دیتاشیت LED SMD مدل LTST-C150TBKT-5A - آبی InGaN - 5mA - 45mcd - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات فنی یک دیود نورافشان (LED) نصب سطحی (SMD) را ارائه می‌دهد. این قطعه از یک تراشه نیمه‌هادی نیترید گالیم ایندیم (InGaN) برای تولید نور آبی استفاده می‌کند. این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار طراحی شده و روی نوار و قرقره بسته‌بندی می‌شود تا برای تولید انبوه مناسب باشد.

مزایای اصلی این قطعه شامل سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز، مناسب بودن برای استفاده با تجهیزات قرارگیری خودکار و طبقه‌بندی به عنوان یک محصول سبز مطابق با RoHS است. بازار هدف اصلی آن شامل الکترونیک مصرفی، چراغ‌های نشانگر، کاربردهای نور پس‌زمینه و روشنایی عمومی است که در آن‌ها به یک منبع نور آبی فشرده و قابل اعتماد نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

این قطعه نباید فراتر از این محدودیت‌ها کار کند تا از آسیب دائمی جلوگیری شود.

• تلفات توان:76 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که پکیج LED می‌تواند تحت شرایط مشخص شده به صورت گرما دفع کند.
• جریان مستقیم پیک:100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان لحظه‌ای است که فقط تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است.
• جریان مستقیم DC:20 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد قابل اعتماد در طولانی مدت است.
• محدوده دمای کاری:20- درجه سانتی‌گراد تا 80+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیطی که LED برای عملکرد صحیح در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای نگهداری:30- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمایی برای نگهداری در حالت غیرفعال.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه. حداکثر پروفیل حرارتی که قطعه می‌تواند در طول لحیم‌کاری ریفلو تحمل کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):11.2 - 45.0 میلی‌کاندلا (حداقل - حداکثر) در جریان مستقیم (I_F) 5mA. این مقدار روشنایی درک شده خروجی نور را اندازه‌گیری می‌کند.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه (معمول). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار پیک خود کاهش می‌یابد که نشان‌دهنده یک الگوی دید گسترده است.
• طول موج تابش پیک (λ_P):468 نانومتر (معمول). طول موجی که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):465.0 - 475.0 نانومتر در I_F=5mA. این طول موج واحدی است که به بهترین شکل رنگ درک شده نور را نشان می‌دهد.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):25 نانومتر (معمول). معیاری برای خلوص طیفی؛ مقدار کوچکتر نشان‌دهنده منبع نور تک‌رنگ‌تر است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.65 - 3.05 ولت (حداقل - حداکثر) در I_F=5mA. افت ولتاژ در دو سر LED هنگام عبور جریان.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در ولتاژ معکوس (V_R) 5V. جریان نشتی کوچک هنگامی که LED در بایاس معکوس قرار دارد. این قطعه برای کار در جهت معکوس طراحی نشده است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای تحمل خاص برنامه کاربردی آن‌ها را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

واحدها بر اساس ولتاژ مستقیم آن‌ها در 5mA در چهار دسته (1-4) مرتب می‌شوند که هر کدام محدوده‌ای 0.1 ولتی دارند. تحمل هر دسته ±0.1 ولت است.

• دسته 1: 2.65V - 2.75V
• دسته 2: 2.75V - 2.85V
• دسته 3: 2.85V - 2.95V
• دسته 4: 2.95V - 3.05V

3.2 دسته‌بندی شدت نور

واحدها بر اساس شدت نور در 5mA در شش دسته (L1, L2, M1, M2, N1, N2) مرتب می‌شوند. تحمل هر دسته ±15% است.

• L1: 11.2 - 14.0 mcd
• L2: 14.0 - 18.0 mcd
• M1: 18.0 - 22.4 mcd
• M2: 22.4 - 28.0 mcd
• N1: 28.0 - 35.5 mcd
• N2: 35.5 - 45.0 mcd

3.3 دسته‌بندی طول موج غالب

واحدها بر اساس طول موج غالب در 5mA در دو دسته (AC, AD) مرتب می‌شوند. تحمل هر دسته ±1 نانومتر است.

