دیتاشیت فنی LTST-C194KSKT - LED زرد SMD با ابعاد 1.6x0.8x0.3mm - ولتاژ مستقیم 2.4V - توان 75mW

1. مرور کلی محصول

LTST-C194KSKT یک دیود نورافشان (LED) از نوع نصب سطحی (SMD) است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن با محدودیت فضا طراحی شده است. این قطعه در دسته LEDهای تراشه‌ای فوق‌نازک قرار می‌گیرد و دارای ارتفاع بسیار کم تنها 0.30 میلی‌متر است. این ویژگی آن را به انتخابی ایده‌آل برای کاربردهایی تبدیل می‌کند که ارتفاع قطعه یک عامل طراحی حیاتی محسوب می‌شود، مانند نمایشگرهای فوق‌باریک، دستگاه‌های همراه و ماژول‌های نور پس‌زمینه.

این قطعه از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای ناحیه نورافشان خود استفاده می‌کند. این سیستم ماده‌ای به دلیل تولید نور با بازدهی بالا در طیف کهربایی تا قرمز شناخته شده است. در این مدل خاص، برای تابش نور زرد طراحی شده است. LED در یک بسته‌بندی با لنز شفاف آبی (water-clear) قرار گرفته که امکان استخراج حداکثری نور و زاویه دید گسترده را فراهم می‌کند. این قطعه بر روی نوار استاندارد صنعتی 8 میلی‌متری بسته‌بندی شده و بر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ عرضه می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ خودکار پیک‌اندپلیس سرعت‌بالا مورد استفاده در تولید انبوه سازگار می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزیت اصلی این LED ترکیب فاکتور فرم فوق‌نازک و خروجی روشنایی بالا از فناوری تراشه AlInGaP است. انطباق آن با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) آن را به یک محصول "سبز" مناسب برای بازارهای جهانی با مقررات سخت زیست‌محیطی تبدیل می‌کند. این قطعه همچنین برای سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری متداول، از جمله ریفلو مادون قرمز (IR) و فاز بخار طراحی شده است که در خطوط مونتاژ فناوری نصب سطحی (SMT) استاندارد هستند.

بازار هدف طیف گسترده‌ای از الکترونیک مصرفی و صنعتی را در بر می‌گیرد. کاربردهای کلیدی شامل نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه برای صفحه‌کلیدها و آیکون‌ها، روشنایی پنل و نورپردازی تزئینی در دستگاه‌هایی است که حداقل ضخامت از اهمیت بالایی برخوردار است. سازگاری آن با تجهیزات قرارگیری خودکار، آن را برای تولید انبوه مناسب می‌سازد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی عملکرد LED را همانطور که تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C) تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در یا زیر این محدودیت‌ها تضمین نشده و در طراحی مدار باید از آن اجتناب کرد.

