دیتاشیت فنی LED SMD مدل LTST-M140KSKT - زرد AlInGaP - 30mA - 72mW

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات فنی کامل LED مدل LTST-M140KSKT را ارائه می‌دهد که یک دیود نورافشان نصب‌سطحی (SMD) است. این قطعه متعلق به خانواده‌ای از LEDهاست که برای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده‌اند و دارای ابعاد مینیاتوری و پیکربندی مناسب برای کاربردهای با محدودیت فضا هستند. این LED از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تولید نور زرد استفاده می‌کند که در یک پکیج لنز شفاف آبکی محصور شده است.

فلسفه طراحی هسته بر سازگاری با ساخت الکترونیک مدرن در حجم بالا متمرکز است. این قطعه به گونه‌ای طراحی شده که با تجهیزات اتوماتیک Pick-and-Place سازگار بوده و می‌تواند پروفیل حرارتی فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) را تحمل کند و آن را برای خطوط تولید بهینه ایده‌آل می‌سازد.

بازارها و کاربردهای هدف گسترده هستند که نشان‌دهنده تطبیق‌پذیری و قابلیت اطمینان قطعه است. کاربردهای اصلی شامل نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه پنل‌های جلویی، و روشنایی سیگنال یا نماد در تجهیزات مخابراتی، دستگاه‌های اتوماسیون اداری، لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی متنوع می‌شود.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

مقادیر حداکثر مطلق محدودیت‌های تنشی 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. حداکثر جریان مستقیم پیوسته (DC) 30 میلی‌آمپر است. در شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه، قطعه می‌تواند جریان مستقیم پیک 80 میلی‌آمپر را تحمل کند. حداکثر ولتاژ معکوس مجاز اعمال شده روی LED برابر 5 ولت است. تلفات توان کل نباید از 72 میلی‌وات تجاوز کند. قطعه برای کار در محدوده دمایی 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس درجه‌بندی شده و می‌تواند در محیط‌هایی با دمای 40- تا 100+ درجه سلسیوس نگهداری شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

عملکرد الکتریکی و نوری معمول در دمای محیط Ta=25°C و با جریان مستقیم (IF) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شود که شرایط تست استاندارد است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• شار نوری (Φv):از حداقل 0.42 لومن (lm) تا حداکثر معمول 1.35 لومن متغیر است. این پارامتر کل توان نور ساطع شده قابل درک را اندازه‌گیری می‌کند.
• شدت روشنایی (Iv):متناظر با شار نوری است، با حداقل 140 میلی‌کاندلا (mcd) و حداکثر معمول 450 میلی‌کاندلا. شدت روشنایی در امتداد محور مرکزی اندازه‌گیری می‌شود.
• زاویه دید (2θ1/2):زاویه کامل‌ای که در آن شدت روشنایی نصف مقدار محوری است، معمولاً 120 درجه می‌باشد که نشان‌دهنده الگوی دید وسیع است.
• طول موج پیک (λP):طول موجی که در آن تابش طیفی قوی‌ترین است، معمولاً 591 نانومتر (nm) می‌باشد.
• طول موج غالب (λd):طول موج واحدی که رنگ درک شده را تعریف می‌کند، بین 584.5 نانومتر تا 594.5 نانومتر مشخص شده است که تضمین‌کننده رنگ زرد یکنواخت است.
• عرض نیم‌خط طیفی (Δλ):معمولاً 15 نانومتر، که خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع شده را توصیف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (VF):در جریان 20 میلی‌آمپر از 1.8 ولت تا 2.4 ولت متغیر است، با تلرانس ±0.1 ولت برای قطعات باین شده.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر (μA) هنگامی که بایاس معکوس 5 ولت اعمال می‌شود.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (باین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ ولتاژ مستقیم (VF)

LEDها در جریان 20 میلی‌آمپر در سه باین ولتاژ (D2, D3, D4) دسته‌بندی می‌شوند. باین D2 محدوده 1.8V تا 2.0V، باین D3 محدوده 2.0V تا 2.2V و باین D4 محدوده 2.2V تا 2.4V را پوشش می‌دهد. هر باین تلرانس ±0.1V دارد. انتخاب باین ولتاژ تنگ‌تر می‌تواند در طراحی مدارهای درایور یکنواخت‌تر کمک کند، به ویژه هنگامی که چندین LED به صورت سری متصل شده‌اند.

