مشخصات فنی LED آبی SMD مدل LTST-C191TBKT - ابعاد 3.2x1.6x0.55 میلی‌متر - ولتاژ 2.8-3.8 ولت - توان 76 میلی‌وات - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTST-C191TBKT یک دیود نورافشان نصب‌سطحی (SMD LED) است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن با محدودیت فضا طراحی شده است. این محصول در دسته LEDهای تراشه‌ای فوق باریک قرار می‌گیرد و دارای ارتفاع بسیار کم تنها 0.55 میلی‌متر است. این ویژگی آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای نور پس‌زمینه در لوازم الکترونیکی مصرفی نازک، چراغ‌های نشانگر در دستگاه‌های قابل حمل و نمایشگرهای وضعیت که فضای عمودی محدود است، تبدیل می‌کند. این قطعه از تراشه نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) استفاده می‌کند که استاندارد صنعتی برای تولید نور آبی با بازدهی بالا است. این قطعه بر روی نوار 8 میلی‌متری بسته‌بندی و بر روی قرقره‌های استاندارد 7 اینچی عرضه می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ خودکار پیک اند پلیس سرعت‌بالا مورد استفاده در تولید انبوه سازگار می‌سازد.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

مزایای اصلی این LED از طراحی فیزیکی و الکتریکی آن نشأت می‌گیرد. بارزترین ویژگی آن ارتفاع فوق باریک 0.55 میلی‌متری است که مستقیماً با روند تولید محصولات نهایی نازک‌تر مطابقت دارد. این محصول به عنوان یک محصول سبز طبقه‌بندی شده و با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد که تضمین می‌کند استانداردهای زیست‌محیطی بین‌المللی را رعایت می‌کند. فناوری تراشه InGaN شدت نور بالایی از یک منبع کوچک فراهم می‌آورد. ابعاد استاندارد بسته‌بندی EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک) آن، سازگاری با طیف گسترده‌ای از طرح‌های PCB (برد مدار چاپی) و کتابخانه‌های طراحی موجود را تضمین می‌کند. علاوه بر این، این قطعه برای سازگاری با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز (IR) طراحی شده است که روش غالب برای اتصال قطعات SMD بوده و گردش کار تولید را ساده می‌سازد.

2. مشخصات فنی: تحلیل عمیق

این بخش، تجزیه‌وتحلیل دقیقی از محدودیت‌های مطلق و ویژگی‌های عملیاتی دستگاه ارائه می‌دهد که برای طراحی مدار قابل اعتماد حیاتی هستند.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر برای عملکرد عادی در نظر گرفته نشده‌اند. حداکثر جریان مستقیم پیوسته DC (I_F) 20 میلی‌آمپر است. در شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه، جریان مستقیم پیک بالاتری معادل 100 میلی‌آمپر مجاز است. تلفات توان کل نباید از 76 میلی‌وات تجاوز کند؛ محدودیتی که توسط توانایی بسته‌بندی در انتقال حرارت به PCB تعیین می‌شود. محدوده دمای عملیاتی دستگاه 20- تا 80+ درجه سلسیوس و محدوده دمای نگهداری آن 30- تا 100+ درجه سلسیوس است. برای مونتاژ، این قطعه می‌تواند دمای پیک لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز 260 درجه سلسیوس را حداکثر به مدت 10 ثانیه تحمل کند.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکی

این پارامترها در دمای محیط استاندارد (T_a) 25 درجه سلسیوس و جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این پارامترها عملکرد دستگاه را در شرایط عملیاتی عادی تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):از حداقل 28.0 میلی‌کاندلا تا حداکثر 180.0 میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار واقعی برای یک واحد خاص به کد دسته‌بندی (بین) آن بستگی دارد (به بخش 3 مراجعه کنید). شدت نور با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای مطابقت با منحنی پاسخ فوتوپیک (چشم انسان) اندازه‌گیری می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):زاویه دید گسترده 130 درجه، که به عنوان نقطه خارج از محوری تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار خود در محور (0 درجه) کاهش می‌یابد. این نشان‌دهنده الگوی تابش لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی است که برای کاربردهای نیازمند روشنایی گسترده به جای پرتو متمرکز مناسب است.
• طول موج پیک (λ_P):معمولاً 468 نانومتر. این طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی در حداکثر خود قرار دارد.
• طول موج غالب (λ_d):از 465.0 نانومتر تا 475.0 نانومتر متغیر است. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان برای مطابقت با رنگ LED درک می‌شود و از نمودار رنگ‌سنجی CIE استخراج می‌شود. این پارامتر کلیدی برای یکنواختی رنگ است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):تقریباً 25 نانومتر. این مقدار پهنای باند نور ساطع شده را اندازه‌گیری می‌کند که نشان‌دهنده خلوص طیفی است. یک مقدار معمول برای LED آبی InGaN.
• ولتاژ مستقیم (V_F):در جریان 20 میلی‌آمپر از 2.80 ولت تا 3.80 ولت متغیر است. مقدار دقیق آن دسته‌بندی شده است (بینینگ) (به بخش 3 مراجعه کنید). این پارامتر برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت اعمال شود. توجه به این نکته بسیار مهم است که این LEDبرای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است; این شرایط آزمایش صرفاً برای تعیین مشخصات است. اعمال بایاس معکوس در مدار می‌تواند به دستگاه آسیب برساند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های مختلفی (بین) مرتب می‌شوند. LTST-C191TBKT از یک سیستم دسته‌بندی سه‌بعدی برای پارامترهای کلیدی استفاده می‌کند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

واحدها بر اساس ولتاژ مستقیم (V_F) آنها در 20 میلی‌آمپر در دسته‌های D7 تا D11 مرتب می‌شوند. به عنوان مثال، دسته D7 شامل LEDهایی با V_Fبین 2.80 ولت و 3.00 ولت است، در حالی که دسته D11 شامل LEDهایی با ولتاژ 3.60 ولت تا 3.80 ولت است. تلرانس درون هر دسته ±0.1 ولت است. انتخاب LEDها از یک دسته ولتاژ یکسان به حفظ یکنواختی روشنایی و مصرف توان در یک آرایه کمک می‌کند.

3.2 دسته‌بندی شدت نور

شدت نور در کدهای N، P، Q و R دسته‌بندی می‌شود. دسته N محدوده 28.0-45.0 میلی‌کاندلا و دسته R بالاترین محدوده 112.0-180.0 میلی‌کاندلا را پوشش می‌دهد. تلرانس برای هر دسته شدت نور ±15% است. این امر به طراحان اجازه می‌دهد سطح روشنایی مناسب برای کاربرد خود را انتخاب کنند و بین دید و بازده توان تعادل برقرار سازند.

3.3 دسته‌بندی طول موج غالب

رنگ (طول موج غالب) در دو کد دسته‌بندی می‌شود: AC (465.0-470.0 نانومتر) و AD (470.0-475.0 نانومتر)، با تلرانس ±1 نانومتر برای هر دسته. این کنترل دقیق، تغییر رنگ حداقلی را تضمین می‌کند که برای کاربردهایی مانند نور پس‌زمینه چند LED یا نشانگرهای وضعیت که تطابق رنگ مهم است، ضروری می‌باشد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاصی در برگه اطلاعات (دیتاشیت) ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 1 برای توزیع طیفی، شکل 6 برای زاویه دید)، مفاهیم آنها برای LEDهای InGaN استاندارد است. منحنی جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (I-V) رابطه نمایی معمول را نشان می‌دهد، با ولتاژ زانو در حدود 2.8-3.0 ولت. منحنی شدت نور در مقابل جریان مستقیم عموماً تا جریان نامی خطی است و پس از آن بازده ممکن است به دلیل گرمایش کاهش یابد. طول موج غالب معمولاً دارای ضریب دمایی منفی جزئی است، به این معنی که با افزایش دمای اتصال ممکن است به سمت طول‌موج‌های بلندتر (کمی متمایل به سبز) جابجا شود. منحنی زاویه دید گسترده 130 درجه، پروفایل تابش نزدیک به لامبرتی را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد فیزیکی

