دیتاشیت LED SMD مدل LTW-C283DS5 - بسته‌بندی 2.8x3.5 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 3.2 ولت - نور سفید - توان 36 میلی‌وات - مستندات فنی فارسی

1. مرور محصول

LTW-C283DS5 یک لامپ LED از نوع نصب سطحی (SMD) است که برای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده است. ابعاد مینیاتوری آن، آن را برای کاربردهایی با محدودیت فضا در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این LED دارای یک چیپ سفید فوق‌نازک 0.2 میلی‌متری از جنس InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) است که روشنایی بالایی ارائه می‌دهد. این قطعه با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد. دستگاه بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده بر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ بسته‌بندی شده و مطابق با استانداردهای EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک) است که تضمین‌کننده سازگاری با تجهیزات خودکار پیک‌اندپلیس با سرعت بالا می‌باشد. طراحی آن همچنین با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) که استاندارد خطوط مونتاژ مدرن PCB است، سازگار می‌باشد.

بازارهای هدف اصلی شامل تجهیزات مخابراتی، دستگاه‌های اتوماسیون اداری، لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی می‌شود. کاربردهای خاص شامل نور پس‌زمینه کی‌پدها و صفحه‌کلیدها، نشانگرهای وضعیت، نمایشگرهای ریز و انواع کاربردهای روشنایی سیگنال و نماد است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

بخش زیر، تجزیه‌ای دقیق از مشخصات الکتریکی، نوری و حرارتی LED مدل LTW-C283DS5 ارائه می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر، محدوده‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• توان اتلافی (Pd):36 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که LED می‌تواند به صورت گرما تلف کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(PEAK)):50 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان پالسی مجاز است که معمولاً تحت شرایط چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مشخص می‌شود. نباید برای کارکرد پیوسته استفاده شود.
• جریان مستقیم DC (I_F):10 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای کارکرد قابل اطمینان بلندمدت است.
• محدوده دمای کارکرد:20- درجه تا 80+ درجه سلسیوس. عملکرد دستگاه در این محدوده دمای محیط تضمین می‌شود.
• محدوده دمای نگهداری:40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس. LED می‌تواند در این محدوده بدون آسیب نگهداری شود.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه. این مشخصه، پیک دما و پروفیل زمانی را تعریف می‌کند که بسته‌بندی در طول فرآیند لحیم‌کاری ریفلو می‌تواند تحمل کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که در Ta=25°C و جریان مستقیم (I_F) برابر 5mA اندازه‌گیری شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (I_V):از حداقل 112.0 میلی‌کاندلا تا حداکثر 280.0 میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار واقعی مطابق بخش 4، در دسته‌های مختلف (بینینگ) طبقه‌بندی می‌شود. اندازه‌گیری با استفاده از یک سنسور و فیلتر که منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE را تقریب می‌زند، انجام می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور، نصف شدت پیک اندازه‌گیری شده در 0 درجه (روی محور) است.
• مختصات رنگی (x, y):مقادیر معمول در نمودار رنگی CIE 1931 برابر با x=0.304 و y=0.301 است. این مختصات، نقطه سفید نور ساطع شده را تعریف می‌کنند و همچنین مشمول سیستم بینینگ می‌شوند.
• ولتاژ مستقیم (V_F):در I_F=5mA از 2.5 ولت تا 3.2 ولت متغیر است. مقدار دقیق آن در دسته‌های مختلف (بینینگ) قرار می‌گیرد.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (V_R) برابر 5 ولت اعمال شود. توجه به این نکته حیاتی است که این پارامتر تنها برای اهداف تست مادون قرمز (IR) است؛ LED برای کار تحت بایاس معکوس طراحی نشده است.

2.3 ملاحظات حرارتی

مقدار توان اتلافی 36 میلی‌وات و محدوده دمای کارکرد مشخص شده، پارامترهای حرارتی کلیدی هستند. تجاوز از حداکثر دمای اتصال، که تحت تأثیر دمای محیط و جریان مستقیم قرار دارد، می‌تواند منجر به کاهش خروجی نوری، تخریب سریع‌تر و در نهایت خرابی شود. طراحی حرارتی مناسب PCB، شامل مساحت کافی پد مسی برای هیت‌سینک، برای حفظ عملکرد و قابلیت اطمینان، به ویژه هنگام کار نزدیک به حداکثر جریان نامی، ضروری است.

