مشخصات فنی ال‌ای‌دی SMD مدل LTSA-S089ZWETU - عدسی زرد، نور سفید - 50mA - 170mW - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ال‌ای‌دی LTSA-S089ZWETU یک دیود نورافشان نصب‌سطحی (SMD) است که برای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) و کاربردهایی که محدودیت فضا یک عامل حیاتی است، طراحی شده است. این قطعه از نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) برای تولید نور سفید استفاده می‌کند که سپس از طریق یک عدسی زرد فیلتر می‌شود. این قطعه برای قابلیت اطمینان و عملکرد در انواع تجهیزات الکترونیکی مهندسی شده است.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

• انطباق محیطی:محصول با دستورالعمل محدودیت مواد خطرناک (RoHS) مطابقت دارد.
• بسته‌بندی برای اتوماسیون:در نوار 8 میلی‌متری روی قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شود که فرآیندهای مونتاژ سریع Pick-and-Place را تسهیل می‌کند.
• حساسیت به رطوبت:پیش‌شرط‌سازی شده تا سطح حساسیت رطوبت JEDEC سطح 2a را برآورده کند و اطمینان از قابلیت اطمینان در طی فرآیند لحیم‌کاری ریفلو را تضمین نماید.
• صلاحیت خودرویی:فرآیند صلاحیت‌دهی به استاندارد AEC-Q102 ارجاع داده می‌شود که آزمون استرس برای نیمه‌هادی‌های گسسته اپتوالکترونیک در کاربردهای خودرویی است.
• پکیج استاندارد:Features an EIA (Electronic Industries Alliance) standard package outline.
• سازگاری:دستگاه با مدارهای مجتمع (IC) سازگار است و برای استفاده با تجهیزات قراردهی خودکار مناسب می‌باشد.
• فرآیند لحیم‌کاری:با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) سازگار است که استاندارد مونتاژ بدون سرب محسوب می‌شود.

1.2 بازار هدف و کاربردها

بازار هدف اصلی این ال‌ای‌دی، صنعت خودروسازی، به ویژه برای کاربردهای لوازم جانبی است. طراحی مستحکم و صلاحیت‌یافته آن، آن را برای شرایط محیطی سخت موجود در خودروها مناسب می‌سازد. موارد استفاده بالقوه شامل نورپردازی داخلی، چراغ‌های نشانگر داشبورد، نور پس‌زمینه کلیدها و سایر عملکردهای روشنایی غیرحیاتی در کابین خودرو می‌شود.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• اتلاف توان (Pd):170 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که پکیج ال‌ای‌دی می‌تواند به صورت گرما دفع کند بدون آنکه از محدودیت‌های حرارتی آن فراتر رود.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان لحظه‌ای مجاز است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1ms) مشخص می‌شود تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.
• جریان مستقیم DC (I_F):50 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد قابل اطمینان بلندمدت است.
• محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:40- درجه سانتی‌گراد تا +100 درجه سانتی‌گراد. این محدوده وسیع، عملکرد در محیط‌های خشن، از استارت سرد تا محفظه‌های موتور داغ را تضمین می‌کند.

2.2 مشخصات حرارتی

مدیریت حرارتی برای عملکرد و طول عمر ال‌ای‌دی حیاتی است. دمای اتصال بیش از حد منجر به کاهش خروجی نور و تسریع در خرابی می‌شود.

• مقاومت حرارتی، اتصال به محیط (R_θJA):400 درجه سانتی‌گراد بر وات (معمولی). این مقدار که بر روی یک زیرلایه FR4 با پد مسی 16mm² اندازه‌گیری شده است، نشان می‌دهد که گرما چقدر مؤثر از اتصال نیمه‌هادی به هوای اطراف منتقل می‌شود. مقدار کمتر بهتر است.
• مقاومت حرارتی، اتصال به نقطه لحیم (R_θJS):220 درجه سانتی‌گراد بر وات (معمولی). این اغلب معیار مفیدتری برای طراحی است، زیرا مقاومت از اتصال به پدهای PCB را اندازه‌گیری می‌کند، جایی که گرما عمدتاً دفع می‌شود. این مقدار برای محاسبه دمای واقعی اتصال در حین کارکرد حیاتی است.
• حداکثر دمای اتصال (T_J):125 درجه سانتی‌گراد. حد بالای مطلق برای دمای اتصال نیمه‌هادی.

