دیتاشیت LED SMD مدل LTST-C950TGKT - سبز فوق‌درخشان InGaN - 20mA - 76mW - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک LED با عملکرد بالا و مونتاژ سطحی را ارائه می‌دهد که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن طراحی شده است. این قطعه از یک چیپ نیمه‌هادی پیشرفته InGaN برای تولید خروجی نور سبز درخشان استفاده می‌کند. اندازه مینیاتوری و پکیج استاندارد آن، آن را برای فرآیندهای مونتاژ خودکار و طراحی‌های با محدودیت فضا ایده‌آل می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED شامل شدت نور استثنایی، مطابقت با مقررات زیست‌محیطی و ساختار مستحکم مناسب برای تولید انبوه است. این قطعه برای پاسخگویی به نیازهای تجهیزات خودکار Pick-and-Place و مقاومت در برابر پروفیل‌های استاندارد لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز (IR) طراحی شده است که برای مونتاژ کارآمد PCB حیاتی هستند.

بازار هدف طیف وسیعی از الکترونیک مصرفی و صنعتی را در بر می‌گیرد. حوزه‌های کاربرد کلیدی شامل دستگاه‌های مخابراتی مانند تلفن‌های همراه و بی‌سیم، تجهیزات محاسباتی قابل حمل مانند لپ‌تاپ‌ها، سیستم‌های زیرساخت شبکه، لوازم خانگی متنوع و کاربردهای تابلو یا نمایشگر داخلی است. قابلیت اطمینان و روشنایی آن همچنین برای نشانگر وضعیت، نور پس‌زمینه کی‌پد یا صفحه کلید و ادغام در میکرو-دیسپلی‌ها مناسب است.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

این بخش محدودیت‌های مطلق و ویژگی‌های عملیاتی LED را به تفصیل شرح می‌دهد. تمام پارامترها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد مشخص شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شود.

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

ریتینگ‌های حداکثر مطلق، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. کارکرد مداوم در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن توصیه نمی‌شود. ریتینگ‌ها به شرح زیر است:

• اتلاف توان (Pd):76 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که قطعه می‌تواند به صورت گرما دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این جریان فقط تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است.
• جریان مستقیم مداوم (I_F):20 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان توصیه شده برای کارکرد DC است.
• محدوده دمای کاری:20- تا 80+ درجه سانتی‌گراد. عملکرد قطعه در این محدوده دمای محیط تضمین شده است.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی:30- تا 100+ درجه سانتی‌گراد.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:مقاوم در برابر دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه، که برای فرآیندهای مونتاژ بدون سرب (Pb-free) استاندارد است.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

جدول زیر پارامترهای عملکردی معمول و تضمین شده را تحت شرایط کاری نرمال (I_F= 20mA, Ta=25°C) فهرست می‌کند.

• شدت نور (I_V):از حداقل 1120 میلی‌کاندلا تا حداکثر 7100 میلی‌کاندلا متغیر است، با مقادیر معمول در این محدوده وسیع. شدت با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE اندازه‌گیری می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):25 درجه. این زاویه کامل است که در آن شدت نور به نصف مقدار اندازه‌گیری شده روی محور مرکزی کاهش می‌یابد. این نشان‌دهنده یک الگوی پرتو نسبتاً متمرکز است.
• طول موج تابش پیک (λ_P):530 نانومتر. این طول موجی است که در آن خروجی طیفی قوی‌ترین است.
• طول موج غالب (λ_d):520 تا 535 نانومتر. این پارامتر که از نمودار رنگی CIE مشتق شده است، رنگ درک شده نور را تعریف می‌کند و برای مشخصات رنگ مرتبط‌تر از طول موج پیک است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):35 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع شده است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.8 تا 3.8 ولت در 20mA. افت ولتاژ دو سر LED هنگام کار.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت. این قطعه برای کارکرد بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این تست فقط برای تأیید کیفیت است.

3. توضیح سیستم رتبه‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های عملکردی (بین) مرتب می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای مدار خاص را برآورده می‌کنند.

