دیتاشیت فنی LED SMD مدل LTSA-E67RVEWTU - قرمز پخش‌شونده AlInGaP - 70mA - 185.5mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک دیود نورافشان (LED) نصب‌سطحی (SMD) را ارائه می‌دهد. این قطعه برای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده و برای کاربردهای با محدودیت فضا مناسب است. ویژگی‌های اصلی آن شامل یک لنز پخش‌کننده و یک منبع نور قرمز مبتنی بر فناوری نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) می‌باشد.

1.1 ویژگی‌های اصلی و بازار هدف

این LED با چندین ویژگی کلیدی طراحی شده که قابلیت اطمینان و سهولت ادغام آن را افزایش می‌دهد. این قطعه با دستورالعمل محدودیت مواد خطرناک (RoHS) مطابقت دارد. قطعه در بسته‌بندی استاندارد صنعتی عرضه می‌شود: روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده بر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ، که مونتاژ خودکار پیک‌اندپلیس با سرعت بالا را تسهیل می‌کند. این قطعه پیش‌شرط‌سازی مطابق با سطح حساسیت رطوبت JEDEC سطح 2a را پشت سر گذاشته است که استحکام در برابر آسیب ناشی از رطوبت در حین لحیم‌کاری ریفلو را تضمین می‌کند. علاوه بر این، محصول مطابق با استاندارد AEC-Q101 Rev. D تایید شده است که یک معیار حیاتی برای قطعات مورد استفاده در الکترونیک خودرو است. طراحی آن با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) سازگار است. کاربرد اصلی هدف، سیستم‌های لوازم جانبی خودرو است، جایی که قابلیت اطمینان و عملکرد تحت شرایط محیطی متغیر از اهمیت بالایی برخوردار است.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

این بخش محدودیت‌های مطلق و ویژگی‌های عملیاتی LED را به تفصیل شرح می‌دهد. درک این پارامترها برای طراحی مدار قابل اطمینان و اطمینان از عملکرد قطعه در محدوده عملیاتی ایمن (SOA) آن ضروری است.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

مقادیر حداکثر مطلق، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند. حداکثر جریان مستقیم پیوسته DC (IF) برابر با 70 میلی‌آمپر است. در شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه، قطعه می‌تواند جریان مستقیم پیک 100 میلی‌آمپر را تحمل کند. حداکثر اتلاف توان (Pd) برابر با 185.5 میلی‌وات است. قطعه برای محدوده دمای کار و ذخیره‌سازی 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس درجه‌بندی شده است. برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب، می‌تواند یک پروفیل ریفلو مادون قرمز با حداکثر دمای 260 درجه سلسیوس را برای حداکثر 10 ثانیه تحمل کند.

2.2 مشخصات حرارتی

مدیریت حرارتی برای عملکرد و طول عمر LED حیاتی است. مقاومت حرارتی از پیوند نیمه‌هادی به هوای محیط (RθJA) به طور معمول 280 درجه سلسیوس بر وات است که بر روی یک PCB استاندارد FR4 با ضخامت 1.6 میلی‌متر و مساحت پد مسی 16 میلی‌متر مربع اندازه‌گیری شده است. مقاومت حرارتی از پیوند به نقطه لحیم (RθJS) به طور معمول 130 درجه سلسیوس بر وات است که مسیر مستقیم‌تری برای هیت‌سینک فراهم می‌کند. حداکثر دمای مجاز پیوند (Tj) 125 درجه سلسیوس است. تجاوز از این دما باعث تسریع افت لومن و می‌تواند منجر به خرابی فاجعه‌بار شود.

2.3 مشخصات الکترواپتیکی

مشخصات الکترواپتیکی در دمای محیط Ta=25 درجه سلسیوس و جریان تست (IF) 50 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند که یک نقطه کار متداول زیر حداکثر مطلق است. شدت نور (Iv) از حداقل 1800 میلی‌کاندلا (mcd) تا حداکثر 3550 mcd متغیر است. زاویه دید (2θ½)، که به عنوان زاویه کامل‌ای تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری خود کاهش می‌یابد، 120 درجه است که نشان‌دهنده یک الگوی انتشار پخش‌شونده و گسترده است. طول موج اوج انتشار (λP) 632 نانومتر است. طول موج غالب (λd)، که رنگ درک‌شده را تعریف می‌کند، محدوده مشخص‌شده‌ای از 618 نانومتر تا 630 نانومتر دارد. پهنای باند طیفی (Δλ) تقریباً 20 نانومتر است. ولتاژ مستقیم (VF) در 50 میلی‌آمپر از 1.9 ولت تا 2.65 ولت متغیر است. جریان معکوس (IR) در هنگام اعمال ولتاژ معکوس (VR) 12 ولت به حداکثر 10 میکروآمپر محدود می‌شود؛ توجه به این نکته مهم است که قطعه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است.

