ورقة بيانات ثنائية اللون LTST-S326TBKSKT LED SMD - جانبي الرؤية - أزرق وأصفر - 20mA/30mA - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة المواصفات الفنية لثنائي باعث للضوء (LED) ثنائي اللون، من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD) ذو رؤية جانبية. يدمج الجهاز شريحتين شبه موصلتين متميزتين داخل غلاف واحد: واحدة تشع في الطيف الأزرق والأخرى في الطيف الأصفر. تم تصميم هذا التكوين للتطبيقات التي تتطلب مصابيح حالة مؤشر متعددة مدمجة، أو إضاءة خلفية، أو إضاءة زخرفية حيث تكون المساحة محدودة ويتم المشاهدة من جانب المكون.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المنتج امتثاله لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يجعله مناسبًا للتصنيع الإلكتروني الحديث. يتميز بإطار أطراف مطلي بالقصدير لتحسين قابلية اللحام ومقاومة التآكل. يتم تعبئة المكون على بكرات شريطية قياسية 8 مم، مما يسهل التوافق مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place). علاوة على ذلك، تم تصميمه لتحمل عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) القياسية، السائدة في خطوط إنتاج تكنولوجيا التركيب السطحي (SMT).

2. التفسير العميق للمعايير الفنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف ويجب تجنبه لضمان أداء موثوق.

• تبديد الطاقة (Pd):الطاقة القصوى المسموح بها التي يمكن لثنائي LED تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°C هي 76 ملي واط للشريحة الزرقاء و 75 ملي واط للشريحة الصفراء. يتجاوز هذا الحد يخاطر بتلف حراري.
• التيار الأمامي:التيار الأمامي المستمر الأقصى (IF) هو 20 مللي أمبير للشريحة الزرقاء و 30 مللي أمبير للشريحة الصفراء. يُسمح بتيار أمامي ذروة أعلى يبلغ 100 مللي أمبير (أزرق) و 80 مللي أمبير (أصفر) فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• التخفيض الحراري:يجب تقليل التيار الأمامي المستمر الأقصى خطيًا فوق 25°C بمعدل 0.25 مللي أمبير/°C للشريحة الزرقاء و 0.4 مللي أمبير/°C للشريحة الصفراء. هذا أمر بالغ الأهمية لتطبيقات البيئات عالية الحرارة.
• الجهد العكسي (VR):الجهد العكسي الأقصى المسموح به هو 5 فولت لكلا الشريحتين. تطبيق جهد عكسي أعلى يمكن أن يسبب انهيار الوصلة. لاحظ أن التشغيل المستمر عند هذا الجهد العكسي ممنوع.
• نطاقات درجة الحرارة:تم تصنيف الجهاز للتشغيل بين -20°C و +80°C. يجب أن يكون التخزين ضمن -30°C إلى +100°C.
• حدود الحرارة للّحام:يمكن للمكون تحمل لحام الموجة أو إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء بدرجة حرارة ذروة تبلغ 260°C لمدة تصل إلى 5 ثوانٍ، ولحام الطور البخاري عند 215°C لمدة تصل إلى 3 دقائق.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C، IF=20mA) وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• شدة الإضاءة (Iv):هذا هو مقياس القدرة الملحوظة للضوء المنبعث في اتجاه محدد. لكلا اللونين، الحد الأدنى للشدة هو 28.0 ملي كانديلا (mcd)، النموذجي هو 45.0 mcd (محدد للأزرق فقط)، والحد الأقصى هو 180.0 mcd. يتم تحديد شدة الإضاءة الفعلية المشحونة بواسطة نظام التصنيف.
• زاوية المشاهدة (2θ1/2):زاوية المشاهدة الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية (على المركز) هي 130 درجة لكلا اللونين، مما يشير إلى نمط مشاهدة واسع نموذجي لثنائيات LED ذات الرؤية الجانبية.
• الطول الموجي:الشريحة الزرقاء لها طول موجي ذروة انبعاث نموذجي (λP) يبلغ 468 نانومتر وطول موجي مهيمن (λd) يبلغ 470 نانومتر. الشريحة الصفراء لها ذروة نموذجية عند 592 نانومتر وطول موجي مهيمن عند 590 نانومتر. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو 25 نانومتر للأزرق و 17 نانومتر للأصفر، ويصف نقاء الطيف.
• الجهد الأمامي (VF):انخفاض الجهد عبر ثنائي LED عند التشغيل بتيار 20mA هو نموذجيًا 3.4 فولت للأزرق (حد أقصى 3.8 فولت) و 2.0 فولت للأصفر (حد أقصى 2.4 فولت). هذه المعلمة حاسمة لتصميم دائرة القيادة واختيار مصدر الطاقة.
• التيار العكسي (IR):تيار التسرب عند تطبيق 5 فولت في الاتجاه العكسي هو بحد أقصى 10 ميكرو أمبير لكلا الشريحتين.
• السعة (C):السعة الوصلية النموذجية للشريحة الصفراء هي 40 بيكو فاراد عند انحياز 0 فولت وتردد قياس 1 ميجا هرتز.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز ثنائيات LED إلى فئات أداء. يستخدم هذا الجهاز نظام تصنيف يعتمد على شدة الإضاءة.

