دیتاشیت SMD LED مدل LTST-416GEBW-P3 - لنز سفید پخش‌کننده - چیپ RGB - جریان راه‌اندازی 5mA - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک LED از نوع SMD را شرح می‌دهد که برای مونتاژ خودکار روی برد مدار چاپی طراحی شده است. این قطعه دارای یک لنز سفید پخش‌کننده است و سه منبع نور نیمه‌هادی مجزا را در یک بسته واحد یکپارچه کرده است: یک چیپ سبز InGaN، یک چیپ قرمز AlInGaP و یک چیپ آبی InGaN. خروجی ترکیبی از طریق لنز پخش‌کننده، ظاهری از نور سفید ایجاد می‌کند. این طراحی برای کاربردهایی با محدودیت فضا در الکترونیک مصرفی، مخابرات و تجهیزات صنعتی هدف‌گذاری شده است که در آن‌ها به نشانگر وضعیت قابل اطمینان، روشنایی نمادها یا نور پس‌زمینه پنل جلویی نیاز است.

1.1 ویژگی‌های کلیدی

• مطابق با دستورالعمل‌های زیست‌محیطی RoHS.
• بسته‌بندی شده روی نوار 12 میلی‌متری در قرقره‌های 7 اینچی برای سیستم‌های Pick-and-Place خودکار.
• الگوی پایه استاندارد EIA برای سازگاری طراحی.
• جریان راه‌اندازی سازگار با سطح منطقی.
• مقاوم در برابر فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز.
• پیش‌شرط‌گذاری شده مطابق با سطح حساسیت رطوبت JEDEC سطح 3.

1.2 کاربردهای هدف

• نشانگرهای وضعیت در سخت‌افزارهای مخابراتی و شبکه.
• روشنایی سیگنال و نمادها در اتوماسیون اداری و لوازم خانگی.
• نور پس‌زمینه پنل جلویی برای تجهیزات کنترل صنعتی.
• نورپردازی نشانگر عمومی در الکترونیک مصرفی.

2. پارامترهای فنی: تحلیل عینی عمیق

بخش بعدی یک تجزیه‌وتحلیل دقیق و عینی از ویژگی‌های الکتریکی، نوری و حرارتی دستگاه را همان‌طور که در منبع اصلی تعریف شده است، ارائه می‌دهد. تمام داده‌ها با فرض دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سانتی‌گراد ارجاع داده شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر نشان‌دهنده محدودیت‌های تنش هستند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. کارکرد مداوم در این محدودیت‌ها توصیه نمی‌شود.

• اتلاف توان (Pd):90 میلی‌وات برای چیپ‌های سبز/آبی؛ 69 میلی‌وات برای چیپ قرمز. این پارامتر برای طراحی مدیریت حرارتی حیاتی است.
• جریان مستقیم پیک (I_F(PEAK)):100 میلی‌آمپر برای تمام چیپ‌ها، تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه).
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):30 میلی‌آمپر DC برای تمام چیپ‌ها.
• محدوده دمای کاری:40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• محدوده دمای نگهداری:40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد I_F= 5mA برای هر چیپ. این‌ها پارامترهای عملکرد معمول تحت شرایط کاری نرمال هستند.

• شدت نور (I_v):
  • سبز: 600 - 1200 میلی‌کاندلا (mcd)
  • قرمز: 200 - 400 میلی‌کاندلا
  • آبی: 100 - 200 میلی‌کاندلا
• زاویه دید (2θ_1/2):معمولاً 120 درجه. این زاویه دید گسترده نتیجه لنز پخش‌کننده است که توزیع نور یکنواخت‌تری نسبت به LEDهای با لنز شفاف ارائه می‌دهد.
• طول موج غالب (λ_d):
  • سبز: 523 - 535 نانومتر
  • قرمز: 617 - 630 نانومتر
  • آبی: 465 - 477 نانومتر
• ولتاژ مستقیم (V_F):
  • سبز: 2.0 - 3.0 ولت
  • قرمز: 1.4 - 2.3 ولت
  • آبی: 2.0 - 3.0 ولت
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در V_R= 5V. دستگاه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این پارامتر فقط برای اهداف آزمایشی است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، دستگاه‌ها در دسته‌ها (بین) مرتب می‌شوند. خروجی نور سفید تابعی از ترکیب چیپ‌های RGB است که با راه‌اندازی هر سه در جریان 5mA اندازه‌گیری می‌شود.

