دیتاشیت LED SMD مدل LTST-E142KGKEKT - بسته‌بندی 2.0x1.25x0.8mm - ولتاژ 1.7-2.5V - توان 75mW - دو رنگ سبز/قرمز - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات LED مدل LTST-E142KGKEKT را شرح می‌دهد که یک دیود نورافشان نصب سطحی (SMD) است. این قطعه دو چیپ LED مجزا را در یک بسته‌بندی فشرده ادغام کرده است: یکی نور سبز و دیگری نور قرمز ساطع می‌کند. هدف اصلی طراحی، ارائه راه‌حلی قابل اعتماد و بهینه از نظر فضای اشغالی برای نشانگر وضعیت، نور پس‌زمینه و روشنایی نمادین در مجموعه‌های الکترونیکی مدرن است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار طراحی شده و با لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز و تجهیزات استاندارد Pick-and-Place سازگاری دارد. ابعاد مینیاتوری آن برای کاربردهایی که فضای برد محدود است مناسب می‌باشد. بازارهای هدف اصلی شامل زیرساخت‌های مخابراتی (مانند سوئیچ‌ها و روترهای شبکه)، الکترونیک مصرفی (لپ‌تاپ‌ها، دستگاه‌های همراه)، تجهیزات اتوماسیون اداری، لوازم خانگی و پنل‌های کنترل صنعتی است. عملکرد اصلی آن به عنوان نشانگر وضعیت یا سیگنال بصری است.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

بخش‌های زیر، محدودیت‌های عملیاتی و مشخصات عملکردی قطعه را تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C) به تفصیل شرح می‌دهند.

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن تضمین نمی‌شود. برای هر دو چیپ سبز و قرمز: حداکثر جریان مستقیم پیوسته DC برابر 30 میلی‌آمپر است؛ حداکثر جریان مستقیم پیک (تحت شرایط پالسی: چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برابر 80 میلی‌آمپر است؛ و حداکثر اتلاف توان 75 میلی‌وات است. محدوده دمای عملیاتی و نگهداری قطعه بین 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده است.

2.2 مشخصات حرارتی

مدیریت حرارتی برای طول عمر LED و پایداری عملکرد آن حیاتی است. حداکثر دمای مجاز اتصال (Tj) برای هر دو چیپ 115 درجه سانتی‌گراد است. مقاومت حرارتی معمولی از اتصال به محیط (Rθja) برابر 155 درجه سانتی‌گراد بر وات است. این پارامتر نشان می‌دهد که بسته‌بندی چقدر می‌تواند گرما را دفع کند؛ مقدار کمتر مطلوب‌تر است. تجاوز از حداکثر دمای اتصال، افت شار نوری را تسریع کرده و می‌تواند منجر به خرابی فاجعه‌بار شود.

2.3 مشخصات الکترواپتیکال

این پارامترها در جریان آزمایش استاندارد 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند. شدت نور (Iv) برای چیپ سبز از حداقل 56 میلی‌کاندلا تا حداکثر 180 میلی‌کاندلا متغیر است. برای چیپ قرمز، این محدوده از 140 میلی‌کاندلا تا 420 میلی‌کاندلا است. زاویه دید (2θ1/2) که به عنوان زاویه کامل تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری خود می‌رسد، معمولاً 120 درجه است که نشان‌دهنده الگوی تابش گسترده است.

طول موج غالب (λd) که رنگ درک شده را تعریف می‌کند، برای چیپ سبز بین 564 نانومتر تا 576 نانومتر و برای چیپ قرمز بین 616 نانومتر تا 626 نانومتر مشخص شده است. ولتاژ مستقیم (Vf) برای هر دو رنگ در جریان 20 میلی‌آمپر از 1.7 ولت تا 2.5 ولت متغیر است. جریان معکوس (Ir) حداکثر 10 میکروآمپر در هنگام اعمال ولتاژ معکوس (Vr) 5 ولت مشخص شده است. توجه به این نکته بسیار مهم است که قطعه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این شرایط آزمایش صرفاً برای اهداف اطلاعاتی است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های مختلف (باین) دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص روشنایی و رنگ را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ شدت نور (Iv)

