ورقة بيانات ثنائي اللون LTST-C155KGJRKT LED SMD - الأبعاد - أخضر/أحمر - 20 مللي أمبير - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي LED ثنائي اللون من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD). يدمج المكون شريحتين منفصلتين من أشباه الموصلات من نوع AlInGaP داخل عبوة واحدة، مما يتيح انبعاث الضوء الأخضر والأحمر معًا. تم تحسين هذا التصميم للتطبيقات التي تتطلب مؤشرًا ثنائي اللون أو عرض حالة في مساحة صغيرة جدًا. الجهاز متوافق مع توجيهات RoHS ويصنف كمنتج صديق للبيئة.

يتم توريد LED في عبوات قياسية للصناعة، وتحديدًا على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات بقطر 7 بوصات. يضمن هذا التنسيق التوافق مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place) الشائعة الاستخدام في التصنيع الإلكتروني الحديث. كما تم تصميم العبوة لتحمل عمليات اللحام القياسية بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) والطور البخاري، مما يسهل دمجها في تجميعات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB).

2. التفسير الموضوعي العميق للمعاملات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. للتشغيل الموثوق، لا ينبغي تجاوز هذه الحدود أبدًا، حتى ولو للحظة.

• تبديد الطاقة (P_D):75 ملي واط لكل شريحة (الأخضر والأحمر). يحدد هذه المعلمة إجمالي الطاقة الكهربائية التي يمكن تحويلها إلى حرارة داخل شريحة LED. يتجاوز هذه القيمة يخاطر بالهروب الحراري وتدهور مادة أشباه الموصلات.
• تيار الأمامي الذروي (I_FP):80 مللي أمبير، محدد تحت دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. هذا التصنيف مخصص للتشغيل النبضي فقط ويسمح بفترات قصيرة من السطوع العالي، كما في تطبيقات الوميض أو الإشارة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):30 مللي أمبير تيار مستمر. هذا هو الحد الأقصى للتيار في الحالة المستقرة الموصى به للتشغيل المستمر. وهو المعلمة الأساسية لتصميم دائرة قيادة LED.
• تقليل تصنيف التيار:تقليل خطي بمقدار 0.4 مللي أمبير/°C بدءًا من 25°C. مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (T_a)، يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر بشكل متناسب لمنع تجاوز حد درجة حرارة الوصلة.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي أكبر من هذا يمكن أن يسبب انهيارًا وفشلًا كارثيًا لشريحة LED.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-55°C إلى +85°C. يمكن تخزين الجهاز وتشغيله ضمن نطاق درجة الحرارة الصناعية الكامل هذا.
• تحمل درجة حرارة اللحام:يمكن للعبوة تحمل اللحام بالموجة أو بالأشعة تحت الحمراء عند 260°C لمدة 5 ثوانٍ، أو اللحام بالطور البخاري عند 215°C لمدة 3 دقائق، مما يؤكد ملاءمتها لعمليات التجميع الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

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

• شدة الإضاءة (I_V):الشريحة الخضراء لها شدة نموذجية تبلغ 35.0 مللي كانديلا، بينما الشريحة الحمراء عادة ما تكون أكثر سطوعًا عند 45.0 مللي كانديلا، مع حد أدنى 18.0 مللي كانديلا لكليهما. يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة منحنى استجابة العين البشرية الضوئي (CIE).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة (نموذجي). هذه الزاوية الواسعة للرؤية، المحددة كالزاوية الكاملة حيث تنخفض الشدة إلى نصف قيمتها على المحور، تجعل هذا LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب رؤية واسعة.
• الطول الموجي الذروي (λ_P):الأخضر: 574 نانومتر (نموذجي)، الأحمر: 639 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):الأخضر: 571 نانومتر (نموذجي)، الأحمر: 631 نانومتر (نموذجي). مشتق من مخطط لونية CIE، هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد لون الضوء.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):الأخضر: 15 نانومتر (نموذجي)، الأحمر: 20 نانومتر (نموذجي). يشير هذا إلى نقاء الطيف للضوء المنبعث؛ يشير النطاق الأضيق إلى لون أكثر تشبعًا.
• الجهد الأمامي (V_F):2.0 فولت (نموذجي)، 2.4 فولت (أقصى) لكلا اللونين عند 20 مللي أمبير. هذه معلمة حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R=5V، مما يشير إلى خصائص ثنائية جيدة مع تسرب ضئيل.
• السعة (C):40 بيكو فاراد (نموذجي) عند انحياز 0 فولت و 1 ميجا هرتز. هذه السعة المنخفضة مفيدة لتطبيقات التبديل عالي التردد أو الإرسال المتعدد.

