دیتاشیت LED SMD مدل LTST-C990KRKT - قرمز AlInGaP - 20mA - 1.6-2.4V - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک لامپ ال‌ای‌دی SMD فشرده و پرنور را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه که برای مونتاژ خودکار روی برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده است، برای کاربردهایی با محدودیت فضا در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی ایده‌آل می‌باشد.

1.1 ویژگی‌ها

• مطابق با دستورالعمل‌های زیست‌محیطی RoHS.
• دارای لنز گنبدی شکل برای توزیع نور بهینه.
• از چیپ نیمه‌هادی فوق‌پرنور آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP) برای بازده نوری بالا در طیف قرمز استفاده می‌کند.
• بسته‌بندی شده روی نوار 8 میلی‌متری و قرقره‌های 7 اینچی، سازگار با تجهیزات استاندارد Pick-and-Place خودکار.
• مطابق با طرح‌های استاندارد بسته‌بندی EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک).
• طراحی شده برای راه‌اندازی مستقیم توسط خروجی‌های مدارهای مجتمع (IC).
• کاملاً سازگار با فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز (IR).

1.2 کاربردها

این ال‌ای‌دی برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب است، از جمله اما نه محدود به:

• دستگاه‌های مخابراتی، تجهیزات اتوماسیون اداری، لوازم خانگی و سیستم‌های کنترل صنعتی.
• نور پس‌زمینه کی‌پدها و صفحه‌کلیدها.
• شاخص‌های وضعیت و برق.
• نمایشگرهای میکرو و نشانگرهای پنل.
• چراغ‌های سیگنال و نورپردازی نمادین.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

مقادیر زیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. تمام مقادیر در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• توان اتلافی (Pd):62.5 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که بسته ال‌ای‌دی می‌تواند به صورت گرما بدون تخریب تلف کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(PEAK)):60 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پالسی مجاز است که معمولاً تحت شرایط چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مشخص می‌شود.
• جریان مستقیم DC (I_F):25 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم مداوم توصیه شده برای عملکرد قابل اعتماد در بلندمدت است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوندگاه شود.
• محدوده دمای کاری:30- تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیطی که قطعه برای عملکرد در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای نگهداری:40- تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمایی برای نگهداری در حالت غیرفعال.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:مقاوم در برابر دمای پیک 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه، که استاندارد فرآیندهای رفلو بدون سرب (Pb-free) است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها عملکرد معمول قطعه تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C, I_F=20mA مگر خلاف آن ذکر شود) را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):1120.0 - 180.0 میلی‌کاندلا. اندازه‌گیری شده با استفاده از سنسوری که فیلتر شده تا با منحنی پاسخ فوتوپیک (چشم انسان) CIE مطابقت داشته باشد. محدوده وسیع از طریق سیستم دسته‌بندی مدیریت می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):75 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور نصف مقدار اندازه‌گیری شده روی محور مرکزی (0°) است. لنز گنبدی این الگوی دید وسیع را ایجاد می‌کند.
• طول موج تابش پیک (λ_P):639 نانومتر (معمول). طول موجی که در آن خروجی توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):636.0 - 624.0 نانومتر. برگرفته از نمودار رنگی CIE، این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ (قرمز) را تعریف می‌کند.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمول). پهنای باند طیف تابشی اندازه‌گیری شده در نصف شدت پیک، که نشان‌دهنده خلوص رنگ است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.4 - 1.6 ولت. افت ولتاژ دو سر ال‌ای‌دی هنگام راه‌اندازی با جریان 20mA. این محدوده باید برای طراحی درایور در نظر گرفته شود.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر). جریان نشتی هنگامی که 5 ولت در بایاس معکوس اعمال می‌شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

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

3.1 کد دسته‌بندی شدت نور

این قطعه بر اساس حداقل و حداکثر شدت نور اندازه‌گیری شده در 20mA به دسته‌هایی تقسیم می‌شود. تلرانس درون هر دسته +/-15% است.

