دیتاشیت LED SMD مدل LTST-108KSKT - ابعاد 3.2x2.8x1.9 میلی‌متر - ولتاژ 1.8-2.4 ولت - رنگ زرد - توان 72 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک دیود نورافشان (LED) نصب سطحی (SMD) را ارائه می‌دهد. این قطعه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده است که آن را برای تولید انبوه مناسب می‌سازد. فرم فاکتور مینیاتوری آن برای کاربردهایی که فضا محدودیت بحرانی دارد، ایده‌آل است. LED با استفاده از فناوری نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) ساخته شده است که به دلیل تولید نور با بازدهی بالا در طیف کهربایی تا قرمز شناخته شده است. گونه خاص مورد بحث در اینجا نور زرد ساطع می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED شامل اندازه فشرده، سازگاری با تجهیزات استاندارد اتوماتیک Pick-and-Place و مناسب بودن برای فرآیندهای لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز (IR) است که در تولید الکترونیک مدرن استاندارد هستند. این قطعه مطابق با RoHS بوده و مقررات زیست‌محیطی را رعایت می‌کند. قطعه بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده بر روی قرقره‌های 7 اینچی بسته‌بندی شده است که جابجایی کارآمد در خطوط تولید را تسهیل می‌کند.

کاربردهای هدف آن گسترده است و شامل نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه پنل‌های جلویی و روشنایی سیگنال یا نماد در تجهیزات الکترونیکی مختلف می‌شود. بازارهای مصرف نهایی معمول شامل دستگاه‌های مخابراتی (مانند تلفن‌های بی‌سیم و همراه)، تجهیزات اتوماسیون اداری (مانند لپ‌تاپ‌ها)، سیستم‌های شبکه، لوازم خانگی و تابلوهای داخلی است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

درک کامل مشخصات الکتریکی و نوری برای طراحی صحیح مدار و اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت ضروری است.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدوده‌هایی 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.

• توان تلف شده (Pd):72 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که پکیج LED می‌تواند به صورت حرارت تلف کند بدون آنکه از محدودیت‌های حرارتی آن فراتر رود.
• جریان مستقیم پیوسته (IF):30 میلی‌آمپر DC. حداکثر جریان حالت پایدار قابل اعمال.
• جریان مستقیم پیک:80 میلی‌آمپر. این تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است. فراتر رفتن از ریتینگ جریان DC، حتی به طور مختصر، می‌تواند باعث گرمای بیش از حد شود.
• محدوده دمای کاری:40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیطی که عملکرد قطعه در آن تضمین می‌شود.
• محدوده دمای نگهداری:40- درجه تا 100+ درجه سلسیوس. محدوده دمایی برای نگهداری زمانی که قطعه روشن نیست.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که در Ta=25°C و جریان مستقیم (IF) 20mA اندازه‌گیری شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (Iv):از 180 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 450 میلی‌کاندلا (حداکثر) متغیر است، با یک مقدار معمولی در این محدوده. شدت نور با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با پاسخ فوتوپیک چشم انسان (منحنی CIE) اندازه‌گیری می‌شود.
• زاویه دید (2θ1/2):110 درجه (معمولی). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار اندازه‌گیری شده روی محور مرکزی کاهش می‌یابد. زاویه 110 درجه نشان‌دهنده الگوی دید گسترده است.
• طول موج تابش پیک (λp):تقریباً 591 نانومتر. این طول موجی است که در آن خروجی طیفی قوی‌ترین است.
• طول موج غالب (λd):بین 584.5 نانومتر تا 594.5 نانومتر مشخص شده است. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ (زرد) را تعریف می‌کند. تلرانس هر بین ±1 نانومتر است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):تقریباً 15 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر به معنای نور تک‌رنگ‌تر است.
• ولتاژ مستقیم (VF):در 20mA از 1.8 ولت (حداقل) تا 2.4 ولت (حداکثر) متغیر است. مقدار معمولی در این محدوده قرار دارد. مقاومت محدودکننده جریان باید بر اساس VF واقعی و ولتاژ تغذیه محاسبه شود.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال می‌شود. این قطعه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این پارامتر تنها برای اهداف آزمایشی است.