3. شرح نظام التصنيف

يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج. هذا يسمح للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات شدة أو لون محددة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف كل من الشريحة الخضراء والحمراء بشكل متطابق لشدة الإضاءة عند 20 مللي أمبير. تمثل رموز الفئات (M, N, P, Q) نطاقات تصاعدية للحد الأدنى والأقصى للشدة. على سبيل المثال، تغطي الفئة 'M' من 18.0 إلى 28.0 مللي كانديلا، بينما تغطي الفئة 'Q' من 71.0 إلى 112.0 مللي كانديلا. يتم تطبيق تسامح ±15% داخل كل فئة لحساب الاختلافات في القياس والإنتاج.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد (للأخضر فقط)

يتم تصنيف مصابيح LED الخضراء بشكل إضافي حسب الطول الموجي السائد للتحكم في اتساق اللون. تم تعريف ثلاث فئات: 'C' (567.5-570.5 نانومتر)، 'D' (570.5-573.5 نانومتر)، و 'E' (573.5-576.5 نانومتر). يتم الحفاظ على تسامح ضيق ±1 نانومتر لكل فئة، مما يضمن لونًا أخضر موحدًا عبر الأجهزة من نفس الفئة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 6)، فإن تفسيراتها النموذجية حاسمة للتصميم.

• منحنى I-V:يظهر الجهد الأمامي (V_F) علاقة لوغاريتمية مع التيار الأمامي (I_F). زيادة صغيرة في V_Fتؤدي إلى زيادة كبيرة في I_F، وهذا هو السبب في أن القيادة بتيار ثابت ضرورية لإخراج ضوء مستقر.
• شدة الإضاءة مقابل التيار:تكون الشدة متناسبة تقريبًا مع التيار الأمامي في نطاق التشغيل العادي (حتى التيار المستمر المصنف). ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند تيارات عالية جدًا بسبب زيادة الحرارة.
• خصائص درجة الحرارة:تنخفض شدة الإضاءة عادةً مع زيادة درجة حرارة الوصلة. كما أن للجهد الأمامي معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أن V_Fينخفض قليلاً مع ارتفاع درجة الحرارة. يتم تطبيق عامل التقليل 0.4 مللي أمبير/°C لإدارة التأثيرات الحرارية.
• التوزيع الطيفي:طيف الانبعاث لمصابيح LED من نوع AlInGaP ضيق نسبيًا وشكل غوسي، ومركز حول الطول الموجي الذروي. يتم حساب الطول الموجي السائد من هذا الطيف ودوال مطابقة الألوان CIE.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 الجهاز وتعيين الأطراف

يتميز LED بعدسة شفافة. تحتوي الشريحة الداخلية ثنائية اللون على تعيين محدد للأطراف: الطرفان 1 و 3 مخصصان للشريحة الخضراء AlInGaP، بينما الطرفان 2 و 4 مخصصان للشريحة الحمراء AlInGaP. يتيح هذا التكوين التحكم المستقل في كل لون.

5.2 أبعاد العبوة والشريط/البكرة

يتوافق الجهاز مع مخطط عبوة قياسي EIA. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تعبئة المكون على شريط ناقل بارز بعرض 8 مم، والذي يتم لفه على بكرات بقطر 7 بوصات (حوالي 178 مم). تم تضمين رسومات ميكانيكية مفصلة لمخطط الجهاز، ونمط وسادة الهبوط المقترحة لـ PCB، وأبعاد الشريط/البكرة لتوجيه تصميم PCB وإعداد التجميع.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملفات إعادة التدفق الموصى بها

تم توفير ملفين مقترحين لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR): أحدهما لعملية اللحام القياسية (القصدير-الرصاص) والآخر لعملية اللحام الخالية من الرصاص. تم معايرة الملف الخالي من الرصاص خصيصًا للاستخدام مع معجون اللحام SnAgCu (القصدير-الفضة-النحاس). تشمل المعلمات الرئيسية التحكم في معدل الصعود، وقت محدد فوق نقطة الانصهار، درجة حرارة ذروية (عادة 240-260°C كحد أقصى)، ومعدل تبريد مضبوط لتقليل الإجهاد الحراري على المكون.