2.3 مشخصات الکترواپتیکی در دمای 25 درجه سانتی‌گراد

این پارامترها تحت شرایط آزمایش استاندارد (T_a=25°C, I_F=20mA) اندازه‌گیری شده و عملکرد دستگاه را تعریف می‌کنند.

• شار نوری (Φ_v):7 لومن (معمولی)، با محدوده 6 تا 8 لومن. این کل توان نور ساطع شده درک شده است.
• شدت نور (I_v):2450 میلی‌کاندلا (معمولی)، با محدوده 2100 تا 2800 میلی‌کاندلا. این مقدار توان نور در هر زاویه فضایی (کاندلا) است که در امتداد محور مرکزی اندازه‌گیری می‌شود. مقدار بالا نشان‌دهنده خروجی روشن و متمرکز است.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمولی). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری خود کاهش می‌یابد. زاویه 120 درجه یک پرتو بسیار گسترده فراهم می‌کند که برای روشنایی منطقه‌ای مناسب است.
• مختصات رنگی (x, y):(0.32, 0.31) معمولی. این مختصات CIE 1931 نقطه سفید رنگ ال‌ای‌دی را تعریف می‌کنند. یک تلرانس ±0.01 در فرآیند باینینگ به این مختصات اعمال می‌شود.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.8V تا 3.4V در 20mA، با مقدار معمولی حدود وسط این محدوده. یک تلرانس ±0.1V در داخل بین‌ها اعمال می‌شود.
• ولتاژ تحمل ESD:2 کیلوولت (مدل بدن انسان، HBM). این رتبه‌بندی نشان‌دهنده سطح متوسطی از محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک است که برای محیط‌های تولید کنترل‌شده مناسب است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از عملکرد یکنواخت در تولید، ال‌ای‌دی‌ها بر اساس پارامترهای کلیدی در بین‌ها دسته‌بندی می‌شوند. LTSA-S089ZWETU از یک سیستم سه‌کدی استفاده می‌کند: Vf / Iv / Color (مثلاً D7/Y5/W30).

3.1 باینینگ ولتاژ مستقیم (Vf)

ال‌ای‌دی‌ها بر اساس افت ولتاژ مستقیم در 20mA گروه‌بندی می‌شوند تا یکنواختی روشنایی و جریان کشی در مدارهای موازی یا هنگام راه‌اندازی توسط منبع ولتاژ ثابت تضمین شود.

• بین D7:Vf = 2.8V تا 3.0V
• بین D8:Vf = 3.0V تا 3.2V
• بین D9:Vf = 3.2V تا 3.4V

3.2 باینینگ شدت/شار نوری (Iv)

این باینینگ سطح خروجی نور یکنواخت را تضمین می‌کند. هم شار نوری (lm) و هم شدت نور محوری (mcd) برای هر بین مشخص شده است.

• بین Y5:6.0-6.5 lm / 2100-2275 mcd
• بین Y6:6.5-7.0 lm / 2275-2450 mcd
• بین Y7:7.0-7.5 lm / 2450-2625 mcd
• بین Y8:7.5-8.0 lm / 2625-2800 mcd

یک تلرانس ±10% به شدت/شار در داخل هر بین اعمال می‌شود.

3.3 باینینگ رنگ (کروماتیسیتی)

یکنواختی رنگ در کاربردهایی که چندین ال‌ای‌دی با هم استفاده می‌شوند حیاتی است. باینینگ بر اساس مختصات رنگی CIE 1931 (x, y) انجام می‌شود.

• بین W30:این بین توسط یک چهارضلعی در نمودار CIE با نقاط گوشه در (x,y) تعریف شده است: نقطه1 (0.312, 0.283)، نقطه2 (0.306, 0.316)، نقطه3 (0.331, 0.340)، نقطه4 (0.331, 0.307). تمام ال‌ای‌دی‌های داخل یک لات تولیدی مختصات رنگی‌شان درون این ناحیه خواهد بود، با تلرانس ±0.01.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت یک نمودار توزیع فضایی (شکل 2) ارائه می‌دهد. این نمودار قطبی به صورت بصری زاویه دید 120 درجه را نشان می‌دهد و چگونگی کاهش شدت نور با دور شدن زاویه مشاهده از محور مرکزی (0°) را نمایش می‌دهد. الگو معمولاً لامبرتی یا بال‌وینگ برای ال‌ای‌دی‌های زاویه باز است که روشنایی یکنواخت در یک منطقه گسترده به جای یک نورافکن باریک را تضمین می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