لكل من الشريحة الزرقاء والصفراء، يتم تصنيف شدة الإضاءة عند 20mA إلى أربع فئات:

• الفئة N:نطاق الشدة من 28.0 mcd إلى 45.0 mcd.
• الفئة P:نطاق الشدة من 45.0 mcd إلى 71.0 mcd.
• الفئة Q:نطاق الشدة من 71.0 mcd إلى 112.0 mcd.
• الفئة R:نطاق الشدة من 112.0 mcd إلى 180.0 mcd.

يتم تطبيق تسامح +/-15% على حدود كل فئة شدة. يسمح هذا النظام للمصممين باختيار مكونات تلبي متطلبات سطوع محددة لتطبيقهم، مما يضمن الاتساق البصري في المنتجات النهائية التي تستخدم عدة ثنائيات LED.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 6)، توفر المنحنيات النموذجية لمثل هذه الأجهزة رؤى حاسمة:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يظهر هذا المنحنى العلاقة بين الجهد الأمامي (VF) والتيار الأمامي (IF). إنه غير خطي، مع جهد "ركبة" مميز (حوالي VF النموذجي) فوقه يزداد التيار بسرعة مع زيادة طفيفة في الجهد. يؤكد هذا على سبب ضرورة قيادة ثنائيات LED بواسطة مصدر محدود التيار، وليس بجهد ثابت.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:تزداد الشدة عمومًا مع التيار، ولكن العلاقة قد لا تكون خطية تمامًا، خاصة عند التيارات الأعلى حيث يمكن أن تنخفض الكفاءة بسبب التسخين.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:ينخفض إخراج الضوء لثنائي LED مع زيادة درجة حرارة الوصلة. فهم هذا التخفيض ضروري للتطبيقات التي تعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة.
• التوزيع الطيفي:ستظهر الأشكال المشار إليها القدرة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي، مسلطة الضوء على الذروة (λP) والعرض الطيفي (Δλ).

5. معلومات الميكانيكا والتعبئة

5.1 أبعاد الغلاف وتعيين الأطراف

يتوافق الجهاز مع مخطط غلاف قياسي EIA. يتم توفير الأبعاد الفيزيائية في رسومات ورقة البيانات، مع جميع الوحدات بالمليمترات وتسامح عام ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

تعيين الأطراف:لثنائي LED ثنائي اللون توزيع أطراف محدد للتحكم في كل شريحة بشكل مستقل. بالنسبة لرقم الجزء LTST-S326TBKSKT:

• المهبط 1 (C1):متصل بالشريحة الصفراء AlInGaP.
• المهبط 2 (C2):متصل بالشريحة الزرقاء InGaN.
• المصعد مشترك بين الشريحتين.

تحديد القطبية الصحيحة أمر حيوي أثناء تخطيط وتجميع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لضمان الوظيفة الصحيحة.