• AC: 465.0 - 470.0 nm
• AD: 470.0 - 475.0 nm

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 1 برای توزیع طیفی، شکل 5 برای زاویه دید)، تفسیر معمول آن‌ها برای طراحی حیاتی است.

4.1 مشخصه جریان در مقابل ولتاژ (I-V)

ولتاژ مستقیم (V_F) رابطه‌ای لگاریتمی با جریان مستقیم (I_F) نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است و دارای یک ولتاژ آستانه (حدود 2.6-2.8V برای InGaN آبی) است که در زیر آن جریان بسیار کمی جاری می‌شود. فراتر از این آستانه، افزایش‌های کوچک در ولتاژ باعث افزایش‌های بزرگ در جریان می‌شود. بنابراین، LEDها معمولاً با یک منبع جریان ثابت (و نه ولتاژ ثابت) راه‌اندازی می‌شوند تا خروجی نور پایدار باشد و از فرار حرارتی جلوگیری شود.

4.2 مشخصه شدت نور در مقابل جریان (L-I)

خروجی نور (شدت نور) به طور کلی در یک محدوده قابل توجه متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، بازده (لومن بر وات) ممکن است در یک جریان خاص به اوج برسد و سپس در جریان‌های بالاتر به دلیل افزایش تولید گرما و سایر فرآیندهای بازترکیب غیرتابشی درون نیمه‌هادی کاهش یابد.

4.3 وابستگی به دما

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

• ولتاژ مستقیم (V_F):کاهش می‌یابد. این امر پیامدهایی برای مدارهای راه‌اندازی با ولتاژ ثابت دارد.
• شدت نور/شار نوری:کاهش می‌یابد. دمای بالاتر بازده کوانتومی داخلی را کاهش می‌دهد.
• طول موج غالب:ممکن است کمی جابجا شود، معمولاً به سمت طول موج‌های بلندتر (انتقال به سرخ)، که می‌تواند بر درک رنگ در کاربردهای دقیق تأثیر بگذارد.

مدیریت حرارتی مؤثر برای حفظ عملکرد و طول عمر حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

این قطعه مطابق با طرح استاندارد پکیج EIA است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند و تحمل کلی ±0.10 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. پکیج دارای لنز شفاف است که برای تراشه InGaN آبی بهینه است زیرا خروجی رنگ را تغییر نمی‌دهد (برخلاف لنز مات یا رنگی).

5.2 شناسایی قطبیت

قطبیت جنبه‌ای حیاتی در نصب LED است. دیتاشیت شامل نموداری است که نشانه‌های کاتد و آند روی قطعه را نشان می‌دهد. معمولاً کاتد با یک علامت سبز، یک فرورفتگی یا یک پایه/زبانک کوتاه‌تر مشخص می‌شود. قطبیت نادرست مانع روشن شدن LED می‌شود و اعمال ولتاژ معکوس قابل توجه می‌تواند به قطعه آسیب برساند.

5.3 طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک الگوی لند (فوت‌پرینت) توصیه شده برای برد مدار چاپی (PCB) ارائه شده است. رعایت این ابعاد، تشکیل صحیح اتصال لحیم، تراز و پایداری مکانیکی در طول و پس از فرآیند ریفلو را تضمین می‌کند. طراحی پد همچنین بر مسیر حرارتی برای دفع گرما از اتصال LED تأثیر می‌گذارد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفیل ریفلو مادون قرمز (IR) پیشنهادی برای فرآیندهای لحیم بدون سرب (Pb-free) ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل:

• پیش‌گرم:150-200 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 120 ثانیه برای گرم کردن تدریجی برد و فعال‌سازی فلاکس.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد.
• زمان بالاتر از نقطه مایع:زمانی که اتصالات لحیم بالاتر از نقطه ذوب خمیر لحیم می‌گذرانند برای خیس‌شدگی مناسب حیاتی است. پروفیل در صفحه 3 دیتاشیت یک مرجع بصری مطابق با استانداردهای JEDEC ارائه می‌دهد.
• نرخ خنک‌سازی:خنک‌سازی کنترل شده برای به حداقل رساندن تنش حرارتی روی قطعه و برد توصیه می‌شود.

