دیتاشیت فنی LED SMD مدل LTW-C181DS5-GE2 - ضخامت فوق‌العاده کم 0.55 میلی‌متر - سفید InGaN - 20mA - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند، مشخصات فنی کامل یک دیود نورافشان (LED) نصب‌سطحی (SMD) را ارائه می‌دهد. این قطعه متعلق به خانواده‌ای از ال‌ای‌دی‌های مینیاتوری است که به‌طور خاص برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) و کاربردهایی که محدودیت فضا یک عامل حیاتی است، طراحی شده‌اند. این ال‌ای‌دی از ماده نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیوم نیترید) برای تولید نور سفید استفاده می‌کند و درخشندگی بالا را در قالب فشرده ارائه می‌دهد.

فلسفه طراحی اصلی پشت این محصول، ارائه یک راه‌حل روشنایی قابل‌اعتماد و با عملکرد بالا است که به‌طور یکپارچه در گردش کارهای تولید الکترونیک مدرن ادغام می‌شود. سازگاری آن با فرآیندهای لحیم‌کاری رفلوی مادون‌قرمز (IR) و تجهیزات اتوماتیک پیک‌اند‌پلیس، آن را برای محیط‌های تولید انبوه مناسب می‌سازد. ارتفاع فوق‌نازک بسته‌بندی یک ویژگی کلیدی است که امکان استفاده از آن را در الکترونیک مصرفی و صنعتی روزافزون نازک فراهم می‌کند.

1.1 ویژگی‌ها

• مطابق با دستورالعمل محدودیت مواد خطرناک (RoHS).
• پروفیل بسیار کم با ارتفاع بسته‌بندی تنها 0.55 میلی‌متر.
• از چیپ نور سفید فوق‌روشن InGaN استفاده می‌کند.
• در بسته‌بندی استاندارد صنعتی عرضه می‌شود: نوار 8 میلی‌متری روی قرقره‌های 7 اینچی.
• مطابق با خطوط کلی بسته‌بندی استاندارد اتحادیه صنایع الکترونیک (EIA).
• از نظر الکتریکی با سطوح منطقی مدار مجتمع (IC) سازگار است.
• طراحی شده برای سازگاری با سیستم‌های قرارگیری خودکار قطعات.
• مقاوم در برابر پروفیل‌های استاندارد لحیم‌کاری رفلوی مادون‌قرمز.

1.2 کاربردها

این ال‌ای‌دی برای طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی طراحی شده است. حوزه‌های کاربرد کلیدی آن شامل موارد زیر است:

• تجهیزات مخابراتی:شاخص‌های وضعیت روی روترها، مودم‌ها و گوشی‌های تلفن.
• اتوماسیون اداری:نور پس‌زمینه برای صفحه‌کلیدها، کیبوردها و پنل‌های کنترل در پرینترها، اسکنرها و دستگاه‌های کپی.
• الکترونیک مصرفی و لوازم خانگی:شاخص‌های برق، حالت یا عملکرد در دستگاه‌هایی مانند اسپیکرهای هوشمند، تلویزیون‌ها و لوازم آشپزخانه.
• تجهیزات صنعتی:شاخص‌های وضعیت ماشین، خطا یا حالت عملیاتی در سیستم‌های کنترل.
• تابلوهای داخلی و نمایشگرهای میکرو:روشنایی برای نمادها، آیکون‌ها یا نمایشگرهای اطلاعاتی کوچک.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا زیر آن تضمین نمی‌شود. تمام مقادیر در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• توان اتلافی (Pd):76 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که بسته ال‌ای‌دی می‌تواند به صورت گرما بدون تجاوز از محدودیت‌های حرارتی خود دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(PEAK)):100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مجاز تحت شرایط پالسی است که در چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مشخص شده است. این مقدار به طور قابل توجهی بالاتر از رتبه جریان پیوسته است.
• جریان مستقیم DC (I_F):20 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد قابل‌اعتماد بلندمدت است.
• محدوده دمای عملیاتی (T_opr):20- درجه سلسیوس تا 105+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیطی که ال‌ای‌دی برای عملکرد صحیح در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای انبارداری (T_stg):40- درجه سلسیوس تا 105+ درجه سلسیوس. محدوده دمایی برای انبارداری در حالت غیرعملیاتی.
• شرایط لحیم‌کاری مادون‌قرمز:260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه. حداکثر پروفیل حرارتی که بسته می‌تواند در طول لحیم‌کاری رفلوی تحمل کند.