چیپ‌های LED سبز در پنج باین شدت نور دسته‌بندی شده‌اند: P2 (56-71 میلی‌کاندلا)، Q1 (71-90 میلی‌کاندلا)، Q2 (90-112 میلی‌کاندلا)، R1 (112-140 میلی‌کاندلا) و R2 (140-180 میلی‌کاندلا). چیپ‌های LED قرمز در چهار باین دسته‌بندی شده‌اند: P (140-185 میلی‌کاندلا)، Q (185-240 میلی‌کاندلا)، R (240-315 میلی‌کاندلا) و S (315-420 میلی‌کاندلا). در هر باین، تلرانس ±11% اعمال می‌شود.

3.2 باینینگ طول موج غالب (WD)

برای LED سبز، باین‌های طول موج غالب به صورت G1 (564-568 نانومتر)، G2 (568-572 نانومتر) و G3 (572-576 نانومتر) تعریف شده‌اند. تلرانس برای هر باین طول موج ±1 نانومتر است. اطلاعات باینینگ طول موج غالب برای LED قرمز به صراحت در متن ارائه شده ذکر نشده است، اما از اصل مشابه کنترل دقیق طول موج پیروی می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

اگرچه داده‌های گرافیکی خاصی در سند ارجاع داده شده است (مانند شکل 1 برای خروجی طیفی، شکل 5 برای زاویه دید)، اما ویژگی‌های معمولی را می‌توان از داده‌های جدول‌بندی شده استنباط کرد. رابطه بین جریان مستقیم (If) و ولتاژ مستقیم (Vf) غیرخطی است که مشخصه یک دیود است. شدت نور تا حد ریتینگ حداکثر، مستقیماً با جریان مستقیم متناسب است. عملکرد با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد؛ بنابراین، طراحی حرارتی کاربرد برای حفظ خروجی نور و نقطه رنگ مشخص شده در طول عمر قطعه، از اهمیت بالایی برخوردار است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی و تخصیص پایه‌ها

این قطعه مطابق با طرح کلی بسته‌بندی SMD استاندارد صنعتی است. ابعاد کلیدی شامل اندازه بدنه تقریباً 2.0 میلی‌متر طول و 1.25 میلی‌متر عرض، با ارتفاع معمولی 0.8 میلی‌متر است. تلرانس‌ها ±0.2 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. تخصیص پایه‌ها برای عملکرد صحیح حیاتی است: پایه‌های 2 و 3 به چیپ سبز AlInGaP و پایه‌های 1 و 4 به چیپ قرمز AlInGaP اختصاص داده شده‌اند. لنز شفاف است.

5.2 طرح پیشنهادی پد اتصال PCB

یک طرح لند پترن (فوت‌پرینت) پیشنهادی برای برد مدار چاپی ارائه شده است تا اطمینان از لحیم‌کاری قابل اعتماد و تراز مکانیکی مناسب حاصل شود. رعایت این طراحی، پدیده "تامب‌ستونینگ" را به حداقل رسانده و انتقال حرارت بهینه از بسته‌بندی LED به PCB را تضمین می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 شرایط لحیم‌کاری ریفلو IR

این قطعه با فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) سازگار است. یک پروفایل ریفلو مادون قرمز (IR) پیشنهادی ارائه شده که مطابق با استاندارد J-STD-020B است. پارامترهای کلیدی شامل دمای پیش‌گرم 150-200 درجه سانتی‌گراد، حداکثر دمای بدنه نباید از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان بالای مایع (TAL) متناسب با مونتاژ خاص برد است. کل زمان لحیم‌کاری در دمای پیک باید حداکثر به 10 ثانیه محدود شود و عملیات ریفلو حداکثر دو بار انجام شود.

