دیتاشیت فنی LED سفید SMD مدل LTW-C281DS5 - ابعاد 2.8x1.0x0.35mm - ولتاژ 2.55-3.15V - توان 70mW

1. مرور کلی محصول

این سند اطلاعات فنی جامعی را برای یک مدل خاص از دیود نورافشان نصب‌سطحی (SMD LED) ارائه می‌دهد. این محصول یک LED سفید فوق‌نازک و پرنور است که برای فرآیندهای مونتاژ الکترونیکی مدرن طراحی شده است. کاربردهای اصلی آن شامل نور پس‌زمینه، نشانگر وضعیت و نورپردازی عمومی در دستگاه‌های الکترونیکی فشرده است که در آن‌ها فضا و بازدهی از اهمیت حیاتی برخوردار است.

مزایای اصلی این قطعه شامل پروفایل بسیار کم‌ضخامت، سازگاری با ماشین‌آلات اتوماتیک Pick-and-Place و رعایت استانداردهای RoHS (محدودیت مواد خطرناک) و محصولات سبز است. بازار هدف شامل الکترونیک مصرفی، دستگاه‌های ارتباطی و سیستم‌های نهفته مختلفی است که به نورپردازی نشانگر قابل اعتماد و کم‌حجم نیاز دارند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

مقادیر حداکثر مطلق، محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این شرایط برای عملکرد عادی در نظر گرفته نشده‌اند.

• توان تلف شده (Pd):70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که بسته‌بندی LED می‌تواند به صورت گرما دفع کند بدون آن‌که عملکرد آن کاهش یابد یا باعث خرابی شود.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم لحظه‌ای مجاز است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1ms) مشخص می‌شود تا از گرم شدن بیش از حد پیوند نیمه‌هادی جلوگیری شود.
• جریان مستقیم DC (I_F):20 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد مطمئن بلندمدت است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس بیش از این مقدار می‌تواند باعث خرابی فوری و فاجعه‌بار پیوند LED شود.
• دمای کار و ذخیره‌سازی:این دستگاه برای محدوده دمای محیطی عملیاتی 30- درجه سلسیوس تا 80+ درجه سلسیوس درجه‌بندی شده است و می‌تواند در دمای 55- درجه سلسیوس تا 105+ درجه سلسیوس ذخیره شود.
• هویه‌کاری رفلو مادون قرمز:این قطعه می‌تواند در طول فرآیند هویه‌کاری رفلو، دمای پیک 260 درجه سلسیوس را حداکثر به مدت 10 ثانیه تحمل کند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط (T_a) 25 درجه سلسیوس و جریان مستقیم (I_F) 5 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده‌اند، مگر آن‌که خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نورانی (I_V):از حداقل 45.0 میلی‌کاندلا تا حداکثر معمول 180.0 میلی‌کاندلا متغیر است. این پارامتر روشنایی درک‌شده LED توسط چشم انسان را اندازه‌گیری می‌کند و از فیلتری استفاده می‌کند که منحنی پاسخ فوتوپیک CIE را تقریب می‌زند.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نورانی نصف شدت اندازه‌گیری شده در 0 درجه (روی محور) است. یک زاویه دید گسترده مانند این، نشان‌دهنده الگوی تابش لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی است که برای نورپردازی سطحی مناسب است.
• مختصات رنگی (x, y):مقادیر معمول x=0.294 و y=0.286 هستند. این مختصات نقطه رنگ نور سفید را روی نمودار رنگی CIE 1931 تعریف می‌کنند که نشان‌دهنده دمای رنگ سفید سرد یا سفید خنثی است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):در جریان 5 میلی‌آمپر از 2.55 ولت (حداقل) تا 3.15 ولت (حداکثر) متغیر است. این افت ولتاژ دو سر LED هنگامی است که جریان از آن عبور می‌کند. مقدار واقعی برای یک واحد خاص به کد دسته‌بندی (بین) آن بستگی دارد.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس 5 ولت اعمال شود. جریان معکوس پایین مطلوب است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی عملکرد در دسته‌های مختلف (بین) دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات خاصی برای رنگ، روشنایی و مشخصات الکتریکی را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم (V_F)

ولتاژ V_Fدر شش دسته (V1 تا V6) دسته‌بندی شده است که هر کدام محدوده 0.1 ولتی از 2.55 ولت تا 3.15 ولت در جریان I_F= 5mA دارند. برای هر دسته تلرانس ±0.05 ولت اعمال می‌شود. انتخاب LEDها از یک دسته V_Fیکسان، به حفظ توزیع یکنواخت جریان هنگامی که چندین LED به صورت موازی به هم متصل می‌شوند کمک می‌کند.