3. توضیح سیستم بینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات خاص کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 بینینگ ولتاژ مستقیم (V_F)

ولتاژ مستقیم در هفت دسته (V1 تا V7) دسته‌بندی شده است که هر کدام محدوده 0.1 ولتی دارند، از 2.5V-2.6V (V1) تا 3.1V-3.2V (V7). برای هر دسته، تلرانس ±0.1V اعمال می‌شود. این موضوع برای طراحی مدارهای درایور و اطمینان از یکنواختی روشنایی در آرایه‌هایی که توسط منبع ولتاژ ثابت تغذیه می‌شوند، مهم است.

3.2 بینینگ شدت نور (I_V)

خروجی نوری به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود:

• دسته R:112.0 میلی‌کاندلا تا 180.0 میلی‌کاندلا
• دسته S:180.0 میلی‌کاندلا تا 280.0 میلی‌کاندلا

برای هر دسته، تلرانس ±15% اعمال می‌شود. کد دسته خاص بر روی بسته‌بندی محصول درج شده است.

3.3 بینینگ رنگ (هیو)

رنگ نور سفید توسط مختصات رنگی آن (x, y) بر روی نمودار CIE 1931 تعریف می‌شود. LTW-C283DS5 از شش دسته رنگ (S1 تا S6) استفاده می‌کند که هر کدام نمایانگر یک منطقه چهارضلعی خاص در نمودار رنگی هستند. این بینینگ، ثبات رنگ را در بین چندین LED در یک مجموعه تضمین می‌کند. برای مختصات (x, y) درون هر دسته، تلرانس ±0.01 اعمال می‌شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مانند جریان مستقیم معمول در مقابل ولتاژ مستقیم، شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم، شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط)، روند آن‌ها را می‌توان به صورت تحلیلی توصیف کرد.

ولتاژ مستقیم (V_F) یک LED دارای ضریب دمایی منفی است؛ با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. در مقابل، شدت نور معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. برای چیپ سفید InGaN در این محصول، اگر حداکثر دمای کارکرد تجاوز شود، می‌توان انتظار داشت که خروجی نور به طور قابل توجهی افت کند. مشخصه زاویه دید، توزیع لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی را نشان می‌دهد که شدت در 0 درجه حداکثر است و به سمت لبه‌های مخروط 130 درجه‌ای کاهش می‌یابد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

LTW-C283DS5 از فوت‌پرینت استاندارد بسته‌بندی 2835 استفاده می‌کند. ابعاد کلیدی تقریباً 2.8 میلی‌متر طول و 3.5 میلی‌متر عرض هستند، با ارتفاعی که شامل چیپ فوق‌نازک 0.2 میلی‌متری می‌شود. تمام تلرانس‌های ابعادی ±0.1 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. رنگ لنز زرد است، در حالی که منبع نور یک چیپ سفید InGaN می‌باشد.

5.2 پد اتصال PCB و قطبیت توصیه شده

یک الگوی لند (فوت‌پرینت) توصیه شده برای PCB ارائه شده است تا اطمینان از لحیم‌کاری صحیح و پایداری مکانیکی حاصل شود. LED دارای ترمینال‌های آند و کاتد است. دیتاشیت شامل نموداری است که نشانه کاتد را مشخص می‌کند که برای جهت‌دهی صحیح در حین مونتاژ ضروری است تا اطمینان حاصل شود که دستگاه هنگام اعمال بایاس مستقیم روشن می‌شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز

برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free)، یک پروفیل ریفلو خاص توصیه می‌شود:

• دمای پیش‌گرم:150 درجه تا 200 درجه سلسیوس.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سلسیوس.
• زمان در دمای پیک:حداکثر 10 ثانیه. LED نباید تحت بیش از دو چرخه ریفلو قرار گیرد.

تأکید می‌شود که پروفیل بهینه به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و فر مورد استفاده بستگی دارد. توصیه می‌شود برای کاربرد خاص، مشخصه‌یابی انجام شود.

6.2 نگهداری و جابجایی

ملاحظات تخلیه الکترواستاتیک (ESD):دستگاه به ESD حساس است. جابجایی باید با استفاده از مچ‌بند و دستکش ضداستاتیک و با زمین‌کردن صحیح تمام تجهیزات انجام شود.

