ورقة بيانات ثنائية اللون LED SMD من نوع AlInGaP - أخضر وبرتقالي - 5 مللي أمبير - 75 مللي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) عالي السطوع وثنائي اللون بتقنية التركيب السطحي (SMD). يحتوي الجهاز على شريحتين منفصلتين من أشباه الموصلات من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) داخل غلاف واحد، مما يمكنه من إصدار ضوء أخضر وبرتقالي. مصمم لعمليات التجميع الآلي، ويتم تعبئته على شريط بعرض 8 مم مُورَّد على بكرات قطر 7 بوصات، مما يجعله مناسبًا للإنتاج بكميات كبيرة. المنتج متوافق مع توجيهات RoHS ويصنف كمنتج صديق للبيئة.

تكمن الميزة الأساسية لهذا الـ LED في استخدامه لتقنية AlInGaP، المعروفة بإنتاج كفاءة إضاءة عالية ونقاء لون ممتاز مقارنة بمواد LED التقليدية. تتيح القدرة ثنائية اللون في غلاف واحد مضغوط وفق المعيار EIA تصميمات توفر المساحة في التطبيقات التي تتطلب ألوان مؤشر متعددة أو شاشات عرض حالة ثنائية اللون بسيطة.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديدها عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. لكل من الشريحة الخضراء والبرتقالية، الحد الأقصى للتيار المستمر الأمامي المستمر هو 30 مللي أمبير. يقتصر تبديد الطاقة لكل شريحة على 75 مللي واط. يُطبق عامل تخفيض قدره 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية خطيًا بدءًا من 25 درجة مئوية، مما يعني أن التيار الأمامي المسموح به يقل مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة لمنع السخونة الزائدة. يمكن للجهاز تحمل جهد عكسي يصل إلى 5 فولت. نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -30 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، ويمكن تخزينه في بيئات تتراوح من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يتم تحديد حالة اللحام بالأشعة تحت الحمراء بحد أقصى 260 درجة مئوية لمدة لا تزيد عن 5 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C، IF=5mA) وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• شدة الإضاءة (Iv):للشريحة الخضراء، الحد الأدنى للشدة هو 4.5 مللي كانديلا، النموذجي غير محدد، والحد الأقصى هو 28.0 مللي كانديلا. للشريحة البرتقالية، الحد الأدنى هو 11.2 مللي كانديلا، النموذجي غير محدد، والحد الأقصى هو 71.0 مللي كانديلا. يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر مُرشَّح لمطابقة منحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):كلا اللونين لهما زاوية رؤية نموذجية تبلغ 130 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية القصوى.
• الطول الموجي:للشريحة الخضراء طول موجي ذروة انبعاث نموذجي (λP) يبلغ 574 نانومتر وطول موجي سائد نموذجي (λd) يبلغ 571 نانومتر. للشريحة البرتقالية طول موجي ذروة نموذجي (λP) يبلغ 611 نانومتر وطول موجي سائد نموذجي (λd) يبلغ 605 نانومتر. الطول الموجي السائد هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):للشريحة الخضراء قيمة نموذجية تبلغ 15 نانومتر، وللشريحة البرتقالية 17 نانومتر. يشير هذا إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث.
• الجهد الأمامي (VF):كلا الشريحتين لهما جهد أمامي نموذجي يبلغ 1.9 فولت وحد أقصى يبلغ 2.3 فولت عند تشغيلهما بتيار 5 مللي أمبير.
• التيار العكسي (IR):الحد الأقصى للتيار العكسي لكلا الشريحتين هو 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي قدره 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز شدة إضاءة مصابيح LED إلى مجموعات (Bins) لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج. لكل مجموعة قيمة شدة دنيا وقصوى محددة، مع تطبيق تسامح +/-15% على كل مجموعة.

مجموعات اللون الأخضر:

- المجموعة J: من 4.5 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 7.1 مللي كانديلا (الحد الأقصى)

- المجموعة K: من 7.1 مللي كانديلا إلى 11.2 مللي كانديلا

- المجموعة L: من 11.2 مللي كانديلا إلى 18.0 مللي كانديلا

- المجموعة M: من 18.0 مللي كانديلا إلى 28.0 مللي كانديلا

مجموعات اللون البرتقالي:

- المجموعة L: من 11.2 مللي كانديلا إلى 18.0 مللي كانديلا

- المجموعة M: من 18.0 مللي كانديلا إلى 28.0 مللي كانديلا

- المجموعة N: من 28.0 مللي كانديلا إلى 45.0 مللي كانديلا

- المجموعة P: من 45.0 مللي كانديلا إلى 71.0 مللي كانديلا

يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار مصابيح LED ذات مستويات سطوع يمكن التنبؤ بها لتطبيقهم، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق مظهر موحد في مصفوفات LED المتعددة أو تلبية متطلبات سطوع محددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات أداء نموذجية وهي ضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف غير قياسية. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة في النص، فإنها تشمل عادةً:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد خرج الضوء مع زيادة تيار القيادة، عادةً بطريقة غير خطية، مما يسلط الضوء على نقطة تناقص العوائد أو التشبع المحتمل.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي:يوضح خاصية IV للدايود، وهي بالغة الأهمية لتصميم دائرة تحديد تيار مناسبة.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح تأثير التبريد الحراري، حيث ينخفض خرج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات في بيئات عالية الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يظهر القدرة النسبية المنبعثة عبر أطوال موجية مختلفة، متمركزة حول الطول الموجي الذروة، مع وضوح نصف العرض.

