دیتاشیت LED SMD مدل LTW-482DS5 - سفید InGaN، لنز زرد - مشخصات الکتریکی و نوری

1. مرور کلی محصول

LTW-482DS5 یک لامپ LED از نوع نصب سطحی (SMD) است که برای مونتاژ خودکار بر روی برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده است. این قطعه بخشی از خانواده‌ای از اجزا است که برای کاربردهایی که محدودیت فضا یک عامل حیاتی است، مهندسی شده‌اند. این دستگاه یک چیپ نیمه‌هادی سفید فوق‌العاده روشن از جنس InGaN (ایندیم گالیم نیترید) را با یک لنز به رنگ زرد ترکیب کرده که منجر به خروجی رنگی خاصی می‌شود. این LED به گونه‌ای ساخته شده که با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) که معمولاً در تولید انبوه الکترونیک استفاده می‌شود، سازگار باشد.

مزیت اصلی این قطعه در اندازه کوچک و فرم فاکتور مینیاتوری آن و همچنین مناسب بودن آن برای تجهیزات اتوماتیک Pick-and-Place است که تولید را روان می‌سازد. این قطعه به عنوان یک پکیج استاندارد EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک) طبقه‌بندی می‌شود که تضمین‌کننده سازگاری گسترده با خطوط مونتاژ صنعتی است. همچنین دستگاه به عنوان سازگار با آی‌سی (مدار مجتمع) مشخص شده است که نشان می‌دهد در بسیاری موارد می‌توان آن را مستقیماً توسط ولتاژهای سطح منطقی معمول از میکروکنترلرها یا سایر مدارهای دیجیتال راه‌اندازی کرد، بدون نیاز به مراحل درایور میانی پیچیده.

بازار هدف این LED طیف وسیعی از الکترونیک مصرفی و صنعتی را در بر می‌گیرد. کاربردهای اصلی شامل نشانگر وضعیت، نور پس‌زمینه کی‌پدها و صفحه‌کلیدها و یکپارچه‌سازی در میکرودیسپلی‌ها می‌شود. همچنین در تجهیزات مخابراتی، دستگاه‌های اتوماسیون اداری، لوازم خانگی مختلف و تابلوها یا نورپردازی نمادهای داخلی که به یک منبع نور فشرده و قابل اطمینان نیاز دارند، یافت می‌شود.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

حداکثر مقادیر مطلق مجاز، محدوده‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به LED وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند. حداکثر جریان مستقیم پیوسته DC (IF) برابر با 20 میلی‌آمپر است. یک جریان مستقیم پیک بالاتر معادل 100 میلی‌آمپر مجاز است، اما تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری دقیق 1/10 و عرض پالس حداکثر 0.1 میلی‌ثانیه. حداکثر اتلاف توان 72 میلی‌وات (mW) است. دستگاه برای کار در محدوده دمایی 20- تا 80+ درجه سلسیوس درجه‌بندی شده و می‌تواند در محیط‌های ذخیره‌سازی با دمای 40- تا 85+ درجه سلسیوس نگهداری شود. یک درجه‌بندی حیاتی برای مونتاژ، شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز است که در طول فرآیند ریفلو نباید از 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه تجاوز کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

