دیتاشیت LED SMD RGB مدل LTST-S32F1KT-5A - چیپ تمام رنگی - ولتاژ 1.6 تا 3.1 ولت - توان 75 تا 80 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTST-S32F1KT-5A یک لامپ LED SMD تمام رنگی، فشرده و با دید کناری است. این قطعه سه چیپ نیمه‌هادی مجزا را در یک پکیج واحد ادغام می‌کند: یک چیپ AlInGaP برای انتشار نور قرمز و دو چیپ InGaN برای انتشار نور سبز و آبی. این پیکربندی امکان تولید طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها را از طریق کنترل جداگانه یا ترکیبی سه کانال فراهم می‌کند. این دستگاه برای فرآیندهای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده است و دارای پایه‌های قلع‌کاری شده برای قابلیت لحیم‌کاری بهتر و سازگاری با پروفیل‌های لحیم‌کاری بازجوشی بدون سرب (Pb-free) می‌باشد.

هدف اصلی طراحی، ارائه یک منبع نور RGB پرنور و قابل اعتماد برای کاربردهای دارای محدودیت فضا است که در آن‌ها نیاز به نشانگر وضعیت، نور پس‌زمینه یا روشنایی نمادین وجود دارد. اندازه مینیاتوری و پروفیل لنز تابش جانبی آن، این قطعه را به ویژه برای ادغام در الکترونیک مصرفی باریک، دستگاه‌های ارتباطی و پنل‌های کنترل صنعتی که فضای جلویی محدود است اما دید جانبی حیاتی می‌باشد، مناسب می‌سازد.

1.1 ویژگی‌ها

• مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک).
• طراحی نوری دید کناری با لنز شفاف.
• استفاده از فناوری نیمه‌هادی فوق‌العاده پرنور InGaN (برای سبز/آبی) و AlInGaP (برای قرمز).
• بسته‌بندی شده روی نوار 8 میلی‌متری قرار گرفته بر روی قرقره‌های استاندارد 7 اینچی برای تجهیزات Pick-and-Place خودکار.
• مطابق با طرح‌های استاندارد پکیج EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک).
• سازگار با منطق ورودی (I.C. compatible) برای اتصال آسان به میکروکنترلر و مدارات درایور.
• کاملاً سازگار با فرآیندهای لحیم‌کاری بازجوشی مادون قرمز (IR) با حجم بالا.

1.2 کاربردها

• تجهیزات مخابراتی (مانند ایستگاه‌های پایه تلفن همراه، روترها).
• دستگاه‌های اتوماسیون اداری (مانند پرینترها، اسکنرها، دستگاه‌های چندکاره).
• پنل‌های نشانگر و رابط‌های کنترل لوازم خانگی.
• نشانگرهای وضعیت و خطا در تجهیزات صنعتی.
• نور پس‌زمینه کی‌پد و صفحه کلید در دستگاه‌های قابل حمل.
• نشانگرهای وضعیت و برق عمومی.
• نمایشگرهای میکرو و روشنایی آیکون‌ها.
• چراغ‌های سیگنال و نمادین در پنل‌های کنترل.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

این بخش تحلیل مفصلی از محدودیت‌های عملیاتی و ویژگی‌های عملکرد دستگاه تحت شرایط آزمایش تعریف شده ارائه می‌دهد. تمامی داده‌ها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند مگر اینکه خلاف آن ذکر شود.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

این مقادیر، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. کارکرد مداوم در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن‌ها توصیه نمی‌شود.