3.2 دسته‌بندی شدت نورانی (I_V)

شدت نورانی در سه دسته (P, Q, R) با حداقل مقادیر به ترتیب 45.0، 71.0 و 112.0 میلی‌کاندلا در جریان I_F= 5mA دسته‌بندی شده است. حداکثر برای دسته R برابر 180.0 میلی‌کاندلا است. برای هر دسته تلرانس ±15% اعمال می‌شود. این دسته‌بندی برای کاربردهایی که نیاز به سطوح روشنایی یکنواخت در بین چندین LED دارند، حیاتی است.

3.3 دسته‌بندی فام (رنگ)

نقطه رنگ در شش ناحیه (S1 تا S6) روی نمودار رنگی CIE 1931 تعریف شده است. هر دسته یک چهارضلعی است که توسط مرزهای مختصات خاص (x, y) تعریف می‌شود. برای مختصات تلرانس ±0.01 اعمال می‌شود. این سیستم یکنواختی رنگ را تضمین می‌کند که برای کاربردهای نور پس‌زمینه و نورپردازی زیبایی‌شناختی حیاتی است. نمودار ارائه شده این نواحی S1-S6 را به صورت بصری ترسیم می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های گرافیکی خاصی در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند (مثلاً شکل 6 برای زاویه دید، شکل 1 برای رنگ)، رفتار معمول آن‌ها را می‌توان بر اساس فیزیک استاندارد LED توصیف کرد.

• مشخصه جریان-ولتاژ (I-V):ولتاژ مستقیم (V_F) رابطه لگاریتمی با جریان مستقیم (I_F) نشان می‌دهد. یک افزایش کوچک در V_Fمنجر به افزایش زیادی در I_Fمی‌شود به محض آن‌که ولتاژ روشن شدن (ترن-آن) فراتر رود. ولتاژ V_Fهمچنین دارای ضریب دمایی منفی است، به این معنی که با افزایش دمای پیوند، اندکی کاهش می‌یابد.
• شدت نورانی در مقابل جریان:خروجی نور (I_V) در محدوده عملیاتی نرمال عموماً با جریان مستقیم متناسب است. با این حال، بازده ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افزایش گرما و اثرات افت (droop) در ماده نیمه‌هادی کاهش یابد.
• وابستگی دمایی:شدت نورانی LEDهای سفید مبتنی بر InGaN معمولاً با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. این یک عامل حیاتی برای مدیریت حرارتی در کاربردهای پرتوان یا با چگالی بالا است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

این LED دارای فوت‌پرینت استاندارد بسته‌بندی EIA (اتحادیه صنایع الکترونیک) است. یک مشخصه کلیدی آن پروفایل فوق‌نازک 0.35 میلی‌متری است. نقشه‌های ابعادی دقیقی ارائه شده است که طول، عرض، ارتفاع، اندازه پدها و تلرانس‌های موقعیتی آن‌ها (معمولاً ±0.10 میلی‌متر) را مشخص می‌کند.

5.2 طراحی پد و قطبیت

دیتاشیت شامل ابعاد پیشنهادی پدهای لحیم‌کاری برای چیدمان PCB (برد مدار چاپی) است. طراحی صحیح پد برای تشکیل اتصال لحیم قابل اعتماد و استحکام مکانیکی ضروری است. این قطعه دارای ترمینال‌های آند و کاتد است؛ قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ رعایت شود تا عملکرد مناسب تضمین گردد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلو

این قطعه به طور کامل با فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز (IR) سازگار است. یک پروفایل توصیه شده ارائه شده است که پارامترهای کلیدی آن شامل ناحیه پیش‌گرم (150-200 درجه سلسیوس)، حداکثر دمای پیک 260 درجه سلسیوس و زمان بالای نقطه ذوب (لیکوئیدوس) حداکثر 10 ثانیه است. این پروفایل باید مطابق با استانداردهای JEDEC باشد تا از شوک حرارتی جلوگیری شود.

