دیتاشیت LED SMD مدل LTST-C150KDKT-10A - ابعاد 1.6x0.8x0.6mm - ولتاژ 2.4V - توان 50mW - قرمز AllnGaP - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک لامپ ال‌ایدی نصب‌سطحی (SMD) را ارائه می‌دهد. این قطعه که برای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده است، برای کاربردهای با محدودیت فضا در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی ایده‌آل می‌باشد.

1.1 ویژگی‌ها

• مطابق با دستورالعمل‌های زیست‌محیطی RoHS.
• از یک چیپ نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AllnGaP) فوق‌روشن که نور قرمز ساطع می‌کند، استفاده می‌نماید.
• بسته‌بندی شده روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های 7 اینچی برای جابجایی خودکار.
• پایه استاندارد EIA.
• ورودی سازگار با سطوح منطقی استاندارد مدارهای مجتمع (IC).
• طراحی شده برای سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار Pick-and-Place.
• مقاوم در برابر فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR).

1.2 کاربردهای هدف

این ال‌ایدی برای طیف گسترده‌ای از کاربردهایی که نیاز به یک منبع نشانگر یا نور پس‌زمینه فشرده و قابل اعتماد دارند، مناسب است، از جمله اما نه محدود به:

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

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

بخش‌های زیر تحلیل مفصلی از مشخصات الکتریکی، نوری و محیطی دستگاه ارائه می‌دهند.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر نشان‌دهنده محدودیت‌هایی هستند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود. تمامی ریتینگ‌ها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد مشخص شده‌اند.

• توان تلف شده (Pd):50 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که دستگاه می‌تواند به صورت گرما تلف کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(PEAK)):40 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):20 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC توصیه شده برای کارکرد پیوسته است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ بایاس معکوس بیش از این مقدار می‌تواند باعث شکست پیوندگاه شود.
• محدوده دمای کاری:30- 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 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمایی برای نگهداری در حالت غیرفعال.
• شرایط لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز:دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 10 ثانیه. این مشخصه حرارتی را تعریف می‌کند که بسته‌بندی در طول مونتاژ می‌تواند تحمل کند.

2.2 مشخصات الکترو-نوری

این پارامترها عملکرد معمول دستگاه را تحت شرایط کاری نرمال (Ta=25°C, I_F=10mA مگر خلاف آن ذکر شده) تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):2.8 تا 28.0 میلی‌کاندلا (mcd). روشنایی درک شده خروجی نور. این محدوده گسترده از طریق سیستم باینینگ مدیریت می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار اندازه‌گیری شده روی محور می‌رسد. یک زاویه دید گسترده مانند این، یک الگوی نور پخش و وسیع مناسب برای نشانگرها فراهم می‌کند.
• طول موج تابش پیک (λ_P):650.0 نانومتر (nm). طول موجی که در آن توان طیفی خروجی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):630.0 تا 645.0 نانومتر. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ (در اینجا قرمز) را تعریف می‌کند. این مقدار از نمودار رنگی CIE استخراج می‌شود.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع شده است که به عنوان عرض طیف در نصف حداکثر توان آن اندازه‌گیری می‌شود.
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.6 تا 2.4 ولت. افت ولتاژ دو سر ال‌ایدی هنگامی که با جریان تست مشخص شده (10mA) راه‌اندازی می‌شود.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر (μA). جریان نشتی کوچکی که هنگام اعمال حداکثر ولتاژ معکوس (5V) جاری می‌شود.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات در روشنایی برای کاربردهای تولیدی، ال‌ایدی‌ها در گروه‌های عملکردی یا \"باین\" دسته‌بندی می‌شوند.

3.1 کد باین شدت نور

باینینگ اولیه برای این محصول بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در 10mA است. تلرانس درون هر باین +/-15% است.

• باین H:2.8 - 4.5 mcd
• باین J:4.5 - 7.1 mcd
• باین K:7.1 - 11.2 mcd
• باین L:11.2 - 18.0 mcd
• باین M:18.0 - 28.0 mcd

این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد تا یک درجه روشنایی مناسب برای کاربرد خاص خود انتخاب کنند و بین هزینه و عملکرد تعادل برقرار نمایند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در سند منبع ارجاع داده شده‌اند، روابط کلیدی در اینجا بر اساس فیزیک استاندارد ال‌ایدی و پارامترهای ارائه شده توصیف می‌شوند.