تأکید شده است که پروفیل بهینه به طراحی خاص برد، قطعات، خمیر لحیم و فر بستگی دارد، بنابراین مشخصه‌یابی ضروری است.

6.2 لحیم‌کاری دستی

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

• دمای هویه:حداکثر 300 درجه سانتی‌گراد.
• زمان لحیم‌کاری:حداکثر 3 ثانیه برای هر اتصال.
• محدودیت:لحیم‌کاری دستی باید فقط یک بار انجام شود تا از آسیب حرارتی به پکیج پلاستیکی و تراشه نیمه‌هادی جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. غوطه‌ور کردن LED در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه توصیه می‌شود. استفاده از مواد شیمیایی نامشخص می‌تواند به ماده پکیج پلاستیکی یا لنز آسیب برساند.

6.4 نگهداری و جابجایی

• احتیاط‌های ESD:LEDها به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند. جابجایی با بند مچ دست، دستکش‌های ضد استاتیک و روی تجهیزات با اتصال زمین مناسب اجباری است.
• حساسیت به رطوبت:پکیج به رطوبت حساس است. هنگامی که کیسه ضد رطوبت مهر و موم شده اصلی (با ماده خشک‌کن) باز می‌شود، قطعات باید در صورت نگهداری در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% در عرض یک هفته استفاده شوند. برای نگهداری طولانی‌تر خارج از کیسه اصلی، نگهداری در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در محیط نیتروژن مورد نیاز است. قطعاتی که بیش از یک هفته خارج از بسته‌بندی اصلی نگهداری شده‌اند، باید قبل از لحیم‌کاری پخته شوند (مثلاً در دمای 60°C به مدت 20 ساعت) تا رطوبت جذب شده حذف شود و از "ترکیدن" در طول ریفلو جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

این قطعه در بسته‌بندی استاندارد صنعتی برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شود:

• اندازه قرقره:قطر 7 اینچ.
• تعداد در هر قرقره:3000 قطعه.
• حداقل مقدار سفارش:500 قطعه برای مقادیر باقیمانده.
• مشخصات نوار:مطابق با ANSI/EIA 481-1-A-1994. حفره‌های خالی قطعات با یک نوار پوششی بالا مهر و موم می‌شوند.
• قطعات مفقود:حداکثر تعداد قطعات مفقود متوالی ("لامپ‌های مفقود") در نوار دو عدد است.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

• نشانگرهای وضعیت:چراغ‌های وضعیت برق، اتصال یا عملیاتی روی الکترونیک مصرفی، لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی.
• نور پس‌زمینه:برای نمایشگرهای LCD کوچک، صفحه کلیدها یا پنل‌های تزئینی.
• نورپردازی تزئینی:در تابلوها، نورپردازی تأکیدی یا گجت‌های مصرفی.
• سیستم‌های سنسور:به عنوان منبع نور برای سنسورهای نوری یا اینتراپترها.

توجه مهم:دیتاشیت مشخص می‌کند که این LEDها برای تجهیزات الکترونیکی معمولی در نظر گرفته شده‌اند. کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان استثنایی دارند، به ویژه مواردی که خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، دستگاه‌های پزشکی، سیستم‌های ایمنی)، نیاز به مشاوره و تأیید قبلی دارند.