ال‌ای‌دی در یک پکیج SMD استاندارد صنعتی عرضه می‌شود. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.2mm است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. پکیج دارای نسخه طلاکاری شده برای افزایش قابلیت لحیم‌کاری و مقاومت در برابر خوردگی است. نقشه ابعادی خاص در دیتاشیت اصلی گنجانده شده است که طول، عرض، ارتفاع و فاصله پایه/پد را به تفصیل شرح می‌دهد.

5.2 طرح پد اتصال PCB توصیه شده

یک طرح لند پترن برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز یا فاز بخار ارائه شده است. این فوت‌پرینت توصیه شده تشکیل صحیح اتصال لحیم، تخلیه حرارتی و پایداری مکانیکی را تضمین می‌کند. رعایت این طراحی برای دستیابی به عملکرد حرارتی مشخص شده (R_θJS) حیاتی است.

5.3 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً روی بدنه دستگاه علامت‌گذاری شده است، اغلب با ته‌رنگ سبز، یک شکاف یا یک گوشه برش‌خورده روی عدسی یا پکیج. چاپ ابریشمی PCB باید به وضوح پد کاتد را نشان دهد تا از نصب معکوس در حین مونتاژ جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری ریفلو IR

یک پروفایل ریفلو دقیق ارائه شده است که با J-STD-020 برای فرآیندهای بدون سرب مطابقت دارد. پارامترهای کلیدی شامل:

• پیش‌گرم:افزایش دما تا 150-200 درجه سانتی‌گراد.
• زمان خیس‌خوری/پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه برای اجازه به تعادل دما و فعال‌سازی فلاکس.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد. زمان بالاتر از نقطه مایع (مثلاً 217°C) باید کنترل شود تا تنش حرارتی روی پکیج ال‌ای‌دی و عدسی اپوکسی به حداقل برسد.
• نرخ خنک‌سازی:کنترل شده تا از شوک حرارتی جلوگیری شود.

6.2 ذخیره‌سازی و جابجایی

به عنوان یک دستگاه با سطح حساسیت رطوبت (MSL) 2a:

• کیسه مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤70% ذخیره شود. ظرف یک سال از تاریخ مهر و موم کیسه استفاده شود.
• پس از باز کردن:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% ذخیره شود. توصیه می‌شود ریفلو IR ظرف 4 هفته از قرارگیری در معرض هوا تکمیل شود.
• ذخیره‌سازی طولانی‌مدت (باز شده):در یک ظرف دربسته با ماده رطوبت‌گیر یا در یک دسیکاتور نیتروژن ذخیره شود.
• بازپخت:اگر بیش از 4 هفته در معرض هوا قرار گرفته باشد، قبل از لحیم‌کاری حداقل به مدت 48 ساعت در دمای 60 درجه سانتی‌گراد بازپخت شود تا رطوبت جذب شده حذف و از "پاپ‌کورنینگ" در حین ریفلو جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط از حلال‌های مشخص شده استفاده شود. غوطه‌وری ال‌ای‌دی در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه قابل قبول است. از مواد شیمیایی خورنده یا نامشخص که می‌توانند به عدسی اپوکسی یا نشانه‌های پکیج آسیب برسانند، خودداری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

ال‌ای‌دی‌ها در نوار حامل برجسته‌کاری شده به عرض 8 میلی‌متر بسته‌بندی شده‌اند. نوار بر روی یک قرقره استاندارد به قطر 7 اینچ (178mm) پیچیده شده است. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است. بسته‌بندی با مشخصات ANSI/EIA-481 مطابقت دارد. جزئیات ابعادی کلیدی برای اندازه جیب، پیتچ نوار و هاب قرقره در نقشه‌های دیتاشیت ارائه شده است.

7.2 اطلاعات برچسب

برچسب قرقره شامل شماره قطعه (LTSA-S089ZWETU) و کدهای بین خاص برای ولتاژ (Vf)، شدت (Iv) و رنگ (مثلاً D7/Y5/W30) می‌شود. این امر امکان ردیابی دقیق و انتخاب بر اساس نیازهای کاربرد را فراهم می‌کند.

