از یک هفته به صورت باز نگهداری شده‌اند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در حدود ۶۰ درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل ۲۰ ساعت دارند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از \"پاپ کورن شدن\" در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.4 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. غوطه‌وری LED در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل در دمای عادی به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به بسته پلاستیکی یا لنز آسیب برسانند.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 طراحی مدار درایو

یک LED یک قطعه جریان‌محور است. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت، به ویژه هنگامی که چندین LED به صورت موازی استفاده می‌شوند، هر LED باید مقاومت محدودکننده جریان مخصوص به خود را به صورت سری داشته باشد. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_supply- V_F) / I_F, که در آن V_Fولتاژ پیشروی LED در جریان مورد نظر I_Fاست. استفاده از یک مقاومت مشترک برای چندین LED موازی به دلیل تغییرات در V_Fتک‌تک LEDها توصیه نمی‌شود، زیرا می‌تواند منجر به تفاوت‌های قابل توجه در جریان و در نتیجه روشنایی شود.

7.2 مدیریت حرارتی

در حالی که اتلاف توان نسبتاً کم است (حداکثر ۷۵mW)، طراحی حرارتی مناسب عمر LED را افزایش داده و خروجی نور پایدار را حفظ می‌کند. اطمینان از استفاده از طرح پد PCB توصیه شده به هدایت گرما از پیوندگاه LED کمک می‌کند. کار کردن LED در جریان‌های کمتر از حداکثر رتبه DC 30mA دمای پیوندگاه را کاهش داده و قابلیت اطمینان بلندمدت را بهبود می‌بخشد.

7.3 اقدامات احتیاطی تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

LEDها به تخلیه الکترواستاتیک و موج‌های ولتاژ حساس هستند. اقدامات احتیاطی در هنگام جابجایی برای جلوگیری از آسیب پنهان یا فاجعه‌بار ضروری است. توصیه می‌شود هنگام جابجایی قطعات از مچ‌بند زمین‌شده یا دستکش‌های ضد استاتیک استفاده شود. تمام تجهیزات، از جمله میز کار و هویه‌ها، باید به درستی زمین شده باشند.

8. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

8.1 مشخصات نوار و قرقره

LTST-C190KEKT به صورت استاندارد روی نوار حامل برجسته ۸ میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های ۷ اینچی (۱۷۸mm) عرضه می‌شود. این بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 برای جابجایی خودکار است.

• تعداد در هر قرقره:۴۰۰۰ عدد.
• حداقل مقدار سفارش (MOQ) برای باقیمانده:۵۰۰ عدد.
• پوشش جیب:جیب‌های خالی قطعات روی نوار با یک نوار پوشش بالا مهر و موم شده‌اند.
• قطعات مفقود شده:حداکثر تعداد مجاز لامپ‌های مفقود شده متوالی روی یک قرقره دو عدد است.

نقشه‌های ابعادی دقیق برای جیب نوار و قرقره در دیتاشیت برای تنظیم ماشین و تأیید سازگاری ارائه شده است.

9. مقایسه و تمایز فنی

LTST-C190KEKT از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز استاندارد GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، AlInGaP راندمان نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر برای همان جریان درایو می‌شود. همچنین معمولاً پایداری دمایی بهتری برای هر دو خروجی نور و طول موج فراهم می‌کند. زاویه دید گسترده ۱۳۰ درجه یک انتخاب طراحی است که آن را از LEDهای با پرتو باریک‌تر متمایز می‌کند و آن را برای روشنایی منطقه‌ای و نشانگرهای وضعیتی که نیاز به دید از زوایای گسترده دارند ایده‌آل می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

طول موج پیک (λ_P):طول موج خاصی که LED در آن بیشترین توان نوری را ساطع می‌کند. این یک اندازه‌گیری فیزیکی از طیف است.
طول موج غالب (λ_d):یک مقدار محاسبه‌شده از نمودار رنگ CIE که با رنگ درک‌شده نور توسط چشم انسان مطابقت دارد. برای یک منبع تک‌رنگه مانند LED قرمز، اغلب نزدیک هستند، اما λ_dپارامتری است که برای مشخص‌سازی رنگ و دسته‌بندی استفاده می‌شود.

10.2 چرا حتی اگر LED را در ولتاژ پیشروی معمول آن تغذیه کنم، مقاومت محدودکننده جریان لازم است؟

ولتاژ پیشرو (V_F) دارای یک محدوده تلرانس (۱.۷V تا ۲.۵V) است. اگر یک ولتاژ ثابت ۲.۰V اعمال کنید، یک LED با V_Fپایین ۱.۷V ممکن است جریان بیش از حد بکشد، در حالی که یک LED با V_Fبالای ۲.۵V ممکن است اصلاً روشن نشود. مهم‌تر اینکه، V_Fبا افزایش دما کاهش می‌یابد. یک منبع ولتاژ ثابت می‌تواند منجر به فرار حرارتی شود: با گرم شدن LED، V_Fافت می‌کند، جریان افزایش می‌یابد، باعث گرمای بیشتر می‌شود، V_Fبیشتر افت می‌کند، تا زمان خرابی. یک مقاومت سری (یا بهتر، یک درایور جریان ثابت) فیدبک منفی ارائه می‌دهد و نقطه کار را تثبیت می‌کند.

