SMD LED LTSA-E67RVEWTU Veri Sayfası - Dağınık Kırmızı AlInGaP - 70mA - 185.5mW - İngilizce Teknik Belge

1. Ürün Genel Bakışı

Bu belge, bir yüzey montaj cihazı (SMD) Işık Yayan Diyot (LED) için tam teknik özellikleri sağlar. Bileşen, otomatik baskılı devre kartı (PCB) montajı için tasarlanmış olup, alan kısıtlaması olan uygulamalara uygundur. Temel özellikleri arasında dağınık bir lens ve Alüminyum İndiyum Galyum Fosfit (AlInGaP) yarı iletken teknolojisine dayalı kırmızı bir ışık kaynağı bulunur.

1.1 Temel Özellikler ve Hedef Pazar

LED, güvenilirliğini ve entegrasyon kolaylığını artıran birkaç temel özellikle tasarlanmıştır. Tehlikeli Maddelerin Kısıtlanması (RoHS) direktifine uygundur. Bileşen, endüstri standardı paketlemede tedarik edilir: yüksek hızlı otomatik al-yerleştir montajını kolaylaştırmak için 7 inç çapında makaralara sarılmış 8mm şerit üzerinde. JEDEC Nem Duyarlılık Seviyesi 2a'ya göre ön koşullandırmadan geçmiştir, bu da yeniden akış lehimleme sırasında nem kaynaklı hasara karşı dayanıklılığı garanti eder. Ayrıca, ürün otomotiv elektroniğinde kullanılan bileşenler için kritik bir kıstas olan AEC-Q101 Rev. D standardına göre kalifiye edilmiştir. Tasarımı, kızılötesi (IR) yeniden akış lehimleme işlemleriyle uyumludur. Birincil hedef uygulama alanı, değişen çevre koşullarında güvenilirlik ve performansın en önemli olduğu otomotiv aksesuar sistemleridir.

2. Teknik Parametreler: Derinlemesine Nesnel Yorum

Bu bölüm, LED'in mutlak limitlerini ve çalışma karakteristiklerini detaylandırır. Bu parametreleri anlamak, güvenilir devre tasarımı ve bileşenin güvenli çalışma alanı (SOA) içinde çalışmasını sağlamak için esastır.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Mutlak maksimum değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bu değerler 25°C ortam sıcaklığında (Ta) belirtilmiştir. Maksimum sürekli DC ileri akım (IF) 70 mA'dir. %1/10 görev döngüsü ve 0.1ms darbe genişliğine sahip darbe koşullarında, cihaz 100 mA'lik bir tepe ileri akımı kaldırabilir. Maksimum güç dağılımı (Pd) 185.5 mW'dır. Cihazın çalışma ve depolama sıcaklık aralığı -40°C ila +100°C olarak derecelendirilmiştir. Kurşunsuz lehimleme işlemleri için, maksimum 10 saniye boyunca 260°C tepe sıcaklığına sahip bir kızılötesi yeniden akış profiline dayanabilir.

2.2 Termal Özellikler

Termal yönetim, LED performansı ve ömrü için çok önemlidir. Yarı iletken ekleminden ortam havasına olan termal direnç (RθJA), tipik olarak 1.6mm kalınlığında ve 16mm² bakır ped alanına sahip standart bir FR4 PCB üzerinde ölçüldüğünde 280 °C/W'dir. Eklemden lehim noktasına olan termal direnç (RθJS) ise tipik olarak 130 °C/W'dir ve ısı tahliyesi için daha doğrudan bir yol sağlar. İzin verilen maksimum eklem sıcaklığı (Tj) 125°C'dir. Bu sıcaklığın aşılması, lümen azalmasını hızlandıracak ve felaketle sonuçlanabilecek bir arızaya yol açabilecektir.

