دیتاشیت LED SMD مدل LTST-T680TBWT - آبی پخش‌شونده - 20mA - 80mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED از نوع نصب سطحی (SMD) را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده و برای کاربردهایی که محدودیت فضا یک عامل حیاتی است، مناسب می‌باشد. این LED دارای لنز پخش‌شونده است که در مقایسه با لنزهای شفاف یا کریستالی، توزیع نور وسیع‌تر و یکنواخت‌تری فراهم می‌کند و آن را برای اهداف نشانگر و نور پس‌زمینه که کاهش تابش خیره‌کننده مطلوب است، ایده‌آل می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED شامل مطابقت آن با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) است که آن را برای بازارهای جهانی با مقررات سخت زیست‌محیطی مناسب می‌سازد. این قطعه بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده بر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ بسته‌بندی شده است که با تجهیزات استاندارد برداشت و جایگذاری خودکار مورد استفاده در تولید انبوه الکترونیک سازگار است. این قطعه همچنین برای سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری ری‌فلو مادون قرمز (IR) طراحی شده است که استاندارد صنعتی برای مونتاژ SMD می‌باشد. ویژگی‌های راه‌اندازی سازگار با مدار مجتمع (IC) آن، طراحی مدار را ساده می‌کند. بازارهای هدف اصلی این قطعه، تجهیزات مخابراتی، دستگاه‌های اتوماسیون اداری، لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی هستند، جایی که معمولاً برای نشان دادن وضعیت، روشنایی سیگنال و نمادها و نور پس‌زمینه پنل جلویی استفاده می‌شود.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش، تجزیه‌ای دقیق از محدودیت‌های عملیاتی و ویژگی‌های عملکردی LED تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C) ارائه می‌دهد. درک این پارامترها برای طراحی مدار قابل اعتماد و اطمینان از طول عمر قطعه حیاتی است.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

حداکثر مقادیر مطلق، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. اینها شرایط کار مداوم نیستند.

• اتلاف توان (Pd):80 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که پکیج LED می‌تواند به صورت گرما دفع کند. تجاوز از این حد می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد و تخریب سریع‌تر ماده نیمه‌هادی شود.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم لحظه‌ای مجاز است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1ms) مشخص می‌شود. این مقدار به طور قابل توجهی بالاتر از رتبه جریان مداوم است و مربوط به فلاش‌های کوتاه و با شدت بالا می‌باشد.
• جریان مستقیم DC (I_F):20 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم مداوم توصیه شده برای کارکرد عادی است. راه‌اندازی LED در این جریان یا پایین‌تر از آن، عملکرد بهینه و طول عمر را تضمین می‌کند.
• محدوده دمای عملیاتی (T_opr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. عملکرد قطعه در سراسر این محدوده دمای محیطی، مطابق با مشخصات تضمین می‌شود.
• محدوده دمای نگهداری (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. این قطعه می‌تواند در این محدوده دمایی و در حالت خاموش، بدون تخریب نگهداری شود.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

این پارامترها عملکرد معمول LED را هنگامی که در شرایط توصیه شده خود کار می‌کند (I_F= 20mA, Ta=25°C) توصیف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):140.0 - 450.0 میلی‌کاندلا (mcd). این معیاری از قدرت درک‌شده نور ساطع شده است. محدوده وسیع نشان می‌دهد که این قطعه در دسته‌های روشنایی مختلفی موجود است (بخش 3 را ببینید). شدت نور با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با پاسخ فوتوپیک چشم انسان (منحنی CIE) اندازه‌گیری می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمول). زاویه دید به عنوان زاویه کامل‌ای تعریف می‌شود که در آن شدت نور، نصف شدت اندازه‌گیری شده در محور (0 درجه) است. زاویه 120 درجه نشان‌دهنده یک پرتو بسیار وسیع است که مشخصه یک لنز پخش‌شونده می‌باشد.
• طول موج تابش پیک (λ_P):468 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی نور ساطع شده در حداکثر خود قرار دارد. این یک ویژگی فیزیکی ماده نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) مورد استفاده است.
• طول موج غالب (λ_d):465 - 475 نانومتر. این طول موج واحدی است که به بهترین نحو رنگ درک‌شده نور را نمایندگی می‌کند و از نمودار رنگی CIE مشتق شده است. این پارامتری است که برای دسته‌بندی رنگ استفاده می‌شود.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمول). این پهنای باند طیفی است که در نصف حداکثر شدت (عرض کامل در نصف بیشینه - FWHM) اندازه‌گیری می‌شود. مقدار 20nm برای یک LED آبی InGaN معمول است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):3.3 ولت (معمول)، 3.8 ولت (حداکثر). این افت ولتاژ دو سر LED هنگامی است که با جریان 20mA راه‌اندازی می‌شود. این یک پارامتر حیاتی برای طراحی مدار محدودکننده جریان (مثلاً انتخاب یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت) است.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R= 5V. LEDها برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده‌اند. این پارامتر نشان‌دهنده جریان نشتی بسیار کوچک در صورت اعتصال تصادفی ولتاژ معکوس است. اعمال ولتاژ معکوس فراتر از حداکثر رتبه می‌تواند باعث خرابی فوری شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها پس از ساخت بر اساس عملکرد دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص روشنایی، رنگ و ولتاژ کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم (V_f)