6.2 التخزين والتعامل

يجب تخزين مصابيح LED في بيئة لا تتجاوز 30°C و 70% رطوبة نسبية. يجب إعادة لحام المكونات التي تمت إزالتها من عبوتها الأصلية الحاجبة للرطوبة بالتدفق في غضون أسبوع واحد. للتخزين لفترات أطول خارج العبوة الأصلية، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو في جو نيتروجين. إذا تم التخزين لأكثر من أسبوع، يوصى بالخبز عند حوالي 60°C لمدة 24 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات المعتمدة القائمة على الكحول فقط مثل الإيثانول أو الأيزوبروبانول. يجب غمر مصابيح LED في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن أن يؤدي استخدام المنظفات الكيميائية غير المحددة أو العدوانية إلى إتلاف العدسة البلاستيكية ومادة العبوة.

7. معلومات التعبئة والطلب

التعبئة القياسية هي 3000 قطعة لكل بكرة 7 بوصات. الحد الأدنى لكمية الطلب هو 500 قطعة للكميات المتبقية. يتوافق نظام الشريط والبكرة مع مواصفات ANSI/EIA-481-1-A. تشمل مواصفات الشريط الرئيسية: يتم إغلاق الجيوب الفارغة للمكونات بشريط غطاء، ويُسمح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين ("مصابيح مفقودة") لكل بكرة، وفقًا للمعيار.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا LED ثنائي اللون مثالي لتطبيقات الحالة والمؤشرات حيث تكون المساحة محدودة ويحتاج إلى توصيل حالات متعددة. أمثلة: مؤشرات الطاقة/الحالة على الإلكترونيات الاستهلاكية (مثل الشحن/الاستعداد)، أضواء الإشارة ثنائية اللون على لوحات التحكم الصناعية، عروض الحالة على معدات الشبكات، والإضاءة الخلفية لمفاتيح الغشاء أو الرموز التي تتطلب لونين.

8.2 اعتبارات التصميم وطريقة القيادة

هام:مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي، يجب استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي معكلLED أو كل قناة لون. تظهر الدائرة الموصى بها (الدائرة أ) مقاومة على التوالي مع LED. تجنب توصيل عدة مصابيح LED على التوازي مباشرة بدون مقاومات فردية (الدائرة ب)، لأن الاختلافات الصغيرة في خصائص جهدها الأمامي (V_F) ستسبب اختلافات كبيرة في تقاسم التيار، وبالتالي، السطوع.

يجب ضبط تيار القيادة بناءً على السطوع المطلوب والحدود القصوى المطلقة، مع مراعاة أي تقليل تصنيف ضروري لدرجات الحرارة المحيطة المرتفعة.

8.3 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

حساس LED للتفريغ الكهروستاتيكي. لمنع تلف ESD أثناء التعامل والتركيب:

• يجب على الأفراد ارتداء أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.
• يجب تأريض جميع المعدات ومناضد العمل وأرفف التخزين بشكل صحيح.
• يمكن استخدام مؤين لتحييد الشحنة الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية.

9. المقارنة والتمييز التقني

الميزة الأساسية المميزة لهذا المكون هي دمج شريحتين عاليتي الأداء من نوع AlInGaP (أخضر وأحمر) في عبوة SMD مدمجة واحدة. تقدم تقنية AlInGaP كفاءة أعلى واستقرار حراري أفضل للألوان الحمراء والعنبرية مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP. يوفر الجمع بين زاوية رؤية واسعة 130 درجة والتحكم المستقل في الأطراف لكل لون مرونة في التصميم غير متوفرة في مصابيح LED أحادية اللون أو ثنائية اللون المختلطة مسبقًا مع أنود/كاثود مشترك. تجعل توافقها مع التجميع الآلي وعمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص حلاً حديثًا وقابلًا للتصنيع.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل مصابيح LED الخضراء والحمراء في وقت واحد بكامل طاقتها 30 مللي أمبير لكل منهما؟

ج: لا. الحد الأقصى المطلق لإجمالي تبديد الطاقة هو 75 ملي واط لكل شريحة. تشغيل كليهما عند 30 مللي أمبير مع V_Fنموذجي 2.0 فولت ينتج 60 ملي واط لكل شريحة (P=I*V)، وهو ضمن الحد. ومع ذلك، إذا كان V_Fفي أقصى حد له 2.4 فولت، تصبح الطاقة 72 ملي واط، قريبة جدًا من الحد. للتشغيل الموثوق طويل الأمد، خاصة في درجات الحرارة المحيطة الأعلى، يُنصح بتقليل تصنيف التيار عند تشغيل كلا اللونين باستمرار.