2.3 Elektro-Optik Özellikler

Elektro-optik özellikler, Ta=25°C ortam sıcaklığında ve mutlak maksimumun altında yaygın bir çalışma noktası olan 50 mA test akımında (IF) ölçülmüştür. Işık şiddeti (Iv) minimum 1800 milikandela (mcd) ile maksimum 3550 mcd aralığındadır. Işık şiddetinin eksenel değerinin yarısına düştüğü tam açı olarak tanımlanan görüş açısı (2θ½) 120 derecedir ve bu da geniş, yayılımlı bir ışınım modelini gösterir. Tepe ışınım dalga boyu (λP) 632 nm'dir. Algılanan rengi tanımlayan baskın dalga boyunun (λd) belirtilen aralığı 618 nm ile 630 nm arasındadır. Spektral bant genişliği (Δλ) yaklaşık 20 nm'dir. 50 mA'deki ileri yön gerilimi (VF) 1.9V ile 2.65V arasında değişir. 12V ters gerilim (VR) uygulandığında ters yön akımı (IR) maksimum 10 μA ile sınırlıdır; cihazın ters öngerilimde çalışmak üzere tasarlanmadığını belirtmek önemlidir.

3. Bin Sıralama Sistemi Açıklaması

Üretim uygulamalarında renk ve parlaklık tutarlılığını sağlamak için LED'ler performans gruplarına ayrılır. Parti, ileri voltaj (Vf), ışık şiddeti (Iv) ve baskın dalga boyu (Wd) sıralarını temsil eden bir kodla etiketlenir.

3.1 İleri Yönlü Gerilim (Vf) Sınıflandırması

İleri voltaj, yaklaşık 0.15V adımlarla gruplandırılır. Grup kodları C (1.90V - 2.05V) ile G (2.50V - 2.65V) arasında değişir. Her gruba ±0.1V tolerans uygulanır. Aynı Vf grubundan LED'ler seçmek, birden fazla cihaz paralel bağlandığında düzgün akım dağılımını korumaya yardımcı olur.

3.2 Işık Şiddeti (Iv) Sınıflandırması

Işık şiddeti üç sınıfa ayrılır: X1 (1800-2240 mcd), X2 (2240-2800 mcd) ve Y1 (2800-3550 mcd). Her sınıf için ±%11 tolerans uygulanır. Bu, tasarımcıların uygulamaları için uygun parlaklık seviyesini seçmelerine olanak tanır.

3.3 Baskın Dalga Boyu (Wd) Sınıflandırması

Kırmızının kesin tonunu belirleyen baskın dalga boyu, 3 nm'lik adımlarla sınıflandırılır. Sınıf kodları 5 (618-621 nm), 6 (621-624 nm), 7 (624-627 nm) ve 8 (627-630 nm)'dir. Her bir sınıf için tolerans ±1 nm'dir. Bu sıkı kontrol, belirli renk noktaları gerektiren uygulamalar için esastır.

4. Performans Eğrisi Analizi

Grafiksel veriler, LED'in değişen koşullar altında nasıl davrandığına dair içgörü sağlar; bu da sağlam sistem tasarımı için kritik öneme sahiptir.

4.1 Akım-Gerilim (I-V) Karakteristiği

İleri voltaj, ileri akım ile logaritmik bir ilişki sergiler. Düşük akımlarda voltaj, diyodun iç potansiyeline yakındır. Akım arttıkça, yarı iletken malzemenin ve kontakların seri direnci nedeniyle voltaj yükselir. Tasarımcılar, LED'in maksimum değerlerini aşmadan istenen parlaklıkta çalışmasını sağlamak için uygun akım sınırlayıcı dirençleri veya sürücü devrelerini seçmek için bu eğriyi kullanmalıdır.

4.2 Işık Şiddeti - İleri Yön Akım İlişkisi

Işık şiddeti, normal çalışma aralığında genellikle ileri akımla orantılıdır. Ancak, çok yüksek akımlarda artan ısı üretimi ve diğer radyasyon yaymayan yeniden birleşim süreçleri nedeniyle verim düşebilir. LED'i önerilen akımının önemli ölçüde üzerinde çalıştırmak, ömrünü kısaltacaktır.

4.3 Sıcaklığa Bağımlılık

Bir LED'in performansı büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır. Eklem sıcaklığı arttıkça, belirli bir akım için ileri voltaj genellikle hafifçe azalır. Daha da önemlisi, ışık çıktısı düşer. Baskın dalga boyu da sıcaklıkla hafifçe kayabilir. Bu nedenle, özellikle otomotiv ortamları gibi yüksek güçlü veya yüksek ortam sıcaklığına sahip uygulamalarda tutarlı optik performansı korumak için etkili bir soğutma hayati önem taşır.

5. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

5.1 Fiziksel Boyutlar ve Polarite Tanımlama

LED, standart bir EIA paket şekline uygundur. Tüm kritik boyutlar milimetre cinsinden verilmiştir ve aksi belirtilmedikçe genel tolerans ±0.2 mm'dir. Önemli bir tasarım notu, anot kurşun çerçevesinin aynı zamanda LED için birincil ısı emici görevi görmesidir. PCB yerleşimi ve montajı sırasında anot ve katodun doğru şekilde tanımlanması, doğru polarite bağlantısını sağlamak için çok önemlidir.

5.2 Önerilen PCB Pad Yerleşimi

Güvenilir lehimleme ve optimum termal performansı sağlamak için PCB için önerilen bir lehim pedi deseni (footprint) sağlanmıştır. Bu desen, kızılötesi reflow lehimleme prosesleriyle uyumluluk için tasarlanmıştır. Bu önerilen yerleşime uymak, uygun lehim filetolarının oluşmasına yardımcı olur, mekanik kararlılığı sağlar ve LED'in termal pedinden (anot) PCB'ye ısı transferini maksimize eder.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

6.1 Reflow Lehimleme Profili

Kurşunsuz işlemler için, J-STD-020 standardına uygun olarak ayrıntılı bir kızılötesi reflow lehimleme profili belirlenmiştir. Profil, ön ısıtma, termal bekleme, reflow ve soğutma aşamalarını içerir. Kritik parametre, paket gövde sıcaklığının 260°C'yi aşmaması ve maksimum 10 saniye süreyle bu sıcaklıkta kalmasıdır. LED'in epoksi lensine ve iç yarı iletken yapısına termal hasarın önlenmesi için bu profilin takip edilmesi esastır.

6.2 Depolama ve Kullanım Önlemleri

Ürün, JEDEC J-STD-020'ye göre Nem Hassasiyet Seviyesi (MSL) 2a olarak sınıflandırılmıştır. Orijinal, desikatörlü, nem bariyerli ve vakumlu torbasında iken ≤30°C ve ≤%70 RH koşullarında depolanmalı ve bir yıl içinde kullanılmalıdır. Torba açıldıktan sonra bileşenler ≤30°C ve ≤%60 RH koşullarında depolanmalıdır. Torbanın açılmasından sonraki 4 hafta içinde IR reflow işleminin tamamlanması önerilir. Orijinal ambalaj dışında 4 haftadan uzun süre depolama için, bileşenler lehimlemeden önce emilen nemi gidermek ve reflow sırasında "popcorning"i önlemek için desikatörlü kapalı bir kapta depolanmalı veya yaklaşık 60°C'de en az 48 saat fırınlanmalıdır.

6.3 Temizlik

Lehimleme sonrası temizlik gerekliyse, yalnızca belirtilen çözücüler kullanılmalıdır. LED'in oda sıcaklığında etil alkol veya izopropil alkol içinde bir dakikadan kısa süre batırılması kabul edilebilir. Belirtilmemiş veya aşındırıcı kimyasal temizleyicilerin kullanımı, LED'in plastik paketini ve optik lensini hasara uğratabilir.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

7.1 Şerit ve Makara Özellikleri

LED'ler, 8mm genişliğinde kabartmalı taşıyıcı şerit üzerinde tedarik edilir. Şerit, standart 7 inç (178mm) çapında bir makaraya sarılır. Her makarada 2000 adet bulunur. Paketleme, ANSI/EIA-481 spesifikasyonlarına uygundur. Otomatik montaj ekipmanları ile uyumluluğu sağlamak için şerit cepleri, kapak şeridi ve makaranın detaylı boyutları sağlanmıştır.

8. Uygulama Notları ve Tasarım Hususları

8.1 Tipik Uygulama Senaryoları

Birincil amaçlanan uygulama, otomotiv aksesuar fonksiyonları içindir. Bu, dağınık, geniş açılı kırmızı emisyon gerektiren iç ortam aydınlatması, gösterge paneli ikaz lambaları, orta konsol aydınlatması veya harici işaret lambalarını içerebilir. AEC-Q101 kalifikasyonu, onu araçlarda bulunan sert çevresel koşullara (sıcaklık, nem, titreşim) uygun hale getirir.