6.2 نگهداری و جابجایی

LEDها به رطوبت حساس هستند. هنگامی که در بسته‌بندی اصلی ضد رطوبت مهر و موم شده با ماده خشک‌کن نگهداری می‌شوند، باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤70% نگهداری شده و ظرف یک سال استفاده شوند. پس از باز کردن بسته، "عمر مفید در محیط کار" 168 ساعت (7 روز) در شرایطی که از 30°C و 60% رطوبت نسبی تجاوز نکند (سطح 3 JEDEC) است. اگر بیش از این مدت در معرض محیط قرار گیرند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت (بیک‌اوت) در دمای حدود 60°C به مدت حداقل 48 ساعت است تا از ترک خوردن پاپ‌کورن در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های الکلی مشخص شده مانند اتانول یا ایزوپروپیل الکل استفاده شود. LEDها باید در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شوند. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به اپوکسی بسته‌بندی یا لنز آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

قطعات برای مونتاژ خودکار بسته‌بندی شده عرضه می‌شوند. آن‌ها روی نوار حامل به عرض 8 میلی‌متر نصب شده و روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده می‌شوند. هر قرقره کامل حاوی 4000 قطعه است. نوار با یک نوار پوششی مهر و موم شده تا از قطعات محافظت کند. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

این LED دو رنگ برای کاربردهایی که نیاز به نشانگر چند حالته دارند ایده‌آل است. به عنوان مثال، می‌تواند سبز را برای "روشن/آماده به کار"، قرمز را برای "خطا/آماده‌باش" یا هر دو را برای یک حالت خاص نشان دهد. کاربردهای متداول شامل نشانگرهای وضعیت روی تجهیزات شبکه، منبع تغذیه و الکترونیک مصرفی؛ نور پس‌زمینه برای نوشته‌ها یا دکمه‌های پنل جلویی؛ و چراغ‌های سیگنال سطح پایین است.

8.2 ملاحظات طراحی

محدود کننده جریان:یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی برای هر چیپ LED الزامی است تا از تجاوز از حداکثر جریان مستقیم جلوگیری شود. مقدار مقاومت بر اساس ولتاژ تغذیه (Vs)، ولتاژ مستقیم LED (Vf) در جریان مورد نظر و جریان هدف (If) محاسبه می‌شود: R = (Vs - Vf) / If. برای طراحی محافظه‌کارانه، همیشه از حداکثر Vf موجود در دیتاشیت استفاده کنید.
طراحی حرارتی:اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB (رلیف حرارتی) به پدهای LED متصل است تا به دفع گرما کمک کند، به ویژه اگر در نزدیکی ریتینگ‌های حداکثر کار می‌کند.
محافظت در برابر ESD:اگرچه به صراحت ذکر نشده است، اما باید احتیاط‌های استاندارد جابجایی ESD در حین مونتاژ رعایت شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

مشخصه متمایزکننده اصلی این قطعه، ادغام دو چیپ LED تک رنگ مجزا (هر دو از جنس AlInGaP) در یک بسته‌بندی SMD مینیاتوری است. فناوری AlInGaP در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر، بازده نوری بالا و اشباع رنگ خوبی برای رنگ‌های قرمز و کهربایی/سبز ارائه می‌دهد. زاویه دید 120 درجه، الگوی تابش گسترده‌ای را فراهم می‌کند که برای کاربردهای پنل جلویی مناسب است. طراحی دو چیپی در مقایسه با استفاده از دو LED تک رنگ مجزا، فضای برد را ذخیره کرده و مونتاژ را ساده‌تر می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: آیا می‌توانم LEDهای سبز و قرمز را همزمان هر کدام در جریان کامل 20mA راه‌اندازی کنم؟
پاسخ: بله، اما باید کل اتلاف توان را در نظر بگیرید. در جریان 20mA، اگر فرض کنیم Vf معمولی برای هر کدام 2.1V باشد، توان کل خواهد بود: (2.1V * 0.02A)*2 = 84 mW. این مقدار از حداکثر اتلاف توان مطلق 75 mW برای هر چیپ تجاوز می‌کند (اما توجه داشته باشید که این ریتینگ برای هر چیپ است، نه مجموع بسته‌بندی؛ باید کوپلینگ حرارتی در نظر گرفته شود). ایمن‌تر است که جریان را کاهش دهید یا از عملکرد پالسی استفاده کنید تا در محدوده حرارتی مجاز باقی بمانید.