تسمح هذه المنحنيات للمهندسين بالتنبؤ بالأداء في سيناريوهات العالم الحقيقي، وليس فقط عند نقطة الاختبار القياسية 25 درجة مئوية و5 مللي أمبير.

5. معلومات الميكانيكا والتعبئة

يتوافق الجهاز مع مخطط غلاف قياسي EIA. تتضمن ورقة البيانات رسومات أبعاد مفصلة للغلاف، تحدد جميع الأطوال والعروض والارتفاعات والمسافات بين الأطراف بالملليمتر. يتم توفير تخطيط مقترح لوسادة اللحام (Land Pattern) لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة ومحاذاة صحيحة أثناء إعادة التدفق. يتم تعريف تخصيص الأطراف بوضوح: الطرفان 1 و3 للشريحة الخضراء، والطرفان 2 و4 للشريحة البرتقالية. هذه المعلومات حيوية لمصممي تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لإنشاء آثار أقدام صحيحة.

يتم توريد مصابيح LED بتنسيق شريط وبكرة متوافق مع آلات الاختيار والوضع الآلية. عرض الشريط 8 مم، ملفوف على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 4000 قطعة. تتبع مواصفات التعبئة معايير ANSI/EIA 481-1-A-1994، مع قواعد حول الحد الأدنى لكمية الطلب (500 قطعة للباقي) والحد الأقصى للمكونات المفقودة المتتالية (اثنان).

6. دليل اللحام والتجميع

6.1 ملامح لحام إعادة التدفق

يتم توفير ملمحين مقترحين لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR): واحد لعملية اللحام القياسية (القصدير-الرصاص) وواحد لعملية اللحام الخالية من الرصاص (SnAgCu). يتطلب الملمح الخالي من الرصاص درجة حرارة ذروة أعلى. التوصية العامة هي منطقة تسخين مسبق من 120-150 درجة مئوية، ووقت تسخين مسبق أقل من 120 ثانية، ودرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية، ووقت فوق تلك درجة الحرارة الذروة محدود بـ 5 ثوانٍ. هذه المعلمات بالغة الأهمية لمنع التلف الحراري للغلاف البلاستيكي لـ LED والوصلات السلكية الداخلية.

6.2 التخزين والتعامل

يجب تخزين مصابيح LED في بيئة لا تتجاوز 30 درجة مئوية و70% رطوبة نسبية. بمجرد إزالتها من عبوة الحاجز الرطوبة الأصلية، يجب أن تخضع لللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء في غضون أسبوع واحد. للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو في جو نيتروجين. إذا تم تخزينها غير معبأة لأكثر من أسبوع، يلزم تجفيفها عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفشار\" (Popcorning) أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

يجب استخدام مواد التنظيف المحددة فقط. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في تلف عدسة الإيبوكسي. إذا كان التنظيف ضروريًا، يُوصى بالغمر في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا الـ LED ثنائي اللون مثالي لمؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية للأزرار أو الرموز، وشاشات اللوحة في الإلكترونيات الاستهلاكية، ومعدات المكاتب، وأجهزة الاتصالات، والأجهزة المنزلية. تتيح طبيعته ثنائية اللون عرض حالتين متميزتين (مثل: التشغيل/أخضر، الاستعداد/برتقالي؛ حالة الشحن؛ نشاط الشبكة) من موقع مكون واحد، مما يوفر مساحة اللوحة والتكلفة.

7.2 اعتبارات التصميم

دائرة القيادة:مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي، يوصى بشدة باستخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي لكل LED فردي (نموذج الدائرة A). لا يُنصح بتشغيل عدة مصابيح LED على التوازي مباشرة من مصدر جهد بمقاوم مشترك واحد (نموذج الدائرة B)، حيث أن الاختلافات الطفيفة في خاصية الجهد الأمامي (VF) بين مصابيح LED الفردية ستسبب اختلافات كبيرة في توزيع التيار، وبالتالي، في السطوع.

الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):الـ LED حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. يجب تنفيذ تدابير وقائية أثناء التعامل والتجميع: استخدام أسوار معصم وأماكن عمل مؤرضة، واستخدام مؤينات لتحييد الشحنة الساكنة على العدسة، وتخزين المكونات في عبوات مضادة للكهرباء الساكنة. غالبًا ما يظهر تلف ESD على شكل تيار تسرب عكسي مرتفع بشكل غير طبيعي.