10.3 آیا می‌توانم این LED را مستقیماً با یک سیگنال منطقی ۳.۳V یا ۵V راه‌اندازی کنم؟

خیر. اتصال مستقیم آن به یک پین خروجی دیجیتال ۳.۳V یا ۵V، آن ولتاژ را در دو سر LED اعمال می‌کند. با V_Fمعمولی حدود ۲.۰V، ولتاژ اضافی باعث جریان بسیار بالایی می‌شود که فقط توسط مقاومت داخلی کوچک چیپ و پین خروجی محدود می‌شود و احتمالاً LED را فوراً نابود می‌کند. هنگام راه‌اندازی یک LED از یک منبع ولتاژ، همیشه باید از یک مقاومت محدودکننده جریان سری استفاده کنید.

11. مثال کاربردی عملی

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت چند LEDی برای یک روتر شبکه.
پنل به ۵ LED وضعیت قرمز برای نشان دادن برق، اتصال اینترنت، فعالیت Wi-Fi و غیره نیاز دارد. سیستم از یک ریل تغذیه ۳.۳V استفاده می‌کند.
مراحل طراحی:
1. انتخاب جریان کاری:I_F= 20mA را انتخاب کنید، که شرایط آزمایش استاندارد است و روشنایی خوبی در محدوده عملیاتی ایمن فراهم می‌کند.
2. محاسبه مقدار مقاومت:برای یک طراحی محافظه‌کارانه که اطمینان می‌دهد همه LEDها حتی با قطعات با V_Fبالا نیز روشن شوند، از حداکثر V_Fاز دیتاشیت (۲.۵V) استفاده کنید. R = (۳.۳V - ۲.۵V) / ۰.۰۲۰A = ۴۰ اهم. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد ۳۹ اهم یا ۴۳ اهم است.
3. بررسی توان در مقاومت: P_R= I_F²* R = (۰.۰۲)²* ۳۹ = ۰.۰۱۵۶W. یک مقاومت استاندارد ۱/۱۰W (۰.۱W) بیش از حد کافی است.
4. طرح مدار:پنج مدار یکسان پیاده‌سازی کنید، هر کدام شامل یک LED و یک مقاومت ۳۹ اهمی به صورت سری، که همگی بین ریل ۳.۳V و پین‌های GPIO میکروکنترلر جداگانه که به عنوان خروجی تنظیم شده‌اند، متصل شده‌اند. LOW کردن یک پین (۰V) مدار را کامل کرده و LED را روشن می‌کند.
5. طراحی PCB:از طرح لند پترن توصیه شده از دیتاشیت استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که عرض ترک برای جریان ۲۰mA کافی است.

12. معرفی اصل عملکرد

دیودهای ساطع‌کننده نور (LEDها) قطعات نیمه‌هادی هستند که از طریق فرآیندی به نام الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ پیشرو در دو سر پیوندگاه p-n ماده نیمه‌هادی (در این مورد، AlInGaP) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه پیوندگاه تزریق می‌شوند. هنگامی که یک الکترون با یک حفره بازترکیب می‌شود، از یک حالت انرژی بالاتر در باند هدایت به یک حالت انرژی پایین‌تر در باند ظرفیت سقوط می‌کند. اختلاف انرژی به صورت یک فوتون (ذره نور) آزاد می‌شود. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود، که یک ویژگی ذاتی ترکیب AlInGaP استفاده شده در اینجا است و منجر به تابش نور قرمز می‌شود.

13. روندهای فناوری

صنعت اپتوالکترونیک با چندین روند کلیدی که بر LEDهای SMD مانند LTST-C190KEKT تأثیر می‌گذارند، همچنان در حال تکامل است. تلاش مداومی برای افزایش کارایی نوری (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) وجود دارد که بازده انرژی را بهبود می‌بخشد. مینیاتوری‌سازی همچنان حیاتی است و به سمت اندازه‌های بسته کوچک‌تر در حالی که عملکرد نوری حفظ یا بهبود می‌یابد، پیش می‌رود. افزایش قابلیت اطمینان و طول عمر عملیاتی طولانی‌تر تحت شرایط محیطی مختلف نیز از اهداف اصلی توسعه هستند. علاوه بر این، تلرانس‌های تنگ‌تر دسته‌بندی برای رنگ و روشنایی در حال تبدیل شدن به استاندارد هستند تا نیازهای کاربردهای نمایشگر و نورپردازی با کیفیت بالا که در آن یکنواختی رنگ بسیار مهم است، برآورده شود.