• دسته S:280.0 - 180.0 میلی‌کاندلا
• دسته T:450.0 - 280.0 میلی‌کاندلا
• دسته U:710.0 - 450.0 میلی‌کاندلا
• دسته V:1120.0 - 710.0 میلی‌کاندلا

انتخاب دسته مناسب برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی یکنواخت در چندین ال‌ای‌دی دارند، حیاتی است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 1، شکل 5)، تحلیل زیر بر اساس داده‌های جدولی ارائه شده و رفتار استاندارد ال‌ای‌دی است.

4.1 مفهوم منحنی جریان-ولتاژ (IV)

محدوده ولتاژ مستقیم (V_F) از 1.6 ولت تا 2.4 ولت در 20mA نشان‌دهنده رابطه نمایی مشخصه یک دیود است. V_Fواقعی برای یک واحد خاص به خواص ماده نیمه‌هادی و دمای پیوندگاه بستگی دارد. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار محدودکننده جریان می‌تواند این محدوده را پوشش دهد تا جریان و در نتیجه روشنایی ثابت حفظ شود.

4.2 مشخصات دمایی

محدوده دمای کاری مشخص شده 30- تا 85+ درجه سلسیوس است. توجه به این نکته مهم است که مشخصات ال‌ای‌دی وابسته به دما هستند. معمولاً ولتاژ مستقیم (V_F) دارای ضریب دمایی منفی است (با افزایش دما کاهش می‌یابد)، در حالی که شدت نور نیز با افزایش دمای پیوندگاه کاهش می‌یابد. مدیریت حرارتی کافی روی PCB برای حفظ عملکرد و طول عمر، به ویژه هنگام کار نزدیک به حداکثر جریان مجاز، ضروری است.

4.3 توزیع طیفی

با طول موج غالب بین 624 تا 636 نانومتر و نیم‌عرض طیفی معمول 20 نانومتر، این ال‌ای‌دی نور قرمز اشباع شده منتشر می‌کند. طیف نسبتاً باریک مشخصه فناوری AlInGaP است که در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP، خلوص رنگ خوبی ارائه می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

ال‌ای‌دی مطابق با طرح استاندارد بسته‌بندی SMD است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس معمولی ±0.1 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شود. فوت‌پرینت و ارتفاع خاص در نقشه بسته‌بندی تعریف شده است که برای چیدمان PCB و بررسی فاصله‌ها ضروری است.

5.2 طرح پیشنهادی پد اتصال روی PCB

یک طرح لند پترن (طرح پد مسی) پیشنهادی ارائه شده است تا اطمینان از لحیم‌کاری قابل اعتماد و پایداری مکانیکی حاصل شود. پیروی از این توصیه به دستیابی به تشکیل صحیح فیله لحیم و ترازبندی در حین فرآیند رفلو کمک می‌کند.

5.3 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً روی قطعه علامت‌گذاری شده است، اغلب توسط یک شکاف، علامت سبز رنگ، یا پایه کوتاه‌تر درون بسته. جهت‌دهی صحیح قطبیت در حین مونتاژ برای اطمینان از عملکرد قطعه حیاتی است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلو (فرآیند بدون سرب)

این قطعه برای لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز با دمای پیک 260 درجه سلسیوس به مدت حداکثر 10 ثانیه درجه‌بندی شده است. یک پروفایل نمونه پیشنهاد شده است که شامل مرحله پیش‌گرم (150-200 درجه سلسیوس تا 120 ثانیه) برای گرم کردن تدریجی مجموعه و به حداقل رساندن شوک حرارتی می‌شود. پروفایل باید مطابق با استانداردهای JEDEC توسعه یابد و با طراحی خاص PCB و خمیر لحیم اعتبارسنجی شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، باید با هویه کنترل دمایی که حداکثر روی 300 درجه سلسیوس تنظیم شده است انجام شود. زمان تماس با ترمینال ال‌ای‌دی نباید از 3 ثانیه تجاوز کند و لحیم‌کاری باید به یک بار در هر پد محدود شود تا از آسیب حرارتی به بسته اپوکسی و دی نیمه‌هادی جلوگیری شود.

