دیتاشیت LED SMD مدل LTST-B680VSKT - نور زرد AlInGaP - 20mA - 120mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTST-B680VSKT یک دیود نورافشان (LED) نصب سطحی (SMD) است که برای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده است. این قطعه متعلق به خانواده ال‌ای‌دی‌های مینیاتوری مناسب برای کاربردهای با محدودیت فضا می‌باشد. این قطعه از ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) برای تولید نور زرد استفاده می‌کند که در یک پکیج لنز شفاف آبکی محصور شده است. اهداف اصلی طراحی آن، سازگاری با فرآیندهای تولید انبوه و قابلیت اطمینان در محیط‌های الکترونیکی مختلف است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای کلیدی این ال‌ای‌دی شامل مطابقت با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) است که آن را برای الکترونیک مدرن سازگار با محیط زیست می‌سازد. این قطعه بر روی نوار 8 میلی‌متری پیچیده شده روی قرقره‌های با قطر 7 اینچ بسته‌بندی می‌شود که یک فرمت استاندارد (EIA) سازگار با تجهیزات اتوماتیک Pick-and-Place است. این ویژگی به طور قابل توجهی خطوط مونتاژ را ساده می‌کند. همچنین این قطعه برای سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) طراحی شده است که روش اصلی اتصال قطعات SMD می‌باشد. بازارهای هدف اصلی آن تجهیزات مخابراتی، دستگاه‌های اتوماسیون اداری، لوازم خانگی، سیستم‌های کنترل صنعتی و کاربردهای تابلو یا نمایشگر داخلی هستند که در آن‌ها به نورپردازی نشانگر فشرده و قابل اطمینان نیاز است.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

این بخش تحلیل مفصلی از محدودیت‌های عملیاتی و ویژگی‌های عملکرد ال‌ای‌دی تحت شرایط استاندارد ارائه می‌دهد.

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

ریتینگ‌های حداکثر مطلق، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این ریتینگ‌ها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند. حداکثر جریان مستقیم پیوسته DC (IF) برابر 50 میلی‌آمپر است. برای کار پالسی، یک جریان مستقیم پیک 80 میلی‌آمپر تحت یک چرخه کاری دقیق 1/10 با عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است. حداکثر ولتاژ معکوس (VR) قابل اعمال 5 ولت است. این قطعه می‌تواند تا 120 میلی‌وات توان تلف کند. محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی از 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس مشخص شده است که نشان‌دهنده استحکام برای استفاده در محیط‌های سخت است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها تحت شرایط عملیاتی معمول (Ta=25°C, IF=20mA) اندازه‌گیری شده و نمایانگر عملکرد مورد انتظار هستند. شدت نور (Iv) محدوده معمولی از 900 میلی‌کاندلا (mcd) تا 1800 میلی‌کاندلا دارد که نشان‌دهنده خروجی روشن مناسب برای اهداف نشانگر است. زاویه دید (2θ1/2) 120 درجه است که یک الگوی پرتو بسیار گسترده ارائه می‌دهد. طول موج اوج تابش (λp) معمولاً 591 نانومتر است که در محدوده زرد طیف مرئی قرار می‌گیرد. طول موج غالب (λd)، که رنگ درک شده را تعریف می‌کند، بین 584.0 نانومتر تا 594.0 نانومتر مشخص شده است. ولتاژ مستقیم (VF) در 20mA از حداقل 1.8 ولت تا حداکثر 2.4 ولت متغیر است که یک مقدار معمولی در این محدوده تلویحاً در نظر گرفته می‌شود. جریان معکوس (IR) بسیار کم است، با حداکثر 10 میکروآمپر در بایاس معکوس 5 ولت.

3. توضیح سیستم رتبه‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات در تولید انبوه، ال‌ای‌دی‌ها بر اساس عملکرد در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای آستانه خاص برای کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 رتبه ولتاژ مستقیم (Vf)

ال‌ای‌دی‌ها بر اساس افت ولتاژ مستقیم آن‌ها در 20mA دسته‌بندی می‌شوند. این دسته‌ها عبارتند از: D2 (1.80V - 2.00V)، D3 (2.00V - 2.20V) و D4 (2.20V - 2.40V). یک تلرانس ±0.1V برای هر دسته اعمال می‌شود. انتخاب ال‌ای‌دی‌ها از یک دسته Vf یکسان به حفظ یکنواختی جریان کمک می‌کند زمانی که چندین ال‌ای‌دی به صورت موازی از یک منبع ولتاژ مشترک راه‌اندازی می‌شوند.

3.2 رتبه شدت نور (Iv)

خروجی نوری در سه دسته دسته‌بندی می‌شود: V2 (900 - 1120 mcd)، W1 (1120 - 1400 mcd) و W2 (1400 - 1800 mcd). یک تلرانس ±11% برای هر دسته شدت اعمال می‌شود. این رتبه‌بندی برای کاربردهایی که نیاز به سطوح روشنایی یکنواخت در چندین نشانگر دارند، حیاتی است.