• اتلاف توان (Pd):75 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که بسته‌بندی LED می‌تواند به صورت گرما دفع کند. تجاوز از این مقدار می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد و تخریب تسریع‌شده اتصال نیمه‌هادی شود.
• جریان مستقیم DC (IF):30 میلی‌آمپر. حداکثر جریان مستقیم پیوسته‌ای که می‌توان اعمال کرد. دیتاشیت یک ضریب کاهش 0.4 میلی‌آمپر/°C را برای دمای محیط بالاتر از 25°C مشخص می‌کند، به این معنی که جریان پیوسته مجازی با گرم‌تر شدن محیط کار کاهش می‌یابد.
• جریان مستقیم پیک:80 میلی‌آمپر. این مقدار تنها تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برای دستیابی مختصر به خروجی نور بالاتر بدون گرمای بیش از حد مجاز است.
• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس بیشتر از این می‌تواند باعث شکست و آسیب غیرقابل برگشت به اتصال LED شود.
• محدوده دمای کار و ذخیره‌سازی:55- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. این محدودیت‌های محیطی برای عملکرد قابل اطمینان و ذخیره‌سازی غیرفعال را تعریف می‌کند.
• تحمل دمای لحیم‌کاری:این قطعه می‌تواند لحیم‌کاری موجی یا ریفلو مادون قرمز با دمای پیک 260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه و لحیم‌کاری فاز بخار در دمای 215 درجه سلسیوس به مدت 3 دقیقه را تحمل کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که در جریان مستقیم (IF) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت نورانی (Iv):از حداقل 28.0 میلی‌کاندلا تا حداکثر 180.0 میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار واقعی برای یک واحد خاص به کد دسته‌بندی اختصاص داده شده به آن بستگی دارد (به بخش 3 مراجعه کنید). شدت با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با پاسخ فوتوپیک چشم انسان (منحنی CIE) اندازه‌گیری می‌شود.
• زاویه دید (2θ1/2):130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نورانی به نصف مقدار اندازه‌گیری شده روی محور مرکزی کاهش می‌یابد. یک زاویه دید گسترده مانند این، مشخصه یک لنز شفاف آبی و غیرپخش است که روشنایی وسیعی را فراهم می‌کند.
• طول موج تابش پیک (λP):588 نانومتر. این طول موجی است که در آن خروجی توان طیفی در بالاترین حد است.
• طول موج غالب (λd):587.0 نانومتر تا 597.0 نانومتر. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ (در این مورد زرد) را تعریف می‌کند. این مقدار از مختصات رنگی CIE استخراج می‌شود. واحدها در این محدوده دسته‌بندی می‌شوند.
• عرض نیم‌خط طیفی (Δλ):15 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی است و عرض طیف تابش در نصف حداکثر توان آن را اندازه‌گیری می‌کند. مقدار کوچکتر نشان‌دهنده یک منبع نور تک‌رنگ‌تر است.
• ولتاژ مستقیم (VF):معمولاً 2.00 ولت، با حداکثر 2.40 ولت در 20 میلی‌آمپر. این افت ولتاژ دو سر LED هنگام کار است.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که بایاس معکوس 5 ولت اعمال می‌شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای نوری کلیدی در "دسته‌ها" (بین) مرتب می‌شوند. LTST-C194KSKT از یک سیستم دسته‌بندی دو بعدی استفاده می‌کند.

3.1 دسته‌بندی شدت نورانی

LEDها در چهار دسته شدت (N, P, Q, R) که بر حسب میلی‌کاندلا (mcd) در 20mA اندازه‌گیری می‌شوند، دسته‌بندی می‌شوند. هر دسته دارای یک مقدار حداقل و حداکثر است و یک تلرانس +/-15% در هر دسته مجاز است. به عنوان مثال، یک واحد در دسته 'R' شدتی بین 112.0 mcd تا 180.0 mcd خواهد داشت. طراحان در صورتی که یکنواختی روشنایی در بین چندین LED حیاتی است، باید این تغییرات را در نظر بگیرند.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

به طور مشابه، LEDها در چهار گروه طول موج (J, K, L, M) برای کنترل یکنواختی رنگ دسته‌بندی می‌شوند. طول موج غالب در تمام دسته‌ها از 587.0 نانومتر تا 597.0 نانومتر متغیر است. هر دسته خاص (مثلاً دسته 'K' محدوده 589.5 نانومتر تا 592.0 نانومتر را پوشش می‌دهد) دارای تلرانس محدودتر +/- 1 نانومتر است. این امر اطمینان می‌دهد که تمام LEDهای یک دسته خاص سایه بسیار مشابهی از رنگ زرد را دارند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (شکل 1، شکل 6)، مفاهیم آنها برای فناوری LED استاندارد است. طراحان می‌توانند انتظار روابط کلی زیر را داشته باشند:

• منحنی IV (جریان در مقابل ولتاژ):ولتاژ مستقیم (VF) دارای ضریب دمایی مثبت است و همچنین با جریان مستقیم بالاتر کمی افزایش می‌یابد. این رابطه غیرخطی است و قبل از خطی‌تر شدن، یک زانوی روشنایی نشان می‌دهد.
• شدت نورانی در مقابل جریان مستقیم:خروجی نور تقریباً تا حدی با جریان مستقیم متناسب است، پس از آن ممکن است بازده به دلیل اثرات گرمایی کاهش یابد.
• شدت نورانی در مقابل دما:خروجی نور LEDهای AlInGaP معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. این یک ملاحظه حیاتی برای کاربردهای درایو با قابلیت اطمینان بالا یا توان بالا است.
• توزیع طیفی:طیف تابش حول طول موج پیک (588 نانومتر) با عرض نیم‌خط مشخص شده 15 نانومتر متمرکز شده است که نقطه رنگ زرد را تعریف می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد قطعه و قطبیت

این LED با فوت‌پرینت استاندارد بسته‌بندی EIA مطابقت دارد. بعد کلیدی آن ارتفاع 0.30 میلی‌متر است. نقشه‌های مکانیکی دقیق در دیتاشیت طول، عرض و فاصله پدها را ارائه می‌دهند. قطعه دارای علامت‌گذاری قطبیت است، معمولاً یک نشانگر کاتد روی بسته‌بندی یا از طریق جهت نوار، که باید در طول مونتاژ رعایت شود تا عملکرد صحیح تضمین گردد.

