جدول المحتويات
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 2. التفسير الموضوعي المتعمق للمعايير التقنية
- 2.1 القيم القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية
- 3. شرح نظام التصنيف (Binning)
- 3.1 تصنيفات شدة اللون الأخضر
- 3.2 تصنيفات شدة اللون الأصفر
- 4. تحليل منحنيات الأداء
- 5. معلومات الميكانيكا والتغليف
- 5.1 أبعاد العبوة وقطبية الأطراف
- 5.2 تخطيط وسادة اللحام الموصى به
- 5.3 التغليف بالشريط والبكرة
- 6. إرشادات اللحام والتركيب
- 6.1 منحنى لحام إعادة التدفق (Reflow)
- 6.2 ملاحظات حول اللحام اليدوي
- 6.3 التنظيف
- 6.4 ظروف التخزين
- 7. اقتراحات التطبيق
- 7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
- 7.2 اعتبارات التصميم
- 8. المقارنة التقنية والتمييز
- 9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
- 10. دراسة حالة تصميمية عملية
- 11. مقدمة عن مبدأ التشغيل
- 12. اتجاهات التكنولوجيا
1. نظرة عامة على المنتج
توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لثنائي باعث الضوء LTST-C295TGKSKT، وهو ثنائي باعث للضوء (LED) ثنائي اللون من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD). تم تصميم هذا المكون للتطبيقات التي تتطلب مؤشرات مدمجة وعالية السطوع بلونين متميزين من عبوة واحدة. وتتميز ميزته الأساسية المميزة بأنها ذات سماكة منخفضة للغاية، مما يجعلها مناسبة للتصاميم الإلكترونية الحديثة المحدودة المساحة.
يجمع ثنائي باعث الضوء بين رقائقتي أشباه موصلات مستقلتين داخل عبوة قياسية متوافقة مع معايير EIA: رقاقة من نيترايد الغاليوم الإنديوم (InGaN) للإصدار الأخضر، ورقاقة من فوسفيد الغاليوم الإنديوم الألومنيوم (AlInGaP) للإصدار الأصفر. يتيح هذا الهيكل ثنائي الرقائق التحكم المستقل في كل لون، مما يمكّن من الإشارة إلى الحالة، أو الإشارة ثنائية اللون، أو مزج الألوان البسيط اعتمادًا على تكوين دائرة القيادة. يتم توريد الجهاز على شريط ناقل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يسهل عمليات التجميع الآلي عالي السرعة (Pick-and-Place) الشائعة في التصنيع الإلكتروني بالكميات الكبيرة.
2. التفسير الموضوعي المتعمق للمعايير التقنية
2.1 القيم القصوى المطلقة
تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي إذا تجاوزتها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود ويجب تجنبها في تصميم الدائرة.
- تبديد الطاقة (Pd):76 ملي واط للرقاقة الخضراء، 75 ملي واط للرقاقة الصفراء. تحدد هذه المعلمة، جنبًا إلى جنب مع المقاومة الحرارية للعبوة ولوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به لتجنب تجاوز حد درجة حرارة الوصلة.
- التيار الأمامي الذروي (IFP):100 مللي أمبير للأخضر، 80 مللي أمبير للأصفر. يتم تحديد ذلك تحت دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. يشير هذا إلى أن ثنائي باعث الضوء يمكنه تحمل نبضات تيار عالي قصيرة، وهو مفيد لتطبيقات القيادة المتعددة (Multiplexed) أو تطبيقات السطوع النبضي، ولكن ليس للتشغيل بالتيار المستمر.
- التيار الأمامي المستمر (IF):20 مللي أمبير للأخضر، 30 مللي أمبير للأصفر. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار المستمر للتشغيل الموثوق طويل الأمد في الظروف العادية.