3. توضیح سیستم رتبه‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. طراحان می‌توانند بین‌های خاصی را برای تطابق با نیازهای کاربردی مشخص کنند.

3.1 رتبه‌بندی ولتاژ مستقیم (VF)

واحد: ولت در 20mA. تلرانس هر بین: ±0.10 ولت.

• بین D2:1.8 ولت (حداقل) تا 2.0 ولت (حداکثر)
• بین D3:2.0 ولت (حداقل) تا 2.2 ولت (حداکثر)
• بین D4:2.2 ولت (حداقل) تا 2.4 ولت (حداکثر)

3.2 رتبه‌بندی شدت نور (Iv)

واحد: میلی‌کاندلا (mcd) در 20mA. تلرانس هر بین: ±11%.

• بین S1:180 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 224 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• بین S2:224 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 280 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• بین T1:280 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 355 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• بین T2:355 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 450 میلی‌کاندلا (حداکثر)

3.3 رتبه‌بندی طول موج غالب (WD)

واحد: نانومتر (nm) در 20mA. تلرانس هر بین: ±1 نانومتر.

• بین H:584.5 نانومتر (حداقل) تا 587.0 نانومتر (حداکثر)
• بین J:587.0 نانومتر (حداقل) تا 589.5 نانومتر (حداکثر)
• بین K:589.5 نانومتر (حداقل) تا 592.0 نانومتر (حداکثر)
• بین L:592.0 نانومتر (حداقل) تا 594.5 نانومتر (حداکثر)

یک شماره قطعه کامل معمولاً شامل کدهایی برای بین‌های VF، Iv و WD است (مثلاً LTST-108KSKT-D3T1K).

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینش عمیق‌تری از رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

4.1 مشخصه جریان در مقابل ولتاژ (I-V)

منحنی I-V برای یک LED از جنس AlInGaP نشان‌دهنده یک ولتاژ مستقیم نسبتاً پایدار است که با افزایش دمای اتصال کمی افزایش می‌یابد. منحنی در نزدیکی ولتاژ روشن‌شدن نمایی است و در جریان‌های بالاتر خطی‌تر می‌شود. طراحان از این برای تعیین مقاومت دینامیکی و مدل‌سازی تلفات توان استفاده می‌کنند.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

این رابطه عموماً در محدوده جریان کاری توصیه شده (تا 30mA) خطی است. افزایش جریان، خروجی نور را افزایش می‌دهد، اما تولید حرارت را نیز افزایش می‌دهد. کارکرد فراتر از مقادیر حداکثر مطلق منجر به افت بازدهی (کاهش خروجی نور بر وات) و تخریب تسریع‌شده می‌شود.

4.3 توزیع طیفی

منحنی خروجی طیفی حول 591 نانومتر (پیک) با نیم‌عرض معمولی 15 نانومتر متمرکز است. طول موج غالب، که رنگ درک شده را تعریف می‌کند، در محدوده بین‌بندی شده قرار خواهد گرفت (مثلاً 589.5-592.0 نانومتر برای بین K). طیف نسبتاً باریک است که مشخصه مواد AlInGaP است و منجر به رنگ زرد اشباع‌شده می‌شود.

4.4 وابستگی به دما

پارامترهای کلیدی تحت تأثیر دما قرار می‌گیرند:

• ولتاژ مستقیم (VF):با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. این یک ضریب دمایی منفی دارد، معمولاً حدود 2- میلی‌ولت بر درجه سلسیوس برای AlInGaP.
• شدت نور (Iv):همچنین با افزایش دما کاهش می‌یابد. منحنی کاهش ریتینگ برای کاربردهایی که در دمای محیط بالا کار می‌کنند برای اطمینان از روشنایی کافی مهم است.
• طول موج غالب (λd):ممکن است با دما کمی جابجا شود، معمولاً به سمت طول موج‌های بلندتر (انتقال به قرمز).