8.2 ملاحظات طراحی مدار

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان یا یک درایور IC اختصاصی جریان ثابت LED استفاده کنید. مقدار با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_منبع- V_F) / I_F. از حداکثر V_Fاز دیتاشیت استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان حتی با تغییرات قطعه به قطعه از حد مجاز فراتر نمی‌رود.
• تلفات توان:اطمینان حاصل کنید که توان محاسبه شده (P = V_F* I_F) از حداکثر رتبه مطلق 76 میلی‌وات تجاوز نمی‌کند، با در نظر گرفتن بدترین حالت V_Fو دمای محیط.
• محافظت در برابر ولتاژ معکوس:اگر هرگونه احتمال اعمال ولتاژ معکوس وجود دارد (مثلاً در مدارهای AC یا با بارهای القایی)، باید یک دیود محافظ به صورت موازی با LED قرار داده شود (کاتد به آند) تا ولتاژ معکوس محدود شود.
• مدیریت حرارتی:برای طراحی‌هایی که در جریان‌های بالا یا در دمای محیط بالا کار می‌کنند، اطمینان حاصل کنید که PCB رهایی حرارتی کافی را فراهم می‌کند. پدهای مسی متصل به صفحات زمین/توان می‌توانند به دفع گرما کمک کنند.

9. معرفی فناوری و اصل کار

این LED بر اساس یک تراشه نیمه‌هادی نیترید گالیم ایندیم (InGaN) است. InGaN یک ماده نیمه‌هادی با گاف نواری مستقیم است که انرژی گاف نواری آن را می‌توان با تغییر نسبت ایندیم به گالیم تنظیم کرد. برای LEDهای آبی، از ترکیب خاصی استفاده می‌شود که منجر به گاف نواری متناظر با گسیل فوتون در محدوده طول موج آبی (حدود 465-475 نانومتر) می‌شود.

هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال نیمه‌هادی تزریق می‌شوند. آن‌ها به صورت تابشی بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. پکیج اپوکسی شفاف به عنوان یک لنز عمل می‌کند، خروجی نور را شکل می‌دهد و از تراشه نیمه‌هادی ظریف و اتصالات سیمی در برابر محیط محافظت می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

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

طول موج پیک (λ_P):طول موج واحدی که در آن خروجی توان طیفی بیشترین است. این یک اندازه‌گیری فیزیکی است.
طول موج غالب (λ_d):طول موج واحدی که به بهترین شکل با رنگ درک شده نور مطابقت دارد، همانطور که توسط پاسخ چشم انسان (نمودار رنگی CIE) تعریف شده است. برای منابع تک‌رنگ مانند LEDهای آبی، آن‌ها اغلب بسیار نزدیک هستند، اما طول موج غالب برای درک رنگ مرتبط‌تر است.

10.2 آیا می‌توانم این LED را به طور مداوم با جریان 20mA راه‌اندازی کنم؟

بله، 20mA حداکثر جریان مستقیم DC توصیه شده است. با این حال، برای طولانی‌ترین عمر و بالاترین بازده، راه‌اندازی آن با جریان پایین‌تر (مثلاً 5mA که برای تست استفاده می‌شود) اغلب برای کاربردهای نشانگر کافی است و گرمای کمتری تولید می‌کند.

10.3 چرا سیستم دسته‌بندی وجود دارد؟

تغییرات ساخت باعث تفاوت‌های جزئی در V_F, شدت و طول موج بین LEDهای منفرد می‌شود. دسته‌بندی آن‌ها را در گروه‌هایی با پارامترهای کنترل شده دقیق مرتب می‌کند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد دسته‌هایی را انتخاب کنند که روشنایی و رنگ یکنواخت در تمام واحدهای محصول آن‌ها را تضمین می‌کند، که برای آرایه‌های چند LED یا کاربردهایی با نیازهای رنگ سختگیرانه حیاتی است.

10.4 چگونه زاویه دید را تفسیر کنم؟

زاویه دید 130 درجه (2θ_1/2) به این معنی است که زاویه از محور مرکزی که در آن روشنایی به 50% مقدار روی محور کاهش می‌یابد، 65 درجه است. بنابراین، عرض زاویه‌ای کل پرتو در نصف توان 130 درجه است. این نشان‌دهنده یک الگوی نور بسیار گسترده و پخش است که برای روشنایی منطقه وسیع یا نشانگرهایی که باید از زوایای زیادی دیده شوند مناسب است.