دیتاشیت LED سفید LTW-008ZDCG - InGaN سفید - 20mA - 3.6V - 120mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند جزئیات مشخصات فنی یک دیود نورافشان (LED) سفید با روشنایی بالا را شرح می‌دهد که برای کاربردهای فناوری نصب سطحی (SMT) طراحی شده است. این قطعه از ماده نیمه‌هادی نیترید گالیم ایندیم (InGaN) برای تولید نور سفید استفاده می‌کند که از طریق یک لنز زرد فیلتر می‌شود. این قطعه بر روی نوار 8 میلی‌متری بسته‌بندی شده و بر روی ریل‌هایی با قطر 7 اینچ عرضه می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ خودکار Pick-and-Place سازگار می‌کند. این محصول به عنوان "سبز" طبقه‌بندی شده و با دستورالعمل محدودیت مواد خطرناک (RoHS) مطابقت دارد که نشان‌دهنده عاری بودن از سرب است. طراحی اولیه آن برای کاربردهایی است که به روشنایی سفید قابل اعتماد و یکنواخت در قالب فشرده نیاز دارند.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

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

• اتلاف توان (Pd):120 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که پکیج LED می‌تواند به صورت گرما بدون فراتر رفتن از محدودیت‌های حرارتی خود دفع کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم لحظه‌ای مجاز است که معمولاً تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1ms) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مشخص می‌شود.
• جریان مستقیم DC (I_F):30 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد طولانی‌مدت قابل اعتماد است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس بیش از این مقدار می‌تواند باعث شکست و آسیب به پیوند LED شود. عملکرد با ولتاژ معکوس پیوسته ممنوع است.
• محدوده دمای عملیاتی (T_opr):30- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیطی که LED برای عملکرد صحیح در آن طراحی شده است.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمایی برای ذخیره‌سازی غیرعملیاتی.
• شرایط لحیم‌کاری ریفلو:مقاوم در برابر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه، که با پروفیل‌های معمول لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب (مانند J-STD-020D) همسو است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد Ta=25°C و I_F= 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (I_V):از حداقل 860 میلی‌کاندلا تا مقدار معمول 1720 میلی‌کاندلا متغیر است. این مقدار قدرت درک شده نور ساطع شده در یک جهت خاص را اندازه‌گیری می‌کند. مقدار واقعی باینینگ می‌شود (به بخش 3 مراجعه کنید). اندازه‌گیری از منحنی پاسخ چشم CIE پیروی می‌کند.
• زاویه دید (2θ_1/2):110 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار حداکثر خود (روی محور) کاهش می‌یابد. این نشان‌دهنده یک الگوی پرتو نسبتاً گسترده است.
• مختصات رنگ‌سنجی (x, y):مقادیر معمول روی نمودار رنگ‌سنجی CIE 1931، x=0.295 و y=0.280 است که نقطه سفید رنگ را تعریف می‌کند. یک تلرانس ±0.01 برای این مختصات اعمال می‌شود.
• ولتاژ مستقیم (V_F):در 20 میلی‌آمپر از 2.9 ولت تا 3.6 ولت متغیر است. این افت ولتاژ در سراسر LED هنگام کار است. مقادیر واقعی باینینگ می‌شوند (به بخش 3 مراجعه کنید).
• ولتاژ تحمل ESD:2000 ولت (مدل بدن انسان، HBM). این حساسیت قطعه به تخلیه الکترواستاتیک را مشخص می‌کند که نشان‌دهنده سطح استاندارد حفاظت است. رعایت احتیاط‌های مناسب ESD (مچ‌بند، تجهیزات زمین‌شده) به شدت توصیه می‌شود.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات رنگ و عملکرد در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در سطل‌های مختلف (باین) دسته‌بندی می‌شوند.

3.1 باینینگ ولتاژ مستقیم (V_F)

LEDها بر اساس ولتاژ مستقیم آنها در I_F= 20 میلی‌آمپر در باین‌هایی (از V0 تا V6) دسته‌بندی می‌شوند. هر باین محدوده‌ای 0.1 ولتی دارد، از V0 (2.9-3.0V) تا V6 (3.5-3.6V). یک تلرانس ±0.10 ولت در هر باین اعمال می‌شود. این به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با افت ولتاژ نزدیک به هم برای کاربردهای تقسیم جریان در مدارهای موازی انتخاب کنند.

3.2 باینینگ شدت نور (I_V)

LEDها بر اساس شدت نور آنها در I_F= 20 میلی‌آمپر باینینگ می‌شوند (S, T, A, B, C, D). باین‌ها از S (860-1000 میلی‌کاندلا) تا D (1580-1720 میلی‌کاندلا) متغیر هستند. یک تلرانس ±10% برای هر باین مشخص شده است. این امکان انتخاب برای کاربردهایی که به سطوح روشنایی خاص یا یکنواختی در بین چندین LED نیاز دارند را فراهم می‌کند.