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج

LED در یک پکیج استاندارد نصب سطحی قرار دارد. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر) عبارتند از:

• طول: 3.2 میلی‌متر (تلرانس ±0.2 میلی‌متر)
• عرض: 2.8 میلی‌متر (تلرانس ±0.2 میلی‌متر)
• ارتفاع: 1.9 میلی‌متر (تلرانس ±0.2 میلی‌متر)

برای فاصله پدها، شکل لنز و علامت شناسایی کاتد/آند باید به نقشه‌های مکانیکی دقیق مراجعه شود. کاتد معمولاً با یک علامت سبز روی پکیج یا یک گوشه پخ‌خورده نشان داده می‌شود.

5.2 الگوی پیشنهادی پد PCB

برای لحیم‌کاری قابل اطمینان، طراحی پد PCB حیاتی است. الگوی پیشنهادی شامل دو پد مستطیلی برای آند و کاتد است که به اندازه‌ای طراحی شده‌اند که فیله لحیم کافی برای استحکام مکانیکی و اتصال الکتریکی فراهم کنند و در عین حال از پل زدن لحیم جلوگیری کنند. طراحی پد برای فرآیندهای لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز و فاز بخار بهینه شده است.

5.3 بسته‌بندی نوار و قرقره

قطعات در نوار حامل برجسته‌دار با یک نوار پوشش محافظ عرضه می‌شوند. مشخصات کلیدی:

• عرض نوار حامل: 8 میلی‌متر
• قطر قرقره: 7 اینچ (178 میلی‌متر)
• تعداد در هر قرقره: 4000 عدد
• حداقل مقدار سفارش: 500 عدد برای قرقره‌های باقی‌مانده
• فاصله پاکت‌ها: مطابق نقشه ابعادی
• استانداردها: مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری بازجریانی IR (فاقد سرب)

این قطعه با فرآیندهای لحیم‌کاری فاقد سرب (Pb-free) سازگار است. یک پروفیل بازجریانی توصیه شده، مطابق با J-STD-020، شامل موارد زیر است:

• پیش‌گرم:از دمای محیط تا 150-200 درجه سلسیوس در حداکثر 120 ثانیه افزایش یابد.
• خیساندن/فعال‌سازی:بین 150-200 درجه سلسیوس حفظ شود تا فعال‌سازی فلاکس و تعادل دما امکان‌پذیر شود.
• بازجریان:افزایش تا دمای پیک که از 260 درجه سلسیوس تجاوز نکند. زمان بالای 217 درجه سلسیوس (دمای مایع شدن لحیم SnAgCu) باید کنترل شود.
• خنک‌سازی:فاز خنک‌سازی کنترل‌شده.

پروفیل خاص باید برای مونتاژ واقعی PCB، با در نظر گرفتن ضخامت برد، تراکم قطعات و مشخصات خمیر لحیم، مشخص شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار رود:

• دمای هویه: حداکثر 300 درجه سلسیوس.
• زمان لحیم‌کاری هر پایه: حداکثر 3 ثانیه.
• تعداد تلاش: تنها یک بار تلاش لحیم‌کاری برای هر پد توصیه می‌شود تا از تنش حرارتی جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم، تنها باید از حلال‌های مشخص شده استفاده شود تا از آسیب به لنز پلاستیکی یا پکیج جلوگیری گردد. تمیزکننده‌های قابل قبول شامل الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل است. LED باید در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. باید از تمیزکننده‌های شیمیایی خشن اجتناب کرد.

7. احتیاط‌های نگهداری و جابجایی

7.1 حساسیت به رطوبت

پکیج پلاستیکی LED به رطوبت حساس است. همانطور که در یک کیسه مهر و موم شده ضد رطوبت (MBB) همراه با جاذب رطوبت تحویل داده می‌شود، در صورت نگهداری در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤70%، عمر مفید آن یک سال است. پس از باز کردن کیسه اصلی، قطعات در معرض رطوبت محیط قرار می‌گیرند.