3.2 باینینگ شار نوری و شدت روشنایی

خروجی نوری در پنج کد اصلی (C2, D1, D2, E1, E2) باین می‌شود. به عنوان مثال، باین C2 شار نوری بین 0.42 لومن تا 0.54 لومن (متناظر با 140-180 میلی‌کاندلا) را مشخص می‌کند، در حالی که باین با بالاترین خروجی، E2، محدوده 1.07 لومن تا 1.35 لومن (355-450 میلی‌کاندلا) را پوشش می‌دهد. تلرانس هر باین شدت روشنایی ±11% است. این باینینگ برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی یکنواخت در چندین نشانگر یا آرایه‌های نور پس‌زمینه دارند، حیاتی است.

3.3 باینینگ رنگ (طول موج غالب)

طول موج غالب، که سایه دقیق رنگ زرد را تعریف می‌کند، در چهار دسته باین می‌شود: H (584.5-587.0 نانومتر)، J (587.0-589.5 نانومتر)، K (589.5-592.0 نانومتر) و L (592.0-594.5 نانومتر). هر باین تلرانس ±1 نانومتر دارد. این امر امکان تطبیق رنگ دقیق را در کاربردهایی که به تن‌های زرد خاصی نیاز است، مانند چراغ‌های راهنمایی یا نشانگرهای وضعیت خاص، فراهم می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند، منحنی‌های عملکرد معمول برای چنین LEDهایی بینش‌های طراحی ضروری را ارائه می‌دهند. این منحنی‌ها عموماً شامل موارد زیر هستند:

• منحنی جریان بر حسب ولتاژ (I-V):رابطه نمایی بین ولتاژ مستقیم و جریان را نشان می‌دهد. این منحنی برای تعیین نقطه کار و طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• منحنی شدت روشنایی بر حسب جریان مستقیم (I-L):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در محدوده کاری توصیه شده یک رابطه تقریباً خطی است. این منحنی در انتخاب جریان درایور برای روشنایی مورد نظر کمک می‌کند.
• منحنی شدت روشنایی بر حسب دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد. درک این کاهش رتبه (دری‌تینگ) برای کاربردهایی که در محیط‌های با دمای بالا کار می‌کنند، حیاتی است.
• منحنی توزیع طیفی:شدت نسبی را بر حسب طول موج ترسیم می‌کند، که پیک در حدود 591 نانومتر و عرض نیم‌خط 15 نانومتری را نشان می‌دهد و تابش تک‌رنگ زرد را تأیید می‌کند.
• الگوی زاویه دید:یک نمودار قطبی که توزیع زاویه‌ای شدت نور را نشان می‌دهد، که معمولاً زاویه دید 120 درجه را با الگوی تابش لامبرتی یا مشابه تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

این LED در یک پکیج استاندارد SMD عرضه می‌شود. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس عمومی ±0.2 میلی‌متر ارائه شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. دیتاشیت شامل یک نقشه مکانیکی دقیق است که نمای بالا، نمای جانبی و فوت‌پرینت را نشان می‌دهد، شامل ابعاد کلیدی مانند طول، عرض، ارتفاع بدنه و موقعیت و اندازه پدهای لحیم‌کاری.

5.2 طراحی پد و شناسایی قطبیت

یک الگوی پد PCB توصیه شده (پد اتصال) برای هر دو فرآیند لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز و فاز بخار ارائه شده است. این الگو برای تشکیل اتصال لحیم قابل اطمینان و پایداری مکانیکی بهینه شده است. قطعه دارای نشانه‌های قطبیت است که معمولاً توسط یک نشانگر کاتد روی خود پکیج (مانند یک شکاف، نقطه یا پایه بریده شده) نشان داده می‌شود. جهت‌دهی صحیح ضروری است زیرا LEDها دیود هستند و فقط اجازه عبور جریان در یک جهت را می‌دهند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

دیتاشیت یک پروفیل ریفلو IR پیشنهادی مطابق با استاندارد J-STD-020B برای فرآیندهای بدون سرب ارائه می‌دهد. پارامترهای کلیدی شامل یک ناحیه پیش‌گرم، افزایش کنترل‌شده تا دمای پیک و یک فاز خنک‌کننده کنترل‌شده است. حداکثر دمای پیک توصیه شده 260 درجه سلسیوس است، با زمان بالای 217 درجه سلسیوس (دمای لیکوئیدوس برای لحیم بدون سرب معمولی) که به دقت کنترل می‌شود تا از آسیب حرارتی به پکیج LED یا تراشه نیمه‌هادی جلوگیری شود.