بسته‌بندی از ابعاد استاندارد EIA پیروی می‌کند. ابعاد کلیدی شامل طول معمول 3.2 میلی‌متر، عرض 1.6 میلی‌متر و ارتفاع مشخصه 0.55 میلی‌متر است. نقشه‌های ابعادی دقیق برای طراحی الگوی لند PCB در برگه اطلاعات ارائه شده است. تمامی ابعاد دارای تلرانس استاندارد ±0.10 میلی‌متر هستند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

5.2 شناسایی قطبیت و طراحی پد

این LED دارای آند و کاتد است. قطبیت معمولاً با یک علامت روی بسته‌بندی یا یک ویژگی نامتقارن در الگوی لند نشان داده می‌شود. برگه اطلاعات شامل ابعاد پیشنهادی پد لحیم‌کاری است تا اطمینان حاصل شود که یک فیله لحیم قابل اعتماد در حین رفلو تشکیل می‌شود که برای اتصال الکتریکی و استحکام مکانیکی حیاتی است. طراحی مناسب پد همچنین به اتلاف حرارت کمک می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری رفلو

این دستگاه برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) واجد شرایط است. یک پروفایل رفلو مادون قرمز پیشنهادی ارائه شده است که با استانداردهای JEDEC مطابقت دارد. پارامترهای کلیدی شامل ناحیه پیش‌گرم (معمولاً 150-200 درجه سلسیوس)، افزایش کنترل‌شده تا دمای پیک که از 260 درجه سلسیوس تجاوز نکند، و زمان بالای مایع (TAL) مناسب برای خمیر لحیم است. دمای پیک 260 درجه سلسیوس نباید بیش از 10 ثانیه تجاوز کند. تأکید شده است که پروفایل دقیق باید برای طراحی PCB خاص، قطعات و خمیر لحیم مورد استفاده، مشخص شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی با هویه، توصیه می‌شود از دمای نوک هویه حداکثر 300 درجه سلسیوس استفاده شود و زمان تماس برای یک عملیات واحد حداکثر به 3 ثانیه محدود شود. گرمای بیش از حد از هویه می‌تواند به راحتی به بسته‌بندی کوچک آسیب برساند.

6.3 شرایط نگهداری و جابجایی

LEDها به رطوبت حساس هستند. هنگامی که در کیسه ضد رطوبت مهر و موم شده اصلی همراه با جاذب رطوبت نگهداری می‌شوند، باید در دمای ≤30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شده و ظرف یک سال استفاده شوند. پس از باز شدن کیسه، محیط نگهداری نباید از 30 درجه سلسیوس و 60% رطوبت نسبی تجاوز کند. قطعاتی که بیش از 672 ساعت (28 روز) در معرض رطوبت محیط قرار گرفته‌اند، باید قبل از لحیم‌کاری رفلو، تقریباً در دمای 60 درجه سلسیوس حداقل به مدت 20 ساعت پخته شوند تا از پاپ کورنینگ (ترک خوردن بسته‌بندی به دلیل فشار بخار) جلوگیری شود. برای نگهداری طولانی‌مدت خارج از کیسه اصلی، از یک ظرف درب‌بسته همراه با جاذب رطوبت استفاده کنید.

