دیتاشیت SMD LED مدل LTST-E212KRKGWT - ابعاد 2.0x1.25x0.8 میلی‌متر - ولتاژ 1.8-2.5 ولت - توان 75 میلی‌وات - رنگ‌های قرمز/سبز - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ال ای دی LTST-E212KRKGWT یک LED نصب سطحی فشرده است که برای مونتاژ خودکار روی برد مدار چاپی در کاربردهای با محدودیت فضا طراحی شده است. این محصول دارای لنز پخش‌کننده بوده و با دو فناوری متمایز منبع نور در دسترس است: AlInGaP برای تابش قرمز و InGaN برای تابش سبز. این قابلیت دو رنگ در یک پکیج واحد، آن را برای نشانگر وضعیت، نور پس‌زمینه و تابلوهای علائم که نیاز به چندین رنگ از یک مکان قطعه مشترک دارند، بسیار متنوع می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی

• فرم فاکتور مینیاتوری:اندازه کوچک پکیج برای چیدمان‌های PCB با چگالی بالا که در الکترونیک‌های قابل حمل و مصرفی مدرن یافت می‌شود، ایده‌آل است.
• منبع دو رنگ:با ارائه گزینه‌های قرمز و سبز با تخصیص پایه‌های سازگار، انعطاف‌پذیری طراحی را فراهم کرده و موجودی و طراحی PCB را برای کاربردهای دو رنگ ساده می‌کند.
• سازگاری با اتوماسیون:این محصول در نوار ۸ میلی‌متری روی قرقره‌های ۷ اینچی بسته‌بندی شده و کاملاً با تجهیزات اتوماتیک پیک و پلیس سرعت بالا سازگار است و فرآیند تولید را روان می‌سازد.
• سازگاری قوی با فرآیند:طراحی شده تا فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز (IR)، از جمله موارد مورد نیاز برای مونتاژ با لحیم بدون سرب (Pb-free) را تحمل کند.
• انطباق محیط زیستی:این محصول با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد.

1.2 بازارها و کاربردهای هدف

این LED برای طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی مناسب است. حوزه‌های کاربرد اصلی شامل دستگاه‌های مخابراتی (تلفن‌های بی‌سیم و همراه)، رایانه‌های قابل حمل (لپ‌تاپ، تبلت)، سیستم‌های شبکه، لوازم خانگی و تابلوها یا پنل‌های نمایش داخلی می‌شود. قابلیت اطمینان و اندازه کوچک آن، این LED را به انتخابی ترجیحی برای الکترونیک مصرفی و صنعتی تبدیل کرده است که در آن‌ها عملکرد یکنواخت و مونتاژ کارآمد حیاتی است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

بخش بعدی تفسیر دقیق و عینی پارامترهای کلیدی الکتریکی و نوری مشخص شده برای LED مدل LTST-E212KRKGWT را ارائه می‌دهد که در دمای محیط (Ta) ۲۵ درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده‌اند.

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

این ریتینگ‌ها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا زیر آن تضمین نمی‌شود.

• توان تلف شده (Pd):۷۵ میلی‌وات برای هر دو نوع قرمز و سبز. این پارامتر کل توان الکتریکی (جریان مستقیم * ولتاژ مستقیم) را که می‌تواند درون چیپ LED به نور و گرما تبدیل شود، محدود می‌کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):۸۰ میلی‌آمپر، تنها تحت شرایط پالسی (سیکل وظیفه ۱/۱۰، عرض پالس ۰.۱ میلی‌ثانیه) مجاز است. تجاوز از این مقدار در کار DC احتمالاً باعث گرمای بیش از حد می‌شود.
• جریان مستقیم DC (I_F):۳۰ میلی‌آمپر. این حداکثر جریان پیوسته توصیه شده برای عملکرد قابل اطمینان بلندمدت است.
• محدوده دما:محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی ۴۰- درجه سانتی‌گراد تا +۱۰۰ درجه سانتی‌گراد است که نشان‌دهنده مناسب بودن برای محیط‌هایی با نوسانات دمایی گسترده است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این‌ها پارامترهای عملکردی معمول تحت شرایط آزمایش استاندارد (I_F= 20mA) هستند.