5.2 أبعاد وسادة اللحام المقترحة

تتضمن ورقة البيانات تصميمًا موصى به لنمط الأرضية (وسادة اللحام) للوحة PCB. الالتزام بهذه الأبعاد يضمن تكوين وصلة لحام صحيحة، واستقرار ميكانيكي، وتخفيف حراري أثناء عملية إعادة التدفق. استخدام وسائد صغيرة جدًا يمكن أن يؤدي إلى وصلات ضعيفة، بينما الوسائد الكبيرة جدًا قد تسبب ظاهرة "شاهد القبر" (وقوف المكون على طرف واحد) أو جسور لحام.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملفات إعادة التدفق باللحام

يتم توفير ملفين مقترحين لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR): واحد لعملية اللحام القياسية (قصدير-رصاص) وواحد لعملية اللحام الخالية من الرصاص. تم تصميم الملف الخالي من الرصاص خصيصًا للاستخدام مع معجون لحام Sn-Ag-Cu (SAC). تشمل المعلمات الرئيسية في هذه الملفات:

• منطقة التسخين المسبق/النقع:ترفع درجة الحرارة تدريجيًا لتفعيل المادة المساعدة وتقليل الصدمة الحرارية.
• منطقة إعادة التدفق:تتجاوز درجة الحرارة نقطة انصهار اللحام لتشكيل الوصلة. يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260°C، ويجب التحكم في الوقت فوق السائل (TAL).
• منطقة التبريد:التبريد المتحكم به يجمد وصلات اللحام.

6.2 التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. توصي ورقة البيانات بغمر ثنائي LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. استخدام منظفات كيميائية غير محددة أو قوية يمكن أن يتلف مادة غلاف LED، مما يؤدي إلى تغير اللون، أو التشقق، أو التقشر.

6.3 ظروف التخزين

للتخزين طويل الأمد، يجب الاحتفاظ بثنائيات LED في عبوة الحاجز الرطوبة الأصلية. إذا تم إخراجها، فهي حساسة لامتصاص الرطوبة (MSL - مستوى الحساسية للرطوبة). توصي ورقة البيانات بإعادة تدفق المكونات خارج عبوتها الأصلية في غضون أسبوع واحد. للتخزين الممتد خارج الكيس الأصلي، يجب تخزينها في حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في جو نيتروجين. إذا تم تخزينها غير معبأة لأكثر من أسبوع، يوصى بعملية تجفيف (مثل 60°C لمدة 24 ساعة) قبل اللحام لطرد الرطوبة الممتصة ومنع تلف "الانفجار" أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد الجهاز بتنسيق شريط وبكرة متوافق مع التجميع الآلي.

• عرض الشريط:8 مم.
• قطر البكرة:7 بوصات (178 مم).
• الكمية لكل بكرة:3000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للكميات المتبقية.
• معيار التعبئة:يتوافق مع مواصفات ANSI/EIA 481-1-A-1994. يتم إغلاق الجيوب الفارغة في الشريط بشريط غطاء. الحد الأقصى لعدد المكونات المفقودة المتتالية هو اثنان.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

ثنائي LED ثنائي اللون ذو الرؤية الجانبية هذا مثالي للتطبيقات حيث تكون المساحة محدودة ويجب مشاهدة المؤشر من حافة اللوحة أو التجميع. تشمل الاستخدامات الشائعة:

• مؤشرات الحالة:على الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، معدات الشبكات، أو عناصر التحكم الصناعية، حيث يمكن أن تشير الألوان المختلفة إلى الطاقة (أصفر)، النشاط (أزرق)، أو حالات العطل.
• الإضاءة الخلفية:للألواح المضاءة من الحواف، لوحات المفاتيح، أو الشاشات الصغيرة حيث يكون الانبعاث الجانبي ميزة.
• الإضاءة الزخرفية:في الأجهزة المدمجة حيث تكون التأثيرات متعددة الألوان مرغوبة.