• توان تلف شده (Pd):قرمز: 75 میلی‌وات، سبز/آبی: 80 میلی‌وات. این حداکثر توان مجاز تلف شده به صورت حرارت در داخل پکیج است.
• جریان مستقیم پیک (I_F(PEAK)):قرمز: 80 میلی‌آمپر، سبز/آبی: 100 میلی‌آمپر. فقط تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برای جلوگیری از اضافه‌بار حرارتی قابل اعمال است.
• جریان مستقیم DC (I_F):قرمز: 30 میلی‌آمپر، سبز/آبی: 20 میلی‌آمپر. حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای کارکرد قابل اعتماد بلندمدت.
• محدوده دمای کاری:20- تا 80+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیطی که دستگاه برای عملکرد در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای نگهداری:30- تا 100+ درجه سلسیوس. محدوده دمای مجاز هنگامی که دستگاه روشن نیست.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:مقاوم در برابر دمای پیک 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه، که سطح حساسیت رطوبتی (MSL) و قابلیت بازجوشی آن را تعریف می‌کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

این‌ها پارامترهای عملکردی معمول هستند که تحت شرایط آزمایش استاندارد (I_F= 5mA, Ta=25°C) اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت نور (I_V):بر حسب میلی‌کاندلا (mcd) اندازه‌گیری می‌شود. مقادیر حداقل: قرمز: 18.0 mcd، سبز: 45.0 mcd، آبی: 11.2 mcd. مقادیر حداکثر: قرمز: 45.0 mcd، سبز: 180.0 mcd، آبی: 45.0 mcd. این محدوده گسترده از طریق سیستم باینینگ مدیریت می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):معمولاً 130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور نصف شدت پیک است و عرض پرتو را تعریف می‌کند.
• طول موج پیک انتشار (λ_p):معمول: قرمز: 632 نانومتر، سبز: 520 نانومتر، آبی: 468 نانومتر. طول موجی که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):طول موج واحدی که توسط چشم انسان درک می‌شود و با رنگ LED مطابقت دارد. محدوده: قرمز: 631-617 نانومتر (معمولاً 624 نانومتر)، سبز: 540-520 نانومتر (معمولاً 527 نانومتر)، آبی: 477-463 نانومتر (معمولاً 470 نانومتر).
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):معمول: قرمز: 17 نانومتر، سبز: 35 نانومتر، آبی: 26 نانومتر. پهنای باند طیفی اندازه‌گیری شده در نصف حداکثر شدت، که نشان‌دهنده خلوص رنگ است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):در I_F=5mA. محدوده: قرمز: 1.6 - 2.3 ولت، سبز: 2.7 - 3.1 ولت، آبی: 2.7 - 3.1 ولت. این پارامتر نیز باینینگ شده است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در V_R= 5V. LEDها برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده‌اند؛ این آزمایش فقط برای تضمین کیفیت است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های مختلف (باین) مرتب می‌شوند. LTST-S32F1KT-5A از باینینگ جداگانه برای ولتاژ مستقیم (V_F) و شدت نور (I_V) استفاده می‌کند.

3.1 باینینگ ولتاژ مستقیم (V_F)

برای چیپ‌های سبز و آبی (آزمایش شده در I_F=5mA):

- کد باین E7: V_F= 2.70V تا 2.90V.

- کد باین E8: V_F= 2.90V تا 3.10V.

تلرانس هر باین ±0.1V است. V_F چیپ قرمز مشخص شده اما در این سند باینینگ نشده است.

3.2 باینینگ شدت نور (I_V)

اندازه‌گیری شده در I_F=5mA. تلرانس هر باین ±15% است.

آبی:L (11.2-18.0 mcd)، M (18.0-28.0 mcd)، N (28.0-45.0 mcd).

سبز:P (45.0-71.0 mcd)، Q (71.0-112.0 mcd)، R (112.0-180.0 mcd).

قرمز:M (18.0-28.0 mcd)، N (28.0-45.0 mcd).

کد باین روی بسته‌بندی درج شده است و به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با روشنایی همسان را برای آرایه‌های چند LED انتخاب کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

منحنی‌های عملکرد معمول، رابطه بین پارامترهای کلیدی را نشان می‌دهند. این منحنی‌ها برای طراحی مدار و مدیریت حرارتی ضروری هستند.