2.2 مشخصات الکترو-اپتیکی

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که تحت شرایط آزمایش استاندارد اندازه‌گیری شده‌اند (Ta=25°C, I_F=5mA مگر اینکه خلاف آن ذکر شود).

• شدت نور (I_V):از 112.0 میلی‌کاندلا (mcd) تا 224.0 میلی‌کاندلا متغیر است. با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE اندازه‌گیری می‌شود. مقدار واقعی بسته‌بندی شده است (بخش 3 را ببینید).
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور، نصف شدت اندازه‌گیری شده در 0 درجه (روی محور) است. یک زاویه دید گسترده مانند این، روشنایی پخش‌شده و وسیعی را فراهم می‌کند که برای نور پس‌زمینه و شاخص‌های وضعیت مناسب است.
• مختصات رنگی (x, y):مقادیر معمول روی نمودار رنگی CIE 1931 عبارتند از: x=0.304, y=0.3005. این مختصات، نقطه رنگ درک‌شده نور سفید را تعریف می‌کنند. تلرانس و بسته‌بندی اعمال می‌شود (بخش 3 را ببینید).
• ولتاژ مستقیم (V_F):در 5mA از 2.70 ولت تا 3.15 ولت متغیر است. این افت ولتاژ در دو سر ال‌ای‌دی هنگام عبور جریان است. در محدوده‌های خاصی بسته‌بندی می‌شود (بخش 3 را ببینید).
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 2 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت. این پارامتر عمدتاً برای اهداف آزمایش IR است؛ دستگاه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است.

3. توضیح سیستم رتبه‌بندی بسته‌ها

برای اطمینان از ثبات در تولید انبوه، ال‌ای‌دی‌ها بر اساس پارامترهای کلیدی مرتب (بسته‌بندی) می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که پنجره عملکرد خاص برای کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 رتبه ولتاژ مستقیم (V_F)

بسته‌بندی در I_F= 5mA. هر بسته دارای تلرانس ±0.1V است.

• کد بسته A: V_F= 2.70V تا 2.85V
• کد بسته B: V_F= 2.85V تا 3.00V
• کد بسته C: V_F= 3.00V تا 3.15V

3.2 رتبه شدت نور (I_V)

بسته‌بندی در I_F= 5mA. هر بسته دارای تلرانس ±15% است.

• کد بسته R1: I_V= 112.0 mcd تا 146.0 mcd
• کد بسته R2: I_V= 146.0 mcd تا 180.0 mcd
• کد بسته S1: I_V= 180.0 mcd تا 224.0 mcd

3.3 رتبه فام (رنگ)

با مرزهایی روی نمودار رنگی CIE 1931 (x, y) در I_F= 5mA تعریف می‌شود. هر بسته در هر دو مختصات x و y دارای تلرانس ±0.01 است. دیتاشیت مرزهای چهارضلعی خاصی را برای بسته‌هایی مانند S1-2، S2-2، S3-1 و S4-1 فهرست می‌کند. این بسته‌بندی، ثبات رنگ را در بین چندین ال‌ای‌دی در یک مجموعه تضمین می‌کند.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

این ال‌ای‌دی دارای طراحی بسته‌بندی فوق‌نازک است. بعد کلیدی ارتفاع است که 0.55 میلی‌متر می‌باشد. تمام ابعاد دیگر بسته‌بندی در نقشه مکانیکی دقیق داخل سند منبع ارائه شده است، با تلرانس استاندارد ±0.1 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن ذکر شود. رنگ لنز زرد است، در حالی که منبع نور خود یک چیپ سفید InGaN است.

4.2 طرح پیشنهادی پد اتصال PCB

یک طرح لند پترن (فوترپرینت) پیشنهادی برای برد مدار چاپی ارائه شده است تا اطمینان از لحیم‌کاری صحیح و پایداری مکانیکی حاصل شود. پایبندی به این طرح توصیه شده به دستیابی به فیله‌های لحیم قابل‌اعتماد کمک کرده و از بروز پدیده "قبرستانی" یا ناهمترازی در طول رفلو جلوگیری می‌کند.

4.3 شناسایی قطبیت

قطبیت صحیح برای عملکرد ال‌ای‌دی حیاتی است. دیتاشیت شامل یک نمودار است که پایه‌های آند و کاتد روی بسته را شناسایی می‌کند. معمولاً این با یک علامت روی بدنه قطعه یا عدم تقارن در فوترپرینت بسته نشان داده می‌شود.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلوی مادون‌قرمز

برای فرآیندهای لحیم بدون سرب (Pb-free)، یک پروفیل حرارتی خاص توصیه می‌شود. پارامتر بحرانی، حداکثر دمای بدنه 260 درجه سلسیوس است که نباید بیش از 10 ثانیه تجاوز کند. پروفیل شامل یک مرحله پیش‌گرم است. تأکید می‌شود که پروفیل بهینه به طراحی خاص PCB، قطعات و خمیر لحیم استفاده شده بستگی دارد و باید برای هر کاربرد مشخص شود.