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

ج: الطول الموجي الذروي (λ_P) هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة الضوئية. الطول الموجي السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة بناءً على كيفية إدراك العين البشرية للون ذلك الطيف. لمصدر أحادي اللون، هما متطابقان. لمصابيح LED ذات عرض طيفي معين، λ_dهو الطول الموجي الفردي الذي سيبدو بنفس اللون. λ_dأكثر صلة بتحديد اللون في تطبيقات العرض.

س: كيف أختار قيمة المقاومة المحددة للتيار الصحيحة؟

ج: استخدم قانون أوم: R = (V_المصدر- V_{F_LED}) / I_{F_المطلوب}. استخدم أقصى V_Fمن ورقة البيانات (2.4V) لتصميم محافظ يضمن ألا يتجاوز التيار الهدف حتى مع التباين بين القطع. على سبيل المثال، مع مصدر 5V وهدف I_Fبقيمة 20mA: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 أوم. يمكن استخدام القيمة القياسية الأقرب (مثل 120 أو 150 أوم)، مع إعادة حساب التيار الفعلي.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

الحالة: مؤشر ثنائي الحالة لجهاز محمول

يقوم مصمم بإنشاء عداد يدوي مدمج. هناك حاجة إلى مؤشر واحد لإظهار ثلاث حالات: إيقاف التشغيل، القياس (أخضر)، والخطأ/بطارية منخفضة (أحمر). يوفر استخدام LTST-C155KGJRKT مساحة على اللوحة مقارنة باستخدام مصباحي LED منفصلين.

التنفيذ:يحتوي المتحكم الدقيق (MCU) على طرفي GPIO تم تكوينهما كمخرجات تصريف مفتوحة. يتم توصيل كل طرف بالكاثود بلون واحد عبر مقاومة محددة للتيار (محسوبة كما سبق). يتم توصيل الأنودات لكلا لوني LED بخط 3.3V للنظام. لتفعيل اللون الأخضر، يقوم MCU بجعل طرف GPIO الأخضر منخفضًا. لتفعيل اللون الأحمر، يقوم بجعل طرف GPIO الأحمر منخفضًا. لإيقاف تشغيل LED، يتم ضبط طرفي GPIO على حالة مقاومة عالية. توفر هذه الدائرة تحكمًا مستقلاً بأقل عدد من المكونات.

اعتبار:يجب على المصمم التأكد من أن أطراف GPIO لـ MCU يمكنها استيعاب تيار LED المطلوب (مثل 20 مللي أمبير). إذا لم يكن الأمر كذلك، يمكن إضافة مفتاح ترانزستور بسيط. تضمن زاوية الرؤية الواسعة رؤية المؤشر من زوايا مختلفة أثناء حمل الجهاز.

12. مقدمة عن المبدأ

ثنائيات الإضاءة (LED) هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء من خلال الوميض الكهربائي. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات من المنطقة من النوع n مع الفجوات من المنطقة من النوع p، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث بواسطة فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. يستخدم هذا الجهاز AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم الإنديوم الغاليوم) لكلتا الشريحتين، وهو نظام مواد معروف بكفاءته العالية في المناطق الطيفية الحمراء والبرتقالية والعنبرية والخضراء. العدسة "الشفافة" غير منتشرة، مما يسمح لنمط الضوء الجوهري عالي الاتجاه للشريحة بالانبعاث، مما يؤدي إلى زاوية الرؤية الواسعة المحددة.

13. اتجاهات التطوير

يستمر اتجاه مصابيح LED المؤشر نحو كفاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل وحدة طاقة كهربائية)، وحجم عبوة أصغر لتخطيطات PCB أكثر كثافة، وتحسين اتساق اللون من خلال تصنيف أكثر ضيقًا. هناك أيضًا تكامل متزايد لشرائح متعددة (RGB، ثنائية اللون) في عبوات واحدة لتمكين قدرات متعددة الألوان وخلط الألوان في شكل مدمج. علاوة على ذلك، يظل التوافق مع اللوائح البيئية المتزايدة الصرامة (RoHS، REACH) وعمليات التجميع عالية الحرارة والخالية من الرصاص متطلبًا أساسيًا. يستمر تطوير مواد أشباه الموصلات الجديدة والفوسفور في توسيع نطاق الألوان وكفاءة مصابيح LED عبر الطيف المرئي.