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم:رابطه غیرخطی بین جریان درایو و خروجی نور را برای هر رنگ نشان می‌دهد. کارکرد بالاتر از جریان DC توصیه شده منجر به بازدهی کاهش‌یافته و افزایش حرارت می‌شود.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:اثر خاموشی حرارتی را نشان می‌دهد، که در آن خروجی نور با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. برای محیط‌های با دمای بالا، هیت‌سینک مناسب یا کاهش جریان (درایو) ضروری است.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم:مشخصه I-V دیود را نمایش می‌دهد. مقاومت دینامیک را می‌توان از شیب منحنی بالاتر از ولتاژ روشن‌شدن استنباط کرد.
• توزیع طیفی:نمودارهایی که توان تابشی نسبی در مقابل طول موج را برای هر چیپ نشان می‌دهند و پیک (λ_p) و پهنای طیفی (Δλ) را برجسته می‌کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

دستگاه مطابق با طرح استاندارد SMD است. ابعاد حیاتی شامل طول، عرض و ارتفاع بدنه و همچنین توصیه‌های الگوی لند (پد) برای طراحی PCB می‌باشد. تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.1mm است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. یک دیاگرام دقیق، تخصیص پایه‌ها را مشخص می‌کند: پایه 1 برای آند قرمز، پایه 2 برای آند سبز و پایه 3 برای آند آبی. کاتد هر سه چیپ به صورت داخلی به پایه 4 متصل شده‌اند.

5.2 طراحی پد PCB توصیه شده و قطبیت

یک دیاگرام الگوی لند برای اطمینان از تشکیل صحیح اتصال لحیم در حین بازجوشی ارائه شده است. این طراحی فیلت‌های لحیم را در نظر گرفته و از پدیده "تومب‌استونینگ" جلوگیری می‌کند. قطبیت به وضوح با یک علامت روی بدنه دستگاه (معمولاً یک نقطه یا گوشه پخ‌خورده) مطابق با پایه 1 (قرمز) نشان داده شده است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل بازجوشی IR توصیه شده (فرآیند بدون سرب)

یک نمودار زمان-دما، پروفیل لحیم‌کاری بازجوشی پیشنهادی را تعریف می‌کند:

- پیش‌گرم: 150-200 درجه سلسیوس تا 120 ثانیه.

- بازجوشی: دمای پیک از 260 درجه سلسیوس تجاوز نکند.

- زمان بالای 260 درجه سلسیوس: حداکثر 10 ثانیه.

- تعداد عبورها: حداکثر دو سیکل بازجوشی.

برای لحیم‌کاری دستی با هویه: دما ≤300 درجه سلسیوس، زمان ≤3 ثانیه، فقط یک بار.

6.2 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های الکلی مشخص شده مانند اتانول یا ایزوپروپیل الکل استفاده شود. غوطه‌وری باید در دمای معمولی و کمتر از یک دقیقه باشد. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی یا پکیج آسیب برسانند.

6.3 نگهداری و جابجایی

• احتیاط‌های ESD:دستگاه به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس است. جابجایی باید شامل مچ‌بندهای زمین‌شده، زیراندازهای ضداستاتیک و تجهیزات به درستی زمین‌شده باشد.
• حساسیت رطوبتی:بسته‌بندی شده به عنوان MSL 3. پس از باز کردن کیسه اصلی ممانعت‌کننده رطوبت، قطعات باید ظرف یک هفته (168 ساعت) تحت شرایط کارخانه (≤30°C/60% RH) بازجوشی شوند. برای نگهداری طولانی‌تر خارج از کیسه، از کابینت خشک یا ظرف خشک‌کن استفاده کنید. قطعاتی که بیش از یک هفته در معرض محیط قرار گرفته‌اند، قبل از بازجوشی نیاز به پخت (مثلاً 60 درجه سلسیوس به مدت 20 ساعت) دارند تا از پدیده "پاپ‌کورنینگ" جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

دستگاه در نوار حامل برجسته‌دار با یک نوار پوشش محافظ عرضه می‌شود که بر روی قرقره‌های 7 اینچی (178 میلی‌متری) پیچیده شده است.

- تعداد در هر قرقره: 3000 عدد.

- حداقل مقدار سفارش برای باقیمانده: 500 عدد.

- عرض نوار: 8 میلی‌متر.

- فاصله پاکت و ابعاد قرقره مطابق با استانداردهای ANSI/EIA-481 است.