5.2 طراحی پد لحیم توصیه شده

دیتاشیت شامل یک الگوی لند پیشنهادی (طرح‌بندی پد لحیم) برای طراحی PCB است. پایبندی به این الگو برای دستیابی به اتصالات لحیم قابل اطمینان و تراز مناسب در طول ریفلو بسیار مهم است. یک یادداشت حداکثر ضخامت استنسیل 0.10 میلی‌متر را برای اعمال خمیر لحیم توصیه می‌کند تا از پل زدن بین پدهای با فاصله نزدیک جلوگیری شود.

5.3 مشخصات بسته‌بندی نوار و قرقره

LEDها بر روی نوار حامل برجسته (عرض 8 میلی‌متر) که بر روی قرقره‌های 7 اینچی پیچیده شده‌اند، عرضه می‌شوند. هر قرقره حاوی 5000 قطعه است. بسته‌بندی از استانداردهای ANSI/EIA 481-1-A-1994 پیروی می‌کند. مشخصات کلیدی شامل: جیب‌های خالی با نوار پوشش مهر و موم شده‌اند، حداقل مقدار بسته‌بندی 500 قطعه برای قرقره‌های باقی‌مانده و حداکثر دو قطعه مفقود شده متوالی مجاز در هر قرقره.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل‌های لحیم‌کاری ریفلو

دیتاشیت دو پروفایل ریفلو مادون قرمز (IR) پیشنهادی ارائه می‌دهد: یکی برای فرآیند لحیم استاندارد قلع-سرب (SnPb) و یکی برای فرآیند لحیم بدون سرب (Pb-free)، که معمولاً از آلیاژ SAC (Sn-Ag-Cu) استفاده می‌کند. پروفایل بدون سرب به دمای پیک بالاتری (حدود 260 درجه سلسیوس) نیاز دارد اما با نرخ‌های افزایش و خنک‌سازی کنترل شده برای به حداقل رساندن شوک حرارتی. پروفایل‌ها مناطق پیش‌گرم، زمان بالاتر از نقطه ذوب و مدت زمان دمای پیک (مثلاً 5 ثانیه در حداکثر 260°C) را تعریف می‌کنند.

6.2 اقدامات احتیاطی ذخیره‌سازی و جابه‌جایی

قرقره‌های بازنشده باید در محیطی با دمای حداکثر 30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 70% ذخیره شوند. پس از خارج شدن از کیسه رطوبت‌گیر اصلی، قطعات باید در عرض 672 ساعت (28 روز) استفاده شوند تا از جذب رطوبت که می‌تواند باعث "پاپ کورن شدن" در طول ریفلو شود، جلوگیری گردد. اگر ذخیره‌سازی از این مدت فراتر رود، پخت در دمای تقریبی 60 درجه سلسیوس به مدت 24 ساعت قبل از لحیم‌کاری توصیه می‌شود. برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت خارج از کیسه اصلی، از یک ظرف درب‌دار با ماده خشک‌کننده یا محیط پالایش شده با نیتروژن استفاده کنید.

6.3 تمیزکاری

در صورت لزوم تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط از حلال‌های مشخص شده استفاده کنید. دیتاشیت غوطه‌وری در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه را توصیه می‌کند. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز پلاستیکی یا ماده بسته‌بندی آسیب برسانند.