5.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، باید با دقت بسیار انجام شود. توصیه می‌شود از نوک هویه با حداکثر دمای 300 درجه سلسیوس استفاده شود و زمان لحیم‌کاری به 3 ثانیه برای هر پد محدود شود. این کار باید فقط یک بار انجام شود تا از آسیب حرارتی به چیپ و بسته ال‌ای‌دی جلوگیری شود.

5.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. روش‌های قابل قبول شامل غوطه‌ور کردن ال‌ای‌دی در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه است. استفاده از مواد شیمیایی نامشخص می‌تواند به ماده بسته ال‌ای‌دی آسیب برساند.

6. بسته‌بندی و جابجایی

6.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعات در نوار حامل برجسته 8 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های 7 اینچی (178 میلی‌متری) عرضه می‌شوند. مقادیر استاندارد قرقره 5000 قطعه در هر قرقره است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است. نکات کلیدی جابجایی شامل موارد زیر است: حداکثر دو قطعه مفقود شده متوالی مجاز است و حداقل مقدار قابل سفارش برای باقیمانده‌ها 500 قطعه است.

6.2 شرایط نگهداری

بسته مهر و موم شده:ال‌ای‌دی‌ها در کیسه ضد رطوبت اصلی و بازنشده خود (با ماده خشک‌کن) باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤90% نگهداری شوند. عمر مفید توصیه شده تحت این شرایط یک سال است.
بسته باز شده:هنگامی که کیسه مانع رطوبت باز می‌شود، قطعات در معرض رطوبت محیط قرار می‌گیرند. آنها باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شوند. برای قطعاتی که سطح حساسیت به رطوبت (MSL) 2a را دارند، توصیه می‌شود فرآیند رفلوی IR را در عرض 672 ساعت (28 روز) پس از قرارگیری در معرض هوا تکمیل کنید. قطعاتی که برای مدت طولانی‌تری در معرض هوا قرار گرفته‌اند، باید قبل از لحیم‌کاری در دمای تقریباً 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 20 ساعت پخته شوند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از آسیب "پاپ کورن" در طول رفلو جلوگیری شود.

6.3 اقدامات احتیاطی تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

این ال‌ای‌دی به تخلیه الکترواستاتیک و موج‌های ولتاژ حساس است. در طول جابجایی و مونتاژ باید از اقدامات کنترل ESD مناسب استفاده شود. این شامل استفاده از مچ‌بندهای زمین‌شده، دستکش‌های ضد استاتیک و اطمینان از زمین‌شدگی صحیح تمام تجهیزات و سطوح کار است.

7. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 محدود کردن جریان

یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی هنگام راه‌اندازی ال‌ای‌دی از یک منبع ولتاژ اجباری 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 دیتاشیت (مثلاً 3.15V) در محاسبه، اطمینان می‌دهد که جریان حتی با یک قطعه از بسته ولتاژ بالاتر نیز از حد مجاز تجاوز نمی‌کند. برای عملکرد قابل‌اعتماد، راه‌اندازی ال‌ای‌دی در جریان آزمایشی معمول 5mA یا کمتر توصیه می‌شود، مگر اینکه درخشندگی بالا به طور خاص مورد نیاز باشد.

7.2 مدیریت حرارتی

اگرچه توان اتلافی کم است، طراحی حرارتی مناسب عمر ال‌ای‌دی را افزایش داده و خروجی نور را حفظ می‌کند. اطمینان حاصل کنید که طراحی پد PCB بر اساس طرح توصیه شده، تخلیه حرارتی کافی را فراهم می‌کند. در کاربردهای با دمای محیط بالا، ممکن است لازم باشد جریان مستقیم کاهش داده شود تا در محدوده دمای اتصال باقی بماند.

7.3 طراحی نوری

زاویه دید 130 درجه، یک الگوی تابشی گسترده و شبیه لامبرت تولید می‌کند. برای کاربردهایی که نیاز به پرتو متمرکزتر دارند، اپتیک ثانویه (لنزها یا راهنماهای نور) مورد نیاز خواهد بود. لنز زرد به عنوان یک فسفر تبدیل‌کننده رنگ برای چیپ آبی InGaN عمل می‌کند تا نور سفید ایجاد کند و خواص آن جزئی جدایی‌ناپذیر از رنگ نهایی است.