6.3 شرایط نگهداری

ال‌ای‌دی‌ها قطعات حساس به رطوبت (MSL 3) هستند. هنگامی که در بسته رطوبت‌گیر اصلی مهر و موم شده با ماده جاذب رطوبت نگهداری می‌شوند، باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شده و در عرض یک سال استفاده شوند. پس از باز شدن بسته، محیط نگهداری نباید از 30°C و 60% رطوبت نسبی تجاوز کند. قطعاتی که بیش از یک هفته در معرض هوای محیط قرار گرفته‌اند، باید قبل از رفلو در دمای حدود 60°C به مدت حداقل 20 ساعت پخت شوند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پف کردن" در حین لحیم‌کاری جلوگیری شود.

6.4 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) یا اتیل الکل استفاده شود. ال‌ای‌دی باید در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز پلاستیکی یا مواد بسته آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعات روی نوار حامل برجسته‌کاری شده به عرض 8 میلی‌متر، پیچیده شده روی قرقره‌های 7 اینچی (178 میلی‌متری) عرضه می‌شوند. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. نوار با یک نوار پوششی مهر و موم شده تا از قطعات محافظت کند. استانداردهای صنعتی (ANSI/EIA 481) برای فاصله جیب‌ها و جهت‌گیری رعایت شده است.

7.2 حداقل مقدار سفارش

مقدار بسته‌بندی استاندارد 3000 قطعه در هر قرقره است. برای مقادیر باقیمانده، حداقل بسته 500 قطعه موجود است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 طراحی مدار درایو

ال‌ای‌دی‌ها قطعات جریان‌محور هستند. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت و جلوگیری از جریان‌کشی، اکیداً توصیه می‌شود برای هر ال‌ای‌دی از یک مقاومت سری محدودکننده جریان استفاده شود، حتی زمانی که چندین ال‌ای‌دی به صورت موازی به یک منبع ولتاژ متصل می‌شوند (همانطور که در "مدل مدار A" دیتاشیت نشان داده شده است). راه‌اندازی مستقیم ال‌ای‌دی‌ها از یک منبع ولتاژ بدون تنظیم جریان ("مدل مدار B") توصیه نمی‌شود زیرا منجر به تغییر روشنایی و آسیب احتمالی ناشی از جریان بیش از حد به دلیل پراکندگی در V_Fاز یک واحد به واحد دیگر می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

• تنظیم جریان:برای عمر بهینه، در جریان مستقیم DC توصیه شده 20mA یا کمتر کار کنید. از حداقل جریانی که روشنایی مورد نیاز را تأمین می‌کند استفاده کنید.
• مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که PCB مساحت مسی کافی یا وایاهای حرارتی برای دفع گرما دارد، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا یا کاربردهای با جریان بالا.
• محافظت در برابر ESD:این قطعه به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس است. در حین جابجایی و مونتاژ باید از کنترل‌های مناسب ESD (مچ‌بندهای اتصال به زمین، میزکار زمین‌شده) استفاده شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

این ال‌ای‌دی قرمز AlInGaP مزایای متعددی ارائه می‌دهد:

• بازده و روشنایی بالاتر:در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های قرمز سنتی GaAsP، فناوری AlInGaP شدت نور به مراتب بالاتری برای همان جریان درایو فراهم می‌کند.
• پایداری دمایی بهتر:ال‌ای‌دی‌های AlInGaP عموماً افت شدت نور کمتری با افزایش دما نسبت به برخی فناوری‌های دیگر نشان می‌دهند.
• بسته‌بندی استاندارد:فوت‌پرینت استاندارد EIA SMD سازگاری با طیف گسترده‌ای از تجهیزات مونتاژ خودکار و کتابخانه‌های طراحی PCB را تضمین می‌کند و پیچیدگی طراحی و تولید را کاهش می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 چرا محدوده شدت نور (1120-180 میلی‌کاندلا) اینقدر وسیع است؟

این محدوده نشان‌دهنده پراکندگی کلی در کل تولید است. از طریق سیستم دسته‌بندی (S, T, U, V)، واحدها در گروه‌هایی بسیار محدودتر مرتب می‌شوند. طراحان دسته مورد نیاز را مشخص می‌کنند تا یکنواختی در کاربرد خود را تضمین کنند.