7. ملاحظات طراحی کاربردی

7.1 طراحی مدار درایو

یک LED یک قطعه جریان‌محور است. حیاتی‌ترین قانون طراحی این است که همیشه از یک مکانیزم محدودکننده جریان استفاده شود. دیتاشیت به شدت استفاده از یک مقاومت سری برای هر LED (مدل مدار A) را توصیه می‌کند، حتی زمانی که چندین LED به صورت موازی به یک منبع ولتاژ متصل شده‌اند. این به این دلیل است که ولتاژ مستقیم (VF) LEDها می‌تواند کمی از واحدی به واحد دیگر متفاوت باشد. بدون مقاومت‌های جداگانه، LEDهایی با VF پایین‌تر جریان نامتناسبی بیشتری می‌کشند که منجر به روشنایی ناهموار و تنش بالقوه بیش از حد (مدل مدار B) می‌شود. برای کاربردهای دقیق، درایورهای جریان ثابت ترجیح داده می‌شوند.

7.2 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

اتصال نیمه‌هادی در LEDها به شدت مستعد آسیب ناشی از تخلیه الکترواستاتیک است. دیتاشیت اقدامات کنترل ESD ضروری را مشخص می‌کند: اپراتورها باید از مچ‌بندهای زمین‌شده یا دستکش‌های ضداستاتیک استفاده کنند؛ تمام ایستگاه‌های کاری، تجهیزات و قفسه‌های ذخیره‌سازی باید به درستی زمین‌شده باشند؛ و باید از یک یونیزه‌کننده برای خنثی کردن بارهای استاتیکی که می‌توانند در طول جابه‌جایی روی لنز پلاستیکی ایجاد شوند، استفاده شود. آسیب ESD ممکن است باعث خرابی فوری نشود اما می‌تواند منجر به کاهش عمر یا عملکرد نامنظم شود.

7.3 مدیریت حرارتی

اگرچه یک قطعه کوچک است، اما محدودیت اتلاف توان 75mW و منحنی کاهش جریان نشان می‌دهد که مدیریت حرارتی مهم است، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا یا هنگام درایو نزدیک به حداکثر جریان پیوسته. اطمینان از مساحت کافی مس PCB در اطراف پدهای لحیم می‌تواند به دفع گرما کمک کند. شدت نورانی و طول موج غالب می‌توانند با دمای اتصال تغییر کنند، بنابراین حفظ یک محیط حرارتی پایدار به عملکرد نوری یکنواخت کمک می‌کند.

8. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده اصلی LTST-C194KSKT پروفایل 0.30 میلی‌متری آن در دسته LEDهای زرد AlInGaP است. در مقایسه با LEDهای SMD استاندارد که اغلب 0.6 میلی‌متر یا 1.0 میلی‌متر ارتفاع دارند، این نشان‌دهنده کاهش 50-70 درصدی در ارتفاع است. این امر بدون سازش قابل توجهی در عملکرد نوری حاصل شده است، زیرا همچنان زاویه دید گسترده و سطوح روشنایی مناسب برای کاربردهای نشانگر را ارائه می‌دهد. سازگاری آن با فرآیندهای ریفلو استاندارد، آن را به یک جایگزین مستقیم برای قطعات ضخیم‌تر در سناریوهای ارتقای فضا تبدیل می‌کند، برخلاف برخی دستگاه‌های فوق‌نازک که به تکنیک‌های مونتاژ تخصصی نیاز دارند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از خروجی منطقی 3.3V یا 5V درایو کنم؟

پ: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان سری استفاده کنید. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 3.3V و VF معمولی 2.0V در 20mA، مقدار مقاومت خواهد بود: R = (3.3V - 2.0V) / 0.02A = 65 اهم. یک مقاومت استاندارد 68 اهم مناسب خواهد بود.

س: چرا چنین محدوده وسیعی در شدت نورانی (28 تا 180 mcd) وجود دارد؟

پ: این محدوده کلی در تمام تولید است. برای یک سفارش خاص، شما می‌توانید یک دسته محدودتر (مثلاً دسته R: 112-180 mcd) را درخواست کنید تا یکنواختی روشنایی در کاربرد شما تضمین شود.

س: آیا لنز شفاف آبی برای یک نوار نور یکنواخت و گسترده مناسب است؟

پ: لنز شفاف آبی زاویه دید گسترده‌ای (130 درجه) فراهم می‌کند اما ممکن است در مقایسه با یک لنز پخش، یک "نقطه داغ" متمرکزتر ایجاد کند. برای نوارهای کاملاً یکنواخت، اغلب از اپتیک ثانویه یا راهنماهای نور در کنار LEDها استفاده می‌شود.