3.3 باینینگ مختصات رنگی (رتبه‌های رنگ)

این سند یک جدول دقیق رتبه‌های رنگ (مانند A52, A53, BE1, BG3) ارائه می‌دهد که چهارضلعی‌ها یا مثلث‌های خاصی را روی نمودار رنگ‌سنجی CIE 1931 تعریف می‌کند. هر "رتبه" مرزهای مختصات مجاز (x, y) برای خروجی نور سفید را مشخص می‌کند. این باینینگ دقیق برای کاربردهایی که ثبات رنگ در آنها از اهمیت بالایی برخوردار است، مانند نور پس‌زمینه یا تابلوها، حیاتی است. میزان مجاز اندازه‌گیری برای این مختصات ±0.01 است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 شدت نسبی در برابر طول موج

شکل 1 در دیتاشیت، توزیع توان طیفی (SPD) نور ساطع شده را نشان می‌دهد. برای یک LED سفید که از یک چیپ آبی InGaN با فسفر زرد استفاده می‌کند، منحنی معمولاً یک قله غالب در ناحیه آبی (حدود 450-460 نانومتر) از چیپ و یک قله یا برآمدگی گسترده‌تر در ناحیه زرد/سبز (حدود 550-600 نانومتر) تولید شده توسط فسفر را نشان می‌دهد. ترکیب این طیف‌ها منجر به درک نور سفید می‌شود. عرض کامل منحنی از حدود 400 نانومتر تا 750 نانومتر را پوشش می‌دهد که طیف مرئی را در بر می‌گیرد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد و تلرانس‌های پکیج

این LED با طرح استاندارد پکیج SMD مطابقت دارد. تمام ابعاد حیاتی بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند، با تلرانس استاندارد ±0.05 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. تعاریف مکانیکی کلیدی شامل موارد زیر است:

• فاصله A:فاصله عمودی بین پایین پد لحیم و رفلکتور. حداقل 0.05 میلی‌متر است.
• تلرانس B:تلرانس همترازی بین پدهای لحیم چپ و راست. حداکثر 0.03 میلی‌متر است.
• فاصله C:فاصله جانبی بین پد لحیم و دیواره رفلکتور. حداقل 0.05 میلی‌متر است.

این ابعاد برای طراحی پد PCB و اطمینان از تشکیل صحیح اتصال لحیم و استخراج نور حیاتی هستند.

5.2 ابعاد بسته‌بندی نوار و ریل

نقشه‌های دقیق، ابعاد نوار حامل (اندازه جیب، گام و غیره) و ابعاد ریل (قطر 7 اینچ) را مشخص می‌کنند. بسته‌بندی از مشخصات EIA-481-1-B پیروی می‌کند. نکات کلیدی شامل: 2000 قطعه در هر ریل، مجاز بودن حداکثر دو قطعه مفقود شده متوالی، و طول‌های مشخص شده نوار ابتدا و انتها (حداقل 20 سانتی‌متر در ابتدا، 50 سانتی‌متر در انتها) می‌شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

این LED با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز (IR) و فاز بخار سازگار است. یک پروفیل ریفلو بدون سرب توصیه شده ارجاع داده شده است که با J-STD-020D مطابقت دارد. پارامتر حیاتی، توانایی قطعه برای تحمل دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه است. پیروی از نرخ‌های توصیه شده افزایش دما، خیساندن و خنک‌سازی برای جلوگیری از شوک حرارتی و اطمینان از اتصالات لحیم قابل اعتماد ضروری است.

6.2 تمیزکاری

در صورت لزوم تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از مواد شیمیایی خاصی استفاده شود تا از آسیب به پکیج LED جلوگیری شود. دیتاشیت غوطه‌وری در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه را توصیه می‌کند. استفاده از مایعات شیمیایی نامشخص ممنوع است.

6.3 ذخیره‌سازی و حساسیت رطوبتی

این محصول بر اساس JEDEC J-STD-020 دارای سطح حساسیت رطوبتی (MSL) 3 است.