6.2 ذخیره‌سازی و جابه‌جایی

• حساسیت به رطوبت:LEDها در کیسه‌های ضد رطوبت همراه با ماده جاذب رطوبت بسته‌بندی شده‌اند. پس از باز شدن کیسه اصلی، قطعات باید حداکثر در مدت 672 ساعت (28 روز) استفاده شوند یا در صورت ذخیره‌سازی طولانی‌تر، قبل از لحیم‌کاری حداقل به مدت 20 ساعت در دمای 60 درجه سلسیوس خشک (بیک) شوند.
• احتیاط‌های ESD (تخلیه الکترواستاتیک):LEDها به الکتریسیته ساکن حساس هستند. کنترل‌های مناسب ESD مانند ایستگاه‌های کاری زمین‌شده، مچ‌بند و ظروف رسانا در طول جابه‌جایی اجباری است.
• تمیزکاری:در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مشخص شده مانند الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق و به مدت کمتر از یک دقیقه استفاده شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

LEDها روی نوار حامل برجسته‌دار به عرض 8 میلی‌متر که روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده‌اند عرضه می‌شوند. هر قرقره حاوی 5000 قطعه است. برای مقادیر کمتر از یک قرقره کامل، حداقل تعداد بسته‌بندی 500 قطعه موجود است. مشخصات نوار و قرقره مطابق با استانداردهای ANSI/EIA 481-1 است که سازگاری با فیدرهای اتوماتیک را تضمین می‌کند.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این LED برای کاربردهای محدود از نظر فضا مانند نور پس‌زمینه صفحه کلید دستگاه‌های همراه، نشانگرهای وضعیت در لپ‌تاپ‌ها یا تبلت‌های فوق‌نازک، نشانگرهای پنل در داشبورد خودرو و نورپردازی تزئینی در گجت‌های مصرفی ایده‌آل است. زاویه دید گسترده آن، آن را برای نورپردازی یکنواخت نواحی کوچک یا راهنماهای نور مناسب می‌سازد.

8.2 ملاحظات طراحی مدار

• محدود کردن جریان:LED یک دستگاه جریان‌محور است. یک مقاومت سری محدودکننده جریان یا یک مدار درایور جریان ثابت برای جلوگیری از تجاوز از حداکثر جریان مستقیم DC که منجر به تخریب سریع می‌شود، ضروری است.
• مدیریت حرارتی:اگرچه توان تلف شده پایین است، اما اطمینان از مساحت کافی مس روی PCB یا وایاهای حرارتی زیر پد حرارتی LED (در صورت وجود) به دفع گرما کمک کرده و خروجی نور و طول عمر را حفظ می‌کند.
• اتصالات موازی:اتصال مستقیم LEDها به صورت موازی به طور کلی توصیه نمی‌شود به دلیل تغییرات در ولتاژ V_F. در صورت لزوم، استفاده از LEDها از یک دسته V_Fیکسان و قرار دادن مقاومت‌های سری با مقدار کم برای هر LED می‌تواند به متعادل کردن جریان‌ها کمک کند.

9. مقایسه و تمایز فنی

عامل تمایز اصلی این LED ضخامت 0.35 میلی‌متری آن است که برای یک LED SMD استاندارد به طور استثنایی کم است. در مقایسه با بسته‌بندی‌های ضخیم‌تر (مثلاً 0.6 میلی‌متر یا 1.0 میلی‌متر)، این امر طراحی محصولات نهایی حتی باریک‌تر را ممکن می‌سازد. ترکیب روشنایی بالا (تا 180 میلی‌کاندلا در 5 میلی‌آمپر) در این پروفایل نازک، نسبت روشنایی به اندازه مطلوبی ارائه می‌دهد. ساختار دسته‌بندی تعریف شده برای رنگ و شدت، سطحی از یکنواختی را فراهم می‌کند که ممکن است با LEDهای معمولی بدون دسته‌بندی یا با دسته‌بندی گسترده تضمین نشود.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

10.1 تفاوت بین جریان مستقیم پیک و جریان مستقیم DC چیست؟

جریان مستقیم DC (20 میلی‌آمپر) حد مجاز برای کارکرد پیوسته است. جریان مستقیم پیک (100 میلی‌آمپر) مقدار بسیار بالاتری است که فقط برای پالس‌های بسیار کوتاه (0.1 میلی‌ثانیه) در چرخه کاری پایین (10%) مجاز است. تجاوز از ریتینگ جریان DC، حتی به طور مختصر، می‌تواند باعث آسیب دائمی شود.

10.2 چگونه کدهای دسته رنگ (S1-S6) را تفسیر کنم؟

کدهای S نواحی روی نمودار رنگ CIE را تعریف می‌کنند. S1 و S2 نمایانگر تن‌های سفید سردتر (محتوی آبی بیشتر) هستند، در حالی که S5 و S6 نمایانگر تن‌های سفید گرم‌تر (محتوی زرد/قرمز بیشتر) هستند. S3 و S4 معمولاً در ناحیه سفید خنثی قرار دارند. طراحان باید دسته(های) مورد نیاز را بر اساس نیازهای دمای رنگ کاربرد خود مشخص کنند.