• شدت نورانی (I_V):خروجی نور معمول برای LED قرمز ۷۵ میلی‌کاندلا و برای LED سبز ۶۵ میلی‌کاندلا است، با حداقل مقدار تضمین شده ۲۸ میلی‌کاندلا برای هر دو. این شدت با استفاده از سنسوری که فیلتر شده تا با پاسخ فوتوپیک چشم انسان مطابقت داشته باشد، اندازه‌گیری می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):مقدار معمول ۱۲۰ درجه مشخص شده است. این زاویه دید گسترده، که مشخصه لنز پخش‌کننده است، دید خوبی در یک ناحیه وسیع تضمین می‌کند و آن را برای نشانگرهای پنلی مناسب می‌سازد.
• طول موج:
  • قرمز (AlInGaP):طول موج تابش پیک (λ_P) معمولاً ۶۳۹ نانومتر است. طول موج غالب (λ_d) معمولاً ۶۳۱ نانومتر است.
  • سبز (InGaN):طول موج تابش پیک (λ_P) معمولاً ۵۷۴ نانومتر است. طول موج غالب (λ_d) معمولاً ۵۶۶ نانومتر است.
  تفاوت جزئی بین طول موج پیک و غالب طبیعی بوده و به شکل طیف تابش مربوط می‌شود.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):معمولاً برای هر دو رنگ ۲۰ نانومتر، که نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور تابش شده است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):در جریان ۲۰ میلی‌آمپر از ۱.۸ ولت (حداقل) تا ۲.۵ ولت (حداکثر) متغیر است. مقدار معمول برای طراحی باید حول نقطه میانی در نظر گرفته شود، اما مدارها باید کل محدوده را در بر گیرند. تلرانس ±۰.۱ ولت ذکر شده است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر ۱۰ میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) ۵ ولت. توجه به این نکته حیاتی است که این دستگاهبرای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این آزمایش تنها برای تأیید کیفیت است.

3. توضیح سیستم بینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس عملکرد در بین‌های مختلف دسته‌بندی می‌شوند. مدل LTST-E212KRKGWT از بین‌های جداگانه برای شدت نورانی و برای نسخه سبز، طول موج غالب استفاده می‌کند.

3.1 بینینگ شدت نورانی (I_V)

هر دو LED قرمز و سبز کدهای بین شدت یکسانی دارند که بر حسب میلی‌کاندلا (mcd) در جریان ۲۰ میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شود. هر بین دارای تلرانس ۱۱٪ است.

• بین N:۲۸.۰ – ۴۵.۰ میلی‌کاندلا
• بین P:۴۵.۰ – ۷۱.۰ میلی‌کاندلا
• بین Q:۷۱.۰ – ۱۱۲.۰ میلی‌کاندلا
• بین R:۱۱۲.۰ – ۱۸۰.۰ میلی‌کاندلا

به عنوان مثال، LEDی که با بین Q برای شدت برچسب خورده، خروجی معمولی بین ۷۱ تا ۱۱۲ میلی‌کاندلا خواهد داشت. طراحان باید بین مورد نیاز را برای تضمین حداقل سطح روشنایی در کاربرد خود مشخص کنند.

3.2 بینینگ طول موج غالب (WD) برای رنگ سبز

فقط LED سبز دارای بین‌های طول موج مشخص شده است که بر حسب نانومتر (nm) در جریان ۲۰ میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شود، با تلرانس ±۱ نانومتر برای هر بین.

• بین G1:۵۶۶.۰ – ۵۶۹.۰ نانومتر
• بین G2:۵۶۹.۰ – ۵۷۲.۰ نانومتر
• بین G3:۵۷۲.۰ – ۵۷۵.۰ نانومتر

این بینینگ امکان کنترل دقیق‌تر روی سایه دقیق رنگ سبز را فراهم می‌کند که می‌تواند برای هماهنگی رنگ در نمایشگرهای چند LED یا نیازهای زیبایی‌شناختی خاص مهم باشد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل ۱ برای توزیع طیفی، شکل ۶ برای زاویه دید)، پیامدهای کلی آن‌ها در اینجا تحلیل می‌شود.