مشخصات عملکردی معمول در دمای محیط Ta=25°C و جریان مستقیم (IF) 5 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند که یک شرایط تست رایج است. ولتاژ مستقیم (VF) از حداقل 2.55 ولت تا حداکثر 3.15 ولت متغیر است و یک مقدار معمول درون این باند تلویحاً در نظر گرفته می‌شود. شدت نور (Iv) که معیاری از روشنایی درک شده است، محدوده وسیعی از 71.0 میلی‌کاندلا (mcd) تا 280.0 mcd دارد. این تغییرات از طریق یک سیستم باینینگ مدیریت می‌شود. زاویه دید (2θ1/2) که به عنوان زاویه‌ای تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری خود می‌رسد، 130 درجه است که نشان‌دهنده یک الگوی پرتو بسیار گسترده است. مختصات رنگی که نقطه رنگ را در فضای رنگی CIE 1931 تعریف می‌کند، تحت شرایط تست به صورت x=0.304 و y=0.301 مشخص شده است. جریان معکوس (IR) تضمین می‌شود که در ولتاژ معکوس (VR) برابر با 5 ولت، کمتر از 10 میکروآمپر باشد، اگرچه دستگاه برای کار در جهت معکوس طراحی نشده است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های (باین) مختلفی دسته‌بندی می‌شوند. LTW-482DS5 از یک سیستم باینینگ سه‌بعدی برای ولتاژ مستقیم (VF)، شدت نور (Iv) و فام (نقطه رنگ) استفاده می‌کند.

3.1 باینینگ ولتاژ مستقیم (VF)

VF در گام‌های 0.1 ولت از V1 (2.55V - 2.65V) تا V6 (3.05V - 3.15V) دسته‌بندی شده است. یک تلرانس ±0.1V برای هر باین اعمال می‌شود. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا LEDهایی با محدوده ولتاژ باریک‌تر را برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی یکنواخت هنگام راه‌اندازی توسط منبع ولتاژ ثابت دارند یا برای تطابق بهتر با محاسبات مقاومت محدودکننده جریان انتخاب کنند.

3.2 باینینگ شدت نور (Iv)

شدت نور در سه کد اصلی دسته‌بندی شده است: Q (71.0 - 112.0 mcd)، R (112.0 - 180.0 mcd) و S (180.0 - 280.0 mcd). یک تلرانس ±15% به هر محدوده باین اعمال می‌شود. این باینینگ برای کاربردهایی که درخشندگی یکنواخت درک شده در بین چندین LED مهم است (مانند آرایه‌های نور پس‌زمینه یا خوشه‌های نشانگر وضعیت) حیاتی است.

3.3 باینینگ فام (رنگ)

مختصات رنگی (x, y) در شش ناحیه برچسب‌خورده از S1 تا S6 دسته‌بندی شده‌اند. هر باین یک ناحیه چهارضلعی روی نمودار رنگی CIE 1931 را تعریف می‌کند. باین‌ها به گونه‌ای چیده شده‌اند که LEDهای با دمای رنگ سفید و ته‌رنگ مشابه را گروه‌بندی کنند. یک تلرانس ±0.01 برای هر مختصه درون باین مربوطه اعمال می‌شود. این امر یکنواختی رنگ را هنگامی که چندین LED در کنار هم استفاده می‌شوند تضمین می‌کند. نمودار ارائه شده این نواحی S1 تا S6 را به صورت بصری روی نمودار رنگی ترسیم می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های عملکرد معمول اشاره می‌کند که رابطه بین پارامترهای کلیدی را به صورت گرافیکی نشان می‌دهند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات داده نشده‌اند، منحنی‌های استاندارد برای چنین LEDای معمولاً شامل موارد زیر می‌شود:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):این منحنی غیرخطی نشان می‌دهد که ولتاژ چگونه با افزایش جریان افزایش می‌یابد. این منحنی برای طراحی مدار راه‌انداز، به ویژه هنگام استفاده از منبع تغذیه ولتاژ ثابت به همراه یک مقاومت سری، ضروری است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:این منحنی نشان می‌دهد که خروجی نور چگونه با جریان راه‌اندازی افزایش می‌یابد. این رابطه معمولاً در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بالاتر به اشباع می‌رسد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:این منحنی کاهش درجه‌بندی حرارتی خروجی نور را نشان می‌دهد. با افزایش دمای اتصال LED، بازده نوری آن کاهش می‌یابد. درک این موضوع برای مدیریت حرارتی در کاربرد حیاتی است.
• توزیع طیفی توان نسبی:برای یک LED سفید، این نمودار شدت نور ساطع شده در هر طول موج را نشان می‌دهد. یک LED سفید مانند نوع InGaN معمولاً یک پیک انتشار آبی از خود چیپ دارد که با یک انتشار زرد گسترده‌تر از پوشش فسفر ترکیب می‌شود و در نهایت نور سفید درک شده را ایجاد می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج

این LED مطابق با طرح کلی یک پکیج SMD استاندارد است. تمام ابعاد حیاتی مانند طول، عرض، ارتفاع و فاصله پایه‌ها بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.1 میلی‌متر ارائه شده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. رنگ لنز زرد و رنگ منبع (چیپ) سفید است. نقشه‌های ابعادی دقیق برای طراحی جای پایه PCB در دیتاشیت گنجانده شده است.

5.2 شناسایی قطبیت و طراحی پد

قطعه شامل نشانه‌ها یا ویژگی‌های ساختاری (مانند یک گوشه پخ‌خورده یا یک نقطه) برای نشان دادن پایه کاتد (منفی) است. یک طرح پیشنهادی برای الگوی لند PCB (پد اتصال) ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که اتصال لحیم به درستی شکل می‌گیرد، اتصال الکتریکی قابل اطمینان است و پایداری مکانیکی بهینه در طول و پس از فرآیند ریفلو حفظ می‌شود. جهت لحیم‌کاری نسبت به جهت پکیج نیز ممکن است مشخص شود تا از پدیده "تومبستونینگ" (جایی که یک انتها از روی پد بلند می‌شود) جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز

یک پروفایل ریفلو پیشنهادی برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل مرحله پیش‌گرم، زمان مشخص شده بالاتر از نقطه مایع، حداکثر دمای پیک که از 260 درجه سلسیوس تجاوز نکند و زمان در آن دمای پیک که حداکثر به 10 ثانیه محدود شده است، می‌باشد. این پروفایل به گونه‌ای طراحی شده است که تنش حرارتی روی پکیج LED را به حداقل برساند و در عین حال یک اتصال لحیم قابل اطمینان را تضمین کند. تأکید شده است که پروفایل بهینه ممکن است بسته به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و ویژگی‌های کوره متفاوت باشد.

6.2 نگهداری و جابجایی

این LEDها دستگاه‌های حساس به رطوبت (MSL 3) هستند. هنگامی که درون کیسه ضد رطوبت اصلی خود همراه با جاذب رطوبت مهر و موم شده‌اند، در صورت نگهداری در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤90%، عمر قفسه‌ای یک سال دارند. پس از باز کردن کیسه، قطعات باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شوند. توصیه می‌شود فرآیند ریفلو مادون قرمز حداکثر تا یک هفته پس از باز کردن بسته‌بندی تکمیل شود. برای نگهداری بیش از یک هفته خارج از بسته‌بندی اصلی، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای تقریبی 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 20 ساعت است تا رطوبت جذب شده حذف شده و از آسیب "پاپ کورن" در طول 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 توصیه می‌شود. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز پلاستیکی یا مواد پکیج آسیب برسانند.

6.4 احتیاط‌های ESD (تخلیه الکترواستاتیک)

LED نسبت به آسیب ناشی از الکتریسیته ساکن و موج‌های ولتاژ حساس است. کنترل‌های مناسب ESD باید در طول جابجایی و مونتاژ اجرا شوند. این شامل استفاده از مچ‌بندهای زمین‌شده، دستکش‌های ضد استاتیک و اطمینان از زمین‌شدن صحیح تمام تجهیزات و سطوح کار است.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

LTW-482DS5 به صورت بسته‌بندی شده برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شود. قطعات درون نوار حامل برجسته‌ای که عرض آن 8 میلی‌متر است قرار می‌گیرند. این نوار بر روی قرقره‌های استاندارد با قطر 7 اینچ (تقریباً 178 میلی‌متر) پیچیده می‌شود. هر قرقره کامل حاوی 3000 قطعه است. برای مقادیر کمتر از یک قرقره کامل، حداقل مقدار بسته‌بندی برای موجودی باقیمانده 500 قطعه موجود است. بسته‌بندی نوار و قرقره مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است. نوار دارای یک درپوش مهر و موم برای محافظت از قطعات است و محدودیتی برای حداکثر تعداد قطعات مفقوده متوالی در نوار وجود دارد.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 راه‌اندازی LED