3.1 رتبه ولتاژ مستقیم (V_F)

LEDها بر اساس افت ولتاژ مستقیم در 20mA دسته‌بندی می‌شوند. کدهای بین (D7 تا D11) نشان‌دهنده محدوده‌های ولتاژ افزایشی از 2.8V-3.0V تا 3.6V-3.8V هستند، با تلرانس ±0.1V برای هر بین. این برای طراحی مدار محدودکننده جریان و اطمینان از روشنایی یکنواخت در آرایه‌های موازی حیاتی است.

3.2 رتبه شدت نور (I_V)

این رتبه‌بندی اصلی روشنایی است. کدهای W، X، Y و Z نشان‌دهنده محدوده‌های شدت حداقل/حداکثر صعودی از 1120-1800 میلی‌کاندلا تا 4500-7100 میلی‌کاندلا هستند، با تلرانس ±15% برای هر بین. انتخاب بستگی به سطح روشنایی مورد نیاز برای کاربرد دارد.

3.3 رتبه رنگ (طول موج غالب)

LEDها بر اساس نقطه رنگ با استفاده از طول موج غالب دسته‌بندی می‌شوند. کدهای AP (520-525 نانومتر)، AQ (525-530 نانومتر) و AR (530-535 نانومتر) امکان انتخاب برای نیازهای رنگ سبز خاص را فراهم می‌کنند، با تلرانس تنگ ±1 نانومتر برای هر بین. این ثبات رنگ را در کاربردهایی که چندین LED در کنار هم استفاده می‌شوند تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، روابط معمول بین پارامترهای کلیدی در زیر شرح داده شده است.

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

LED یک مشخصه غیرخطی I-V مشابه دیودها نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم (V_F) با جریان افزایش می‌یابد اما در جریان درایو اسمی 20mA در محدوده بین مشخص شده باقی می‌ماند. کارکرد بالاتر از جریان حداکثر مطلق باعث می‌شود V_Fبه شدت بیشتری افزایش یابد و گرمای بیش از حد ایجاد کند.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

خروجی نور (شدت نور) در محدوده کاری نرمال آن تقریباً متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، بازده در جریان‌های بسیار بالا ممکن است به دلیل افزایش اثرات حرارتی کاهش یابد. درایو کردن LED در جریان نامی 20mA عملکرد بهینه و طول عمر را تضمین می‌کند.

4.3 ویژگی‌های دمایی

مانند تمام نیمه‌هادی‌ها، عملکرد LED وابسته به دما است. ولتاژ مستقیم (V_F) معمولاً ضریب دمایی منفی دارد، به این معنی که با افزایش دمای اتصال کمی کاهش می‌یابد. مهم‌تر از آن، شدت نور با افزایش دما کاهش می‌یابد. مدیریت حرارتی مناسب در کاربرد برای حفظ روشنایی ثابت و قابلیت اطمینان قطعه در محدوده دمای کاری مشخص شده ضروری است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج و شناسایی قطبیت

این قطعه مطابق با طرح استاندارد صنعتی پکیج SMD است. ابعاد کلیدی شامل اندازه بدنه، فاصله پایه‌ها و ارتفاع کلی می‌شود. کاتد معمولاً توسط یک نشانگر بصری روی پکیج، مانند یک شکاف، یک نقطه یا رنگ سبز روی ناحیه لنز مربوطه شناسایی می‌شود. جهت‌دهی صحیح قطبیت در حین مونتاژ برای عملکرد صحیح الزامی است.

5.2 الگوی پد PCB توصیه شده

یک طرح پد برد مدار چاپی (PCB) پیشنهادی ارائه شده است تا لحیم‌کاری قابل اطمینان و پایداری مکانیکی را تضمین کند. این الگوی، جای پای قطعه را در نظر می‌گیرد و تشکیل فیله لحیم خوب را در حین رفلو تسهیل می‌کند. رعایت این توصیه به جلوگیری از پدیده "تومبستونینگ" (ایستادن قطعه روی یک سر) و اطمینان از تراز صحیح کمک می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلو IR

این قطعه با فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز بدون سرب (Pb-free) سازگار است. یک پروفایل توصیه شده ارائه شده است که به طور کلی شامل موارد زیر است:

• پیش‌گرم:150-200 درجه سانتی‌گراد حداکثر تا 120 ثانیه برای گرم کردن تدریجی برد و فعال‌سازی فلاکس.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد. دمای بدنه قطعه نباید از این دما تجاوز کند.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (TAL):زمان در محدوده 5 درجه سانتی‌گراد دمای پیک باید حداکثر به 10 ثانیه محدود شود.
• تعداد سیکل‌ها:قطعه می‌تواند حداکثر دو سیکل رفلو را تحت این شرایط تحمل کند.