8. مقایسه و تمایز فنی

ویژگی متمایزکننده اصلی این ال‌ای‌دی،ارتفاع فوق‌نازک 0.55 میلی‌متری آناست. این امر آن را به انتخابی جذاب برای دستگاه‌های فوق‌نازک مدرن مانند تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و الکترونیک پوشیدنی تبدیل می‌کند که در آنها ارتفاع Z به شدت محدود است. در مقایسه با بسته‌های ال‌ای‌دی استاندارد که ممکن است 0.6 میلی‌متر یا بیشتر باشند، این قطعه کاهش مستقیمی در ضخامت مونتاژ ارائه می‌دهد. علاوه بر این، ترکیب درخشندگی بالا (تا 224 mcd در 5mA) و زاویه دید گسترده در چنین بسته نازکی، یک دستاورد مهندسی قابل توجه است که عملکرد نوری را با مینیمالیسم مکانیکی متعادل می‌سازد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را به طور پیوسته در 20mA راه‌اندازی کنم؟
ج: بله، 20mA حداکثر جریان مستقیم DC رتبه‌بندی شده است. برای طولانی‌ترین عمر و عملکرد پایدار، کار در جریان پایین‌تر مانند 5-10mA توصیه می‌شود.

س: تفاوت بین بسته‌های شدت نور R1، R2 و S1 چیست؟
ج: این بسته‌ها نشان‌دهنده محدوده‌های مختلف خروجی نوری هستند. S1 درخشان‌ترین بسته است (224-180 mcd)، R2 محدوده متوسط است (180-146 mcd) و R1 بسته استاندارد است (146-112 mcd). انتخاب یک بسته بالاتر، خروجی نور بیشتر را برای یک جریان معین تضمین می‌کند.

س: اهمیت زمان 672 ساعته عمر مفید پس از باز کردن کیسه چقدر حیاتی است؟
ج: برای قابلیت اطمینان بسیار مهم است. تجاوز از این زمان قرارگیری در معرض هوا بدون یک چرخه پخت قبل از رفلو می‌تواند منجر به لایه‌لایه شدن داخلی بسته یا ترک خوردن به دلیل تبخیر سریع رطوبت جذب شده در طول لحیم‌کاری (اثر "پاپ کورن") شود.

س: چرا رتبه جریان معکوس فقط برای اهداف آزمایشی است؟
ج: ال‌ای‌دی یک دیود است و برای کار در بایاس معکوس در یک مدار طراحی نشده است. رتبه ولتاژ معکوس 5V یک شرایط آزمایشی برای تأیید جریان نشتی است، نه یک دستورالعمل عملیاتی. همیشه از قطبیت صحیح در مدار اطمینان حاصل کنید.

10. اصول عملکرد

این ال‌ای‌دی بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. ناحیه فعال از InGaN تشکیل شده است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از ولتاژ روشن شدن دیود (V_F) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. در یک ال‌ای‌دی سفید، این بازترکیب در لایه InGaN معمولاً نور آبی تولید می‌کند. یک پوشش فسفر (موجود در لنز زرد) بخشی از این نور آبی را جذب کرده و آن را به عنوان نور زرد دوباره منتشر می‌کند. مخلوط نور آبی باقی‌مانده و نور زرد تبدیل شده توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود. نسبت‌های خاص و ترکیب فسفر، مختصات رنگی دقیق (x, y) روی نمودار CIE را تعیین می‌کنند.

11. روندهای صنعت

توسعه این قطعه، چندین روند کلیدی در اپتوالکترونیک را منعکس می‌کند:مینیاتوری‌سازیهمچنان یک محرک غالب است و ارتفاع بسته‌ها را به زیر 0.5 میلی‌متر می‌کشاند.افزایش بازدههمیشگی است، با طراحی‌های چیپ و فسفرهای جدیدتر که لومن بر وات (lm/W) بالاتری ارائه می‌دهند.ثبات رنگ و بسته‌بندیپیچیده‌تر شده‌اند، با بسته‌های تنگ‌تر (مانند چهارضلعی‌های فام تعریف شده) که تطابق رنگ بهتری را در آرایه‌های چند ال‌ای‌دی برای نمایشگرها و روشنایی ممکن می‌سازند. در نهایت،سازگاری تولیدکماکان ضروری است، با قطعاتی که برای خطوط SMT کاملاً خودکار و پرسرعت بهینه شده‌اند و به اندازه کافی برای پروفیل‌های رفلوی بدون سرب مقاوم هستند، همانطور که توسط دستورالعمل‌های دقیق لحیم‌کاری ارائه شده مشهود است.