LED یک دستگاه جریان‌محور است. رایج‌ترین و پایدارترین روش کار، استفاده از یک منبع جریان ثابت است. اگر از منبع ولتاژ ثابت (مانند پین GPIO میکروکنترلر یا یک ریل تغذیه رگوله شده) استفاده می‌شود، باید یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با LED قرار داده شود. مقدار مقاومت (R) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_supply - VF_LED) / I_desired. به عنوان مثال، برای راه‌اندازی LED در جریان تست معمول 5mA از یک منبع 5V، با فرض VF برابر با 2.8V: R = (5V - 2.8V) / 0.005A = 440 اهم. یک مقاومت استاندارد 470 اهم انتخاب مناسبی خواهد بود. توان نامی مقاومت نیز باید بررسی شود: P = I²R = (0.005)² * 470 = 0.01175W، بنابراین یک مقاومت استاندارد 1/8W (0.125W) بیش از حد کافی است.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان کم است (حداکثر 72 mW)، مدیریت حرارتی مؤثر هنوز برای طول عمر و حفظ خروجی نور مهم است. عملکرد LED با افزایش دمای اتصال آن کاهش می‌یابد. خود PCB به عنوان یک هیت‌سینک عمل می‌کند. اطمینان از مساحت کافی مس متصل به پد حرارتی یا پایه‌های LED و تأمین تهویه در صورت محصور بودن، به دفع گرما کمک می‌کند. از کار کردن LED در حداکثر جریان و دمای مطلق مجاز خود به طور همزمان و برای مدت طولانی خودداری کنید.

8.3 طراحی نوری

زاویه دید 130 درجه یک پرتو بسیار گسترده و پخش ایجاد می‌کند. این برای نورپردازی منطقه‌ای یا نشانگرهای وضعیتی که نیاز است از زوایای دید گسترده‌ای قابل مشاهده باشند ایده‌آل است. برای کاربردهایی که نیاز به پرتو متمرکزتر دارند، اپتیک ثانویه (مانند لنزها یا لوله‌های نوری) باید به صورت خارجی اضافه شوند. لنز زرد نور سفید ساطع شده را فیلتر می‌کند و رنگ خروجی نهایی را به سمت تن‌های گرم‌تر سوق می‌دهد.

9. مقایسه و تمایز فنی

LTW-482DS5 از طریق ترکیب خاص خود از یک چیپ سفید InGaN و یک لنز زرد متمایز می‌شود. در مقایسه با یک LED سفید استاندارد با لنز شفاف، این محصول یک خروجی رنگی متمایز و گرم‌تر ارائه می‌دهد که ممکن است برای نیازهای زیبایی‌شناختی یا عملکردی خاص (مانند تقلید از چراغ‌های نشانگر رشته‌ای) مطلوب باشد. زاویه دید گسترده آن یک ویژگی کلیدی در مقابل LEDهای با زاویه باریک‌تر است که برای نورافکنی استفاده می‌شوند. سیستم باینینگ جامع برای ولتاژ، شدت نور و رنگ، سطحی از یکنواختی را فراهم می‌کند که برای کاربردهای چند LED مهم است و ممکن است در محصولات LED کم‌هزینه یا عمومی به این دقت تعریف نشده باشد. مطابقت آن با استانداردهای قرارگیری خودکار و ریفلو مادون قرمز، آن را به انتخابی قابل اطمینان برای تولید الکترونیک خودکار مدرن تبدیل می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پین میکروکنترلر 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: احتمالاً بله، اما بستگی به ولتاژ مستقیم (VF) LED دارد. اگر VF LED در انتهای پایین محدوده خود باشد (مثلاً 2.6V)، اختلاف ولتاژ 0.7V است. در جریان مطلوب 5mA، این به مقاومتی معادل R = 0.7V / 0.005A = 140 اهم نیاز دارد که امکان‌پذیر است. با این حال، اگر VF LED برابر با 3.1V باشد، اختلاف تنها 0.2V است که به مقاومت 40 اهمی نیاز دارد. در جریان 5mA، افت ولتاژ درون درایور داخلی MCU ممکن است قابل توجه شود و به طور بالقوه از روشن شدن صحیح LED جلوگیری کند یا باعث روشنایی ناهمگن شود. یک مدار درایور (مانند ترانزیستور) برای عملکرد یکنواخت در تمام باین‌های VF قابل اطمینان‌تر است.

