دیتاشیت LED SMD مدل LTST-T680QSWT - LED زرد پخش‌شونده AlInGaP - 20mA - 130mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات فنی یک LED از نوع دستگاه نصب سطحی (SMD) را ارائه می‌دهد. این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده و دارای ابعاد مینیاتوری مناسب برای کاربردهای با محدودیت فضا است. LED از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تولید نور زرد پخش‌شونده استفاده می‌کند. عملکرد اصلی آن به عنوان نشانگر وضعیت، منبع نور سیگنال یا نور پس‌زمینه پنل جلویی در سیستم‌های الکترونیکی متنوع است.

1.1 ویژگی‌ها

• مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک).
• بسته‌بندی شده در نوار 8 میلی‌متری روی قرقره‌های 7 اینچی برای ماشین‌آلات برداشت و جایگذاری خودکار.
• الگوی پایه استاندارد EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک).
• ورودی سازگار با سطوح منطقی استاندارد مدارهای مجتمع (IC).
• طراحی شده برای سازگاری با سیستم‌های جایگذاری خودکار قطعات.
• مقاوم در برابر فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR).
• پیش‌شرط‌سازی شده برای رسیدن به سطح حساسیت رطوبت JEDEC (شورای مهندسی دستگاه‌های الکترونیکی مشترک) سطح 3.

1.2 کاربردها

این LED برای استفاده در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی مصرفی، تجاری و صنعتی در نظر گرفته شده است. حوزه‌های کاربردی معمول شامل دستگاه‌های مخابراتی (مانند تلفن‌های بی‌سیم/سلولی)، تجهیزات اتوماسیون اداری (مانند لپ‌تاپ‌ها، سیستم‌های شبکه)، لوازم خانگی و پنل‌های کنترل صنعتی عمومی است. نقش‌های خاص آن به عنوان نشانگرهای وضعیت، روشنایی سیگنال یا نماد و نور پس‌زمینه پنل جلویی می‌باشد.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

بخش‌های زیر تحلیل دقیقی از پارامترهای کلیدی عملکرد LED تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C) ارائه می‌دهند.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا زیر آن تضمین نشده و برای عملکرد قابل اعتماد بلندمدت باید از آن اجتناب کرد.

• اتلاف توان (Pd):130 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که پکیج می‌تواند به صورت گرما دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(پیک)):100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم لحظه‌ای مجاز است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1ms) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مشخص می‌شود.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):50 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC توصیه شده برای عملکرد پیوسته است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ بایاس معکوس بیش از این مقدار می‌تواند باعث شکست پیوند شود.
• محدوده دمای کاری:40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیطی که دستگاه برای عملکرد در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای نگهداری:40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمایی برای نگهداری در حالت غیرفعال.

2.2 مشخصات الکترو-نوری

این پارامترها عملکرد دستگاه را تحت شرایط کاری نرمال (I_F= 20mA, Ta=25°C) تعریف می‌کنند.

• شدت نورانی (I_V):710 - 1400 میلی‌کاندلا (mcd). این توان نورانی درک شده در واحد زاویه فضایی است. محدوده وسیع نشان‌دهنده استفاده از سیستم باینینگ است (بخش 3 را ببینید). اندازه‌گیری از منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE پیروی می‌کند.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمول). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نورانی نصف مقدار در محور نوری (0 درجه) است. زاویه 120 درجه نشان‌دهنده الگوی تابش پخش‌شونده وسیع مناسب برای روشنایی منطقه گسترده است.
• طول موج تابش پیک (λ_P):592 نانومتر (معمول). طول موجی که در آن شدت تابش طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):584.5 - 594.5 نانومتر. این طول موج واحدی است که به بهترین شکل رنگ درک شده نور را نشان می‌دهد و از نمودار رنگی CIE مشتق شده است. این پارامتر کلیدی برای مشخصات رنگ است.
• عرض نیم‌خط طیفی (Δλ):15 نانومتر (معمول). عرض طیفی تابش در نصف حداکثر شدت آن. مقدار 15nm مشخصه مواد AlInGaP است و نشان‌دهنده رنگ زرد نسبتاً خالص است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.1 ولت (معمول)، 2.6 ولت (حداکثر) در 20mA. افت ولتاژ دو سر LED هنگام عبور جریان مستقیم مشخص شده.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. جریان نشتی کوچکی که هنگام بایاس معکوس دستگاه در محدوده حداکثر مجاز آن جریان می‌یابد.