س: چگونه نمودار پروفایل لحیم‌کاری را تفسیر کنم؟

پ: نمودار دما را روی محور Y و زمان را روی محور X نشان می‌دهد. خط، دمای هدفی را که بسته‌بندی LED باید هنگام عبور از کوره ریفلو تجربه کند، تعریف می‌کند. نقاط کلیدی عبارتند از: حداکثر نرخ افزایش، دمای و مدت زمان پیش‌گرم، زمان بالاتر از نقطه ذوب لحیم، دمای پیک و حداکثر نرخ خنک‌سازی.

10. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال 1: نشانگر وضعیت در یک دستگاه پوشیدنی

در یک ساعت هوشمند یا ردیاب تناسب اندام، فضای برد و ضخامت به شدت محدود است. یک LTST-C194KSKT منفرد که از طریق یک پین GPIO و یک مقاومت سری در 10-15 میلی‌آمپر درایو می‌شود، می‌تواند یک اعلان واضح (شارژ، پیام، باتری کم) را بدون افزودن ضخامت قابل توجهی ارائه دهد. زاویه دید گسترده آن اطمینان می‌دهد که نور از زوایای مختلف روی مچ دست قابل مشاهده است.

مثال 2: نور پس‌زمینه برای پنل‌های کلید غشایی

برای پنل‌های کنترل صنعتی با صفحه‌کلیدهای غشایی، چندین LED زرد را می‌توان در زیر آیکون‌های کلید نیمه‌شفاف قرار داد. پروفایل فوق‌نازک به آن‌ها اجازه می‌دهد تا در حفره کم عمق پشت ورق غشایی جای بگیرند. با مشخص کردن LEDها از یک دسته شدت و طول موج یکسان (مثلاً دسته Q، دسته K)، می‌توان به رنگ و روشنایی یکنواخت در تمام کلیدها دست یافت.

مثال 3: نورپردازی لبه تزئینی

در یک محصول الکترونیک مصرفی نازک (مثلاً یک بلندگو، روتر)، یک خط از این LEDها که در امتداد یک لبه داخلی قرار گرفته‌اند، همراه با یک راهنمای نور یا پخش‌کننده، می‌توانند یک خط تأکید درخشان یکنواخت ایجاد کنند. ارتفاع 0.3 میلی‌متری به آن‌ها اجازه می‌دهد تا بسیار نزدیک به پوسته بیرونی محصول قرار گیرند.

11. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

تابش نور در LTST-C194KSKT بر اساس الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی ساخته شده از مواد AlInGaP است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل داخلی اتصال اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. در یک نیمه‌هادی با گاف مستقیم مانند AlInGaP، این رویداد بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور تابش شده توسط انرژی گاف ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود که در طول فرآیند رشد کریستال برای قرار گرفتن در طیف زرد (~588-597 نانومتر) طراحی شده است. لنز اپوکسی شفاف آبی تراشه را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و الگوی خروجی نور را شکل می‌دهد.

12. روندها و زمینه فناوری

توسعه LTST-C194KSKT با چندین روند کلیدی در فوتونیک و ساخت الکترونیک همسو است. فشار برای کوچک‌سازی و قطعات با پروفایل پایین‌تر بی‌امان است و توسط تقاضای مصرف‌کننده برای گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و دستگاه‌های پوشیدنی نازک‌تر هدایت می‌شود. فناوری AlInGaP همچنان راه‌حل غالب برای LEDهای کهربایی، زرد و قرمز با بازدهی بالا باقی مانده است، اگرچه پیشرفت‌ها در LEDهای آبی تبدیل شده با فسفر (pc-LED) اکنون جایگزین‌هایی برای برخی کاربردهای زرد/سبز ارائه می‌دهند. تأکید بر انطباق با RoHS و ساخت سبز اکنون یک استاندارد جهانی است. علاوه بر این، سیستم‌های دسته‌بندی دقیق و بسته‌بندی استاندارد (نوار و قرقره، فوت‌پرینت‌های EIA) نیاز صنعت به تولید انبوه، خودکار و یکنواخت برای پاسخگویی به تقاضای زنجیره‌های تأمین جهانی را منعکس می‌کنند. گنجاندن پروفایل‌های خاص برای لحیم‌کاری بدون سرب، گذار کامل صنعت از فرآیندهای مبتنی بر سرب را تأکید می‌کند.