LEDها بر اساس افت ولتاژ مستقیم آنها در 20mA دسته‌بندی می‌شوند. دسته‌ها (از D7 تا D11) در هر دسته دارای تلرانس ±0.1V هستند. برای مثال، دسته D9 شامل LEDهایی با V_fبین 3.2V و 3.4V می‌باشد. انتخاب LEDها از یک دسته V_fیکسان می‌تواند به اطمینان از یکنواختی روشنایی هنگامی که چندین LED به صورت موازی با یک مقاومت محدودکننده جریان مشترک متصل شده‌اند، کمک کند.

3.2 دسته‌بندی شدت نور (I_V)

این دسته‌بندی روشنایی است. دسته‌ها از R2 (140.0-180.0 mcd) تا T2 (355.0-450.0 mcd) متغیر هستند، با تلرانس 11% در هر دسته. کاربردهایی که نیاز به سطوح روشنایی خاصی دارند می‌توانند کد دسته شدت مورد نظر را مشخص کنند.

3.3 دسته‌بندی طول موج غالب (W_d)

این دسته‌بندی رنگ است. برای این LED آبی، دسته‌ها AC (465.0-470.0 nm) و AD (470.0-475.0 nm) هستند، با تلرانس تنگ ±1nm. این امر سایه‌ای یکنواخت از رنگ آبی را در سراسر تمام LEDهای یک مجموعه تضمین می‌کند که برای کاربردهای زیبایی‌شناختی و سیگنالینگ حیاتی است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 1، شکل 5)، پیامدهای معمول آنها در اینجا تحلیل می‌شود. این منحنی‌ها برای درک عملکرد تحت شرایط غیراستاندارد ضروری هستند.

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

ویژگی I-V یک LED نمایی است. یک افزایش کوچک در ولتاژ مستقیم فراتر از ولتاژ زانو، منجر به افزایش زیادی در جریان می‌شود. این رابطه غیرخطی دلیل این است که LEDها باید توسط یک منبع جریان یا با یک مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی شوند؛ یک منبع ولتاژ ثابت منجر به فرار حرارتی و تخریب می‌شود. مقدار معمول V_Fبرابر 3.3V در 20mA نشان‌دهنده یک نقطه روی این منحنی است.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

شدت نور تقریباً متناسب با جریان مستقیم در محدوده عملیاتی است. با این حال، بازده (لومن بر وات) ممکن است در جریانی پایین‌تر از حداکثر رتبه به اوج برسد. راه‌اندازی LED در حداکثر جریان مداوم (20mA) بالاترین خروجی را فراهم می‌کند اما ممکن است در مقایسه با جریان راه‌اندازی پایین‌تر، کارایی را کمی کاهش دهد.

4.3 وابستگی دمایی

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

- ولتاژ مستقیم (V_F) کاهش می‌یابد. این می‌تواند در صورت راه‌اندازی توسط یک مقاومت ساده از یک منبع ولتاژ ثابت، باعث افزایش جریان شود.

- شدت نور (I_V) کاهش می‌یابد. خروجی نور با افزایش دما کاهش می‌یابد، پدیده‌ای که به عنوان افت حرارتی شناخته می‌شود.