7.2 عمر مفید در محیط کار و پخت

• عمر مفید در محیط کار:پس از باز کردن MBB، قطعات باید در عرض 168 ساعت (7 روز) تحت شرایط ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% تحت فرآیند لحیم‌کاری بازجریانی IR قرار گیرند.
• نگهداری طولانی‌مدت:برای نگهداری بیش از 168 ساعت خارج از MBB، قطعات باید در یک ظرف دربسته همراه با جاذب رطوبت یا در یک دسیکاتور نیتروژن نگهداری شوند.
• پخت:اگر عمر مفید 168 ساعته در محیط کار سپری شود، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت است تا رطوبت جذب شده خارج شده و از "ترکیدن" (ترک خوردن پکیج در حین بازجریان) جلوگیری شود. شرایط پخت توصیه شده: 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 48 ساعت.

8. ملاحظات طراحی کاربردی

8.1 محدود کردن جریان

یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان مستقیم به یک مقدار ایمن الزامی است، معمولاً 20mA برای عملکرد بهینه و طول عمر. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (ولتاژ_منبع - VF_LED) / جریان_مورد_نظر. همیشه از حداکثر VF موجود در دیتاشیت (2.4V) برای طراحی بدترین حالت استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان از محدودیت‌ها فراتر نمی‌رود.

8.2 مدیریت حرارتی

اگرچه تلفات توان کم است (حداکثر 72 میلی‌وات)، طراحی حرارتی مناسب عمر LED را افزایش داده و روشنایی را حفظ می‌کند. اطمینان حاصل کنید که PCB مساحت مسی کافی متصل به پدهای LED دارد تا به عنوان هیت سینک عمل کند. از قرار دادن LED در نزدیکی سایر قطعات تولیدکننده حرارت خودداری کنید. برای کاربردهای با دمای محیط بالا، حداکثر جریان مستقیم را کاهش دهید.

8.3 طراحی نوری

زاویه دید گسترده 110 درجه‌ای آن را برای کاربردهایی که نیاز به دید گسترده دارند مناسب می‌سازد. برای نور متمرکز یا جهت‌دار، ممکن است به اپتیک ثانویه (لنزها، راهنماهای نور) نیاز باشد. لنز شفاف آب‌مانند اجازه می‌دهد رنگ زرد ذاتی چیپ AlInGaP مستقیماً دیده شود.

9. مقایسه و تمایز

در مقایسه با سایر فناوری‌های LED زرد:

• در مقابل GaAsP سنتی:AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتر و پایداری دمایی بهتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی نور روشن‌تر و یکنواخت‌تر می‌شود.
• در مقابل زرد/سفید تبدیل شده با فسفر:این یک نیمه‌هادی با تابش مستقیم است، بنابراین طیف باریک‌تری دارد (رنگ اشباع‌شده‌تر) و از تخریب فسفر در طول زمان رنج نمی‌برد.
• مزیت کلیدی:ترکیب فوت‌پرینت استاندارد پکیج EIA، سازگاری با بازجریان فاقد سرب و روشنایی بالا در اندازه مینیاتوری، آن را به انتخابی همه‌کاره برای الکترونیک مدرن تبدیل می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

10.1 تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

طول موج پیک (λp) طول موج فیزیکی است که LED بیشترین توان نوری را در آن ساطع می‌کند. طول موج غالب (λd) یک مقدار محاسبه‌شده بر اساس سیستم رنگ‌سنجی CIE است که طول موج واحدی را نشان می‌دهد که چشم انسان به عنوان رنگ درک می‌کند. برای یک منبع تک‌رنگ مانند این LED زرد، آن‌ها نزدیک اما یکسان نیستند. طراحانی که نگران تطابق رنگ هستند باید از بین طول موج غالب استفاده کنند.