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

مشخصه I-V یک LED غیرخطی است. برای مدل LTST-E212KRKGWT، در جریان عملیاتی معمول ۲۰ میلی‌آمپر، ولتاژ مستقیم بین ۱.۸ ولت و ۲.۵ ولت قرار می‌گیرد. منحنی افزایش شدید جریان را نشان می‌دهد هنگامی که ولتاژ مستقیم از آستانه روشن شدن دیود فراتر رود. این امر استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت را به صورت سری با LED هنگام تغذیه از یک منبع ولتاژ برای جلوگیری از فرار حرارتی ضروری می‌سازد.

4.2 شدت نورانی در مقابل جریان مستقیم

خروجی نور (شدت نورانی) عموماً در محدوده عملیاتی دستگاه با جریان مستقیم متناسب است. با این حال، بازده در جریان‌های بسیار بالا ممکن است به دلیل افزایش گرما کاهش یابد. کار در جریان توصیه شده ۲۰ میلی‌آمپر تعادل بهینه بین روشنایی و طول عمر را تضمین می‌کند.

4.3 توزیع طیفی

نمودارهای طیفی ارجاع داده شده یک پیک غالب منفرد برای هر رنگ (حدود ۶۳۹ نانومتر برای قرمز، ۵۷۴ نانومتر برای سبز) با نیم‌عرض معمول ۲۰ نانومتر نشان می‌دهند. LED قرمز AlInGaP معمولاً در مقایسه با برخی فناوری‌های قرمز دیگر طیف باریک‌تری دارد، در حالی که طیف سبز InGaN برای نوع خود استاندارد است. لنز پخش‌کننده توزیع زاویه‌ای این طول‌موج‌ها را کمی گسترش می‌دهد اما خروجی طیفی پیک را به طور قابل توجهی تغییر نمی‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج و پلاریته

پکیج SMD دارای فوت‌پرینت اسمی است. ابعاد حیاتی شامل اندازه بدنه و فاصله پایه‌ها می‌شود. تخصیص پایه برای جهت‌دهی صحیح بسیار مهم است:

• LED قرمز (AlInGaP):آند و کاتد به پایه‌های ۱ و ۳ اختصاص داده شده‌اند.
• LED سبز (InGaN):آند و کاتد به پایه‌های ۱ و ۴ اختصاص داده شده‌اند.

این تفاوت به این معنی است که یک فوت‌پرینت PCB واحد می‌تواند هر دو رنگ را در خود جای دهد، اما مدار درایو باید به پایه‌های صحیح متصل شود. همیشه باید برای ابعاد دقیق و موقعیت پدها به نقشه کلی پکیج (که در دیتاشیت اشاره شده) مراجعه کرد.

5.2 طرح پد PCB توصیه شده برای اتصال

یک الگوی لند پیشنهادی برای اطمینان از لحیم‌کاری صحیح و پایداری مکانیکی ارائه شده است. طراحی پد معمولاً شامل رلیف‌های حرارتی برای تسهیل لحیم‌کاری در عین ارائه مساحت کافی مس برای دفع حرارت و چسبندگی قوی است. پیروی از این توصیه به جلوگیری از پدیده "تومب‌ستونینگ" (بلند شدن یک سر در حین رفلو) کمک کرده و اتصالات لحیم قابل اطمینانی را تضمین می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو IR

دیتاشیت به J-STD-020B برای شرایط فرآیند بدون سرب ارجاع می‌دهد. یک پروفیل کلی با محدودیت‌های کلیدی زیر پیشنهاد شده است:

• پیش‌گرم:۱۵۰ درجه سانتی‌گراد تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر ۱۲۰ ثانیه برای افزایش آهسته دما و فعال‌سازی فلاکس.
• دمای پیک:حداکثر ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد. زمان بالاتر از نقطه مایع (مثلاً ۲۱۷ درجه سانتی‌گراد) باید مطابق با مشخصات خمیر لحیم کنترل شود.
• زمان لحیم‌کاری در پیک:حداکثر ۱۰ ثانیه، و رفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.