توجه به این نکته حیاتی است که پروفایل بهینه به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و فر مورد استفاده بستگی دارد. مقادیر ارائه شده دستورالعمل‌هایی هستند که باید برای تنظیمات تولید واقعی اعتبارسنجی شوند.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار رود. دمای نوک هویه نباید از 300 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان تماس با پایه LED باید حداکثر به 3 ثانیه محدود شود. حرارت را به پد PCB اعمال کنید، نه مستقیماً به بدنه LED، تا از آسیب حرارتی جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. عوامل توصیه شده شامل الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل (IPA) است. LED باید در دمای معمولی کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. مواد شیمیایی خشن یا نامشخص می‌توانند به لنز اپوکسی یا مواد پکیج آسیب برسانند.

6.4 شرایط نگهداری و جابجایی

تخلیه الکترواستاتیک (ESD):این قطعه به ESD حساس است. باید روش‌های جابجایی مناسب از جمله استفاده از مچ‌بندهای زمین‌شده، زیراندازهای ضد استاتیک و بسته‌بندی و تجهیزات ایمن در برابر ESD رعایت شود.

حساسیت به رطوبت:پکیج دارای رتبه سطح حساسیت به رطوبت (MSL) است. همانطور که نشان داده شده، اگر بسته رطوبت‌گیر اصلی باز شود، قطعات باید ظرف یک هفته (MSL 3) تحت رفلو IR قرار گیرند. برای نگهداری طولانی‌تر خارج از بسته اصلی، باید در یک کابینت خشک یا ظرف دربسته با ماده خشک‌کن نگهداری شوند. قطعاتی که بیش از یک هفته نگهداری شده‌اند ممکن است قبل از لحیم‌کاری نیاز به فرآیند پخت (مثلاً 60 درجه سانتی‌گراد به مدت 20 ساعت) برای حذف رطوبت جذب شده داشته باشند تا از آسیب "پاپ کورن" در حین رفلو جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعات برای مونتاژ خودکار بسته‌بندی شده عرضه می‌شوند. آن‌ها روی نوار حامل برجسته نصب شده و با یک نوار پوشش محافظ روی آن مهر و موم شده‌اند. نوار روی یک قرقره استاندارد با قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده می‌شود.

جزئیات کلیدی بسته‌بندی شامل موارد زیر است:

• تعداد در هر قرقره:2000 عدد.
• حداقل مقدار سفارش (MOQ):برای مقادیر باقیمانده، حداقل 500 عدد مشخص شده است.
• پوشش پاکت:پاکت‌های خالی قطعه در نوار با نوار پوشش مهر و موم شده‌اند.
• قطعات مفقود شده:طبق استاندارد بسته‌بندی، حداکثر دو لامپ مفقود شده متوالی مجاز است.
• بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است که سازگاری با تجهیزات خودکار استاندارد را تضمین می‌کند.

8. پیشنهادات کاربرد و ملاحظات طراحی

8.1 مدارهای کاربرد معمول

رایج‌ترین روش درایو، یک منبع جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان ساده در سری با یک منبع ولتاژ است. مقدار مقاومت (R_limit) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. استفاده از حداکثر V_Fاز بین (مثلاً 3.8V) در این محاسبه تضمین می‌کند که جریان حتی با یک قطعه V_F پایین از 20mA تجاوز نکند. برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی پایدار دارند، یک IC درایور LED اختصاصی توصیه می‌شود، به ویژه هنگام کار از یک منبع ولتاژ متغیر مانند باتری.