10.2 آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را به طور مداوم با جریان 25 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

در حالی که 25mA حداکثر جریان DC مطلق است، برای عملکرد قابل اعتماد در بلندمدت و در نظر گرفتن شرایط حرارتی واقعی، توصیه می‌شود مدار درایو را برای جریان پایین‌تری، مانند شرایط آزمایش معمول 20mA طراحی کنید. کاهش رتبه (درریتینگ) قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد.

10.3 تفاوت طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

طول موج پیک (λ_P) طول موج فیزیکی است که در آن خروجی طیفی قوی‌ترین است. طول موج غالب (λ_d) یک مقدار محاسبه شده بر اساس درک رنگ انسان (نمودار CIE) است که رنگ درک شده را تعریف می‌کند. برای یک منبع تک‌رنگه مانند این ال‌ای‌دی قرمز، آن‌ها نزدیک اما لزوماً یکسان نیستند.

11. نمونه عملی طراحی

سناریو:طراحی یک پنل نشانگر وضعیت که نیاز به 5 ال‌ای‌دی قرمز با روشنایی یکنواخت دارد و از ریل 5 ولت تغذیه می‌شود.

1. انتخاب دسته:دسته U (710-450 میلی‌کاندلا) را برای روشنایی بالا و یکنواخت انتخاب کنید.
2. جریان درایو:هدف 18mA برای هر ال‌ای‌دی برای تعادل خوب بین روشنایی و طول عمر.
3. محاسبه مقاومت سری:با استفاده از قانون اهم: R = (V_منبع- V_F) / I_F. برای تطبیق با محدوده V_F(2.4-1.6 ولت)، از حداکثر V_Fبرای یک طراحی محافظه‌کارانه استفاده کنید: R = (5V - 2.4V) / 0.018A ≈ 144 Ω. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد 150 Ω است. محاسبه مجدد جریان برای حداقل V_F: I_F= (5V - 1.6V) / 150Ω ≈ 22.7mA، که هنوز در محدوده ایمن است. بنابراین، یک مقاومت 150Ω، 1/8W به صورت سری با هر ال‌ای‌دی مناسب است.
4. چیدمان:ال‌ای‌دی‌ها و مقاومت‌ها را مطابق با طرح پد پیشنهادی قرار دهید. اطمینان حاصل کنید که مقداری مس دور پدهای ال‌ای‌دی برای دفع حرارت وجود دارد.

12. معرفی اصول عملکرد

دیودهای نورافشان (LED) دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوندگاه p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال (چیپ AlInGaP در این مورد) بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب ماده خاص نیمه‌هادی (آلومینیوم، ایندیم، گالیم، فسفید) انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، قرمز. لنز اپوکسی گنبدی شکل برای محافظت از چیپ، افزایش استخراج نور از نیمه‌هادی و شکل‌دهی الگوی تابش به یک زاویه دید وسیع عمل می‌کند.

13. روندهای توسعه

روند کلی در فناوری ال‌ای‌دی SMD به سمت بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی)، قابلیت اطمینان بهبود یافته و اندازه بسته‌بندی کوچک‌تر که امکان طراحی‌های با چگالی بالاتر را فراهم می‌کند، ادامه دارد. همچنین تمرکز بر تلرانس‌های دسته‌بندی دقیق‌تر برای رنگ و شدت برای پاسخگویی به نیازهای کاربردهایی که نیاز به تطابق رنگ و یکنواختی دقیق دارند، مانند نمایشگرهای تمام‌رنگ و نورپردازی خودرو وجود دارد. علاوه بر این، پیشرفت‌ها در مواد بسته‌بندی هدف ارائه عملکرد حرارتی بهتر و مقاومت در برابر شرایط محیطی سخت مانند رطوبت بالا و چرخه‌های دمایی است.