3.1 رتبه‌بندی شدت نور (I_v)

دستگاه‌ها بر اساس خروجی شدت نور کل دسته‌بندی می‌شوند. دسته T1: 900 - 1300 میلی‌کاندلا (تقریباً 2.7 - 3.9 لومن) دسته T2: 1300 - 1800 میلی‌کاندلا (تقریباً 3.9 - 5.4 لومن) تلورانس هر دسته ±11% است.

3.2 رتبه‌بندی رنگ‌سنجی (CIE)

دستگاه‌ها بر اساس مختصات رنگ آن‌ها در نمودار رنگ‌سنجی CIE 1931 دسته‌بندی می‌شوند که رنگ درک‌شده نور سفید را تعریف می‌کند. کدهای دسته (مانند H4، J5، K6، L4) نشان‌دهنده مناطق چهارضلعی خاصی در صفحه مختصات x,y هستند. هر دسته چهار نقطه گوشه تعریف‌شده (نقطه 1-4) برای مختصات x و y دارد. تلورانس قرارگیری در یک دسته رنگ انتخابی، ±0.01 در هر دو مختصات x و y است. این دسته‌بندی دقیق به طراحان اجازه می‌دهد تا LEDهایی با ثبات رنگ بسیار بالا برای کاربردهای خود انتخاب کنند.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته و تخصیص پایه‌ها

این دستگاه مطابق با الگوی پایه استاندارد SMD است. ابعاد حیاتی شامل اندازه بدنه و فاصله پدها می‌شود. تمام تلورانس‌های ابعادی ±0.2 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. تخصیص پایه‌ها برای فعال‌سازی رنگ‌های مجزا به شرح زیر است: آند (مثبت مشترک) به پایه 1 متصل است. کاتد سبز پایه 2، کاتد قرمز پایه‌های 3 و 4 (که داخلاً به هم متصل هستند) و کاتد آبی پایه 6 است. پایه‌های 5 و دیگران ممکن است بدون اتصال (NC) یا لنگرهای مکانیکی باشند.

4.2 الگوی پیشنهادی پد PCB

یک نقشه نمای بالا از طرح پیشنهادی پد لحیم ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری و پایداری مکانیکی به درستی انجام می‌شود. پایبندی به این الگو به جلوگیری از پدیده "تومب‌ستونینگ" (بلند شدن یک سر در حین ریفلو) کمک کرده و مهره‌های لحیم خوبی را تضمین می‌کند.

4.3 بسته‌بندی نوار و قرقره

قطعات در نوار حامل برجسته‌کاری شده با یک نوار پوشش محافظ عرضه می‌شوند. مشخصات کلیدی بسته‌بندی شامل موارد زیر است:

• عرض نوار حامل: 12 میلی‌متر.
• قطر قرقره: 7 اینچ (178 میلی‌متر).
• تعداد در هر قرقره کامل: 2000 قطعه.
• حداقل مقدار سفارش برای قرقره‌های جزئی: 500 قطعه.
• حداکثر قطعات مفقوده متوالی (جیب‌ها): 2.
• بسته‌بندی مطابق با استانداردهای EIA-481-1-B است.

5. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو IR (فرآیند بدون سرب)

پروفیل توصیه شده از J-STD-020B برای لحیم‌کاری بدون سرب پیروی می‌کند.

• پیش‌گرم:150 درجه سانتی‌گراد تا 200 درجه سانتی‌گراد.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه.
• دمای پیک بدنه:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد.
• زمان بالاتر از نقطه مایع:توصیه می‌شود حداکثر 10 ثانیه.
• تعداد چرخه‌های ریفلو:حداکثر دو بار.

یک پروفیل گرافیکی دما در مقابل زمان معمولاً برای تجسم مراحل افزایش دما، خیساندن، ریفلو و خنک‌سازی ارائه می‌شود.