8.2 طراحی مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان نسبتاً کم است (حداکثر 76mW)، هیت‌سینک مؤثر برای حفظ عملکرد و طول عمر مهم است، به ویژه در دمای محیط بالا یا فضاهای بسته. پدهای مسی PCB به عنوان هیت‌سینک اصلی عمل می‌کنند. افزایش مساحت مسی متصل به پدهای کاتد و آند، استفاده از وایاهای حرارتی برای اتصال به لایه‌های مسی داخلی یا زیرین و اطمینان از جریان هوای کافی به مدیریت دمای اتصال کمک خواهد کرد.

8.3 ملاحظات طراحی نوری

زاویه دید 25 درجه یک پرتو متمرکز ارائه می‌دهد. برای روشنایی وسیع‌تر، ممکن است به اپتیک ثانویه مانند دیفیوزرها یا راهنماهای نور نیاز باشد. انتخاب بین برای شدت نور و طول موج غالب باید بر اساس نیازهای روشنایی و یکنواختی رنگ کاربرد نهایی انجام شود. اگر ثبات بصری مهم است، مخلوط کردن بین‌ها در یک محصول واحد توصیه نمی‌شود.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را با یک منبع 5 ولت و یک مقاومت درایو کنم؟

ج: بله. به عنوان مثال، با استفاده از V_F معمولی 3.2V در 20mA: R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90 اهم. یک مقاومت استاندارد 91 اهم مناسب خواهد بود. همیشه جریان را با استفاده از V_F واقعی بین خاص خود تأیید کنید.

س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

ج: طول موج پیک (λ_P) قله واقعی منحنی خروجی طیفی است. طول موج غالب (λ_d) یک مقدار محاسبه شده است که نشان‌دهنده طول موج تک نور تک‌رنگی خالصی است که به نظر چشم انسان همان رنگ LED را دارد. λ_d برای تطابق رنگ مرتبط‌تر است.

س: چگونه کد بین شدت نور (مثلاً "Y") را تفسیر کنم؟

ج: کد بین یک محدوده تضمین شده را تعریف می‌کند. یک قطعه بین "Y" دارای شدت نوری بین 2800 میلی‌کاندلا و 4500 میلی‌کاندلا خواهد بود وقتی تحت شرایط استاندارد (20mA, Ta=25°C) اندازه‌گیری شود.

س: آیا این LED برای استفاده در فضای باز مناسب است؟

ج: دیتاشیت محدوده دمای کاری 20- تا 80+ درجه سانتی‌گراد و کاربردهای معمول داخلی را مشخص می‌کند. برای استفاده در فضای باز، احتمال قرارگیری در معرض رطوبت، تابش UV و دماهای خارج از محدوده مشخص شده را در نظر بگیرید که ممکن است نیاز به اقدامات محافظتی اضافی یا درجه محصول متفاوتی داشته باشد.

10. معرفی فناوری و روندها

10.1 فناوری نیمه‌هادی InGaN

این LED بر پایه ماده نیمه‌هادی ایندیوم گالیم نیترید (InGaN) است. InGaN امکان تولید کارآمد نور در مناطق طیفی آبی، سبز و سفید (هنگام ترکیب با فسفر) را فراهم می‌کند. بازده و روشنایی LEDهای InGaN نسبت به فناوری‌های قبلی مانند گالیم فسفید (GaP) به طور قابل توجهی بهبود یافته است و آن‌ها را به استانداردی برای LEDهای سبز و آبی با عملکرد بالا تبدیل کرده است.

10.2 روندهای صنعت

روند کلی در فناوری LED SMD به سمت بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی)، بهبود بازسازی رنگ و اندازه پکیج کوچک‌تر که امکان طراحی‌های با چگالی بالاتر را فراهم می‌کند، ادامه دارد. همچنین تمرکز قوی بر قابلیت اطمینان و طول عمر بهبود یافته تحت تنش‌های محیطی مختلف وجود دارد. سازگاری با فرآیندهای رفلو بدون سرب و دمای بالا، همانطور که در این قطعه مشاهده می‌شود، اکنون یک نیاز اساسی است که توسط مقررات زیست‌محیطی جهانی (مانند RoHS) هدایت می‌شود.