3. توضیح سیستم رتبه‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در کاربردهای تولیدی، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. هر دسته با کدی مشخص می‌شود که رتبه ولتاژ مستقیم (Vf)، شدت نور (Iv) و طول موج غالب (Wd) آن را نشان می‌دهد.

3.1 رتبه‌بندی ولتاژ مستقیم (Vf)

ولتاژ مستقیم در گام‌های تقریباً 0.15 ولتی رتبه‌بندی می‌شود. کدهای بین از C (1.90V - 2.05V) تا G (2.50V - 2.65V) متغیر است. برای هر بین یک تلرانس ±0.1 ولت اعمال می‌شود. انتخاب LEDها از یک بین Vf یکسان به حفظ توزیع جریان یکنواخت هنگام اتصال چندین قطعه به صورت موازی کمک می‌کند.

3.2 رتبه‌بندی شدت نور (Iv)

شدت نور در سه دسته رتبه‌بندی می‌شود: X1 (1800-2240 mcd)، X2 (2240-2800 mcd) و Y1 (2800-3550 mcd). برای هر بین یک تلرانس ±11٪ اعمال می‌شود. این امر به طراحان اجازه می‌دهد سطح روشنایی مناسب را برای کاربرد خود انتخاب کنند.

3.3 رتبه‌بندی طول موج غالب (Wd)

طول موج غالب، که سایه دقیق رنگ قرمز را تعیین می‌کند، در گام‌های 3 نانومتری رتبه‌بندی می‌شود. کدهای بین عبارتند از: 5 (618-621 nm)، 6 (621-624 nm)، 7 (624-627 nm) و 8 (627-630 nm). تلرانس برای هر بین ±1 نانومتر است. این کنترل دقیق برای کاربردهایی که به نقاط رنگ خاصی نیاز دارند ضروری است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینشی از نحوه رفتار LED تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند که برای طراحی سیستم مقاوم حیاتی است.

4.1 مشخصه جریان در مقابل ولتاژ (I-V)

ولتاژ مستقیم رابطه لگاریتمی با جریان مستقیم نشان می‌دهد. در جریان‌های پایین، ولتاژ نزدیک به پتانسیل داخلی دیود است. با افزایش جریان، ولتاژ به دلیل مقاومت سری ماده نیمه‌هادی و اتصالات افزایش می‌یابد. طراحان باید از این منحنی برای انتخاب مقاومت‌های محدودکننده جریان یا مدارهای درایور مناسب استفاده کنند تا اطمینان حاصل شود که LED در روشنایی مطلوب کار می‌کند بدون اینکه از مقادیر حداکثر فراتر رود.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

شدت نور به طور کلی در محدوده عملیاتی نرمال با جریان مستقیم متناسب است. با این حال، بازده ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش تولید گرما و سایر فرآیندهای بازترکیب غیرتابشی کاهش یابد. کار کردن LED به میزان قابل توجهی بالاتر از جریان توصیه‌شده، طول عمر آن را کاهش می‌دهد.

4.3 وابستگی به دما

عملکرد یک LED به شدت وابسته به دما است. با افزایش دمای پیوند، ولتاژ مستقیم برای یک جریان معین معمولاً کمی کاهش می‌یابد. مهم‌تر از آن، خروجی نوری کاهش می‌یابد. طول موج غالب نیز ممکن است با دما کمی جابجا شود. بنابراین، هیت‌سینک مؤثر برای حفظ عملکرد نوری ثابت، به ویژه در کاربردهای با توان بالا یا دمای محیط بالا مانند محیط‌های خودرو ضروری است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد فیزیکی و شناسایی قطبیت

این LED مطابق با طرح کلی بسته‌بندی استاندارد EIA است. تمام ابعاد حیاتی بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند، با تلرانس عمومی ±0.2 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. یک نکته طراحی کلیدی این است که لیدفریم آند همچنین به عنوان هیت‌سینک اصلی LED عمل می‌کند. شناسایی صحیح آند و کاتد در حین طراحی PCB و مونتاژ برای اطمینان از اتصال قطبیت صحیح بسیار مهم است.