تأکید شده است که پروفیل بهینه به مونتاژ خاص PCB بستگی دارد و نیاز به مشخصه‌یابی دارد.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، دمای هویه نباید از ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان تماس باید حداکثر به ۳ ثانیه برای یک عملیات واحد محدود شود. حرارت یا زمان بیش از حد می‌تواند به پکیج LED یا اتصالات سیمی داخلی آسیب برساند.

6.3 ذخیره‌سازی و جابجایی

LEDها به رطوبت حساس هستند. قوانین کلیدی ذخیره‌سازی شامل موارد زیر است:

• بسته بندی مهر و موم شده:در دمای ≤ ۳۰ درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤ ۷۰٪ ذخیره شود. ظرف یک سال از تاریخ بسته‌بندی خشک استفاده شود.
• بسته باز شده:برای قطعات خارج شده از کیسه محافظ رطوبت، محیط باید ≤ ۳۰ درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤ ۶۰٪ باشد.
• عمر مفید در محیط کار:توصیه می‌شود رفلو IR ظرف ۱۶۸ ساعت (۷ روز) پس از باز کردن بسته‌بندی اصلی تکمیل شود.
• بازپخت:اگر زمان قرارگیری در معرض محیط از ۱۶۸ ساعت تجاوز کند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در حدود ۶۰ درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل ۴۸ ساعت برای حذف رطوبت جذب شده و جلوگیری از "پاپ کورن شدن" (ترک خوردن پکیج در حین رفلو) است.

6.4 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مشخص شده مانند اتانول یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه استفاده شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز پلاستیکی یا مواد پکیج آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

محصول به صورت استاندارد در نوار حامل برجسته با نوار پوشش محافظ عرضه می‌شود که روی قرقره‌هایی به قطر ۷ اینچ (۱۷۸ میلی‌متر) پیچیده شده است. تعداد استاندارد قرقره ۳۰۰۰ قطعه است. حداقل مقدار بسته‌بندی ۵۰۰ قطعه برای سفارشات باقیمانده موجود است. ابعاد نوار و قرقره مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است که سازگاری با فیدرهای تجهیزات مونتاژ خودکار استاندارد را تضمین می‌کند.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

متداول‌ترین روش درایو، یک منبع ولتاژ (V_CC) به صورت سری با یک مقاومت محدودکننده جریان (R_S) است. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_S= (V_CC- V_F) / I_F. به عنوان مثال، با منبع تغذیه ۵ ولت، V_Fمعمول ۲.۲ ولت و I_Fمورد نظر ۲۰ میلی‌آمپر: R_S= (5 - 2.2) / 0.02 = 140 Ω. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد (مثلاً ۱۵۰ Ω) انتخاب می‌شود که جریان را کمی کاهش می‌دهد. ریتینگ توان مقاومت باید حداقل I_F²* R_S.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه توان تلف شده کم است (حداکثر ۷۵ میلی‌وات)، طراحی حرارتی مناسب عمر LED را افزایش می‌دهد. اطمینان حاصل کنید که پد PCB توصیه شده به مساحت مس کافی متصل شده تا به عنوان هیت‌سینک عمل کند. از کار در جریان حداکثر مطلق (۳۰ میلی‌آمپر DC) به طور پیوسته در دمای محیط بالا خودداری کنید، زیرا این امر کاهش لومن را تسریع می‌کند.

8.3 محافظت در برابر ولتاژ معکوس

از آنجایی که دستگاه برای بایاس معکوس طراحی نشده است، گنجاندن محافظت در مدارهایی که امکان ولتاژ معکوس وجود دارد (مثلاً در پیکربندی‌های LED پشت به پشت یا با بارهای القایی) عاقلانه است. یک دیود ساده به موازات LED (کاتد به آند) می‌تواند این محافظت را فراهم کند.