3. توضیح سیستم باینینگ

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

3.1 رتبه ولتاژ مستقیم (V_f)

LEDها بر اساس افت ولتاژ مستقیم در 20mA دسته‌بندی می‌شوند. این برای طراحی مدارهای محدودکننده جریان و اطمینان از یکنواختی روشنایی در آرایه‌های موازی حیاتی است.

• بین D2:1.8V - 2.0V
• بین D3:2.0V - 2.2V
• بین D4:2.2V - 2.4V
• بین D5:2.4V - 2.6V
• تلرانس هر بین: ±0.1V

3.2 رتبه شدت نورانی (I_V)

این باینینگ حداقل سطح روشنایی را برای یک کد محصول مشخص تضمین می‌کند.

• بین U2:710 mcd - 900 mcd
• بین V1:900 mcd - 1120 mcd
• بین V2:1120 mcd - 1400 mcd
• تلرانس هر بین: ±11%

3.3 رتبه طول موج غالب (W_d)

این باینینگ سایه دقیق رنگ زرد ساطع شده توسط LED را کنترل می‌کند.

• بین H:584.5 nm - 587.0 nm
• بین J:587.0 nm - 589.5 nm
• بین K:589.5 nm - 592.0 nm
• بین L:592.0 nm - 594.5 nm
• تلرانس هر بین: ±1 nm

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، روندهای عملکرد معمول برای LEDهای AlInGaP قابل توصیف است.

4.1 مشخصه جریان در مقابل ولتاژ (I-V)

ولتاژ مستقیم (V_F) رابطه لگاریتمی با جریان مستقیم (I_F) نشان می‌دهد. زیر ولتاژ آستانه روشن شدن (~1.8V برای AlInGaP)، جریان حداقل است. بالاتر از این آستانه، V_Fنسبتاً خطی با I_Fافزایش می‌یابد که شیب آن توسط مقاومت دینامیکی دیود تعیین می‌شود. کار در جریان توصیه شده 20mA عملکرد پایدار را در محدوده V_F range.

4.2 شدت نورانی در مقابل جریان مستقیم

شدت نورانی (I_V) در محدوده کاری نرمال تقریباً متناسب با جریان مستقیم (I_F) است. با این حال، راندمان ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش دمای پیوند و سایر اثرات غیرخطی کاهش یابد. راه‌اندازی LED در یا زیر جریان پیوسته مشخص شده (50mA) برای حفظ خروجی نامی و طول عمر ضروری است.

4.3 مشخصات دمایی

عملکرد LEDها وابسته به دما است. معمولاً، ولتاژ مستقیم (V_F) دارای ضریب دمایی منفی است و با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. در مقابل، شدت نورانی عموماً با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. مدیریت حرارتی مناسب در کاربرد (مانند مساحت کافی مس PCB برای هیت‌سینک) برای حفظ خروجی نوری یکنواخت و قابلیت اطمینان دستگاه در محدوده دمای کاری مشخص شده بسیار مهم است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

LED در یک پکیج استاندارد نصب سطحی قرار دارد. تمام ابعاد حیاتی بر حسب میلی‌متر با تلرانس عمومی ±0.2mm ارائه شده‌اند مگر اینکه خلاف آن ذکر شود. پکیج شامل یک لنز پخش‌شونده است که زاویه دید وسیع 120 درجه را ایجاد می‌کند.

5.2 طرح پد PCB توصیه شده برای اتصال

یک طرح الگوی لند برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز یا فاز بخار ارائه شده است. رعایت این الگوی پایه توصیه شده، تشکیل صحیح اتصال لحیم، خودترازی در حین ریفلو و اتصال مکانیکی قابل اعتماد را تضمین می‌کند. طراحی پد همچنین به دفع حرارت از پکیج LED کمک می‌کند.