5.2 طرح پیشنهادی پد PCB

یک طرح لند پترن (فوت‌پرینت) پیشنهادی برای PCB ارائه شده است تا لحیم‌کاری قابل اطمینان و عملکرد حرارتی بهینه تضمین شود. این طرح برای سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز طراحی شده است. پایبندی به این طرح پیشنهادی به دستیابی به فیله‌های لحیم مناسب کمک می‌کند، پایداری مکانیکی را تضمین می‌کند و انتقال حرارت از پد حرارتی LED (آند) به PCB را به حداکثر می‌رساند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفیل دقیق لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز برای فرآیندهای بدون سرب، مطابق با استاندارد J-STD-020 مشخص شده است. این پروفیل شامل مراحل پیش‌گرم، خیساندن حرارتی، ریفلو و خنک‌سازی است. پارامتر حیاتی، حداکثر دمای بدنه بسته بیش از 260 درجه سلسیوس نیست که حداکثر برای 10 ثانیه حفظ می‌شود. پیروی از این پروفیل برای جلوگیری از آسیب حرارتی به لنز اپوکسی و ساختار نیمه‌هادی داخلی LED ضروری است.

6.2 احتیاط‌های نگهداری و جابجایی

این محصول بر اساس JEDEC J-STD-020 به عنوان سطح حساسیت رطوبت (MSL) 2a طبقه‌بندی شده است. در حالی که در کیسه رطوبت‌گیر اصلی و مهر و موم شده با ماده خشک‌کن قرار دارد، باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤70% نگهداری و ظرف یک سال استفاده شود. پس از باز کردن کیسه، قطعات باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شوند. توصیه می‌شود فرآیند ریفلو مادون قرمز ظرف 4 هفته پس از باز کردن کیسه تکمیل شود. برای نگهداری بیش از 4 هفته خارج از بسته‌بندی اصلی، قطعات باید در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن نگهداری یا تقریباً 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 48 ساعت قبل از لحیم‌کاری پخته شوند تا رطوبت جذب شده حذف و از "پاپ‌کورنینگ" در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. غوطه‌ور کردن LED در اتانول یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. استفاده از پاک‌کننده‌های شیمیایی نامشخص یا قوی می‌تواند به بسته پلاستیکی و لنز اپتیکی LED آسیب برساند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

LEDها بر روی نوار حامل برجسته با عرض 8 میلی‌متر عرضه می‌شوند. نوار بر روی قرقره استاندارد به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است. ابعاد دقیق جیب‌های نوار، نوار پوششی و قرقره ارائه شده است تا سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار تضمین شود.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

کاربرد اصلی مورد نظر برای عملکردهای لوازم جانبی خودرو است. این می‌تواند شامل نورپردازی محیط داخلی، چراغ‌های نشانگر داشبورد، نورپردازی کنسول مرکزی یا چراغ‌های نشانگر خارجی باشد که در آن‌ها انتشار قرمز پخش‌شونده و زاویه باز مورد نیاز است. تاییدیه AEC-Q101 آن را برای شرایط محیطی سخت (دما، رطوبت، لرزش) موجود در خودروها مناسب می‌سازد.