• بسته مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% ذخیره شود. عمر مفید در هنگام ذخیره در کیسه ضد رطوبت اصلی همراه با جاذب رطوبت، یک سال است.
• بسته باز شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% ذخیره شود. قطعات باید ظرف 168 ساعت (7 روز) پس از قرار گرفتن در معرض محیط، لحیم‌کاری شوند.
• پخت (بیکینگ):اگر کارت نشانگر رطوبت صورتی شد (نشان‌دهنده >10% RH) یا عمر مفید 168 ساعته رد شد، پخت در دمای 60°C به مدت حداقل 48 ساعت قبل از مهر و موم مجدد یا استفاده توصیه می‌شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

این LED سفید SMD برای طیف گسترده‌ای از کاربردهایی که به روشنایی سفید فشرده و کارآمد نیاز دارند، مناسب است، از جمله اما نه محدود به:

• نشانگرهای وضعیت و نور پس‌زمینه برای لوازم الکترونیکی مصرفی (مانند لوازم خانگی، تجهیزات صوتی).
• نشانگرهای پنل و نور پس‌زمینه سوئیچ در سیستم‌های کنترل صنعتی.
• روشنایی عمومی در دستگاه‌های قابل حمل.
• نورپردازی تزئینی و تابلوها.

توجه مهم:دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که این LEDها برای تجهیزات الکترونیکی معمولی در نظر گرفته شده‌اند. برای کاربردهایی با الزامات قابلیت اطمینان استثنایی یا جایی که خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (هواپیما، دستگاه‌های پزشکی، سیستم‌های ایمنی)، مشورت با سازنده قبل از طراحی الزامی است.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان یا یک مدار درایور جریان ثابت استفاده کنید. مستقیماً به یک منبع ولتاژ وصل نکنید. در جریان مستقیم DC توصیه شده 30 میلی‌آمپر یا کمتر کار کنید.
• مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که PCB تخلیه حرارتی کافی را فراهم می‌کند، به ویژه هنگام کار در جریان‌های بالا یا در دمای محیط بالا، تا در محدوده حد مجاز اتلاف توان 120 میلی‌وات باقی بماند.
• حفاظت ESD:در طول مونتاژ، روش‌های استاندارد کنترل ESD را اجرا کنید. اگر LED در یک مکان در معرض دید قرار دارد، در نظر بگیرید که دیودهای سرکوب ولتاژ گذرا (TVS) یا سایر محافظ‌ها را روی برد مدار اضافه کنید.
• طراحی نوری:زاویه دید 110 درجه یک پرتو گسترده ارائه می‌دهد. برای نور متمرکزتر، ممکن است به اپتیک ثانویه (لنزها) نیاز باشد.

8. مقایسه و تمایز فنی

در حالی که در این دیتاشیت واحد مقایسه مستقیم رو در رو با سایر شماره قطعات ارائه نشده است، ویژگی‌های متمایزکننده کلیدی این LED را می‌توان استنباط کرد:

• زاویه دید گسترده (110°):نسبت به LEDهایی با زوایای دید باریک‌تر، روشنایی وسیع‌تری ارائه می‌دهد که برای نورپردازی منطقه‌ای به جای نورپردازی نقطه‌ای مناسب است.
• باینینگ دقیق:باینینگ گسترده V_F, I_Vو مختصات رنگی، ثبات بالایی برای کاربردهایی که به عملکرد همسان در بین چندین واحد نیاز دارند، فراهم می‌کند.
• بسته‌بندی مستحکم:سازگاری با جایگذاری خودکار و پروفیل‌های استاندارد ریفلو بدون سرب (پیک 260°C)، تولید انبوه و قابل اعتماد را تسهیل می‌کند.
• فناوری InGaN:تولید نور سفید کارآمد را که مشخصه طراحی‌های مدرن LED با روشنایی بالا است، فراهم می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 تفاوت بین جریان مستقیم پیک (100mA) و جریان مستقیم DC (30mA) چیست؟

جریان مستقیم DC (30mA) حداکثر جریان برای عملکرد پیوسته و حالت پایدار است. جریان مستقیم پیک (100mA) جریان بسیار بالاتری است که LED فقط می‌تواند برای پالس‌های بسیار کوتاه (عرض 0.1ms) در یک چرخه وظیفه کم (10%) تحمل کند. این برای کاربردهایی مانند مالتی‌پلکسینگ یا تنظیم نور PWM مفید است که در آن پالس‌های جریان بالا کوتاه، روشنایی لحظه‌ای بالاتری را بدون گرم شدن بیش از حد LED ایجاد می‌کنند. فراتر رفتن مداوم از رتبه جریان DC باعث گرمای بیش از حد و تخریب سریع می‌شود.