5.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی:

• دمای هویه:حداکثر 300 درجه سانتی‌گراد.
• زمان تماس:حداکثر 3 ثانیه برای هر اتصال.
• مهم:لحیم‌کاری دستی باید فقط یک بار انجام شود تا از تنش حرارتی جلوگیری شود.

5.3 تمیزکاری

تمیزکاری پس از لحیم‌کاری باید با دقت انجام شود. فقط باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. عوامل توصیه شده اتانول یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق هستند. LED باید کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی یا بسته آسیب برسانند.

6. احتیاط‌های نگهداری و جابجایی

6.1 شرایط نگهداری

کیف مهر و موم شده ضد رطوبت (MBP):در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شود. عمر مفید در داخل کیسه مهر و موم شده با جاذب رطوبت یک سال است.پس از باز کردن کیسه:"عمر مفید در محیط" آغاز می‌شود. در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شود. اکیداً توصیه می‌شود فرآیند ریفلو IR را در عرض 168 ساعت (7 روز) پس از در معرض قرار گرفتن کامل کنید. برای نگهداری فراتر از این دوره، قطعات باید در یک ظرف دربسته با جاذب رطوبت تازه یا در یک خشک‌کن نیتروژن قرار داده شوند. قطعاتی که بیش از 168 ساعت در معرض محیط قرار گرفته‌اند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به یک فرآیند پخت (تقریباً 60 درجه سانتی‌گراد برای حداقل 48 ساعت) دارند تا رطوبت جذب شده را حذف کرده و از "ترکیدن" (ترک خوردن بسته به دلیل فشار بخار در حین ریفلو) جلوگیری شود.

6.2 نکات کاربردی و محدودیت‌ها

این LED برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی تجاری و صنعتی استاندارد در نظر گرفته شده است. برای کاربردهایی که خرابی می‌تواند منجر به خطر مستقیم برای زندگی، سلامتی یا ایمنی شود - مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی یا سیستم‌های کنترل حمل‌ونقل حیاتی - طراحی یا واجد شرایط نشده است. برای چنین کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا، مشورت با سازنده قطعه برای داده‌های صلاحیت‌دهی خاص اجباری است.

7. ملاحظات طراحی و پیشنهادات کاربردی

7.1 محدود‌سازی جریان

به دلیل ولتاژهای مستقیم (V_F) متفاوت چیپ‌های قرمز، سبز و آبی، راه‌اندازی آن‌ها از یک منبع ولتاژ مشترک نیاز به مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه برای هر کانال رنگ دارد. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_منبع- V_F) / I_F. استفاده از V_Fمعمول و جریان راه‌اندازی مورد نظر (مثلاً 5mA برای رعایت مشخصات، حداکثر تا 30mA) مقاومت و توان مناسب را به دست می‌دهد.

7.2 مدیریت حرارتی

در حالی که اتلاف توان نسبتاً کم است، طراحی مناسب PCB برای طول عمر ضروری است. اطمینان حاصل کنید که از پدهای لحیم توصیه شده استفاده می‌شود تا هدایت حرارتی کافی از اتصال LED دور شود. برای کاربردهایی که LED را در جریان پیوسته حداکثر یا نزدیک به آن (30mA) راه‌اندازی می‌کنند، توجه به دمای محیط و چیدمان برد مهم است تا در محدوده دمای کاری مشخص شده باقی بماند.

7.3 یکپارچه‌سازی نوری

لنز سفید پخش‌کننده یک زاویه دید گسترده و یکنواخت (120 درجه) ارائه می‌دهد که آن را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که LED ممکن است از زوایای خارج از محور مشاهده شود. ماهیت پخش‌کننده نقاط داغ و تابش خیره‌کننده را کاهش می‌دهد. برای کاربردهایی که نیاز به پرتو جهت‌دارتری دارند، اپتیک ثانویه خارجی (عدسی‌ها، لوله‌های نوری) ضروری خواهد بود.

8. تحلیل منحنی‌های عملکرد معمول

دیتاشیت شامل نمایش‌های گرافیکی از روابط کلیدی است که برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد حیاتی هستند.