حساسیت به رطوبت:LEDها در کیسه‌ای با مانع رطوبت همراه با جاذب رطوبت بسته‌بندی شده‌اند. هنگامی که مهر و موم شده‌اند، باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤90% نگهداری شده و ظرف یک سال استفاده شوند. پس از باز شدن کیسه، قطعات در سطح حساسیت رطوبتی (MSL) 3 رتبه‌بندی می‌شوند. آن‌ها باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شده و ظرف یک هفته تحت ریفلو مادون قرمز قرار گیرند. اگر برای مدت طولانی‌تری خارج از کیسه اصلی نگهداری شوند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت (بیک‌اوت) در دمای 60°C به مدت حداقل 20 ساعت است تا از آسیب "پاپ‌کورنینگ" در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، تنها باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. غوطه‌ور کردن LED در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به مواد بسته‌بندی آسیب برسانند.

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 قرقره‌های استاندارد به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است. هر قرقره حاوی 5000 قطعه است. برای مقادیر کمتر از یک قرقره کامل، حداقل تعداد بسته‌بندی برای دسته‌های باقیمانده 500 قطعه اعمال می‌شود. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

LED معمولاً توسط یک منبع جریان ثابت برای پایداری و طول عمر بهینه راه‌اندازی می‌شود. یک مقاومت سری ساده می‌تواند با منبع تغذیه ولتاژ ثابت استفاده شود، که در آن مقدار مقاومت R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F است. I_F انتخاب شده نباید از حداکثر جریان مستقیم DC یعنی 10mA تجاوز کند. برای آرایه‌های موازی، استفاده از مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه برای هر LED به شدت توصیه می‌شود تا تغییرات بینینگ V_F جبران شده و از هجوم جریان جلوگیری شود.

8.2 مدیریت حرارتی در طراحی

برای حفظ خروجی نور و طول عمر، دفع موثر حرارت بسیار مهم است. طراحان باید از طرح پد PCB توصیه شده استفاده کنند که اغلب شامل اتصالات تسکین حرارتی به صفحات مسی بزرگتر است. اجتناب از کار در حداکثر مطلق جریان و دمای نامی، حاشیه قابلیت اطمینان را فراهم می‌کند.

8.3 محدودیت‌های کاربردی

دیتاشیت مشخص می‌کند که این LEDها برای تجهیزات الکترونیکی معمولی در نظر گرفته شده‌اند. برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان استثنایی دارند، یا جایی که خرابی می‌تواند ایمنی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، تجهیزات پشتیبانی حیات پزشکی، کنترل حمل و نقل)، قبل از استفاده مشورت با سازنده الزامی است.

9. مقایسه و جایگاه‌یابی فنی

LTW-C283DS5 خود را با چندین تمایز کلیدی جایگاه‌یابی می‌کند: چیپ فوق‌نازک 0.2 میلی‌متری آن امکان طراحی‌های با پروفیل پایین‌تر را در مقایسه با برخی LEDهای استاندارد فراهم می‌کند. استفاده از چیپ سفید InGaN معمولاً بازدهی بالاتر و بازتولید رنگ بهتری نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای آبی تبدیل شده با فسفر با زیرلایه‌های مختلف ارائه می‌دهد. زاویه دید گسترده 130 درجه‌ای آن را برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی گسترده دارند به جای پرتو متمرکز مناسب می‌سازد. سازگاری کامل آن با مونتاژ خودکار SMT و فرآیندهای استاندارد ریفلو مادون قرمز، آن را با گردش کارهای تولیدی مدرن و مقرون به صرفه همسو می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال 1: تفاوت بین دسته‌های شدت نور R و S چیست؟
پاسخ 1: دسته R محدوده 112-180 میلی‌کاندلا را پوشش می‌دهد، در حالی که دسته S محدوده 180-280 میلی‌کاندلا را در جریان 5mA پوشش می‌دهد. انتخاب دسته S حداقل روشنایی بالاتر را تضمین می‌کند.

سوال 2: آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟
پاسخ 2: احتمالاً، اما این به دسته ولتاژ مستقیم (V_F) بستگی دارد. برای دسته‌های V6 (3.0-3.1V) و V7 (3.1-3.2V)، یک منبع تغذیه 3.3 ولت ممکن است حاشیه ولتاژ کافی برای عملکرد مؤثر یک مقاومت محدودکننده جریان سری فراهم نکند، به ویژه با در نظر گرفتن تلرانس‌ها. اغلب یک درایور LED جریان ثابت اختصاصی یا یک ولتاژ تغذیه بالاتر قابل اطمینان‌تر است.