- نطاقات درجة الحرارة:التشغيل: من -20°C إلى +80°C؛ التخزين: من -30°C إلى +100°C. نطاق التشغيل نموذجي لثنائيات باعثة للضوء من الدرجة التجارية. يجب على المصممين التأكد من أن درجة الحرارة المحيطة والتسخين الذاتي لا يتسببان في تجاوز درجة حرارة وصلة ثنائي باعث الضوء لأقصى درجة حرارة مقننة.
- ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل 260°C لمدة 10 ثوانٍ. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص (Pb-free) ويجب الالتزام به أثناء تجميع لوحة الدوائر المطبوعة.
2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية
هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند درجة حرارة بيئة Ta=25°C تحت ظروف الاختبار المحددة. وهي ضرورية لتصميم الدائرة وتكامل النظام البصري.
- شدة الإضاءة (IV):تقاس بوحدة الميلي كانديلا (mcd) عند IF=20mA. تتراوح الرقاقة الخضراء من 45.0 mcd (الحد الأدنى) إلى 280.0 mcd (الحد الأقصى). تتراوح الرقاقة الصفراء من 28.0 mcd (الحد الأدنى) إلى 450.0 mcd (الحد الأقصى). يتم إدارة النطاق الواسع من خلال نظام تصنيف (Binning) (موضح في القسم 3). يستخدم الاختيار مرشحًا يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE.
- زاوية الرؤية (2θ1/2):عادة 130 درجة لكلا اللونين. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها على المحور. تشير زاوية 130 درجة إلى نمط رؤية واسع جدًا، وهو مناسب للتطبيقات التي يحتاج فيها ثنائي باعث الضوء إلى أن يكون مرئيًا من مجموعة واسعة من الزوايا.
- طول موجة الانبعاث الذروي (λP):عادة 525 نانومتر للأخضر و 588 نانومتر للأصفر. هذا هو الطول الموجي عند أعلى نقطة في طيف الضوء المنبعث.
- الطول الموجي السائد (λd):عادة 525.0 نانومتر للأخضر و 587.0 نانومتر للأصفر. مستمد من مخطط لونية CIE، هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون. إنه مقياس أكثر صلة بالإدراك من طول موجة الذروة.
- نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):عادة 35 نانومتر للأخضر و 20 نانومتر للأصفر. يشير هذا إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث. عادةً ما يكون لثنائيات باعثة الضوء الصفراء من نوع AlInGaP طيف أضيق من ثنائيات باعثة الضوء الخضراء من نوع InGaN.
- الجهد الأمامي (VF):حد أقصى 3.50 فولت للأخضر و 2.40 فولت للأصفر عند IF=20mA. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار. الجهد الأمامي الأعلى للرقاقة الخضراء VFهو سمة من سمات تقنية InGaN.
- التيار العكسي (IR):حد أقصى 10 ميكرو أمبير لكليهما عند VR=5V.ملاحظة حرجة:لم يتم تصميم الجهاز للتشغيل العكسي. قد يؤدي تطبيق انحياز عكسي يتجاوز 5 فولت إلى تلف فوري. يوصى بشدة بالحماية ضد الجهد العكسي أو الاتصال الخاطئ في القطبية في الدائرة.
3. شرح نظام التصنيف (Binning)
لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز ثنائيات باعثة الضوء إلى فئات أداء (Bins). يستخدم LTST-C295TGKSKT نظام تصنيف لشدة الإضاءة لكل لون.
3.1 تصنيفات شدة اللون الأخضر
يتم تعريف الفئات برمز حرف (P, Q, R, S) مع قيم دنيا وعليا لشدة الإضاءة بوحدة mcd عند 20mA. لكل فئة تسامح +/-15%. على سبيل المثال، تغطي الفئة 'P' من 45.0 إلى 71.0 mcd. يجب على المصممين تحديد رمز الفئة المطلوب عند الطلب لضمان اتساق السطوع عبر وحدات متعددة في التجميع.