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• نورپردازی داخلی خودرو:چراغ‌های نقشه، چراغ مطالعه، نورپردازی کف پا و نورپردازی محیطی عمومی کابین.
• نشانگر و نور پس‌زمینه:نور پس‌زمینه برای دکمه‌ها، کلیدها و گرافیک صفحه ابزار. نشانگرهای وضعیت برای سیستم‌های اینفوتینمنت یا کنترل آب و هوا.
• الکترونیک مصرفی:مناسب برای دستگاه‌هایی که نیاز به نور سفید روشن و زاویه باز دارند و در آن‌ها از مونتاژ خودکار استفاده می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• راه‌اندازی جریان:همیشه ال‌ای‌دی را با یک منبع جریان ثابت راه‌اندازی کنید، نه یک منبع ولتاژ ثابت. جریان کارکرد توصیه شده برای مشخصات نوری ذکر شده 20mA است. تجاوز از 50mA DC مقادیر حداکثر مطلق را نقض خواهد کرد.
• طراحی حرارتی:دمای اتصال مورد انتظار (T_J) را با استفاده از فرمول محاسبه کنید: T_J= T_A+ (R_θJA× P_D)، که در آن P_D= V_F× I_F. اطمینان حاصل کنید که T_Jبرای قابلیت اطمینان به خوبی زیر 125°C باقی می‌ماند. از طرح پد PCB توصیه شده و مساحت مسی کافی برای هیت‌سینک استفاده کنید.
• طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه پراکندگی بسیار گسترده‌ای فراهم می‌کند. برای نور متمرکزتر، اپتیک ثانویه (عدسی‌ها یا رفلکتورها) مورد نیاز خواهد بود.
• محافظت ESD:اگرچه برای 2kV HBM رتبه‌بندی شده است، اما پیاده‌سازی اقدامات محافظتی استاندارد ESD روی PCB (مانند دیودهای سرکوب ولتاژ گذرا) یک عمل خوب است، به ویژه در محیط‌های خودرویی.

9. مقایسه و تمایز فنی

LTSA-S089ZWETU از طریق ترکیب ویژگی‌های خود که برای بازار لوازم جانبی خودرو تنظیم شده است، متمایز می‌شود:

• صلاحیت درجه خودرویی:ارجاع به AEC-Q102 یک تمایز کلیدی از ال‌ای‌دی‌های درجه تجاری است، که نشان‌دهنده آزمایش تحت شرایط استرس محیطی سخت‌تر (چرخه دمایی، رطوبت و غیره) می‌باشد.
• محدوده دمای کارکرد وسیع:محدوده 40- تا +100 درجه سانتی‌گراد از مشخصات معمول ال‌ای‌دی تجاری که اغلب تا +85°C است، فراتر می‌رود.
• باینینگ رنگ خاص (W30):یک نقطه سفید تعریف شده ارائه می‌دهد که برای کاربردهایی که نیاز به یکنواختی رنگ در چندین واحد دارند حیاتی است.
• شدت نور بالا:مقدار معمولی 2450 mcd در 20mA برای یک ال‌ای‌دی SMD زاویه باز یک خروجی نسبتاً بالا است که بازده روشنایی خوبی ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را به طور پیوسته در 50mA راه‌اندازی کنم؟

اگرچه مقدار حداکثر مطلق برای جریان مستقیم DC برابر 50mA است، اما مشخصات الکترواپتیکی در 20mA تعریف شده است. کارکرد در 50mA نور بیشتری تولید می‌کند اما همچنین گرمای بسیار بیشتری تولید می‌کند (اتلاف توان ~ Vf * 50mA). این امر دمای اتصال را افزایش می‌دهد و به طور بالقوه طول عمر را کاهش داده و باعث می‌شود خروجی نور سریع‌تر کاهش یابد. در صورت قصد کارکرد نزدیک به حداکثر جریان، انجام یک تحلیل حرارتی کامل ضروری است.