س: تفاوت بین "رنگ لنز" و "رنگ منبع" چیست؟

ج: "رنگ منبع" به نوری اشاره دارد که توسط چیپ نیمه‌هادی خودش، قبل از عبور از لنز پکیج، ساطع می‌شود. در اینجا، این یک چیپ سفید InGaN است. "رنگ لنز" رنگ ماده پلاستیکی کپسوله‌کننده‌ای است که گنبد LED را تشکیل می‌دهد. یک لنز زرد به عنوان فیلتر عمل می‌کند، برخی طول‌موج‌ها (مانند آبی) را جذب و برخی دیگر (زرد، قرمز) را عبور می‌دهد که در نهایت منجر به نور ساطع شده نهایی می‌شود که گرم‌تر (زرد/کهربایی‌تر) از خروجی اصلی چیپ سفید به نظر می‌رسد.

س: چرا مشخصه جریان معکوس (IR) مهم است اگر دستگاه برای کار معکوس طراحی نشده است؟

ج: تست IR در درجه اول یک تست کیفیت و قابلیت اطمینان است. یک جریان نشتی معکوس بالا می‌تواند نشان‌دهنده یک نقص در اتصال نیمه‌هادی باشد. علاوه بر این، در طراحی‌های مداری که LED ممکن است در معرض موج‌های ولتاژ معکوس گذرا (حتی به طور مختصر) قرار گیرد، دانستن حداکثر نشتی به طراحی مدارهای محافظتی برای جلوگیری از آسیب یا رفتار غیرمنتظره مدار کمک می‌کند.

س: چگونه کد باین روی بسته‌بندی را تفسیر کنم؟

ج: برچسب بسته‌بندی باید شامل کدهایی برای باین‌های VF، Iv و Hue باشد (مثلاً V3R-S4). این به شما اجازه می‌دهد محدوده عملکرد خاص LEDهای آن دسته را بدانید. برای کاربردهای حیاتی که نیاز به یکنواختی دقیق دارند، می‌توانید کدهای باین دقیق را هنگام سفارش مشخص کنید.

11. مثال‌های کاربردی عملی

مثال 1: نور پس‌زمینه صفحه کلید

در صفحه کلید یک لپ‌تاپ، چندین LED مدل LTW-482DS5 می‌توانند در زیر یک لایه نیمه‌شفاف کلیدها قرار گیرند. زاویه دید گسترده 130 درجه‌ای آنها، نورپردازی یکنواخت در سراسر کی‌پد را تضمین می‌کند. لنز زرد یک نور پس‌زمینه سفید گرم فراهم می‌کند که اغلب نسبت به سفید سرد کمتر خشن در نظر گرفته می‌شود، به ویژه در محیط‌های کم‌نور. طراحان LEDهایی را از باین‌های شدت نور (Iv) و فام (Sx) یکسان انتخاب می‌کنند تا یکنواختی رنگ و روشنایی در سراسر صفحه کلید تضمین شود.

مثال 2: پنل نشانگر وضعیت صنعتی

در یک پنل کنترل برای تجهیزات صنعتی، این LEDها می‌توانند به عنوان نشانگر وضعیت برای "روشن بودن برق" استفاده شوند.