8.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:ثنائيات LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد، خاصة عند توصيل عدة ثنائيات LED على التوازي، يجب وضع مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل ثنائي LED. لا يوصى بقيادة عدة ثنائيات LED على التوازي مباشرة من مصدر جهد (بدون مقاومات فردية) بسبب الاختلافات في الجهد الأمامي (VF) بين ثنائيات LED الفردية، مما قد يؤدي إلى اختلافات كبيرة في السطوع وتيار زائد محتمل في بعض الأجهزة.
• الإدارة الحرارية:بينما تبديد الطاقة منخفض، يمكن أن يساعد تخطيط PCB المناسب مع مساحة نحاسية كافية في تبديد الحرارة، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو عند القيادة بأقصى تيار. هذا يحافظ على إخراج الضوء وطول العمر.
• الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):ثنائيات LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي. يجب أن تشمل احتياطات التعامل استخدام أساور معصم مؤرضة، وسجاد مضاد للكهرباء الساكنة، ومؤينات في منطقة التجميع. يجب تأريض المعدات ومحطات العمل بشكل صحيح.

9. المقارنة الفنية والتمييز

ميزات التمييز الرئيسية لهذا المكون هي قدرته ثنائية اللون في غلاف SMD جانبي الرؤية واحد وتقييمات أدائه المحددة. مقارنة بثنائيات LED أحادية اللون، فإنه يوفر مساحة على اللوحة ويبسط التجميع للمؤشر ثنائي اللون. عامل الشكل الجانبي يميزه عن ثنائيات LED ذات الانبعاث العلوي، مما يجعله مناسبًا لتصميمات ميكانيكية محددة. توافقه مع التركيب الآلي وملفات إعادة التدفق القياسية يجعله متوافقًا مع عمليات التصنيع الحديثة عالية الحجم. يوفر نظام التصنيف التفصيلي مستوى من اتساق السطوع قد يكون أفضل من المكونات العامة غير المصنفة أو المصنفة على نطاق واسع.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير الفنية)

س: هل يمكنني تشغيل ثنائيي LED الأزرق والأصفر في وقت واحد بأقصى تيار مستمر لهما؟

ج: ليس بالضرورة. تحدد الحدود القصوى المطلقة تبديد الطاقة لكل شريحة. تشغيل كليهما عند 20mA (أزرق) و 30mA (أصفر) في وقت واحد يؤدي إلى تبديد طاقة إجمالي يجب التحقق منه مقابل الحدود الحرارية، خاصة مع الأخذ في الاعتبار الغلاف المشترك. يجب تطبيق التخفيض في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة.

س: لماذا مقاومة على التوالي ضرورية لكل ثنائي LED، حتى في مصفوفة متوازية؟

ج: الجهد الأمامي (VF) لثنائيات LED له تسامح تصنيعي. بدون مقاومات فردية، ستسحب ثنائيات LED ذات VF أقل قليلاً تيارًا غير متناسب أكثر، مما يجعلها أكثر سطوعًا وربما ارتفاع درجة الحرارة، بينما تلك ذات VF أعلى ستكون خافتة. تعمل المقاومة كمُنظم تيار بسيط وفعال لكل ثنائي LED.

س: ماذا تعني "جانبي الرؤية" لزاوية المشاهدة؟

ج: ثنائي LED "جانبي الرؤية" يشع الضوء بشكل أساسي من جانب الغلاف، عموديًا على مستوى التثبيت. يتم قياس زاوية المشاهدة 130 درجة من محور الانبعاث الأساسي هذا. هذا على عكس ثنائي LED "علوي الرؤية" الذي يشع الضوء لأعلى من أعلى الغلاف.

س: كيف أفسر رمز الفئة للطلب؟

ج: رمز الفئة (N, P, Q, R) يحدد نطاق شدة الإضاءة الدنيا والقصوى المضمونة لثنائيات LED في تلك الدفعة. يجب على المصممين اختيار فئة تلبي الحد الأدنى لمتطلبات السطوع لديهم مع مراعاة التكلفة، حيث أن الفئات الأعلى (مثل R) ذات السطوع الأعلى قد تكون أكثر تكلفة.

11. مثال حالة استخدام عملية

السيناريو: مؤشر حالة مزدوج لجهاز محمول

مصمم يقوم بإنشاء مستشعر محمول مدمج. يحتاجون إلى مؤشر واحد صغير لإظهار كل من حالتي "الاستعداد" و "النشط/الإرسال". يختارون ثنائي LED ثنائي اللون هذا.