8.2 Kritik Tasarım Hususları

Akım Sınırlama: LED, akım kontrollü bir cihazdır. İleri akımı, güç kaynağı değişimleri de hesaba katılarak, tipik olarak önerilen 50-70 mA aralığında veya altında güvenli bir değerle sınırlamak için bir seri direnç veya sabit akım sürücü devresi zorunludur.
Termal Yönetim: Maksimum bağlantı sıcaklığı aşılmamalıdır. PCB düzenini, anot pedinden yeterli bir ısıl yol sağlayacak şekilde tasarlayın. Yüksek akımlı veya yüksek ortam sıcaklıklı uygulamalar için, ısıyı dağıtmak amacıyla PCB üzerinde daha geniş bir bakır alan veya ek termal viyalar kullanmayı düşünün.
ESD Koruması: Bu cihaz için açıkça belirtilmemiş olsa da, AlInGaP LED'ler elektrostatik deşarja (ESD) karşı hassas olabilir. Montaj sırasında standart ESD önlemlerinin alınması önerilir.
Optik Tasarım: 120° görüş açısı ve difüz lens yumuşak, geniş bir ışık hüzmesi sağlar. Daha odaklanmış bir hüzme gerektiren uygulamalar için ikincil optikler (örn. lensler, ışık kılavuzları) gerekli olacaktır.

9. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Bu AlInGaP tabanlı kırmızı LED, belirli avantajlar sunar. Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) gibi eski teknolojilerle karşılaştırıldığında, AlInGaP daha yüksek ışık verimliliği sağlayarak aynı giriş akımı için daha fazla parlaklık elde edilmesini sağlar. Dağınık lens, odaklanmış nokta aydınlatmasından ziyade alan aydınlatması için ideal, düzgün ve geniş bir yayılım deseni oluşturur. AEC-Q101 kalifikasyonu ve MSL 2a derecelendirmesi, otomotiv ve diğer zorlu uygulamalar için temel farklılaştırıcılardır ve standart ticari sınıf LED'lere kıyasla gelişmiş güvenilirlik testi ve nem direncini gösterir.

10. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Bu LED'i doğrudan 5V veya 12V bir kaynaktan sürebilir miyim?
C: Hayır. Bir akım sınırlama mekanizması kullanmalısınız. 5V bir kaynak için genellikle seri bir direnç kullanılır (R = (Vsupply - Vf) / If). 12V bir kaynak için bir direnç aşırı ısı yayar; sabit akımlı bir sürücü veya anahtarlamalı bir regülatör önerilir.

S: Tepe dalga boyu ile baskın dalga boyu arasındaki fark nedir?
A: Tepe dalga boyu (λP), spektral güç dağılımının maksimum olduğu dalga boyudur (632 nm). Baskın dalga boyu (λd) ise LED'in algılanan rengiyle eşleşecek tek renkli ışığın dalga boyudur (618-630 nm). Renk belirtimi için λd daha alakalıdır.

Q: Termal direnç neden önemlidir?
A: Termal direnç, ısının LED ekleminden ne kadar etkili bir şekilde kaçabileceğini ölçer. Daha düşük bir termal direnç, daha iyi ısı dağılımı anlamına gelir. Bu, eklem sıcaklığını güvenli sınırlar içinde tutarken LED'i daha yüksek akımlarla veya daha sıcak ortamlarda sürmenize olanak tanır, böylece uzun vadeli güvenilirlik ve kararlı ışık çıkışı sağlar.

Q: Veri sayfasında ters voltaj testinden bahsediliyor. Bu LED'i bir AC devresinde veya ters polarite koruması ile kullanabilir miyim?
A: 12V ters voltaj değeri yalnızca test amaçlıdır. Cihaz sürekli ters öngerilimli çalışma için tasarlanmamıştır. Bir AC devresinde veya polarite koruması için, LED üzerindeki ters voltajı engellemek amacıyla harici bir seri diyot kullanılmalıdır.