4.1 مشخصه جریان در مقابل ولتاژ (I-V)

یک ال‌ایدی یک دیود است. ولتاژ مستقیم آن (V_F) رابطه لگاریتمی با جریان مستقیم (I_F) دارد. محدوده مشخص شده V_Fبین 1.6V تا 2.4V در 10mA برای یک ال‌ایدی قرمز AllnGaP معمول است. کارکرد بالاتر از جریان پیوسته توصیه شده (20mA) باعث می‌شود V_Fکمی افزایش یابد اما عمدتاً گرمای بیش از حد تولید می‌کند که بازده و طول عمر را کاهش می‌دهد.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

خروجی نور (I_V) در محدوده قابل توجهی تقریباً متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، بازده در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش اثرات حرارتی و سایر رفتارهای غیرایده‌آل نیمه‌هادی تمایل به کاهش دارد. راه‌اندازی ال‌ایدی در جریان معمول 10mA یا 20mA بازده و قابلیت اطمینان بهینه را تضمین می‌کند.

4.3 وابستگی دمایی

عملکرد ال‌ایدی به دما حساس است. با افزایش دمای پیوندگاه:

• ولتاژ مستقیم (V_F):کاهش می‌یابد. این یک ضریب دمایی منفی دارد.
• شدت نور (I_V):کاهش می‌یابد. دمای بالاتر بازده کوانتومی داخلی نیمه‌هادی را کاهش می‌دهد و منجر به خروجی نور کمتر برای همان جریان می‌شود.
• طول موج غالب (λ_d):ممکن است کمی جابجا شود و به طور بالقوه رنگ درک شده را تغییر دهد.

مدیریت حرارتی مناسب در طراحی PCB برای حفظ عملکرد ثابت بسیار مهم است.

4.4 توزیع طیفی

طیف تابش حول یک طول موج پیک (λ_P) 650 نانومتر با نیم‌عرض معمول (Δλ) 20 نانومتر متمرکز شده است. این منجر به یک رنگ قرمز اشباع می‌شود. طول موج غالب (λ_d) که رنگ درک شده را تعریف می‌کند، بین 630 نانومتر و 645 نانومتر قرار دارد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه مطابق با طرح استاندارد بسته‌بندی نصب‌سطحی است. ابعاد کلیدی شامل اندازه بدنه تقریباً 1.6 میلی‌متر طول، 0.8 میلی‌متر عرض و 0.6 میلی‌متر ارتفاع می‌باشد (نقشه خاص در منبع ارجاع داده شده است). تمام تلرانس‌های ابعادی ±0.1mm است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. لنز شفاف است و اجازه می‌دهد رنگ قرمز ذاتی چیپ AllnGaP قابل مشاهده باشد.

5.2 الگوی پایه PCB توصیه شده

یک طرح پایه لحیم پیشنهادی برای برد مدار چاپی ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری قابل اعتماد و تراز مناسب انجام می‌شود. این الگو به گونه‌ای طراحی شده است که تشکیل فیله لحیم خوب را در طول ریفلو تسهیل کند و در عین حال خطر پل زدن لحیم را به حداقل برساند.

5.3 شناسایی قطبیت

کاتد (ترمینال منفی) معمولاً توسط یک نشانگر بصری روی بسته‌بندی ال‌ایدی، مانند یک شکاف، یک نقطه سبز یا یک گوشه بریده شده روی لنز نشان داده می‌شود. قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ رعایت شود، زیرا اعمال ولتاژ معکوس می‌تواند به دستگاه آسیب برساند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو IR

دستگاه با فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) سازگار است. یک پروفایل ریفلو توصیه شده ارائه شده است که مطابق با استانداردهای JEDEC است.

• دمای پیش‌گرم:150°C تا 200°C.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه.
• دمای پیک بدنه:حداکثر 260°C.
• زمان بالای 260°C:حداکثر 10 ثانیه.
• تعداد پاس‌های ریفلو:حداکثر دو بار.

پروفایل خاص باید برای طراحی واقعی PCB، خمیر لحیم و فر مورد استفاده مشخص شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی (در صورت لزوم)

اگر لحیم‌کاری دستی لازم است، باید نهایت دقت به کار رود:

• دمای هویه:حداکثر 300°C.
• زمان لحیم‌کاری:حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه.
• تعداد دفعات تلاش برای لحیم‌کاری:فقط یک بار برای هر اتصال.

اعمال حرارت طولانی‌مدت می‌تواند به باندهای سیم داخلی و بسته‌بندی اپوکسی آسیب برساند.

6.3 شرایط نگهداری

سطح حساسیت به رطوبت (MSL) یک عامل حیاتی برای قطعات SMD است.

