دیتاشیت LED SMD مدل LTST-T180KEKT - قرمز AlInGaP - زاویه دید 120 درجه - جریان 30mA - توان 75mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک دیود نورافشان (LED) نصب‌سطحی (SMD) را ارائه می‌دهد. این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده است که آن را برای تولید انبوه ایده‌آل می‌سازد. اندازه مینیاتوری آن پاسخگوی کاربردهای با محدودیت فضا در بخش‌های مختلف الکترونیکی است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED شامل مطابقت با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک)، بسته‌بندی در نوار استاندارد صنعتی 8 میلی‌متری روی قرقره‌های 7 اینچی برای ماشین‌های پیک‌اندپلیس خودکار، و سازگاری کامل با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) است. این قطعه مطابق با استاندارد حساسیت رطوبت JEDEC Level 3 پیش‌شرط‌گذاری شده است که قابلیت اطمینان در حین مونتاژ را تضمین می‌کند. کاربردهای هدف آن گسترده است و شامل نشانگرهای وضعیت، روشنایی سیگنال و نماد، و نور پس زمینه پنل جلویی در تجهیزات مخابراتی، دستگاه‌های اتوماسیون اداری، لوازم خانگی و سیستم‌های کنترل صنعتی می‌شود.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا زیر آن تضمین نمی‌شود. محدودیت‌های کلیدی شامل حداکثر جریان مستقیم پیوسته (I_F) معادل 30 میلی‌آمپر، حداکثر جریان مستقیم پالسی 80 میلی‌آمپر در شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه)، حداکثر ولتاژ معکوس (V_R) معادل 5 ولت، و محدودیت اتلاف توان (P_D) معادل 75 میلی‌وات است. محدوده دمای کار و نگهداری از 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس مشخص شده است.

2.2 مشخصات حرارتی

مدیریت حرارتی برای عملکرد و طول عمر LED حیاتی است. حداکثر دمای مجاز اتصال (T_j) 115 درجه سلسیوس است. مقاومت حرارتی معمولی از اتصال به هوای محیط (R_θJA) 140 درجه سلسیوس بر وات است. این پارامتر نشان می‌دهد که حرارت چقدر مؤثر از اتصال نیمه‌هادی دور می‌شود؛ هرچه این مقدار کمتر باشد بهتر است. چیدمان مناسب PCB با تخلیه حرارتی کافی برای حفظ دمای اتصال در محدوده ایمن ضروری است، به ویژه هنگام کار با جریان‌های بالاتر.

2.3 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکرد معمولی هستند که تحت شرایط آزمایش استاندارد (T_a=25°C, I_F=20mA) اندازه‌گیری شده‌اند. شدت نور (I_V) از حداقل 140 میلی‌کاندلا تا حداکثر 420 میلی‌کاندلا متغیر است، با مقادیر خاص تعیین شده توسط رتبه بسته (بین). زاویه دید (2θ_1/2) 120 درجه است، که به عنوان زاویه کامل تعریف می‌شود که در آن شدت به نصف مقدار محوری خود کاهش می‌یابد و نشان‌دهنده یک الگوی انتشار گسترده و پخش است. طول موج غالب (λ_d) بین 615 نانومتر و 628 نانومتر قرار دارد که رنگ قرمز درک شده را مشخص می‌کند. ولتاژ مستقیم (V_F) معمولاً در جریان آزمایش از 1.7 ولت تا 2.5 ولت متغیر است.

3. توضیح سیستم رتبه بندی بسته (بین)

خروجی نوری LEDها می‌تواند از دسته‌ای به دسته دیگر متفاوت باشد. از یک سیستم بسته‌بندی (بینینگ) برای دسته‌بندی قطعات به گروه‌هایی با عملکرد یکنواخت استفاده می‌شود. این LED از یک سیستم رتبه بندی شدت نور (I_V) استفاده می‌کند. بسته‌ها با برچسب‌های R2، S1، S2 و T1 مشخص شده‌اند، با مقادیر حداقل و حداکثر شدت نور متناظر در 20 میلی‌آمپر (به عنوان مثال، S1: 185-240 میلی‌کاندلا، T1: 315-420 میلی‌کاندلا). یک تلرانس 11± درصد در هر بسته اعمال می‌شود. این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با یکنواختی روشنایی مورد نیاز برای کاربرد خود را انتخاب کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، منحنی‌های معمولی برای چنین قطعه‌ای شامل روابط زیر می‌شود که برای تحلیل طراحی حیاتی هستند:

• منحنی I-V (جریان در مقابل ولتاژ):رابطه نمایی بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. ولتاژ زانو معمولاً در محدوده V_F مشخص شده است. این منحنی برای طراحی مدار درایور محدودکننده جریان حیاتی است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در محدوده کاری یک رابطه تقریباً خطی است، قبل از اینکه در جریان‌های بالاتر به اشباع برسد یا گرمای بیش از حد ایجاد کند.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش درجه (دریریتینگ) خروجی نور را با افزایش دمای محیط (یا اتصال) نشان می‌دهد. این برای کاربردهایی که در محیط‌های با دمای بالا کار می‌کنند حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از توان تابشی نسبی در مقابل طول موج، که یک طول موج تابش اوج (λ_P) حدود 630 نانومتر و یک نیم‌عرض طیفی (Δλ) تقریباً 15 نانومتر را نشان می‌دهد و انتشار باند باریک قرمز را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

LED در یک بسته‌بندی استاندارد SMD عرضه می‌شود. رنگ لنز شفاف (واتر کلیر) است، در حالی که رنگ منبع نور قرمز است که توسط ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) تولید می‌شود. ابعاد دقیق بسته در نقشه‌های دیتاشیت ارائه شده است، از جمله طول، عرض، ارتفاع و فاصله پدها. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد 0.2± میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. قطبیت توسط علامت فیزیکی یا طراحی پد (معمولاً علامت کاتد) نشان داده می‌شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل توصیه شده ریفلو IR

قطعه با فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) سازگار است. پروفایل ریفلو مادون قرمز توصیه شده باید با استانداردهای J-STD-020B مطابقت داشته باشد. پارامترهای کلیدی شامل دمای پیش‌گرم 150-200 درجه سلسیوس، زمان پیش‌گرم حداکثر 120 ثانیه، حداکثر دمای پیک نباید از 260 درجه سلسیوس تجاوز کند، و زمان بالای مایع (TAL) مطابق با مشخصات خمیر لحیم است. کل زمان در محدوده 5 درجه سلسیوس دمای پیک باید حداکثر به 10 ثانیه محدود شود و ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.

6.2 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. غوطه‌ور کردن LED در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی یا بسته آسیب برسانند.

6.3 نگهداری و جابجایی

LEDها به رطوبت حساس هستند. هنگامی که در کیسه ضد رطوبت اصلی با ماده خشک‌کن مهر و موم شده‌اند، باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤70% نگهداری و ظرف یک سال استفاده شوند. پس از باز شدن کیسه، محیط نگهداری نباید از 30°C و 60% رطوبت نسبی تجاوز کند. قطعاتی که بیش از 168 ساعت در معرض شرایط محیطی قرار گرفته‌اند، باید قبل از لحیم‌کاری در دمای حدود 60°C به مدت حداقل 48 ساعت پخته شوند تا رطوبت جذب شده حذف و از پدیده \"پاپ کورن\" در حین ریفلو جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

بسته‌بندی استاندارد نوار حامل برجسته 8 میلی‌متری روی قرقره‌های با قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) است. هر قرقره حاوی 5000 قطعه است. حداقل مقدار بسته‌بندی 500 قطعه برای سفارشات باقیمانده موجود است. نوار با یک نوار پوششی مهر و موم شده است. بسته‌بندی با مشخصات ANSI/EIA-481 مطابقت دارد.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از یکنواختی روشنایی و جلوگیری از جریان‌کشی، به ویژه هنگامی که چندین LED به صورت موازی متصل می‌شوند، باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر LED استفاده شود. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F, که در آن V_Fولتاژ مستقیم LED در جریان مورد نظر I_Fاست. راه‌اندازی مستقیم LEDها از یک منبع ولتاژ بدون محدودیت جریان توصیه نمی‌شود و به احتمال زیاد قطعه را از بین می‌برد.

8.2 ملاحظات طراحی و احتیاط‌ها

این محصول برای تجهیزات الکترونیکی عمومی در نظر گرفته شده است. برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان استثنایی دارند که در آن خرابی می‌تواند ایمنی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پزشکی، حمل و نقل)، صلاحیت‌سنجی و مشاوره خاص ضروری است. چیدمان پد PCB باید از طراحی توصیه شده در دیتاشیت پیروی کند تا لحیم‌کاری مناسب و پایداری مکانیکی تضمین شود. باید به طراحی حرارتی روی PCB برای مدیریت اتلاف حرارت 75 میلی‌وات توجه شود، به ویژه در فضاهای بسته یا دمای محیطی بالا.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، ماده AlInGaP مورد استفاده در این قطعه بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر در همان جریان و پایداری دمایی بهتر می‌شود. زاویه دید 120 درجه یک الگوی روشنایی بسیار گسترده و یکنواخت ارائه می‌دهد که برای نشانگرهای پنلی مناسب است که مشاهده از زوایای خارج از محور مورد نیاز است، در مقابل LEDهای با زاویه باریک‌تر که برای نور متمرکز استفاده می‌شوند. سازگاری آن با فرآیندهای استاندارد ریفلو IR آن را از LEDهایی که نیاز به لحیم‌کاری دستی یا موجی دارند متمایز می‌کند و امکان مونتاژ خودکار پرسرعت و مقرون‌به‌صرفه را فراهم می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً با منبع تغذیه 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان سری استفاده کنید. به عنوان مثال، با V_Fمعمولی 2.0 ولت در 20 میلی‌آمپر و منبع تغذیه 5 ولت، R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 اهم. استفاده از مقاومت اجباری است.