6.2 احتیاط‌های نگهداری و جابجایی

LEDها قطعات حساس به رطوبت هستند. هنگامی که در بسته‌بندی ضد رطوبت اصلی خود با ماده جاذب رطوبت مهر و موم شده‌اند، باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شده و ظرف یک سال استفاده شوند. پس از باز شدن بسته مهر و موم شده، "عمر مفید در محیط کار" آغاز می‌شود. قطعات باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شوند و توصیه می‌شود ظرف 168 ساعت (سطح 3 JEDEC) ریفلو IR شوند. برای نگهداری بیش از این مدت، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای تقریبی 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 48 ساعت است تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پاپ کورنینگ" در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط 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 اپوکسی یا ماده پکیج آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

بسته‌بندی استاندارد برای مونتاژ خودکار، یک نوار حامل برجسته به عرض 12 میلی‌متر است که روی یک قرقره به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. مشخصات نوار و قرقره مطابق با استانداردهای ANSI/EIA-481 است. حداقل مقدار بسته‌بندی برای سفارشات باقیمانده 500 قطعه موجود است. نوار شامل یک نوار پوششی برای مهر و موم کردن جیب‌های قطعه است و حداکثر تعداد مجاز قطعات مفقود متوالی در یک قرقره دو عدد است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

متداول‌ترین روش درایو، یک منبع جریان ثابت یا یک مقاومت سری ساده است. مقدار مقاومت (R) با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود: R = (Vsupply - VF) / IF، که در آن VF ولتاژ مستقیم LED در جریان مورد نظر IF است. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5V، VF برابر 2.0V و IF هدف 20mA، مقاومت سری مورد نیاز (5V - 2.0V) / 0.02A = 150 اهم است. باید مقاومتی با حداقل توان (5V-2.0V)*0.02A = 0.06W انتخاب شود که مقاومت 1/8W یا 1/10W معمول است.

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک وسیله محدودکننده جریان (مقاومت یا درایور IC) استفاده کنید. اتصال مستقیم به یک منبع ولتاژ باعث جریان بیش از حد و خرابی فوری می‌شود.
• مدیریت حرارتی:اگرچه تلفات توان کم است، اما اطمینان از مساحت کافی مس در PCB یا وایاهای حرارتی اطراف پدهای لحیم‌کاری می‌تواند به دفع گرما کمک کند، به ویژه در شرایط دمای محیط بالا یا هنگامی که با جریان‌های بالاتر درایو می‌شود.
• محافظت در برابر ESD:اگرچه به صراحت به عنوان بسیار حساس ذکر نشده است، اما باید احتیاط‌های استاندارد جابجایی ESD در حین مونتاژ رعایت شود.
• طراحی نوری:زاویه دید وسیع 120 درجه آن را برای کاربردهایی که نیاز به دید گسترده دارند مناسب می‌سازد. برای نور متمرکز، اپتیک ثانویه (لنزها) مورد نیاز خواهد بود.

9. مقایسه و تمایز فنی

LTST-M140KSKT از طریق استفاده از فناوری AlInGaP برای تابش زرد خود را متمایز می‌کند. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP، LEDهای AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهند که منجر به خروجی روشن‌تر در همان جریان درایو و پایداری دمایی بهتر می‌شود. زاویه دید وسیع 120 درجه یک ویژگی کلیدی برای کاربردهای نشانگر است. سازگاری آن با فرآیندهای استاندارد ریفلو IR و بسته‌بندی نوار و قرقره، آن را در مقایسه با LEDهای سوراخ‌دار که نیاز به نصب دستی دارند، به انتخابی مقرون‌به‌صرفه برای ساخت خودکار در حجم بالا تبدیل می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

س: تفاوت بین شار نوری (لومن) و شدت روشنایی (میلی‌کاندلا) چیست؟

ج: شار نوری کل مقدار نور مرئی ساطع شده در تمام جهات را اندازه‌گیری می‌کند. شدت روشنایی روشنایی را در یک جهت خاص (معمولاً محور مرکزی) اندازه‌گیری می‌کند. برای یک LED با زاویه دید وسیع مانند این، مقدار میلی‌کاندلا یک نقطه مرجع است، اما خروجی نور کل بهتر توسط مقدار لومن نشان داده می‌شود.