• بسته مهر و موم شده (با ماده خشک‌کن):در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شود. ظرف یک سال از تاریخ بسته خشک استفاده شود.
• بسته باز شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شود. قطعات باید ظرف یک هفته تحت ریفلو IR قرار گیرند (MSL 3).
• نگهداری طولانی‌مدت (خارج از بسته):در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در یک دسیکاتور نیتروژن نگهداری شود. اگر بیش از یک هفته نگهداری شده‌اند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای 60°C برای حداقل 20 ساعت است تا رطوبت جذب شده حذف و از \"پاپ کورن شدن\" در طول ریفلو جلوگیری شود.

6.4 تمیزکاری

اگر تمیزکاری پس از لحیم‌کاری ضروری است، فقط از حلال‌های الکلی تأیید شده مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) یا اتیل الکل استفاده کنید. غوطه‌وری باید در دمای معمولی و کمتر از یک دقیقه باشد. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز ال‌ایدی یا مواد بسته‌بندی آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعات روی نوار حامل برجسته‌دار برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند.

• عرض نوار حامل: 8mm.
• قطر قرقره:7 اینچ.
• تعداد در هر قرقره:3000 قطعه (قرقره کامل استاندارد).
• حداقل مقدار سفارش (MOQ) برای باقی‌مانده:500 قطعه.
• مهر و موم جیب:جیب‌های خالی با نوار پوششی مهر و موم می‌شوند.
• قطعات مفقود شده:طبق استانداردهای صنعتی (ANSI/EIA 481)، حداکثر دو لامپ مفقود شده متوالی مجاز است.

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

یک ال‌ایدی یک دستگاه جریان‌محور است. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت و جلوگیری از جریان‌کشی، به ویژه هنگام راه‌اندازی چندین ال‌ایدی به صورت موازی، باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر ال‌ایدی استفاده شود. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_SUPPLY- V_F) / I_F, که در آن V_Fولتاژ مستقیم ال‌ایدی در جریان مورد نظر I_Fاست. استفاده از حداکثر V_Fاز دیتاشیت (2.4V) در محاسبه، اطمینان می‌دهد که جریان حتی با تغییرات بین قطعات از هدف فراتر نرود.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:اگرچه تلفات توان کم است (حداکثر 50mW)، اما اطمینان از یک مسیر حرارتی خوب از طریق پایه‌های PCB به حفظ خروجی نور پایدار و طول عمر کمک می‌کند، به ویژه در دمای محیط بالا یا در جریان‌های راه‌اندازی بالاتر.
• محافظت در برابر ESD (تخلیه الکترواستاتیک):ال‌ایدی‌ها به الکتریسیته ساکن حساس هستند. کنترل‌های مناسب ESD (بند مچ، ایستگاه‌های کاری زمین شده، کف رسانا) باید در طول جابجایی و مونتاژ اجرا شوند.
• طراحی نوری:زاویه دید 130 درجه روشنایی وسیعی فراهم می‌کند. برای نور متمرکزتر، ممکن است به لنزهای خارجی یا راهنماهای نور نیاز باشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

این ال‌ایدی قرمز AllnGaP مزایای خاصی ارائه می‌دهد:

• در مقابل ال‌ایدی‌های قرمز سنتی GaAsP:فناوری AllnGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر در همان جریان، یا روشنایی معادل در توان کمتر می‌شود.
• در مقابل ال‌ایدی‌های استاندارد Through-Hole:بسته‌بندی SMD امکان چگالی مونتاژ بسیار بالاتر را فراهم می‌کند، با خطوط تولید کاملاً خودکار سازگار است و نیاز به خم کردن پایه‌ها و سوراخ کردن PCB را از بین می‌برد.
• مزیت کلیدی:ترکیب روشنایی بالا از AllnGaP، زاویه دید گسترده و یک بسته فشرده و قابل لحیم‌کاری ریفلو، این دستگاه را برای الکترونیک مدرن بسیار همه‌کاره می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 آیا می‌توانم این ال‌ایدی را مستقیماً از یک پین منطقی 3.3V یا 5V راه‌اندازی کنم؟

خیر، بدون یک مقاومت محدودکننده جریان نمی‌توان.اتصال مستقیم آن سعی می‌کند جریان بسیار بالایی بکشد که فقط توسط قابلیت جریان پین و مقاومت دینامیکی ال‌ایدی محدود می‌شود و به احتمال زیاد ال‌ایدی را از بین می‌برد یا به IC درایور آسیب می‌رساند. همیشه از یک مقاومت سری استفاده کنید.