- طول موج غالب ممکن است کمی جابجا شود و باعث تغییر رنگ ظریف شود.

بنابراین، مدیریت حرارتی مناسب (مثلاً مساحت کافی مس PCB برای هیت‌سینک) برای حفظ عملکرد یکنواخت ضروری است.

4.4 توزیع طیفی

منحنی خروجی طیفی یک پیک منفرد را نشان می‌دهد که حول 468 نانومتر متمرکز شده و نیم‌عرض معمول آن 20 نانومتر است. این مشخصه یک LED آبی InGaN است. انتشار در سایر قسمت‌های طیف مرئی حداقل است که منجر به رنگ آبی اشباع شده می‌شود.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج و قطبیت

LED در یک پکیج استاندارد صنعتی SMD قرار دارد. کاتد معمولاً با یک نقطه سبز روی بالای قطعه یا یک شکاف/پخ در یک طرف بدنه پکیج مشخص شده است. قطبیت صحیح باید در هنگام جایگذاری رعایت شود. پکیج برای سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری ری‌فلو مادون قرمز و فاز بخار طراحی شده است.

5.2 پد اتصال PCB توصیه شده

دیتاشیت شامل یک الگوی لند (فوت‌پرینت) توصیه شده برای PCB است. رعایت این الگو برای دستیابی به اتصالات لحیم قابل اعتماد، تراز خودکار مناسب در حین ری‌فلو و انتقال موثر حرارت از LED به PCB حیاتی است. طراحی پد معمولاً شامل اتصالات رهایی حرارتی برای تعادل بین قابلیت لحیم‌کاری و اتلاف حرارت است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ری‌فلو IR

این قطعه برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) رتبه‌بندی شده است. یک پروفیل ری‌فلو پیشنهادی مطابق با استاندارد J-STD-020B ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل:

- پیش‌گرم/خیساندن:از 150°C تا 200°C افزایش یابد، حداکثر به مدت 120 ثانیه نگه داشته شود تا فلاکس فعال شود و شوک حرارتی به حداقل برسد.

- ری‌فلو (مایع):دمای پیک نباید از 260°C تجاوز کند و زمان بالای 217°C (دمای مایع معمول برای لحیم SAC) باید به مقادیر توصیه شده محدود شود (مثلاً 30-60 ثانیه).

- خنک‌سازی:نرخ خنک‌سازی کنترل شده برای به حداقل رساندن تنش بر روی اتصالات لحیم و قطعه.

تعیین مشخصات پروفیل برای مجموعه PCB خاص بسیار مهم است، زیرا ضخامت برد، تراکم قطعات و نوع فر بر پروفیل حرارتی مشاهده شده توسط LED تأثیر می‌گذارند.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، باید با دقت بسیار انجام شود. توصیه می‌شود از یک هویه با حداکثر دمای 300°C استفاده شود و زمان لحیم‌کاری به 3 ثانیه برای هر پد محدود شود. این کار باید فقط یک بار انجام شود تا از آسیب حرارتی به پکیج پلاستیکی و اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود.

6.3 تمیز کردن

تمیز کردن پس از لحیم‌کاری باید فقط با حلال‌های مشخص شده انجام شود. الکل ایزوپروپیل (IPA) یا الکل اتیل توصیه می‌شود. LED باید در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. مواد شیمیایی خشن یا نامشخص می‌توانند به لنز پلاستیکی و ماده پکیج آسیب برسانند.

6.4 نگهداری و حساسیت رطوبتی

LEDها در یک کیسه ضد رطوبت همراه با ماده خشک‌کن بسته‌بندی شده‌اند. هنگامی که کیسه مهر و موم شده اصلی باز می‌شود، قطعات در معرض رطوبت محیط قرار می‌گیرند. اکیداً توصیه می‌شود فرآیند لحیم‌کاری ری‌فلو IR ظرف 168 ساعت (7 روز) پس از باز کردن کیسه تکمیل شود. برای نگهداری طولانی‌تر پس از باز کردن، LEDها باید در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در محیط نیتروژن نگهداری شوند. اگر قطعات بیش از 168 ساعت در معرض محیط قرار گرفته‌اند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای تقریبی 60°C به مدت حداقل 48 ساعت است تا رطوبت جذب شده حذف شود و از "ترکیدن" (ترک خوردن پکیج) در حین ری‌فلو جلوگیری شود.

7. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 روش راه‌اندازی

یک LED یک قطعه جریان‌محور است. رایج‌ترین و ساده‌ترین روش راه‌اندازی، یک مقاومت محدودکننده جریان سری متصل به یک منبع ولتاژ است. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_supply- V_F) / I_F. برای مثال، با یک منبع 5V، V_Fبرابر 3.3V و I_Fمورد نظر 20mA: R = (5V - 3.3V) / 0.02A = 85 اهم. یک مقاومت استاندارد 82 یا 100 اهم مناسب خواهد بود. برای کاربردهایی که نیاز به چندین LED دارند، اتصال آنها به صورت سری، جریان یکسان از هر LED را تضمین می‌کند و باعث ترویج یکنواختی روشنایی می‌شود. اتصال موازی امکان‌پذیر است اما نیاز به تطبیق دقیق V_Fیا مقاومت‌های جداگانه برای هر LED دارد تا از هجوم جریان جلوگیری شود.

7.2 مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان نسبتاً کم است (حداکثر 80mW)، هیت‌سینک موثر هنوز برای طول عمر و پایداری رنگ مهم است. استفاده از پد PCB توصیه شده با اتصال حرارتی کافی به صفحات مسی به اتلاف حرارت کمک می‌کند. از قرار دادن LED در فضاهای بسته بدون تهویه خودداری کنید.

7.3 محدودیت‌های کاربرد

این قطعه برای تجهیزات الکترونیکی عمومی طراحی شده است. به طور خاص برای کاربردهایی که قابلیت اطمینان بالا حیاتی است و خرابی می‌تواند ایمنی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی، کنترل حمل و نقل) واجد شرایط نیست. برای چنین کاربردهایی، باید قطعات با صلاحیت‌های مناسب تهیه شوند.

8. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

8.1 مشخصات نوار و قرقره

LEDها بر روی نوار حامل برجسته با یک نوار پوشش محافظ عرضه می‌شوند. عرض نوار 8mm است. قرقره‌ها دارای قطر 7 اینچ (178mm) هستند. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است. بسته‌بندی مطابق با استانداردهای ANSI/EIA-481 است تا سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار تضمین شود. نوار دارای جیب‌های جهت‌گیری برای اطمینان از قطبیت صحیح در حین برداشت و جایگذاری است.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: آیا می‌توانم این LED را با یک منبع 3.3V و بدون مقاومت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. مقدار معمول V_Fبرابر 3.3V است، اما می‌تواند بسته به دسته، از 2.8V تا 3.8V متغیر باشد. اتصال مستقیم آن به یک منبع 3.3V می‌تواند منجر به جریان بیش از حد برای واحدهای با V_Fپایین یا عدم نوردهی برای واحدهای با V_Fبالا شود. همیشه یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت مورد نیاز است.

س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

ج: طول موج پیک (λ_P) قله فیزیکی طیف نور است. طول موج غالب (λ_d) طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و از مختصات رنگ محاسبه می‌شود. λ_dبرای مشخص‌سازی رنگ و دسته‌بندی استفاده می‌شود.

س: چرا پس از باز کردن کیسه، یک عمر مفید 168 ساعته وجود دارد؟

ج: پکیج‌های پلاستیکی SMD رطوبت را از هوا جذب می‌کنند. در طی فرآیند لحیم‌کاری ری‌فلو با دمای بالا، این رطوبت می‌تواند به سرعت به بخار تبدیل شود و باعث فشار داخلی شود که می‌تواند پکیج را ترک دهد ("ترکیدن"). محدودیت 168 ساعته بر اساس سطح حساسیت رطوبتی (MSL) قطعه است.

س: چگونه می‌توانم در یک آرایه چند LED به روشنایی یکنواخت دست یابم؟

ج: بهترین روش اتصال LEDها به صورت سری است که جریان یکسانی از هر یک عبور کند. اگر پیکربندی موازی ضروری است، از LEDهایی از دسته‌های V_Fو I_Vیکسان استفاده کنید و استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه برای هر LED را برای جبران V_F variations.