8. المقارنة التقنية والتمييز

المميز الرئيسي لهذا المنتج هو استخدام مادة أشباه الموصلات AlInGaP لكلا اللونين. مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaP القياسي (فوسفيد الغاليوم)، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى خرج أكثر سطوعًا عند نفس تيار القيادة. يوفر تصميم الشريحتين في غلاف واحد بديلاً مضغوطًا لاستخدام مصباحي LED أحاديي اللون منفصلين، مما يقلل عدد الأجزاء ووقت التجميع ومساحة لوحة الدوائر المطبوعة. تجعل زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة الجهاز مناسبًا للتطبيقات التي يحتاج فيها المؤشر إلى أن يكون مرئيًا من مجموعة واسعة من الزوايا.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بتيار 20 مللي أمبير بشكل مستمر؟

ج: نعم. الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر المستمر هو 30 مللي أمبير، لذا فإن 20 مللي أمبير ضمن منطقة التشغيل الآمنة. ومع ذلك، دائمًا راجع منحنى التخفيض إذا كنت تعمل في درجات حرارة محيطة عالية.

س: لماذا من الضروري وجود مقاوم على التوالي لكل LED موصل على التوازي؟

ج: للجهد الأمامي (VF) لمصابيح LED تسامح إنتاجي. بدون مقاومات فردية، ستسحب مصابيح LED ذات VF أقل قليلاً تيارًا أكثر بشكل غير متناسب، مما يجعلها أكثر سطوعًا وربما تسخن، بينما ستكون تلك ذات VF أعلى باهتة. يعمل المقاوم كمُنظم تيار بسيط لكل LED.

س: ماذا يعني \"الطول الموجي السائد\" مقابل \"الطول الموجي الذروة\"؟

ج: الطول الموجي الذروة هو الطول الموجي الفردي حيث تكون القدرة البصرية المنبعثة في أعلى مستوياتها. الطول الموجي السائد مشتق من إحداثيات اللون على مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية كلون الضوء. غالبًا ما يكون المعلمة الأكثر صلة بتحديد اللون.

س: كيف أفسر رمز المجموعة L للون البرتقالي؟

ج: إذا تلقيت مصابيح LED من المجموعة L للون البرتقالي، يمكنك توقع أن تتراوح شدة إضاءة كل LED، عند قياسها عند 5 مللي أمبير، بين 11.2 مللي كانديلا و 18.0 مللي كانديلا، مع تسامح +/-15% على حدود تلك المجموعة.

10. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم مؤشر حالة لموجه شبكة يظهر الطاقة (أخضر ثابت) ونشاط البيانات (برتقالي وامض).

التنفيذ:يمكن استخدام LED واحد من نوع LTST-C195KGKFKT-5A. يتم توصيل الطرفين 1/3 (الأخضر) بطرف GPIO مضبوط لإخراج مستوى منطقي عالي ثابت عند تشغيل الطاقة، من خلال مقاوم محدد للتيار مناسب (على سبيل المثال، محسوب لـ ~5-10 مللي أمبير من مصدر 3.3 فولت: R = (3.3V - 1.9V) / 0.005A ≈ 280Ω). يتم توصيل الطرفين 2/4 (البرتقالي) بطرف GPIO مختلف يتحكم فيه متحكم الشبكة للوميض بالتزامن مع حزم البيانات. استخدام مقاومات فردية لكل قناة لون أمر ضروري. تضمن زاوية الرؤية الواسعة رؤية الحالة من أي مكان في الغرفة. التصميم يوفر مساحة LED واحدة مقارنة بحل يستخدم LEDين.

11. مبدأ التشغيل

الـ LED هو دايود شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد الأمامي المميز له (VF)، يتم حقق الإلكترونات من أشباه الموصلات من النوع n والفجوات من أشباه الموصلات من النوع p في المنطقة النشطة. عندما يعيد الإلكترون الاتحاد مع فجوة، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتون (ضوء). يحدد فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات الطول الموجي المحدد (اللون) لهذا الضوء. تمتلك AlInGaP فجوة نطاق تنتج ضوءًا في الأجزاء الحمراء والبرتقالية والعنبرية والخضراء من الطيف المرئي، اعتمادًا على تركيبها الدقيق. يحتوي هذا الجهاز على شريحتين منفصلتين من AlInGaP بتركيبات مختلفة، مُنَمَّاة لإصدار ضوء أخضر وبرتقالي، موضوعة في عدسة إيبوكسي شفافة (صافية كالماء) تعمل أيضًا كعنصر بصري أساسي.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر اتجاه مصابيح LED المؤشر نحو كفاءة أعلى، وأغلفة أصغر، واستهلاك طاقة أقل. تمثل تكنولوجيا AlInGaP حلاً ناضجًا وفعالًا للألوان من الأحمر إلى الأخضر. يركز التطوير المستمر على تحسين الكفاءة عند تيارات قيادة أعلى وتعزيز استقرار اللون مع درجة الحرارة والعمر الافتراضي. يعد التكامل، مثل الشريحة ثنائية اللون في ورقة البيانات هذه، اتجاهًا رئيسيًا لتقليل حجم النظام وتعقيده. علاوة على ذلك، فإن التوافق مع عمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص وعالية الحرارة أصبح الآن متطلبًا قياسيًا لجميع مكونات SMD لتلبية اللوائح البيئية العالمية. قد تشهد التطورات المستقبلية مزيدًا من تكامل دوائر التحكم أو ألوان متعددة في مساحات أغلفة أصغر حجمًا.