11. Pratik Tasarım ve Kullanım Örneği

Senaryo: Bir otomotiv kontrol modülü için kırmızı durum göstergesi tasarlanıyor. Modül, aracın 12V akü sisteminden (çalışırken nominal 14V) beslenmektedir. Gösterge, gün ışığında net bir şekilde görülebilir olmalıdır.
Tasarım Adımları:
1. Mevcut Seçim: Parlaklık ve ömür arasında iyi bir denge için 50 mA'lik bir çalışma noktası seçin.
2. Sürücü Seçimi: Yüksek besleme voltajı nedeniyle, basit bir direnç 0.5W'tan fazla güç harcardı. Daha iyi bir çözüm, 50 mA'ye ayarlanmış düşük düşüşlü (LDO) sabit akımlı LED sürücü IC'sidir.
3. Termal Tasarım: Modül motor bölmesinde konumlandırılabilir. Maksimum ortam sıcaklığını tahmin edin (örn. 85°C). Beklenen jonksiyon sıcaklığı artışını hesaplayın: ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA. Tipik VF=2.2V ve RθJA=280°C/W kullanıldığında, Pd=0.11W, dolayısıyla ΔTj ≈ 31°C. Tj = Ta + ΔTj = 85°C + 31°C = 116°C, bu değer maksimum 125°C'nin altındadır. Bu kabul edilebilir ancak sınırdadır. Güvenilirliği artırmak için, anoda bağlı PCB pedi üzerindeki bakır alanını artırarak etkin RθJA'yı düşürün.
4. Bin Seçimi: Bir kontrol panelindeki birden fazla birimde tutarlı bir görünüm için, baskın dalga boyu (örneğin, Bin 7) ve ışık şiddeti (örneğin, Bin X2 veya Y1) için sıkı bölmeler belirtin.

12. Çalışma Prensibi Tanıtımı

Işık Yayan Diyotlar, yarı iletken p-n eklem cihazlarıdır. İleri yönlü bir voltaj uygulandığında, n-tipi bölgedeki elektronlar ve p-tipi bölgedeki oyuklar eklem boyunca enjekte edilir. Bu yük taşıyıcıları, yarı iletkenin aktif bölgesinde yeniden birleşir. AlInGaP gibi doğrudan bant aralıklı bir yarı iletkende, bu yeniden birleşme olayının önemli bir kısmı enerjiyi foton (ışık) formunda salar. Yayılan ışığın belirli dalga boyu (rengi), yarı iletken malzemenin bant aralığı enerjisi tarafından belirlenir. AlInGaP alaşımları, görünür spektrumun kırmızı, turuncu ve sarı kısımlarında ışık üretmek için tasarlanmıştır. Dağınık lens, saçılma parçacıkları içeren bir epoksi veya silikon malzemeden yapılmıştır. Bu parçacıklar, yarı iletken çipten yayılan ışığı rastgele yeniden yönlendirerek ışın açısını genişletir ve berrak lensli bir LED'de tipik olan parlak merkezi "sıcak noktayı" ortadan kaldırarak daha düzgün, yumuşak bir görünüm oluşturur.

13. Teknoloji Trendleri ve Gelişmeler

LED teknolojisi alanı sürekli gelişmektedir. Bu bileşen gibi gösterge ve sinyalizasyon uygulamaları için trendler, birkaç önemli alana odaklanmaktadır. Artan Verimlilik: Devam eden malzeme bilimi araştırmaları, AlInGaP ve diğer yarı iletken malzemelerin iç kuantum verimliliğini (IQE) iyileştirmeyi ve birim elektrik giriş gücü başına daha yüksek ışık çıkışı (lm/W) elde etmeyi amaçlamaktadır. Geliştirilmiş Güvenilirlik: Otomotiv ve endüstriyel pazarların talepleri, daha yüksek eklem sıcaklıklarına ve daha aşırı termal döngülere dayanabilmek için paketleme malzemelerinde (örn., yüksek sıcaklık silikonları) ve çip montaj teknolojilerinde iyileştirmeleri teşvik etmektedir. Minyatürleştirme: Modern elektronik cihazlarda daha yoğun entegrasyonu mümkün kılmak için, optik gücü korurken veya artırırken daha küçük paket ayak izleri için sürekli bir baskı bulunmaktadır. Renk Tutarlılığı ve Binning: Epitaksiyel büyüme ve üretim süreci kontrolündeki ilerlemeler, dalga boyu ve ışık şiddeti dağılımlarının daha sıkı hale gelmesini sağlayarak, kapsamlı sınıflandırma ihtiyacını azaltmakta ve üreticiler için envanter yönetimini basitleştirmektedir. Entegre Çözümler: LED çipinin sürücü entegre devreleri, koruma bileşenleri (ESD diyotları gibi) ve hatta kontrol mantığı ile tek, akıllı paket modüllere entegre edilmesi giderek yaygınlaşan bir eğilimdir.