10.2 تفاوت بین شار نوری (lm) و شدت نور (mcd) چیست؟

شار نوری (لومن) کل مقدار نور مرئی ساطع شده توسط ال‌ای‌دی در تمام جهات را اندازه‌گیری می‌کند. شدت نور (کاندلا) میزان روشنایی ظاهری ال‌ای‌دی را از یک جهت خاص، معمولاً در امتداد محور مرکزی آن، اندازه‌گیری می‌کند. این ال‌ای‌دی شدت محوری بالایی (mcd) اما همچنین پرتو گسترده‌ای (120°) دارد که منجر به شار کل متوسطی (lm) می‌شود. برای نورپردازی منطقه‌ای، شار مرتبط‌تر است؛ برای یک نشانگر جهت‌دار، شدت مرتبط‌تر است.

10.3 چرا روش ذخیره‌سازی و بازپخت اینقدر مهم است؟

پکیج مبتنی بر اپوکسی می‌تواند رطوبت را از هوا جذب کند. در طی فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت تبخیر شده و فشار داخلی ایجاد کند. این می‌تواند باعث لایه‌لایه شدن بین اپوکسی و فریم سرب یا حتی ترک خوردن پکیج ("پاپ‌کورنینگ") شود که منجر به خرابی فوری یا نهفته می‌گردد. پیروی از روش‌های جابجایی MSL 2a از این حالت خرابی جلوگیری می‌کند.

11. مطالعه موردی کاربردی عملی

سناریو: طراحی نور پس‌زمینه کنسول مرکزی خودرو.یک طراح نیاز به روشن کردن چندین دکمه و یک نمایشگر گرافیکی کوچک دارد. او LTSA-S089ZWETU را به دلیل صلاحیت خودرویی، نور سفید و زاویه دید گسترده انتخاب می‌کند. او یک PCB با طرح پد توصیه شده طراحی می‌کند و از یک درایور جریان ثابت 20mA برای هر ال‌ای‌دی استفاده می‌کند. او ال‌ای‌دی‌ها را از یک بین شدت (مثلاً Y6) و بین رنگ (W30) انتخاب می‌کند تا یکنواختی روشنایی و رنگ در تمام دکمه‌ها تضمین شود. PCB با یک صفحه زمین متصل به پدهای ال‌ای‌دی برای کمک به دفع حرارت طراحی شده است. در حین مونتاژ، قرقره مهر و موم شده در طول عمر مفید آن استفاده می‌شود و پروفایل ریفلو IR به شدت رعایت می‌شود. محصول نهایی روشنایی یکنواخت و قابل اطمینانی ارائه می‌دهد که الزامات دمایی و طول عمر خودرویی را برآورده می‌کند.

12. معرفی اصل فناوری

LTSA-S089ZWETU بر اساس فناوری نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) است. در یک ال‌ای‌دی سفید، یک چیپ InGaN نورآبی با یک لایه فسفر پوشش داده می‌شود. هنگامی که چیپ نور آبی ساطع می‌کند، فسفر بخشی از آن را جذب کرده و نور را در طول موج‌های بلندتر (زرد، قرمز) بازمی‌تاباند. ترکیب نور آبی باقی‌مانده و نور تبدیل شده توسط فسفر برای چشم انسان سفید به نظر می‌رسد. سپس عدسی زرد به عنوان یک فیلتر نهایی عمل می‌کند و به طور بالقوه دمای رنگ را تنظیم یا جلوه زیبایی خاصی ارائه می‌دهد. این فناوری ال‌ای‌دی سفید تبدیل شده با فسفر کارآمد است و امکان ایجاد نقاط سفید مختلف را فراهم می‌کند.

13. روندها و تحولات صنعت

روند در ال‌ای‌دی‌های SMD برای خودرو و نورپردازی عمومی به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، شاخص بازده رنگ (CRI) بهبود یافته و قابلیت اطمینان بیشتر در دمای اتصال بالاتر ادامه دارد. همچنین حرکتی به سمت مینیاتوری‌سازی پکیج‌ها در حالی که خروجی نور حفظ یا افزایش می‌یابد، وجود دارد. علاوه بر این، سیستم‌های نورپردازی هوشمندی که الکترونیک کنترل را مستقیماً با ال‌ای‌دی‌ها ادغام می‌کنند، رواج بیشتری پیدا می‌کنند. برای فضای داخلی خودرو، نورپردازی محیطی پویا با قابلیت‌های چندرنگ و تیره‌روشن یک روند رو به رشد است، اگرچه این قطعه خاص یک راه‌حل تک‌رنگ و ایستا است که برای کاربردهای نورپردازی کاربردی مقرون به صرفه مناسب است.