8.2 ملاحظات طراحی حیاتی

محدود کردن جریان:LED یک قطعه جریان‌محور است. یک مقاومت سری یا مدار درایور جریان ثابت برای محدود کردن جریان مستقیم به یک مقدار ایمن، معمولاً در محدوده توصیه‌شده 50-70 میلی‌آمپر یا کمتر، با در نظر گرفتن تغییرات منبع تغذیه، اجباری است.
مدیریت حرارتی:حداکثر دمای پیوند نباید تجاوز کند. طراحی PCB را به گونه‌ای انجام دهید که مسیر حرارتی مناسبی از پد آند فراهم کند. برای کاربردهای با جریان بالا یا دمای محیط بالا، استفاده از مساحت مسی بزرگتر روی PCB یا وایاهای حرارتی اضافی برای دفع گرما را در نظر بگیرید.
محافظت در برابر ESD:اگرچه به صراحت برای این قطعه ذکر نشده است، LEDهای AlInGaP می‌توانند به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس باشند. اجرای احتیاط‌های استاندارد جابجایی ESD در حین مونتاژ توصیه می‌شود.
طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه و لنز پخش‌کننده یک پرتو نرم و گسترده ایجاد می‌کنند. برای کاربردهایی که به پرتو متمرکزتر نیاز دارند، اپتیک ثانویه (مانند لنزها، راهنماهای نور) ضروری خواهد بود.

9. مقایسه و تمایز فنی

این LED قرمز مبتنی بر AlInGaP مزایای خاصی ارائه می‌دهد. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند فسفید آرسنید گالیم (GaAsP)، AlInGaP بازده نوری بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان ورودی می‌شود. لنز پخش‌کننده یک الگوی انتشار یکنواخت و گسترده ایجاد می‌کند که برای نورپردازی منطقه‌ای ایده‌آل است نه نورپردازی نقطه‌ای متمرکز. تاییدیه AEC-Q101 و رتبه MSL 2a تمایزدهنده‌های کلیدی برای کاربردهای خودرویی و سایر کاربردهای سخت‌گیرانه هستند که نشان‌دهنده آزمایش‌های قابلیت اطمینان بهبودیافته و مقاومت در برابر رطوبت در مقایسه با LEDهای درجه تجاری استاندارد است.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از منبع تغذیه 5V یا 12V راه‌اندازی کنم؟
پاسخ: خیر. شما باید از یک مکانیزم محدودکننده جریان استفاده کنید. برای منبع تغذیه 5V، معمولاً از یک مقاومت سری استفاده می‌شود (R = (Vsupply - Vf) / If). برای منبع تغذیه 12V، یک مقاومت گرمای بیش از حدی تلف می‌کند؛ استفاده از یک درایور جریان ثابت یا یک رگولاتور سوئیچینگ توصیه می‌شود.

سوال: تفاوت بین طول موج اوج و طول موج غالب چیست؟
پاسخ: طول موج اوج (λP) طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است (632 نانومتر). طول موج غالب (λd) طول موج تک‌رنگی نور است که با رنگ درک‌شده LED مطابقت دارد (618-630 نانومتر). λd برای مشخصات رنگ مرتبط‌تر است.

سوال: چرا مقاومت حرارتی مهم است؟
پاسخ: این پارامتر میزان مؤثر بودن خروج گرما از پیوند LED را کمّی می‌کند. مقاومت حرارتی پایین‌تر به معنای دفع حرارت بهتر است که به شما اجازه می‌دهد LED را در جریان‌های بالاتر یا در محیط‌های گرم‌تر در حالی که دمای پیوند در محدوده ایمن نگه داشته می‌شود راه‌اندازی کنید، در نتیجه قابلیت اطمینان بلندمدت و خروجی نور پایدار را تضمین می‌کند.

سوال: دیتاشیت به تست ولتاژ معکوس اشاره می‌کند. آیا می‌توانم از این LED در یک مدار AC یا با محافظت قطبیت معکوس استفاده کنم؟
پاسخ: درجه‌بندی ولتاژ معکوس 12 ولت فقط برای اهداف تست است. قطعه برای کار مداوم در بایاس معکوس طراحی نشده است. در یک مدار AC یا برای محافظت قطبیت، باید از یک دیود سری خارجی برای مسدود کردن ولتاژ معکوس در سراسر LED استفاده شود.