9.2 چگونه مختصات رنگ‌سنجی (x=0.295, y=0.280) را تفسیر کنم؟

این مختصات، رنگ نور سفید را روی نمودار رنگ‌سنجی CIE 1931 ترسیم می‌کنند. این نقطه خاص معمولاً با دمای رنگ "سفید سرد" یا "سفید روز" مطابقت دارد که اغلب در محدوده 6000K-7000K قرار دارد. تلرانس ±0.01 یک ناحیه کوچک روی نمودار را تعریف می‌کند که رنگ هر LED منفرد از این دسته باید در آن قرار گیرد و ثبات رنگ را تضمین می‌کند.

9.3 چرا شرایط ذخیره‌سازی اینقدر سختگیرانه است (MSL 3)؟ اگر عمر مفید 168 ساعته را رد کنم چه اتفاقی می‌افتد؟

پکیج‌های SMD می‌توانند رطوبت را از هوا جذب کنند. در طول فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت به بخار تبدیل شود و باعث لایه‌لایه شدن داخلی، ترک خوردگی یا "پاپ کورن شدن" پکیج پلاستیکی شود که می‌تواند LED را از بین ببرد. MSL 3 و محدودیت 168 ساعته، یک زمان قرارگیری ایمن برای نرخ جذب رطوبت خاص این پکیج را تعریف می‌کنند. در صورت رد شدن، پخت (60°C به مدت 48 ساعت) رطوبت جذب شده را حذف می‌کند و قطعه را به حالت خشک مناسب برای ریفلو بازمی‌گرداند.

10. مثال طراحی و مورد استفاده

10.1 طراحی یک پنل نشانگر وضعیت

سناریو:طراحی یک پنل کنترل با 10 نشانگر وضعیت LED سفید یکنواخت.

مراحل طراحی:

1. تنظیم جریان:یک نقطه کار انتخاب کنید، به عنوان مثال I_F= 20 میلی‌آمپر، برای عملکرد قابل اعتماد و استفاده مستقیم از داده‌های باینینگ دیتاشیت.
2. محاسبه ولتاژ:Assuming a 5V supply (V_CC). Select LEDs from the same V_Fbin, e.g., V3 (3.2-3.3V). Use the typical value (3.25V) for calculation. The required series resistor R = (V_CC- V_F) / I_F= (5 - 3.25) / 0.020 = 87.5 Ω. A standard 91 Ω or 82 Ω resistor can be used, slightly adjusting the current.
3. Brightness Uniformity:Specify LEDs from the same I_Vbin (e.g., Bin C: 1440-1580 mcd) to ensure all indicators have similar perceived brightness.
4. Color Uniformity:Specify LEDs from the same Color Rank (e.g., A63) to guarantee all lights emit an identical shade of white, critical for aesthetic consistency.
5. PCB Layout:Follow the recommended pad dimensions from the datasheet. Ensure pad design respects the minimum distances (A, C) to the LED body/reflector to prevent shorting and allow proper solder fillet formation.
6. Assembly:Use the recommended IR reflow profile. Keep the LEDs in sealed bags until ready for assembly. If the bag is opened, complete soldering of all 10 LEDs within 168 hours.

. Operating Principle Introduction

This white LED operates on the principle of electroluminescence in a semiconductor. The core is a chip made of Indium Gallium Nitride (InGaN), which emits blue light when electrons recombine with holes across its bandgap upon the application of a forward voltage (typically 2.9-3.6V). To produce white light, the blue-emitting chip is coated with a layer of cerium-doped yttrium aluminum garnet (YAG:Ce) phosphor. A portion of the high-energy blue photons from the chip is absorbed by the phosphor, which then re-emits lower-energy yellow light through a process called photoluminescence. The remaining unabsorbed blue light mixes with the emitted yellow light, and the human eye perceives this combination as white. The yellow lens further diffuses and shapes the final light output.

. Technology Trends

The technology described in this datasheet represents a mature and widely adopted approach for generating white light with LEDs. Key ongoing trends in the broader LED industry that relate to such components include:

• Increased Efficiency (lm/W):Continuous improvements in InGaN chip design, phosphor efficiency, and package architecture lead to higher luminous efficacy, meaning more light output for the same electrical input power.
• Improved Color Quality:Development of multi-phosphor blends (e.g., adding red phosphor) to enhance the Color Rendering Index (CRI), providing more accurate and pleasing color reproduction under the LED light.
• Miniaturization:The drive for smaller devices in consumer electronics pushes for LEDs in even smaller package footprints while maintaining or increasing light output.
• Higher Reliability & Lifetime:Advancements in materials (epoxy, phosphor, substrates) and thermal management designs are extending the operational lifetime (L70, L90) of LEDs, reducing long-term maintenance costs.
• Smart & Connected Lighting:While this is a basic component, the ecosystem is moving towards LEDs that are integral parts of intelligent systems, often requiring compatible drivers for dimming, color tuning, and connectivity.