6.4 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 معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه توصیه می‌شود. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به مواد پلاستیکی بسته‌بندی آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

بسته‌بندی استاندارد، نوار حامل برجسته به عرض 8 میلی‌متر بر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) است. هر قرقره حاوی 5000 عدد LED مدل LTST-C191TBKT است. نوار از یک پوشش بالایی برای مهر و موم کردن جیب‌های خالی استفاده می‌کند. بسته‌بندی از مشخصات ANSI/EIA 481-1-A-1994 پیروی می‌کند. برای باقی‌مانده‌های تولید، حداقل تعداد بسته‌بندی 500 عدد اعمال می‌شود.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

پروفایل فوق باریک این LED را برای موارد زیر ایده‌آل می‌سازد: نور پس‌زمینه کلیدها در کیبوردهای نازک یا کنترل‌از راه دور، نشانگرهای وضعیت در تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و لپ‌تاپ‌های فوق نازک، روشنایی پنل در داشبورد خودرو یا لوازم خانگی مصرفی، و به عنوان یک نشانگر آبی همه‌منظوره در PCBهای با تراکم بالا.

8.2 ملاحظات و نکات طراحی

• درایو جریان:یک LED یک دستگاه جریان‌محور است. همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان یا یک مدار درایور جریان ثابت استفاده کنید. مقدار مقاومت با استفاده از رابطه R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_Fمحاسبه می‌شود. از حداکثر V_Fاز دسته یا برگه اطلاعات استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان در بدترین شرایط از 20 میلی‌آمپر تجاوز نمی‌کند.
• محافظت در برابر ESD:تراشه InGaN به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس است. در طول جابجایی و مونتاژ باید از کنترل‌های مناسب ESD (بند مچ زمین شده، میزکار زمین شده، کفپوش رسانا) استفاده شود.
• مدیریت حرارتی:اگرچه توان پایین است، اما اطمینان از یک مسیر حرارتی خوب از پدهای LED به مس PCB به حفظ عملکرد و طول عمر کمک می‌کند، به ویژه هنگامی که در جریان حداکثر یا نزدیک به آن کار می‌کند.
• محافظت در برابر ولتاژ معکوس:از آنجایی که دستگاه برای بایاس معکوس طراحی نشده است، در صورتی که LED ممکن است در معرض ولتاژ معکوس در مدار قرار گیرد، افزودن یک دیود محافظ به صورت موازی (کاتد به آند) را در نظر بگیرید.

9. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده اصلی LTST-C191TBKT ارتفاع 0.55 میلی‌متری آن است که از بسیاری از LEDهای SMD استاندارد (مانند بسته‌بندی‌های 0603 یا 0402 که اغلب ارتفاعی بیش از 0.8 میلی‌متر دارند) نازک‌تر است. در مقایسه با LEDهای نمای جانبی، این محصول فرمت تابش از بالا با زاویه دید گسترده ارائه می‌دهد. فناوری InGaN آن در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر LED آبی، بازدهی بالاتر و اشباع رنگ بهتری فراهم می‌کند. سیستم دسته‌بندی جامع آن، در مقایسه با گزینه‌های بدون دسته‌بندی یا با دسته‌بندی سست، یکنواختی رنگ و روشنایی بهتری ارائه می‌دهد که برای کاربردهای چند LED حیاتی است.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: برای منبع تغذیه 5 ولت به چه مقاومتی نیاز دارم؟

پاسخ: با استفاده از حداکثر V_Fمعادل 3.8 ولت و جریان هدف I_Fمعادل 20 میلی‌آمپر: R = (5V - 3.8V) / 0.02A = 60 Ω. یک مقاومت استاندارد 62 Ω یا 68 Ω مناسب خواهد بود. همیشه با دسته V_Fواقعی LEDهای خود تأیید کنید.

سوال: آیا می‌توانم آن را با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: احتمالاً، اما با دقت. اگر V_FLED در انتهای بالایی محدوده خود باشد (مثلاً 3.8 ولت)، یک منبع تغذیه 3.3 ولتی ممکن است آن را به طور کامل یا اصلاً روشن نکند. شما باید حداقل V_F(2.8 ولت) را بررسی کنید و به احتمال زیاد برای عملکرد قابل اعتماد به جای یک مقاومت ساده از یک درایور جریان ثابت استفاده کنید.