11. مثال عملی طراحی و استفاده

سناریو:طراحی یک نشانگر وضعیت قرمز برای یک ماژول کنترل خودرو. ماژول از سیستم باتری 12 ولتی خودرو کار می‌کند (14 ولت اسمی در حین کار). نشانگر باید در نور روز به وضوح قابل مشاهده باشد.
مراحل طراحی:
1. انتخاب جریان:یک نقطه کار 50 میلی‌آمپر را برای تعادل خوب بین روشنایی و طول عمر انتخاب کنید.
2. انتخاب درایور:به دلیل ولتاژ تغذیه بالا، یک مقاومت ساده بیش از 0.5 وات توان تلف می‌کند. راه‌حل بهتر استفاده از یک IC درایور LED جریان ثابت با افت ولتاژ کم (LDO) تنظیم‌شده روی 50 میلی‌آمپر است.
3. طراحی حرارتی:ماژول ممکن است در محفظه موتور قرار گیرد. حداکثر دمای محیط را تخمین بزنید (مثلاً 85 درجه سلسیوس). افزایش دمای پیوند مورد انتظار را محاسبه کنید: ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA. با استفاده از VF معمولی=2.2V و RθJA=280°C/W، Pd=0.11W، بنابراین ΔTj ≈ 31°C. Tj = Ta + ΔTj = 85°C + 31°C = 116°C، که زیر حداکثر 125°C است. این قابل قبول اما حاشیه‌ای است. برای بهبود قابلیت اطمینان، مساحت مسی روی پد PCB متصل به آند را افزایش دهید تا RθJA مؤثر کاهش یابد.
4. انتخاب بین:برای ظاهر یکنواخت در چندین واحد در داشبورد، بین‌های دقیقی را برای طول موج غالب (مثلاً بین 7) و شدت نور (مثلاً بین X2 یا Y1) مشخص کنید.

12. معرفی اصل عملکرد

دیودهای نورافشان (LED) قطعات نیمه‌هادی پیوند p-n هستند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به داخل پیوند تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار در ناحیه فعال نیمه‌هادی بازترکیب می‌شوند. در یک نیمه‌هادی با گاف انرژی مستقیم مانند AlInGaP، بخش قابل توجهی از این رویداد بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. آلیاژهای AlInGaP برای تولید نور در قسمت‌های قرمز، نارنجی و زرد طیف مرئی طراحی شده‌اند. لنز پخش‌کننده از یک ماده اپوکسی یا سیلیکون ساخته شده است که حاوی ذرات پراکنده‌کننده است. این ذرات نور ساطع شده از تراشه نیمه‌هادی را به طور تصادفی هدایت مجدد می‌کنند، زاویه پرتو را گسترش می‌دهند و با حذف "نقطه داغ" مرکزی روشن معمول در LED با لنز شفاف، ظاهری یکنواخت‌تر و نرم‌تر ایجاد می‌کنند.

13. روندها و تحولات فناوری

حوزه فناوری LED به طور مداوم در حال تحول است. برای کاربردهای نشانگر و سیگنالینگ مانند این قطعه، روندها بر چندین حوزه کلیدی متمرکز است.افزایش بازده:تحقیقات مداوم علوم مواد با هدف بهبود بازده کوانتومی داخلی (IQE) AlInGaP و سایر مواد نیمه‌هادی است که منجر به خروجی نوری بیشتر به ازای هر واحد توان ورودی الکتریکی (lm/W) می‌شود.افزایش قابلیت اطمینان:تقاضاهای بازارهای خودرویی و صنعتی باعث بهبود مواد بسته‌بندی (مانند سیلیکون‌های با دمای بالا) و فناوری‌های اتصال تراشه برای تحمل دمای پیوند بالاتر و چرخه‌های حرارتی شدیدتر می‌شود.کوچک‌سازی:تلاش مداومی برای کاهش اندازه فوت‌پرینت بسته‌بندی در حالی که توان نوری حفظ یا افزایش می‌یابد وجود دارد که امکان ادغام متراکم‌تر در دستگاه‌های الکترونیکی مدرن را فراهم می‌کند.ثبات رنگ و رتبه‌بندی (بینینگ):پیشرفت‌ها در رشد اپیتاکسیال و کنترل فرآیند تولید، امکان توزیع‌های دقیق‌تر طول موج و شدت نور را فراهم می‌کند که نیاز به رتبه‌بندی گسترده را کاهش می‌دهد و مدیریت موجودی را برای تولیدکنندگان ساده می‌سازد.راه‌حل‌های یکپارچه:یک روند رو به رشد، ادغام تراشه LED با ICهای درایور، قطعات محافظ (مانند دیودهای ESD) و حتی منطق کنترل در ماژول‌های بسته هوشمند منفرد است.