3.3 رتبه طول موج غالب (Wd)

رنگ (طول موج غالب) در چهار دسته مرتب می‌شود: H (584.0 - 586.5 nm)، J (586.5 - 589.0 nm)، K (589.0 - 591.5 nm) و L (591.5 - 594.0 nm). هر دسته دارای تلرانس ±1 نانومتر است. این امر ثبات رنگ را تضمین می‌کند که برای نمایشگرهای چند ال‌ای‌دی یا نشانگرهای وضعیتی که تطابق رنگ در آن‌ها مهم است، حیاتی می‌باشد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، مفاهیم آن‌ها در اینجا توصیف می‌شود. منحنی‌های معمولی شامل رابطه بین جریان مستقیم (IF) و ولتاژ مستقیم (VF) می‌شود که مشخصه نمایی I-V دیود را نشان می‌دهد. یک منحنی کلیدی دیگر، شدت نور نسبی را در برابر دمای محیط ترسیم می‌کند که معمولاً کاهش خروجی را با افزایش دما نشان می‌دهد. یک منحنی توزیع طیفی، پهنای باند باریک تابش نور را حول 591 نانومتر نشان می‌دهد که مشخصه فناوری AlInGaP است و منجر به رنگ زرد اشباع شده می‌شود.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

این ال‌ای‌دی در یک پکیج استاندارد SMD عرضه می‌شود. رنگ لنز شفاف آبکی است و رنگ منبع نور از چیپ AlInGaP، زرد می‌باشد. تمام ابعاد پکیج بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.2 میلی‌متر ارائه شده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. دیتاشیت شامل نقشه‌های ابعادی دقیق برای خود ال‌ای‌دی، طرح پیشنهادی پد اتصال PCB برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز یا فاز بخار، و بسته‌بندی (ابعاد نوار و قرقره) می‌باشد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل ریفلو IR توصیه شده

برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب، یک پروفایل ریفلو مطابق با استاندارد J-STD-020B توصیه می‌شود. پارامترهای کلیدی شامل دمای پیش‌گرم بین 150 تا 200 درجه سلسیوس، زمان پیش‌گرم حداکثر تا 120 ثانیه و حداکثر دمای بدنه پکیج که از 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 10 ثانیه تجاوز نکند، می‌باشد. توجه به این نکته حیاتی است که پروفایل بهینه به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و فر مورد استفاده بستگی دارد.

6.2 شرایط نگهداری

کیف‌های ضد رطوبت بازنشده حاوی جاذب رطوبت باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شوند، با عمر مفید توصیه شده یک سال. پس از باز شدن بسته‌بندی اصلی، ال‌ای‌دی‌ها باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شوند. اکیداً توصیه می‌شود فرآیند ریفلو IR در عرض 168 ساعت (7 روز) پس از باز کردن بسته‌بندی تکمیل شود. برای نگهداری فراتر از این دوره، پخت در حدود 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 48 ساعت قبل از لحیم‌کاری برای حذف رطوبت جذب شده و جلوگیری از آسیب \"پاپ کورن\" در حین ریفلو ضروری است.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های الکلی مشخص شده مانند اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل استفاده شود. ال‌ای‌دی باید در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. باید از تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص اجتناب کرد زیرا ممکن است به مواد پکیج آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

بسته‌بندی استاندارد، نوار 8 میلی‌متری روی قرقره‌های با قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) است. یک قرقره استاندارد 13 اینچی حاوی 8000 قطعه می‌باشد. حداقل مقدار سفارش برای باقیمانده‌ها 500 قطعه است. بسته‌بندی از مشخصات ANSI/EIA 481 پیروی می‌کند و حداکثر دو قطعه مفقود متوالی (جیب خالی) در نوار مجاز است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

ال‌ای‌دی‌ها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای عملکرد قابل اطمینان و روشنایی یکنواخت هنگام راه‌اندازی چندین ال‌ای‌دی به صورت موازی، استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه به صورت سری با هر ال‌ای‌دی ضروری است. این امر تغییرات جزئی در ولتاژ مستقیم (Vf) هر قطعه را جبران می‌کند و از پدیده \"جریان‌دزدی\" جلوگیری می‌کند که در آن یک ال‌ای‌دی جریان بیشتری می‌کشد و روشن‌تر به نظر می‌رسد در حالی که بقیه کم‌نور هستند. یک مدار ساده با مقاومت سری، روش راه‌اندازی توصیه شده و قابل اطمینان‌ترین است.