سوال 3: چرا مقدار جریان معکوس فقط برای تست IR است؟
پاسخ 3: این مشخصه در طول تست تولید استفاده می‌شود. پیوند نیمه‌هادی LED برای مسدود کردن ولتاژ معکوس قابل توجه طراحی نشده است. در مدارهای کاربردی، در صورت امکان وقوع رویدادهای ولتاژ معکوس، باید از محافظتی مانند یک دیود موازی استفاده شود.

سوال 4: محدودیت عمر یک هفته‌ای پس از باز کردن کیسه مانع رطوبت چقدر حیاتی است؟
پاسخ 4: برای قطعات با سطح MSL 3، تجاوز از این زمان بدون انجام پخت (بیک‌اوت) قبل از ریفلو، به طور قابل توجهی خطر آسیب داخلی بسته‌بندی ناشی از فشار بخار (پاپ‌کورنینگ) در طول فرآیند لحیم‌کاری با دمای بالا را افزایش می‌دهد که می‌تواند منجر به خرابی‌های فوری یا نهفته شود.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: نور پس‌زمینه یک کی‌پد غشایی.یک طراح نیاز دارد تا 12 کلید روی یک پنل را به طور یکنواخت روشن کند. او قصد دارد از یک LED مدل LTW-C283DS5 برای هر کلید استفاده کند که در زیر یک راهنمای نور قرار می‌گیرد. او LEDهایی را از دسته S برای روشنایی یکنواخت و بالا و از یک دسته رنگ واحد (مثلاً S3) انتخاب می‌کند تا رنگ سفید یکنواختی در تمام کلیدها تضمین شود. LEDها به صورت موازی از یک ریل 5 ولت راه‌اندازی می‌شوند، هر کدام با مقاومت سری 150Ω مخصوص به خود (که منجر به I_F≈ (5V - 2.9V)/150Ω ≈ 14mA می‌شود که بالاتر از حداکثر توصیه شده 10mA است - این یک خطای طراحی را برجسته می‌کند). یک طراحی بهتر استفاده از مقاومت 220Ω برای جریان حدود 9.5mA یا پیاده‌سازی یک آرایه درایور جریان ثابت است. طرح PCB از الگوی پد توصیه شده با اتصالات حرارتی به یک صفحه زمین پیروی می‌کند. برد مونتاژ شده با استفاده از پروفیل مشخص شده از یک فر ریفلو بدون سرب عبور می‌کند و کی‌پد نور پس‌زمینه یکنواخت و روشنی ارائه می‌دهد.

12. اصل عملکرد

LTW-C283DS5 بر اساس یک چیپ نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) ساخته شده است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال نیمه‌هادی بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند - فرآیندی که الکترولومینسانس نامیده می‌شود. ترکیب خاص آلیاژ InGaN به آن اجازه می‌دهد تا نور را در طیف آبی/فرابنفش ساطع کند. برای ایجاد نور سفید، این تابش اولیه معمولاً با استفاده از یک پوشش فسفر (که احتمالاً درون لنز زرد قرار دارد) تبدیل می‌شود که بخشی از نور آبی را جذب کرده و آن را به عنوان نور زرد مجدداً ساطع می‌کند. ترکیب نور آبی باقی‌مانده و نور زرد تولید شده توسط فسفر، توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود.

13. روندهای فناوری

صنعت روشنایی حالت جامد با چندین روند مشخص همچنان در حال تکامل است. تلاش مداومی برای کارایی نوری بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) وجود دارد که بازده انرژی را بهبود می‌بخشد. شاخص بازتولید رنگ (CRI) به ویژه در روشنایی نمایشگر و معماری، روز به روز مهم‌تر می‌شود و سیستم‌های فسفری را که نور سفید طبیعی‌تری تولید می‌کنند، به پیش می‌راند. مینیاتوری‌سازی برای الکترونیک‌های قابل حمل و فشرده کلیدی باقی می‌ماند که از استفاده از چیپ‌های فوق‌نازک مانند چیپ موجود در این محصول پشتیبانی می‌کند. علاوه بر این، یکپارچه‌سازی یک روند است، که در آن بسته‌بندی‌های LED، درایورها، سنسورها یا چیپ‌های چند رنگ را در ماژول‌های واحد ادغام می‌کنند. در نهایت، قابلیت اطمینان و طول عمر تحت جریان‌ها و دمای کارکرد بالاتر، حوزه‌هایی از تحقیق و توسعه مستمر هستند.