سوال: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟
پاسخ: طول موج پیک (λp)، طول موج در بالاترین نقطه منحنی توزیع توان طیفی LED است. طول موج غالب (λd) از نمودار رنگی CIE استخراج می‌شود و نشان‌دهنده طول موج تک رنگ نور تک‌رنگی است که به نظر می‌رسد رنگ مشابه LED را دارد. λd برای رنگ درک شده مرتبط‌تر است.

سوال: چرا مشخصه جریان معکوس مهم است اگر نباید در بایاس معکوس کار کند؟
پاسخ: آزمایش جریان معکوس (معمولاً در 5V) یک آزمایش کیفیت و نشتی است. جریان معکوس بالا می‌تواند نشان‌دهنده نقص بالقوه در اتصال نیمه‌هادی باشد.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

سناریو:طراحی یک نشانگر دو وضعیتی برای یک دستگاه با تغذیه USB 5V. LED سبز باید وضعیت "فعال" و LED قرمز باید وضعیت "شارژ/خطا" را نشان دهد.
مراحل طراحی:
1. انتخاب جریان:جریان راه‌اندازی 15 میلی‌آمپر را برای روشنایی مناسب و حفظ حاشیه ایمنی زیر حداکثر 30 میلی‌آمپر انتخاب کنید.
2. محاسبه مقاومت برای LED سبز:با استفاده از Vf_سبز معمولی 2.1V و Vs=5V. R_سبز = (5V - 2.1V) / 0.015A ≈ 193 Ω. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد، مثلاً 200 Ω استفاده کنید.
3. محاسبه مقاومت برای LED قرمز:با استفاده از Vf_قرمز معمولی 2.0V. R_قرمز = (5V - 2.0V) / 0.015A = 200 Ω.
4. چیدمان PCB:LED و مقاومت‌های محدودکننده جریان آن را نزدیک به هم قرار دهید. از طرح پد پیشنهادی در دیتاشیت استفاده کنید. یک پور مس متوسط متصل به پدهای کاتد برای هیت‌سینک در نظر بگیرید.
5. کنترل نرم‌افزاری:از پایه‌های GPIO میکروکنترلر برای کنترل مستقل آند هر LED (با مقاومت‌های سری) استفاده کنید.

12. معرفی اصل عملکرد

دیودهای نورافشان، دستگاه‌های اتصال p-n نیمه‌هادی هستند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n با حفره‌های ناحیه نوع p درون لایه فعال بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط گپ انرژی ماده نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود. LTST-E142KGKEKT از آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP) برای هر دو چیپ نورافشان قرمز و سبز خود استفاده می‌کند، که یک سیستم ماده‌ای شناخته شده برای بازده بالا در طیف قرمز تا زرد-سبز است. بسته‌بندی اپوکسی شفاف به عنوان لنز عمل کرده و پرتو خروجی نور را شکل می‌دهد.

13. روندهای فناوری

روند کلی در LEDهای نشانگر SMD به سمت بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر بر وات الکتریکی)، اندازه بسته‌بندی کوچکتر برای افزایش چگالی و بهبود یکنواختی رنگ از طریق باینینگ دقیق‌تر ادامه دارد. همچنین تمرکز بر افزایش قابلیت اطمینان تحت پروفایل‌های ریفلو با دمای بالاتر مورد نیاز برای لحیم‌کاری بدون سرب وجود دارد. ادغام چندین چیپ یا حتی چیپ‌های رنگی مختلف در یک بسته‌بندی واحد، همانطور که در این قطعه مشاهده می‌شود، نیاز به نشانگرهای چندکاره در طراحی‌های فشرده را برطرف می‌کند. تحقیقات علوم مواد زمینه‌ای، هدف توسعه ترکیبات نیمه‌هادی کارآمدتر و پایدارتر در سراسر طیف مرئی را دنبال می‌کند.