10.2 چرا چنین محدوده گسترده‌ای در شدت نور (2.8 تا 28.0 mcd) وجود دارد؟

این به دلیل تغییرات طبیعی در ساخت نیمه‌هادی است. سیستم باینینگ (H تا M) قطعات را بر اساس روشنایی اندازه‌گیری شده مرتب می‌کند. برای ظاهر یکنواخت در یک کاربرد، ال‌ایدی‌ها را از یک باین شدت نور یکسان مشخص و استفاده کنید.

10.3 اگر از ریتینگ جریان پیوسته 20mA فراتر بروم چه اتفاقی می‌افتد؟

فراتر رفتن از ریتینگ دمای پیوندگاه را افزایش می‌دهد. این امر تخریب مواد نیمه‌هادی را تسریع می‌کند و منجر به کاهش دائمی و سریع خروجی نور (افت لومن) و به طور بالقوه باعث خرابی فاجعه‌بار می‌شود. همیشه مدارها را طوری طراحی کنید که در محدوده حداکثر مقادیر مطلق کار کنند.

11. مثال مورد استفاده عملی

11.1 مورد طراحی: پنل نشانگر وضعیت

سناریو:طراحی یک پنل کنترل با 10 نشانگر وضعیت قرمز یکسان، که از یک ریل 5V تغذیه می‌شوند. روشنایی یکنواخت حیاتی است.
مراحل طراحی:

1. انتخاب جریان راه‌اندازی:I_F= 10mA را برای روشنایی خوب و طول عمر طولانی انتخاب کنید.
2. محاسبه مقدار مقاومت:از حداکثر V_F(2.4V) برای طراحی بدترین حالت استفاده کنید. R = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260 اهم. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد E24، 270 اهم است.
3. محاسبه توان مقاومت:P = I²* R = (0.01)²* 270 = 0.027W. یک مقاومت استاندارد 1/8W (0.125W) یا 1/10W کافی است.
4. مشخص کردن باین ال‌ایدی:برای اطمینان از مطابقت همه 10 نشانگر، در سفارش خرید، ال‌ایدی‌ها را از یک باین شدت نور واحد (مثلاً باین L: 11.2-18.0 mcd) مشخص کنید.
5. چیدمان PCB:از الگوی پایه توصیه شده استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که طراحی پنل اجازه زاویه دید 130 درجه را می‌دهد تا نشانگر از موقعیت‌های مورد نظر کاربر قابل مشاهده باشد.

12. معرفی اصل عملکرد

دیودهای ساطع‌کننده نور (LED) دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که انرژی الکتریکی را مستقیماً از طریق فرآیندی به نام الکترولومینسانس به نور تبدیل می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوندگاه p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در یک ال‌ایدی AllnGaP (فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم)، این انرژی عمدتاً به صورت فوتون (نور) در بخش قرمز طیف مرئی آزاد می‌شود. طول موج خاص (رنگ) توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود که در طول فرآیند رشد کریستال با تنظیم نسبت‌های آلومینیوم، ایندیم و گالیم مهندسی می‌شود.

13. روندها و تحولات فناوری

حوزه اپتوالکترونیک همچنان در حال تکامل است. روندهای کلی قابل مشاهده در صنعت شامل موارد زیر است:

• افزایش بازده:تحقیقات مستمر در علم مواد و طراحی چیپ منجر به ال‌ایدی‌هایی می‌شود که لومن بیشتری در هر وات (lm/W) تولید می‌کنند و مصرف برق را برای همان خروجی نور کاهش می‌دهند.
• مینیاتوری‌سازی:اندازه بسته‌بندی‌ها همچنان در حال کوچک‌شدن است (مانند سایزهای متریک 0402، 0201) تا امکان چگالی حتی بالاتر روی PCB برای دستگاه‌های فوق‌فشرده فراهم شود.
• بهبود ثبات رنگ:پیشرفت‌ها در تکنیک‌های رشد اپیتاکسیال و باینینگ، امکان تلرانس‌های تنگ‌تر روی طول موج غالب و شدت نور را فراهم می‌کند و کنترل دقیق‌تری بر رنگ و روشنایی به طراحان می‌دهد.
• یکپارچه‌سازی:روندها شامل ادغام چندین چیپ ال‌ایدی (RGB) در یک بسته واحد برای ترکیب رنگ، یا ترکیب ICهای کنترل با ال‌ایدی‌ها برای راه‌حل‌های روشنایی \"هوشمند\" است.

این تحولات هدفشان ارائه قطعاتی با قابلیت بیشتر، کارآمدتر و قابل اعتمادتر به طراحان برای طیف رو به گسترشی از کاربردها است.