- حداکثر تعداد مجاز قطعات مفقود متوالی در نوار، دو عدد است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 مدارات کاربردی معمول

هر کانال رنگ (قرمز، سبز، آبی) باید به طور مستقل از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان یا ترجیحاً یک درایور جریان ثابت راه‌اندازی شود. ولتاژ مستقیم برای هر رنگ متفاوت است (قرمز ~2.0V، سبز/آبی ~3.0V)، بنابراین اگر از منبع ولتاژ مشترک با مقاومت‌های سری استفاده می‌کنید، محاسبات تنظیم جریان جداگانه مورد نیاز است. برای تنظیم نور PWM (مدولاسیون عرض پالس) یا ترکیب رنگ، اطمینان حاصل کنید که درایور می‌تواند فرکانس و جریان مورد نیاز را تحمل کند.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:اگرچه تلفات توان کم است، اما اطمینان از مساحت کافی مس در PCB یا وایاهای حرارتی زیر پد حرارتی دستگاه (در صورت وجود) برای دفع حرارت ضروری است، به ویژه هنگام راه‌اندازی در جریان حداکثر یا نزدیک به آن.
• کاهش جریان (درایو):برای کارکرد نزدیک به انتهای بالایی محدوده دما (80+ درجه سلسیوس)، جریان مستقیم را کاهش دهید تا قابلیت اطمینان حفظ شده و از کاهش شتاب‌یافته لومن جلوگیری شود.
• طراحی نوری:پروفیل تابش جانبی برای کاربردهای لوله‌های نوری یا موج‌بر ایده‌آل است. هنگام طراحی راهنماهای نور، زاویه دید 130 درجه را در نظر بگیرید تا روشنایی یکنواخت تضمین شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

مزایای کلیدی LTST-S32F1KT-5A در ترکیب خاص ویژگی‌های آن نهفته است:

- دید کناری در مقابل دید از بالا:برخلاف LEDهای معمولی تابش از بالا، این دستگاه نور را از کنار منتشر می‌کند و امکان ادغام مکانیکی منحصر به فرد برای پنل‌های لبه‌ای یا نشانگرهای وضعیت روی سطح عمودی PCB را فراهم می‌کند.

- تمام رنگی در یک پکیج:سه چیپ رنگ اصلی را ادغام می‌کند و در مقایسه با استفاده از سه LED تک رنگ مجزا، فضای برد را ذخیره می‌کند.

- ترکیب فناوری:از ماده نیمه‌هادی بهینه برای هر رنگ استفاده می‌کند: AlInGaP با بازده بالا برای قرمز و InGaN پرنور برای سبز/آبی که منجر به بازده نوری کلی خوبی می‌شود.

- ساختار مستحکم:پایه‌های قلع‌کاری شده و سازگاری با پروفیل‌های سخت بازجوشی IR، آن را برای تولید انبوه مدرن مناسب می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال 1: آیا می‌توانم هر سه رنگ را از یک منبع تغذیه 5 ولتی راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: بله، اما باید برای هر کانال از مقاومت محدودکننده جریان جداگانه استفاده کنید. مقدار مقاومت را به صورت R = (V_منبع- V_F) / I_F محاسبه کنید. برای طراحی ایمن، از حداکثر V_F دیتاشیت استفاده کنید. به عنوان مثال، برای کانال آبی در 20mA: R = (5V - 3.1V) / 0.02A = 95 اهم (از 100 اهم استفاده کنید).

سوال 2: چرا حداکثر جریان DC برای قرمز (30mA) در مقابل سبز/آبی (20mA) متفاوت است؟

پاسخ: این امر عمدتاً به دلیل تفاوت در بازده کوانتومی داخلی و ویژگی‌های حرارتی مواد نیمه‌هادی AlInGaP (قرمز) و InGaN (سبز/آبی) است. چیپ قرمز معمولاً می‌تواند چگالی جریان بالاتری را تحت محدودیت‌های حرارتی یکسان پکیج تحمل کند.