سوال: چگونه مقدار شدت نور را تفسیر کنم؟

پاسخ: شدت نور (میلی‌کاندلا) روشنایی را در یک جهت خاص (روی محور) اندازه‌گیری می‌کند. زاویه دید گسترده به این معنی است که این روشنایی در یک منطقه وسیع پخش می‌شود، بنابراین روشنایی درک شده روی یک سطح به فاصله و زاویه بستگی دارد. برای مقایسه، یک LED معمولی 5 میلی‌متری سوراخ‌دار ممکن است 1000-5000 میلی‌کاندلا باشد اما با پرتوی بسیار باریک‌تر.

سوال: آیا برای استفاده در فضای باز مناسب است؟

پاسخ: محدوده دمای عملیاتی (20- تا 80+ درجه سلسیوس) بسیاری از شرایط فضای باز را پوشش می‌دهد. با این حال، قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض نور مستقیم خورشید (UV) و آب و هوا ممکن است بسته‌بندی پلاستیکی را تخریب کند. برای محیط‌های خشن، مناسب بودن را با سازنده تأیید کرده و پوشش‌های محافظتی را در نظر بگیرید.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال 1: نوار وضعیت چند LED:طراحی یک نمودار میله‌ای با 10 LED آبی. برای اطمینان از ظاهر یکنواخت، LEDهایی از یک دسته طول موج غالب یکسان (مثلاً همه دسته AD) و یک دسته شدت نور یکسان (مثلاً همه دسته P) را مشخص کنید. آنها را با یک منبع جریان ثابت واحد که از طریق ترانزیستورها یا یک IC درایور LED به اشتراک گذاشته شده است، راه‌اندازی کنید تا جریان یکسان و در نتیجه روشنایی و رنگ یکسان تضمین شود.

مثال 2: نور پس‌زمینه یک کلید غشایی نازک:ارتفاع 0.55 میلی‌متری به LED اجازه می‌دهد تا در پشت یک لایه غشایی و یک دیفیوزر در یک مجموعه با ضخامت کمتر از 2 میلی‌متر قرار گیرد. زاویه دید گسترده 130 درجه، روشنایی یکنواخت آیکون کلید را تضمین می‌کند. یک جریان 10-15 میلی‌آمپر (به جای 20 میلی‌آمپر) ممکن است کافی باشد که مصرف توان و حرارت را کاهش می‌دهد.

12. معرفی اصل فناوری

LTST-C191TBKT بر اساس فناوری نیمه‌هادی InGaN است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. بازترکیب آنها انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلیاژ ایندیوم گالیم نیترید در ساختار چاه کوانتومی، انرژی گاف نواری و در نتیجه طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند. برای نور آبی، یک گاف نواری معادل تقریباً 2.6-2.7 الکترون ولت (eV) مورد نیاز است. بسته‌بندی پلاستیکی برای محافظت از تراشه نیمه‌هادی شکننده، ارائه یک ساختار مکانیکی و گنجاندن یک لنز که خروجی نور را شکل می‌دهد و منجر به زاویه دید گسترده می‌شود، عمل می‌کند.

13. روندها و تحولات صنعت

روند LEDهای SMD برای لوازم الکترونیکی مصرفی به سمت مینیاتوری‌سازی (ابعاد کوچک‌تر و پروفایل‌های کوتاه‌تر) و بازدهی بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) ادامه دارد. همچنین تلاشی برای بهبود یکنواختی رنگ و دسته‌بندی دقیق‌تر از سوی تولیدکنندگان وجود دارد. استفاده از مواد بدون سرب و بدون هالوژن برای انطباق با محیط زیست استاندارد است. از نظر کاربرد، یکپارچه‌سازی کلیدی است، به طوری که LEDها به طور فزاینده‌ای با درایورها یا سنسورها بسته‌بندی مشترک می‌شوند یا مستقیماً در PCBها تعبیه می‌شوند. فناوری زیربنایی InGaN بالغ است اما همچنان شاهد بهبودهای تدریجی در بازده کوانتومی داخلی و طول عمر است.