10.2 آیا می‌توانم این LED را بدون مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی کنم؟

خیر. LED یک دیود با مشخصه I-V غیرخطی است. اتصال مستقیم آن به یک منبع ولتاژ که از ولتاژ مستقیم آن بیشتر است، باعث افزایش کنترل‌نشده جریان شده و به سرعت از حداکثر ریتینگ فراتر رفته و قطعه را از بین می‌برد. همیشه به یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت نیاز است.

10.3 چرا الزامات نگهداری و پخت وجود دارد؟

اپوکسی پلاستیکی مورد استفاده در پکیج LED می‌تواند رطوبت هوا را جذب کند. در طی فرآیند لحیم‌کاری بازجریانی با دمای بالا، این رطوبت محبوس شده می‌تواند به سرعت تبخیر شود و فشار داخلی ایجاد کند که می‌تواند باعث لایه‌لایه شدن پکیج یا ترک خوردن دی ("ترکیدن") شود. روش‌های نگهداری و پخت، محتوای رطوبت را کنترل می‌کنند تا از این حالت خرابی جلوگیری شود.

11. مثال کاربردی عملی

سناریو:طراحی یک نشانگر وضعیت برای یک دستگاه قابل حمل که با ولتاژ 3.3 ولت تغذیه می‌شود.

1. انتخاب جریان:20mA را برای تعادل خوب بین روشنایی و مصرف توان انتخاب کنید.
2. محاسبه مقاومت:با استفاده از بدترین حالت VF (حداکثر) = 2.4 ولت. R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 اهم. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد 47 اهم است. محاسبه مجدد جریان واقعی: I = (3.3V - 2.2V_معمولی) / 47 = ~23.4mA (ایمن).
3. چیدمان PCB:مقاومت 47Ω را نزدیک به LED قرار دهید. از الگوی پد پیشنهادی استفاده کنید. یک مساحت کوچک مسی در زیر LED برای دفع حرارت فراهم کنید.
4. تولید:اطمینان حاصل کنید که کارخانه مونتاژ دستورالعمل‌های پروفیل بازجریان فاقد سرب را دنبال می‌کند. قرقره‌های باز شده را در صورت عدم استفاده در عرض 168 ساعت در یک کابینت خشک نگهداری کنید.

12. معرفی اصل فنی

این LED بر اساس ماده نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) رشد یافته بر روی یک زیرلایه است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. در یک نیمه‌هادی با گاف مستقیم مانند AlInGaP، این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود که در فرآیند رشد کریستال با تنظیم نسبت‌های آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفر مهندسی می‌شود. لنز اپوکسی شفاف آب‌مانند، چیپ را کپسوله می‌کند، محافظت مکانیکی را فراهم می‌کند، خروجی نور را شکل می‌دهد و استخراج نور را بهبود می‌بخشد.

13. روندهای صنعت

روند در LEDهای SMD برای کاربردهای نشانگر به سمت بازدهی بالاتر (خروجی نور بیشتر بر میلی‌آمپر)، اندازه پکیج کوچک‌تر برای افزایش انعطاف‌پذیری طراحی و قابلیت اطمینان بهبود یافته تحت شرایط سخت (دمای بالاتر، رطوبت) ادامه دارد. همچنین تمرکز بر تلرانس‌های بینینگ تنگ‌تر برای رنگ و روشنایی برای دستیابی به نتایج زیبایی‌شناختی یکنواخت‌تر در محصولات مصرفی وجود دارد. تلاش برای مینیاتوری‌سازی، توسعه LEDهای پکیج در مقیاس چیپ (CSP) را پیش می‌برد، اگرچه پکیج‌های استاندارد مانند این مورد به دلیل فرآیندهای تولید بالغ و سازگاری با زیرساخت مونتاژ موجود، برای کاربردهای حساس به هزینه و با حجم بالا غالب باقی می‌مانند.