س: لنز \"واتر کلیر\" برای یک LED قرمز به چه معناست؟

ج: ماده لنز خود بی‌رنگ/شفاف است. رنگ قرمز منحصراً توسط تراشه نیمه‌هادی AlInGaP داخل آن ساطع می‌شود. یک لنز شفاف اغلب امکان زاویه دید گسترده‌تر و اعوجاج رنگ کمتری نسبت به یک لنز پخش رنگی فراهم می‌کند.

س: حداکثر جریان 30 میلی‌آمپر است، اما شرایط آزمایش 20 میلی‌آمپر است. باید از کدام استفاده کنم؟

ج: شرایط 20 میلی‌آمپر نقطه آزمایش استاندارد برای تعیین مشخصات نوری است. شما می‌توانید LED را در هر جریانی تا حداکثر مطلق 30 میلی‌آمپر DC به کار بگیرید، اما شدت نور و ولتاژ مستقیم به تناسب مقیاس می‌شوند (منحنی‌های عملکرد را ببینید). کار در جریان‌های پایین‌تر طول عمر را افزایش و حرارت را کاهش می‌دهد.

س: چرا رطوبت نگهداری اینقدر مهم است؟

ج: بسته‌های SMD می‌توانند رطوبت را از هوا جذب کنند. در طول فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت تبخیر شود و فشار داخلی ایجاد کند که می‌تواند بسته را ترک دهد یا پیوندهای داخلی را جدا کند - پدیده‌ای که به نام \"پاپ کورن\" شناخته می‌شود.

11. مطالعه موردی کاربردی عملی

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک روتر شبکه.چندین LED (برق، LAN، WAN، Wi-Fi) مورد نیاز است. با استفاده از این مدل LED، طراح: 1) LEDها را روی چیدمان PCB پنل جلویی مطابق با ردپای پد توصیه شده قرار می‌دهد. 2) برای هر LED، یک مقاومت سری بر اساس منبع تغذیه منطقی 3.3 ولت سیستم و یک جریان هدف 15 میلی‌آمپر (برای تعادل روشنایی و توان) محاسبه می‌کند. با فرض V_F= 2.0V, R = (3.3V - 2.0V)/0.015A ≈ 87 اهم (از مقدار استاندارد 82 اهم یا 100 اهم استفاده کنید). 3) اطمینان حاصل می‌کند که چیدمان PCB مقداری مساحت حرارتی مسی در زیر پدهای LED فراهم می‌کند. 4) کد بسته شدت نور یکسان (مثلاً S1) را برای تمام LEDها در لیست مواد (BOM) مشخص می‌کند تا یکنواختی روشنایی در سراسر پنل تضمین شود. 5) در حین مونتاژ از پروفایل ریفلو توصیه شده پیروی می‌کند.

12. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

یک دیود نورافشان (LED) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی 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 این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌شود. در یک دیود سیلیکونی استاندارد، این انرژی عمدتاً به صورت گرما آزاد می‌شود. در یک LED، ماده نیمه‌هادی (در این مورد، AlInGaP) دارای گاف نواری مستقیم است، به این معنی که انرژی به صورت فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج (رنگ) خاص نور توسط انرژی گاف نواری ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. یک گاف نواری گسترده‌تر نور با طول موج کوتاه‌تر (آبی‌تر) تولید می‌کند.

13. روندها و تحولات فناوری

روند کلی در LEDهای نشانگر SMD به سمت بازدهی بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) است که مصرف برق و تولید گرما را کاهش می‌دهد. این امر امکان نشانگرهای روشن‌تر در همان جریان یا همان روشنایی در جریان‌های پایین‌تر را فراهم می‌کند و عمر باتری دستگاه را افزایش می‌دهد. اندازه بسته‌ها همچنان در حال کوچک‌شدن است که امکان آرایه‌های نشانگر متراکم‌تر و ادغام در الکترونیک مصرفی هرچه کوچک‌تر را فراهم می‌کند. همچنین تمرکزی بر بهبود یکنواختی رنگ و پایداری در برابر دما و طول عمر از طریق تکنیک‌های پیشرفته بسته‌بندی (بینینگ) و مواد نیمه‌هادی پایدارتر وجود دارد. تلاش برای پذیرش گسترده‌تر مواد بدون سرب و بدون هالوژن مطابق با مقررات زیست‌محیطی جهانی همچنان یک محرک کلیدی صنعت باقی مانده است.