8.2 ملاحظات طراحی

طراحان باید مدیریت حرارتی را در نظر بگیرند. در حالی که دستگاه می‌تواند تا 100 درجه سلسیوس کار کند، خروجی نوری با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. برای کاربردهای با جریان بالا یا دمای محیط بالا، ممکن است مساحت کافی مس PCB یا وایاهای حرارتی ضروری باشد. زاویه دید گسترده 120 درجه ای، این ال‌ای‌دی را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که نشانگر نیاز به دیده شدن از محدوده وسیعی از موقعیت‌ها دارد، اما برای کاربردهای پرتو متمرکز مناسب نیست.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند فسفید گالیم (GaP)، ال‌ای‌دی‌های AlInGaP بازدهی بالاتر و خروجی روشن‌تری برای رنگ‌ها در محدوده قرمز تا زرد ارائه می‌دهند. لنز شفاف آبکی، در مقابل یک لنز پخش‌کننده یا رنگی، بالاترین خروجی نور ممکن از چیپ را فراهم می‌کند و شدت نور را به حداکثر می‌رساند. ترکیب پکیج استاندارد EIA، بسته‌بندی نوار و قرقره و سازگاری با ریفلو IR، این قطعه را برای تولید الکترونیک مدرن و خودکار بسیار مناسب می‌سازد و مزایایی در هزینه و سرعت مونتاژ نسبت به ال‌ای‌دی‌های ترو-هول ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را مستقیماً از منبع تغذیه منطقی 3.3V یا 5V راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: خیر. شما همیشه باید از یک مقاومت محدودکننده جریان سری استفاده کنید. مقدار مقاومت مورد نیاز را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_supply - Vf_LED) / I_desired. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5V، Vf برابر 2.2V و جریان مورد نظر 20mA، R = (5 - 2.2) / 0.02 = 140 اهم.

سوال: چرا یک سیستم بینینگ برای Vf، Iv و Wd وجود دارد؟

پاسخ: تولید نیمه‌هادی دارای تغییرات طبیعی است. بینینگ قطعات را در گروه‌های عملکردی دسته‌بندی می‌کند و به طراحان اجازه می‌دهد سطح ثبات مورد نیاز برای کاربرد خود را انتخاب کنند و در نتیجه رفتار قابل پیش‌بینی در محصول نهایی را تضمین می‌کنند.

سوال: اگر از ریتینگ‌های حداکثر مطلق فراتر بروم چه اتفاقی می‌افتد؟

پاسخ: فراتر رفتن از این محدودیت‌ها، حتی برای یک لحظه، می‌تواند باعث آسیب فوری یا نهفته شود، عمر مفید را کاهش دهد یا باعث خرابی فاجعه‌بار شود. همیشه با حاشیه ایمنی طراحی کنید.

11. مثال موردی کاربردی

طراحی یک پنل کنترل برای یک دستگاه صنعتی با چندین نشانگر وضعیت زرد را در نظر بگیرید. طراح ال‌ای‌دی‌ها را از دسته شدت نور W1 (1120-1400 mcd) و دسته طول موج K (589.0-591.5 nm) انتخاب می‌کند تا روشنایی و رنگ یکنواخت را تضمین کند. ال‌ای‌دی‌ها با طرح پد توصیه شده روی PCB قرار می‌گیرند. یک پین GPIO میکروکنترلر، که به عنوان خروجی درین-باز پیکربندی شده است، هر ال‌ای‌دی را از طریق یک مقاومت سری 150 اهمی متصل به ریل 3.3V راه‌اندازی می‌کند. این تنظیم تقریباً 18mA جریان فراهم می‌کند ((3.3V - 2.2V)/150Ω ≈ 7.3mA، نیاز به محاسبه مجدد برای Vf واقعی دارد) و عملکرد قابل اطمینان در محدوده مشخصات را تضمین می‌کند. پنل با استفاده از فرآیند ریفلو IR با پروفایلی که از دستورالعمل‌های دیتاشیت پیروی می‌کند، مونتاژ می‌شود.

12. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

یک ال‌ای‌دی یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از آستانه دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n با حفره‌های ناحیه نوع p درون لایه فعال (در این مورد، ساخته شده از AlInGaP) بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گپ نواری ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. AlInGaP دارای گپ نواری متناظر با نور در مناطق طیفی قرمز، نارنجی، کهربایی و زرد است.

13. روندهای فناوری

روند کلی در فناوری ال‌ای‌دی SMD به سمت بازده نوری هرچه بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی)، بهبود بازتولید رنگ و اشباع، و افزایش چگالی توان در پکیج‌های کوچک‌تر است. همچنین تلاش مداومی برای قابلیت اطمینان بالاتر و طول عمر عملیاتی بیشتر وجود دارد. علاوه بر این، ادغام با الکترونیک کنترل، مانند تنظیم‌کننده‌های جریان داخلی یا درایورهای مدولاسیون عرض پالس (PWM)، در پکیج‌های پیشرفته ال‌ای‌دی رایج‌تر می‌شود، اگرچه دستگاه توصیف شده در اینجا یک قطعه گسسته و پایه است.