9. مقایسه و تمایز فنی

تمایز اصلی LTST-E212KRKGWT در قابلیت دو منبع (AlInGaP/InGaN) و دو رنگ آن در یک پکیج SMD استاندارد شده نهفته است. در مقایسه با LEDهای تک رنگ، انعطاف‌پذیری طراحی را ارائه می‌دهد. در برابر سایر LEDهای دو رنگ، استفاده از مواد نیمه‌هادی بالغ و کارآمد (AlInGaP برای قرمز، InGaN برای سبز) معمولاً منجر به بازده نوری خوب و عملکرد پایدار در دما می‌شود. زاویه دید گسترده ۱۲۰ درجه‌ای لنز پخش‌کننده آن در مقابل LEDهای با زاویه دید باریک، یک ویژگی کلیدی است که آن را برای کاربردهای نیازمند دید وسیع‌المنطقه برتر می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

10.1 آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پایه میکروکنترلر ۳.۳ ولت یا ۵ ولت راه‌اندازی کنم؟

پاسخ:خیر، مستقیماً نه. پایه‌های GPIO میکروکنترلر منابع ولتاژی با قابلیت تأمین/مکش جریان محدود (اغلب ۲۰-۲۵ میلی‌آمپر) هستند. اتصال مستقیم یک LED خطر تجاوز از حداکثر جریان LED و ریتینگ پایه GPIO را دارد و ممکن است به هر دو آسیب برساند. همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان سری یا یک مدار درایور ترانزیستوری استفاده کنید.

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

پاسخ:طول موج پیک (λ_P) طول موج منفردی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است. طول موج غالب (λ_d) طول موج منفرد نور تک‌رنگی است که وقتی با یک مرجع سفید مشخص ترکیب شود، با رنگ درک شده LED مطابقت دارد. λ_dبیشتر به درک رنگ توسط انسان مربوط است.

10.3 چرا شرایط ذخیره‌سازی اینقدر سختگیرانه است؟

پاسخ:پکیج پلاستیکی LED می‌تواند رطوبت را از هوا جذب کند. در طی فرآیند لحیم‌کاری رفلو با دمای بالا، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت تبخیر شده و فشار داخلی ایجاد کند که می‌تواند باعث لایه‌لایه شدن پکیج یا ترک خوردن دی ("پاپ کورن شدن") شود. روش‌های سختگیرانه ذخیره‌سازی و پخت، محتوای رطوبت را برای جلوگیری از این حالت خرابی کنترل می‌کنند.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک روتر شبکه که نیاز به نشانگرهای قرمز (خطا/اشکال) و سبز (عملیاتی/آماده) در فضایی بسیار فشرده دارد.

پیاده‌سازی:استفاده از LTST-E212KRKGWT اجازه می‌دهد یک فوت‌پرینت PCB واحد برای هر دو رنگ وضعیت استفاده شود. چیدمان PCB شامل الگوی پد توصیه شده است. فریم‌ور میکروکنترلر دو پایه GPIO را کنترل می‌کند که هر کدام از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان مناسب (مثلاً ۱۵۰Ω برای منبع ۵ ولت) به پایه ۱ (آند مشترک) LED متصل شده‌اند. یک پایه GPIO پایه ۳ (کاتد قرمز) و دیگری پایه ۴ (کاتد سبز) را راه‌اندازی می‌کند. این طراحی فضای PCB مورد نیاز را در مقایسه با استفاده از دو LED تک رنگ جداگانه نصف کرده و مونتاژ را ساده می‌کند.

12. اصل عملکرد

دیودهای ساطع‌کننده نور (LEDها) دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n با حفره‌های ناحیه نوع p درون لایه فعال بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گپ ماده نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود. LTST-E212KRKGWT از AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای نور قرمز و InGaN (ایندیم گالیم نیترید) برای نور سبز استفاده می‌کند که هر ماده برای بازده و خلوص رنگ در طیف مربوطه خود انتخاب شده است.

13. روندهای فناوری

روند کلی در LEDهای SMD مانند این مدل، به سمت بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی)، بهبود یکنواختی رنگ از طریق بینینگ دقیق‌تر و مینیاتوری‌سازی بیشتر برای امکان طراحی PCB با چگالی حتی بالاتر است. همچنین تأکید فزاینده‌ای بر قابلیت اطمینان بهبود یافته تحت شرایط دمایی و رطوبتی بالاتر برای مطابقت با استانداردهای خودرویی و صنعتی وجود دارد. علم مواد زیربنایی همچنان در حال پیشرفت است و تحقیقات مداومی بر روی ترکیبات نیمه‌هادی جدید و نانوساختارها برای پیشبرد محدودیت‌های بازده و امکان‌پذیری رنگ‌های جدید در جریان است.