سوال 3: چگونه با این LED RGB نور سفید ایجاد کنم؟

پاسخ: نور سفید با راه‌اندازی همزمان چیپ‌های قرمز، سبز و آبی در نسبت‌های جریان خاصی ایجاد می‌شود. نسبت دقیق به نقطه سفید مورد نظر (مثلاً سفید سرد، سفید گرم) و باین خاص LEDهای استفاده شده بستگی دارد. این امر نیاز به کالیبراسیون یا استفاده از یک حلقه فیدبک سنسور رنگ برای نتایج دقیق دارد.

سوال 4: اهمیت کدهای باین چیست؟

پاسخ: کدهای باین ثبات رنگ و روشنایی را تضمین می‌کنند. برای کاربردهایی که از چندین LED استفاده می‌کنند (مانند یک نوار نور)، مشخص کردن و استفاده از LEDهایی از یک باین V_F و I_V یکسان، برای جلوگیری از تفاوت‌های قابل مشاهده در فام رنگ یا روشنایی بین دستگاه‌های مجاور حیاتی است.

11. مورد کاربردی عملی

سناریو: نشانگر وضعیت برای یک روتر شبکه

یک طراح به یک نشانگر وضعیت چند رنگ برای یک روتر نیاز دارد که وضعیت برق (سبز ثابت)، فعالیت (سبز چشمک‌زن)، خطا (قرمز) و حالت تنظیم (آبی) را نشان دهد. استفاده از LTST-S32F1KT-5A در مقایسه با سه LED مجزا، فضای کمتری اشغال می‌کند. طراحی تابش جانبی اجازه می‌دهد نور به یک لوله نوری که به پنل جلویی محفظه باریک روتر می‌رسد، کوپل شود. پایه‌های GPIO یک میکروکنترلر، هر کدام با یک مقاومت سری (محاسبه شده برای درایو 5-10mA)، رنگ‌های جداگانه را کنترل می‌کنند. زاویه دید گسترده، مشاهده نشانگر را از زوایای مختلف در یک اتاق تضمین می‌کند.

12. معرفی اصل عملکرد

دیودهای نورافشان (LED) دستگاه‌های نیمه‌هادی پیوند p-n هستند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n با حفره‌های ناحیه نوع p در داخل لایه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) نور منتشر شده توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. LTST-S32F1KT-5A از موارد زیر استفاده می‌کند:

- AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید):یک سیستم ماده با گاف انرژی متناظر با نور قرمز و کهربایی. این ماده بازده بالایی در طیف قرمز-نارنجی ارائه می‌دهد.

- InGaN (ایندیم گالیم نیترید):یک سیستم ماده با گاف انرژی قابل تنظیم که قادر به انتشار نور از فرابنفش تا آبی و سبز است که بستگی به محتوای ایندیم دارد. این ماده استاندارد LEDهای آبی و سبز پرنور است.

13. روندهای فناوری

مسیر کلی برای LEDهای SMD مانند این مورد شامل موارد زیر است:

- افزایش بازده:بهبودهای مستمر در رشد اپیتاکسیال و طراحی چیپ منجر به لومن بیشتر بر وات (lm/W) می‌شود و مصرف توان را برای همان خروجی نور کاهش می‌دهد.

- مینیاتوری‌سازی:کاهش مداوم در اندازه پکیج در حالی که توان نوری حفظ یا افزایش می‌یابد.

- بهبود بازتولید رنگ و ثبات:تلرانس‌های باینینگ سخت‌گیرانه‌تر و فناوری‌های جدید فسفر (برای LEDهای سفید)، نقاط رنگ ثابت‌تر و شاخص بازتولید رنگ (CRI) بالاتری را به ارمغان می‌آورند.

- هوشمندی یکپارچه:رشد ماژول‌های "LED هوشمند" با درایورهای داخلی، کنترلرها و رابط‌های ارتباطی (مانند I2C، SPI) برای ساده‌سازی طراحی سیستم. در حالی که LTST-S32F1KT-5A یک قطعه گسسته است، صنعت به سمت راه‌حل‌های یکپارچه‌تر برای وظایف روشنایی پیچیده در حرکت است.