10.3 آیا می‌توانم به جای رفلو از هویه دستی استفاده کنم؟

لحیم‌کاری دستی با هویه امکان‌پذیر است اما برای تولید انبوه توصیه نمی‌شود. در صورت لزوم، دمای نوک هویه نباید از 300 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان لحیم‌کاری برای هر پایه باید حداکثر به 3 ثانیه محدود شود. باید مراقب بود تا از تنش مکانیکی و گرمای موضعی بیش از حد روی قطعه اجتناب شود.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال 1: نشانگر وضعیت دستگاه همراه:یک طراح به یک LED سفید پرنور برای نشان دادن وضعیت شارژ نیاز دارد. او یک LED از دسته روشنایی R برای قابلیت دید بالا انتخاب می‌کند. آن را با جریان 10 میلی‌آمپر توسط یک پین GPIO از میکروکنترلر با یک مقاومت سری که به صورت (ولتاژ تغذیه - V_F) / 0.01A محاسبه شده است، راه‌اندازی می‌کند. او یک LED از دسته ولتاژ V3 (2.75-2.85V) برای رفتار قابل پیش‌بینی انتخاب می‌کند. ارتفاع 0.35 میلی‌متری در قاب فوق‌نازک دستگاه جای می‌گیرد.

مثال 2: نور پس‌زمینه یک LCD کوچک:یک مهندس نیاز دارد تا یک LCD تک‌رنگ 2 اینچی را از کنار به طور یکنواخت با استفاده از یک راهنمای نور روشن کند. او از چهار LED که در امتداد یک لبه قرار گرفته‌اند استفاده می‌کند. برای اطمینان از رنگ و روشنایی یکنواخت، مشخص می‌کند که همه LEDها باید از یک دسته فام (مثلاً S4) و یک دسته شدت نورانی (مثلاً Q) باشند. آن‌ها به صورت سری به هم متصل شده و توسط یک درایور جریان ثابت تنظیم شده روی 15 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شوند تا خروجی یکنواخت تضمین شده و مدار ساده شود.

12. معرفی اصل فنی

این LED مبتنی بر فناوری نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیوم نیترید) است. هسته یک LED سفید معمولاً یک چیپ InGaN آبی‌تاب است. یک لایه فسفر، که اغلب از گارنت ایتریم آلومینیوم (YAG) دوپ شده با سریم تشکیل شده است، روی این چیپ رسوب داده می‌شود. هنگامی که نور آبی ساطع شده از چیپ، فسفر را برانگیخته می‌کند، بخشی از فوتون‌های آبی را به نور زرد تبدیل می‌کند (down-convert). ترکیب نور آبی باقی‌مانده و نور زرد ساطع شده توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود. ترکیب خاص فسفرها، دمای رنگ مرتبط (CCT) را تعیین می‌کند که منجر به نور سفید سرد، خنثی یا گرم می‌شود. بسته‌بندی فوق‌نازک از طریق تکنیک‌های پیشرفته بسته‌بندی در سطح ویفر و قالب‌گیری حاصل می‌شود.

13. روندها و تحولات صنعت

روند در LEDهای SMD برای الکترونیک مصرفی به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر بر وات)، فوت‌پرینت کوچک‌تر و پروفایل نازک‌تر ادامه دارد که محصولات نهایی باریک‌تر را ممکن می‌سازد. همچنین تمرکز قوی‌ای بر بهبود شاخص نمود رنگ (CRI) برای کیفیت نور بهتر و تلرانس‌های دسته‌بندی دقیق‌تر برای کاهش تغییرات رنگ و روشنایی در دسته‌های تولیدی وجود دارد. علاوه بر این، ادغام درایور IC مستقیماً با بسته‌بندی LEDها ("ماژول‌های LED" یا "LEDهای هوشمند") برای طراحی ساده‌تر رایج‌تر می‌شود. فناوری زیربنایی InGaN نیز برای چگالی توان بالاتر و قابلیت اطمینان بیشتر در حال بهبود است. مقررات زیست‌محیطی همچنان به حذف مواد خطرناک ادامه می‌دهند و رعایت RoHS را به عنوان یک الزام استاندارد تثبیت می‌کنند.