5.3 شناسایی قطبیت

LEDهای نصب سطحی معمولاً یک علامت یا یک ویژگی شکل‌دار (مانند یک شکاف یا گوشه اریب) روی پکیج دارند که ترمینال کاتد (منفی) را نشان می‌دهد. جهت‌دهی صحیح قطبیت روی PCB برای عملکرد دستگاه اجباری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو IR (فرآیند بدون سرب)

دیتاشیت به یک پروفیل مطابق با J-STD-020B ارجاع می‌دهد. یک پروفیل ریفلو بدون سرب معمول شامل موارد زیر است:

• پیش‌گرم/رامپ:یک رامپ تدریجی تا حدود 150-200 درجه سانتی‌گراد برای فعال‌سازی فلاکس و به حداقل رساندن شوک حرارتی.
• ناحیه خیس‌اندن:یک فلات معمولاً بین 150-200 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 120 ثانیه برای اجازه به تعادل دما در سراسر PCB.
• ناحیه ریفلو:افزایش سریع دما تا حداکثر پیک 260 درجه سانتی‌گراد. زمان بالاتر از نقطه مایع (مثلاً 217°C) باید کنترل شود.
• خنک‌سازی:یک فاز خنک‌سازی کنترل شده برای جامد کردن اتصالات لحیم.
• توجه:پروفیل خاص باید برای مونتاژ واقعی PCB، با در نظر گرفتن ضخامت برد، تراکم قطعات و مشخصات خمیر لحیم، بهینه‌سازی شود.

6.2 نگهداری و جابجایی

• بسته مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤70% نگهداری شود. در صورت قرار داشتن در کیسه ضد رطوبت با ماده خشک‌کن، ظرف یک سال از تاریخ بسته‌بندی استفاده شود.
• بسته باز شده:برای قطعات خارج شده از بسته خشک، محیط نگهداری توصیه شده ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% است. قطعات باید ظرف 168 ساعت (1 هفته) پس از قرارگیری در معرض هوا، تحت ریفلو IR قرار گیرند. برای قرارگیری طولانی‌تر در معرض هوا، یک عملیات پخت 48 ساعته در 60°C قبل از لحیم‌کاری برای حذف رطوبت جذب شده و جلوگیری از \"پاپ کورن شدن\" در حین ریفلو توصیه می‌شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) یا اتیل الکل استفاده کنید. غوطه‌وری باید در دمای معمولی و کمتر از یک دقیقه باشد. از پاک‌کننده‌های شیمیایی نامشخصی که ممکن است به لنز LED یا مواد پکیج آسیب برسانند اجتناب کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعات در نوار حامل برجسته با یک نوار پوشش محافظ عرضه می‌شوند و روی قرقره‌های به قطر 7 اینچ (178mm) پیچیده می‌شوند. مقادیر استاندارد قرقره 2000 قطعه در هر قرقره است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است تا سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار تضمین شود.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک مقاومت سری محدودکننده جریان هنگام اتصال به منبع ولتاژ اجباری است. مقدار مقاومت (R_s) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_s= (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F. برای روشنایی یکنواخت هنگام راه‌اندازی چندین LED به صورت موازی، اکیداً توصیه می‌شود از یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه برای هر LED استفاده شود، نه یک مقاومت واحد برای کل آرایه موازی. این امر تغییرات طبیعی در ولتاژ مستقیم (V_F) بین LEDهای منفرد را جبران می‌کند.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که طرح PCB تسکین حرارتی کافی را فراهم می‌کند، به ویژه هنگام کار نزدیک به حداکثر مقادیر جریان. پورهای مسی متصل به پد حرارتی LED می‌توانند به دفع گرما کمک کنند.
• محافظت ESD:اگرچه برای همه LEDها به صراحت ذکر نشده است، اما پیاده‌سازی محافظت ESD پایه روی خطوط سیگنال متصل به LEDها یک روش طراحی خوب برای محیط‌های حساس است.
• طراحی نوری:لنز پخش‌شونده دید وسیعی فراهم می‌کند. برای نور جهت‌دار، ممکن است به اپتیک خارجی (رفلکتورها، لایت پایپ) نیاز باشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

این LED زرد مبتنی بر AlInGaP مزایای خاصی ارائه می‌دهد. در مقایسه با فناوری قدیمی‌تر مانند LEDهای زرد GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، AlInGaP راندمان نورانی به مراتب بالاتر، خروجی روشن‌تر در جریان راه‌اندازی یکسان و پایداری رنگ بهتر در دما و طول عمر را فراهم می‌کند. زاویه دید وسیع 120 درجه با لنز پخش‌شونده یک ویژگی کلیدی برای کاربردهایی است که نیاز به روشنایی گسترده و یکنواخت دارند، نه یک پرتو متمرکز، و آن را از LEDهایی با زوایای دید باریک طراحی شده برای نور جهت‌دار متمایز می‌کند.

10. سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 با منبع تغذیه 5V از چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

با استفاده از V_Fمعمول 2.1V در 20mA: R = (5V - 2.1V) / 0.02A = 145 اهم. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد 150 اهم منجر به I_F≈ 19.3mA می‌شود که قابل قبول است. همیشه با استفاده از حداکثر V_F(2.6V) محاسبه کنید تا اطمینان حاصل شود حداقل جریان برای نیاز روشنایی شما کافی است: R_حداقل= (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 اهم.

10.2 آیا می‌توانم این LED را بدون مقاومت محدودکننده جریان با استفاده از یک منبع جریان ثابت راه‌اندازی کنم؟

بله، یک درایور جریان ثابت تنظیم شده روی 20mA یک روش عالی برای راه‌اندازی LED است، زیرا تنظیم دقیق جریان را مستقل از تغییرات ولتاژ مستقیم تضمین می‌کند. این روش اغلب برای کاربردهای حیاتی روشنایی ترجیح داده می‌شود.

10.3 چرا یک رتبه جریان پیک (100mA) بالاتر از جریان پیوسته (50mA) وجود دارد؟

رتبه جریان پیک اجازه پالس‌های کوتاه جریان بالاتر را می‌دهد که می‌تواند برای طرح‌های مالتی‌پلکسینگ یا ایجاد فلاش‌های کوتاه و روشن مفید باشد. چرخه وظیفه کم (1/10) اطمینان می‌دهد که اتلاف توان متوسط و دمای پیوند در محدوده ایمن باقی می‌ماند و از آسیب حرارتی جلوگیری می‌کند.

11. مثال موردی عملی

سناریو: نشانگر وضعیت پنل جلویی برای یک روتر شبکه

یک طراح به چندین LED وضعیت زرد روی پنل جلویی یک روتر برای نشان دادن برق، اتصال اینترنت و فعالیت Wi-Fi نیاز دارد. آنها این LED را به دلیل زاویه دید وسیع آن انتخاب می‌کنند تا نور از زوایای مختلف قابل مشاهده باشد. LEDها از طریق پین‌های GPIO روی یک میکروکنترلر با جریان 15mA (زیر شرایط آزمایش 20mA برای طول عمر بیشتر) راه‌اندازی می‌شوند. یک مقاومت سری 150 اهمی برای هر LED استفاده می‌شود که به ریل 3.3V متصل است. لنز پخش‌شونده نور نرم و بدون خیرگی مناسب برای محیط خانه/اداره فراهم می‌کند. LEDها بر اساس طرح پد توصیه شده روی PCB قرار می‌گیرند و با استفاده از یک پروفیل ریفلو بدون سرب استاندارد مونتاژ می‌شوند.

12. معرفی اصل عملکرد

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از انرژی گاف ماده اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در پیوند p-n بازترکیب می‌شوند. در یک LED AlInGaP، این رویداد بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص لایه‌های آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفید انرژی گاف را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، در طیف زرد (~590nm). لنز اپوکسی پخش‌شونده اطراف تراشه نیمه‌هادی نور را پراکنده می‌کند و الگوی تابش وسیع را ایجاد می‌کند.

13. روندهای فناوری

روند کلی در فناوری LED به سمت راندمان بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، بهبود بازسازی رنگ و قابلیت اطمینان بیشتر است. برای LEDهای نوع نشانگر، کوچک‌سازی ادامه دارد در حالی که خروجی نور حفظ یا افزایش می‌یابد. همچنین تمرکز بر گسترش گاموت رنگ موجود در پکیج‌های SMD وجود دارد. استفاده از AlInGaP برای LEDهای زرد، کهربایی و قرمز نشان‌دهنده یک فناوری تثبیت شده و با عملکرد بالا است. توسعه‌های آینده ممکن است شامل سیستم‌های مواد جدید یا نانوساختارها برای دستیابی به تابش طیفی حتی باریک‌تر یا راندمان بالاتر در دماهای بالا باشد.