س: آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3V درایو کنم؟

ج: بله. با استفاده از فرمول با VF معمول 2.0V و جریان هدف 20mA، مقاومت سری مورد نیاز (3.3V - 2.0V) / 0.02A = 65 اهم خواهد بود. اطمینان حاصل کنید که توان نامی مقاومت کافی است.

س: چرا باینینگ مهم است؟

ج: باینینگ تضمین کننده یکنواختی رنگ و روشنایی است. اگر در یک محصول از چندین LED استفاده می‌کنید (مثلاً یک آرایه از چراغ‌های وضعیت)، سفارش از باین‌های ولتاژ، شدت روشنایی و طول موج یکسان، ظاهر یکنواخت را تضمین می‌کند.

س: اگر از حداکثر ولتاژ معکوس مطلق 5V تجاوز کنم چه اتفاقی می‌افتد؟

ج: اعمال ولتاژ معکوس فراتر از رتبه‌بندی می‌تواند باعث شکست ناگهانی و فاجعه‌بار پیوند PN LED شده و منجر به خرابی فوری و دائمی شود.

11. مثال کاربردی عملی

سناریو: طراحی یک پنل نشانگر وضعیت برای یک روتر شبکه.پنل به چهار LED زرد برای نشان دادن فعالیت لینک در پورت‌های مختلف نیاز دارد. روشنایی و رنگ یکنواخت برای تجربه کاربری حیاتی است.

مراحل طراحی:

1. انتخاب LTST-M140KSKT به دلیل رنگ زرد، روشنایی مناسب و فاکتور فرم SMD.

2. مشخص کردن باین‌ها: انتخاب یک باین شدت روشنایی واحد (مثلاً D2 برای 224-280 میلی‌کاندلا) و یک باین طول موج غالب واحد (مثلاً J برای 587.0-589.5 نانومتر) برای اطمینان از یکنواختی. یک باین ولتاژ متوسط (D3) قابل قبول است.

3. طراحی مدار: استفاده از یک ریل مشترک 3.3V روی PCB روتر. محاسبه مقاومت سری برای هر LED. با فرض VF برابر 2.1V (وسط باین D3) و هدف 20mA: R = (3.3V - 2.1V) / 0.02A = 60 اهم. استفاده از یک مقاومت استاندارد 62 اهمی، 1/10W.

4. چیدمان: قرار دادن LEDها به صورت متقارن روی پنل جلویی PCB. پیروی از الگوی پد توصیه شده از دیتاشیت برای اطمینان از قابلیت لحیم‌کاری خوب.

5. مونتاژ: پیروی از پروفیل ریفلو توصیه شده. اطمینان حاصل کنید که قرقره باز شده LEDها ظرف 168 ساعت عمر مفید در محیط کار استفاده شود یا در صورت نگهداری طولانی‌تر به درستی پخته شود.

12. اصل عملکرد

تابش نور در این LED بر اساس الکترولومینسانس در یک پیوند PN نیمه‌هادی ساخته شده از مواد AlInGaP است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل داخلی پیوند اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع N و حفره‌ها از ناحیه نوع P به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور ساطع شده مطابقت دارد - در این مورد، زرد (~591 نانومتر). لنز اپوکسی شفاف آبکی تراشه نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و الگوی خروجی نور را شکل می‌دهد.

13. روندهای فناوری

توسعه LEDهای SMD مانند LTST-M140KSKT بخشی از روند گسترده‌تر در الکترونیک به سمت مینیاتوری‌سازی، افزایش قابلیت اطمینان و ساخت خودکار است. فناوری AlInGaP یک راه‌حل بالغ و کارآمد برای LEDهای قرمز، نارنجی و زرد نشان می‌دهد. روندهای جاری در صنعت شامل تلاش برای بازده نوری حتی بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی)، بهبود یکنواختی رنگ از طریق باینینگ تنگ‌تر و توسعه اندازه پکیج‌های هرچه کوچک‌تر (مانند پکیج‌های در مقیاس تراشه) برای امکان یکپارچه‌سازی متراکم‌تر است. علاوه بر این، تمرکز بر افزایش قابلیت اطمینان تحت شرایط محیطی سخت، مانند محدوده‌های دمایی و رطوبتی بالاتر، برای برآوردن نیازهای کاربردهای خودرویی و صنعتی وجود دارد.