التنفيذ:يتم وضع ثنائي LED على حافة لوحة الدوائر الرئيسية، مع جانب انبعاثه مواجهًا لأنبوب ضوئي صغير يوجه الضوء إلى خارج الجهاز. تقوم دبابيس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة بقيادة المهبطين (C1 للأصفر، C2 للأزرق) من خلال مقاومات محددة للتيار فردية (محسوبة بناءً على جهد الإمداد والتيار المطلوب 20mA). المصعد المشترك متصل بمصدر الطاقة الموجب. يضيء البرنامج الثابت ثنائي LED الأصفر لوضع الاستعداد وثنائي LED الأزرق لوضع النشط. تسمح طبيعة الرؤية الجانبية لثنائي LED بالاقتران بكفاءة في أنبوب الضوء ذو المدخل الجانبي، مما يخلق مؤشرًا نظيفًا واحترافيًا في مساحة محدودة للغاية.

12. مقدمة عن المبدأ

ثنائيات باعثة للضوء (LED) هي أجهزة شبه موصلة تشع الضوء عندما يمر تيار كهربائي عبرها. تسمى هذه الظاهرة الانبعاث الكهروضوئي. عندما يتم تطبيق جهد في الاتجاه الأمامي، تلتقي الإلكترونات من المادة شبه الموصلة من النوع n مع الفجوات من المادة من النوع p داخل المنطقة النشطة للشريحة. يطلق هذا الالتقاء الطاقة في شكل فوتونات (جزيئات ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة فجوة النطاق الطاقي للمواد شبه الموصلة المستخدمة. شريحة LED الزرقاء مصنوعة عادةً من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، الذي له فجوة نطاق أوسع مناسبة للأطوال الموجية الأقصر (الضوء الأزرق). شريحة LED الصفراء مصنوعة عادةً من فوسفيد الألومنيوم الإنديوم الغاليوم (AlInGaP)، الذي له فجوة نطاق تتوافق مع أطوال موجية أطول (الضوء الأصفر/الأحمر). تعبئة الشريحتين معًا بمصعد مشترك تسمح بالتحكم المستقل في كل لون من مكون SMD ذي 3 وسادات.

13. اتجاهات التطوير

يستمر مجال ثنائيات LED SMD في التطور. تشمل الاتجاهات العامة الملاحظة في الصناعة، والتي توفر سياقًا لمكونات مثل هذا:

• زيادة الكفاءة والفعالية الضوئية:تؤدي التحسينات المستمرة في علوم المواد وتصميم الشرائح إلى إخراج ضوئي أكثر (لومن) لكل وحدة من طاقة الإدخال الكهربائية (واط).
• التصغير:تستمر الأغلفة في التقلص (مثل من 0603 إلى 0402 إلى 0201 أحجام مترية) مع الحفاظ على الأداء أو تحسينه، مما يتيح إلكترونيات أكثر كثافة.
• موثوقية أعلى وعمر أطول:تحسينات في مواد التغليف، وطرق ربط القطعة، وتقنية الفوسفور (لثنائيات LED البيضاء) تعزز طول العمر والاستقرار عبر درجة الحرارة والزمن.
• مزج ألوان متقدم والتحكم:بعد ثنائي اللون، أصبحت ثنائيات LED RGB (أحمر، أخضر، أزرق) و RGBW (RGB + أبيض) في أغلفة واحدة شائعة، غالبًا مع برامج تشغيل مدمجة للتحكم المتطور في اللون والتعتيم.
• التكامل:تشمل الاتجاهات ثنائيات LED ذات مقاومات محددة للتيار مدمجة، أو ثنائيات زينر للحماية من ESD، أو حتى برامج تشغيل IC كاملة في الغلاف، مما يبسط تصميم الدائرة.

يمثل ثنائي LED ثنائي اللون ذو الرؤية الجانبية هذا حلاً راسخًا وموثوقًا لمتطلبات مكانية ومؤشر محددة ضمن هذا المشهد التكنولوجي الأوسع.