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم:این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان راه‌اندازی افزایش می‌یابد، معمولاً به صورت زیرخطی، که تغییرات بازده را برجسته می‌کند.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم:ویژگی نمایی I-V دیود را نشان می‌دهد.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد. این برای طراحی‌های محیط با دمای بالا حیاتی است.
• توزیع طیفی:اگرچه همیشه برای LEDهای سفید به تفصیل شرح داده نمی‌شود، درک طول موج‌های پیک و عرض‌های نیمه طیفی (Δλ: ~30nm سبز، ~20nm قرمز، ~25nm آبی) چیپ‌های مجزا، اطلاعاتی در مورد بازسازی رنگ و انتخاب فیلتر ارائه می‌دهد.

این منحنی‌ها به طراحان اجازه می‌دهند تا عملکرد را برای نقاط کاری غیر از شرایط آزمایش استاندارد 5mA در 25°C استخراج کنند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: آیا می‌توانم هر سه رنگ را همزمان راه‌اندازی کنم تا نور سفید روشن‌تری دریافت کنم؟پاسخ: بله، اما باید اطمینان حاصل کنید که کل اتلاف توان از کمترین مقدار حداکثر مجاز در بین چیپ‌های فعال تجاوز نکند (در این مورد 69mW برای چیپ قرمز) و دمای اتصال در محدوده مجاز باقی بماند. جریان هر کانال باید به طور مستقل کنترل شود.

سوال: چرا ولتاژ مستقیم برای هر رنگ متفاوت است؟پاسخ: ولتاژ مستقیم یک ویژگی اساسی از گاف انرژی ماده نیمه‌هادی است. LEDهای قرمز AlInGaP گاف انرژی کمتری نسبت به LEDهای سبز و آبی InGaN دارند که منجر به V_F.

سوال: "پیش‌شرط‌گذاری به سطح 3 JEDEC" به چه معناست؟پاسخ: به این معنی است که قطعات به عنوان سطح حساسیت رطوبت 3 (MSL 3) طبقه‌بندی شده‌اند. این نشان می‌دهد حداکثر عمر مفید مجاز در محیط پس از باز کردن کیسه ضد رطوبت، 168 ساعت در ≤30°C/60% RH است قبل از اینکه نیاز به پخت برای ریفلو داشته باشند.

سوال: چگونه دسته صحیح را برای کاربرد خود انتخاب کنم؟پاسخ: برای کاربردهایی که ثبات رنگ حیاتی است (مانند نوارهای وضعیت چند LED یا نورهای پس‌زمینه)، یک کد دسته CIE تنگ و واحد (مانند J5) و یک دسته شدت نور واحد (مانند T1) را مشخص کنید. برای کاربردهای کم‌اهمیت‌تر، ممکن است انتخاب یک دسته وسیع‌تر قابل قبول و بالقوه مقرون‌به‌صرفه‌تر باشد.

10. اصل عملکرد و زمینه فناوری

این LED بر اساس اصل الکترولومینسانس در مواد نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n هر چیپ اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) نور توسط انرژی گاف ماده نیمه‌هادی خاص تعیین می‌شود: AlInGaP برای قرمز و InGaN برای سبز و آبی. نور "سفید" توسط یک فسفر سفید منفرد تولید نمی‌شود (مانند یک LED سفید تبدیل‌شده با فسفر) بلکه یک ترکیب رنگ افزودنی از سه نور رنگی اصلی (قرمز، سبز، آبی) است که از طریق مواد پوشش دهنده سفید پخش‌کننده عبور می‌کنند. این روش RGB امکان تنظیم رنگ بالقوه را با تغییر جریان هر چیپ فراهم می‌کند، اگرچه این دیتاشیت عملکرد را برای یک نقطه سفید ثابت مشخص می‌کند.

فرمت بسته SMD نشان‌دهنده استاندارد صنعتی برای مونتاژ خودکار با حجم بالا است. استفاده از یک لنز اپوکسی پخش‌کننده ذرات پراکنده‌کننده را برای گسترش زاویه دید و نرم کردن خروجی نور دربر می‌گیرد که آن را برای اهداف نشانگری که مشاهده مستقیم رایج است ایده‌آل می‌سازد. یکپارچه‌سازی سه چیپ در یک بسته در مقایسه با استفاده از سه LED تک‌رنگ مجزا، فضای PCB را ذخیره می‌کند.