3.2 تصنيفات شدة اللون الأصفر
تستخدم الرقاقة الصفراء نطاق تصنيف أكثر شمولاً مع الرموز N, P, Q, R, S, T، تغطي الشدة من 28.0 mcd (الحد الأدنى للفئة N) حتى 450.0 mcd (الحد الأقصى للفئة T)، أيضًا مع تسامح +/-15% لكل فئة. يستوعب النطاق الأوسع السطوع المحتمل الأعلى لمادة AlInGaP.
4. تحليل منحنيات الأداء
في حين يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 6)، تسمح البيانات الرقمية المقدمة بتحليل العلاقات الرئيسية.
- علاقة التيار-الجهد (IV):يتم تحديد الجهد الأمامي (VF) عند تيار اختبار واحد (20mA). في الممارسة العملية، للجهد الأمامي VFعلاقة لوغاريتمية مع التيار IFويعتمد أيضًا على درجة الحرارة. من الضروري قيادة ثنائي باعث الضوء بمصدر تيار ثابت، بدلاً من جهد ثابت، للحصول على ناتج إضاءة مستقر.
- خصائص درجة الحرارة:تنخفض شدة إضاءة ثنائيات باعثة الضوء عادةً مع زيادة درجة حرارة الوصلة. يتم تحديد المعلمات عند درجة حرارة بيئة 25°C. في البيئات عالية الحرارة أو عند تيارات قيادة عالية، يجب توقع تخفيض تصنيف الناتج. توفر درجة حرارة التشغيل القصوى البالغة 80°C الحد الأعلى للتشغيل الموثوق.
- التوزيع الطيفي:تحدد أطوال موجات الذروة والسائدة النموذجية، جنبًا إلى جنب مع نصف العرض الطيفي، نقطة اللون. سيظهر الانبعاث الأخضر (525 نانومتر، عرض كامل عند نصف القيمة القصوى 35 نانومتر) كأخضر نقي، بينما سيظهر الانبعاث الأصفر (587 نانومتر، عرض كامل عند نصف القيمة القصوى 20 نانومتر) كأصفر مشبع، متميز عن اللون الكهرماني (~590 نانومتر) أو الأخضر النقي.
5. معلومات الميكانيكا والتغليف
5.1 أبعاد العبوة وقطبية الأطراف
يتوافق الجهاز مع بصمة عبوة SMD قياسية تابعة لـ EIA. الميزة الميكانيكية الرئيسية هي ارتفاعه الذي يبلغ 0.55 مم فقط، ويوصف بأنه "فائق الرقة". يتم تعريف تعيين الأطراف بوضوح: الطرفان 1 و 3 مخصصان للمصعد/المهبط للأخضر، والطرفان 2 و 4 مخصصان للمصعد/المهبط للأصفر. لم يتم ذكر الاتصال الداخلي الدقيق (مصعد مشترك أو مهبط مشترك) صراحةً في النص المقدم ويجب التحقق منه من الرسم التفصيلي للعبوة. يعد تحديد القطبية الصحيحة أمرًا بالغ الأهمية لمنع التلف أثناء التثبيت.
5.2 تخطيط وسادة اللحام الموصى به
تتضمن ورقة البيانات اقتراحًا لأبعاد وسادة اللحام على لوحة الدوائر المطبوعة. يضمن اتباع هذه التوصيات وصلة لحام موثوقة، وتخفيف حراري مناسب، ويمنع حدوث مشاكل مثل ظاهرة "الشاهد" (Tombstoning) أثناء إعادة التدفق. كما يؤثر تصميم الوسادة على زاوية الرؤية النهائية والاستقرار الميكانيكي للمكون المثبت.
5.3 التغليف بالشريط والبكرة
يتم توريد ثنائيات باعثة الضوء على شريط ناقل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 4000 قطعة. يتوافق هذا التغليف مع مواصفات ANSI/EIA 481، مما يضمن التوافق مع معدات تكنولوجيا التركيب السطحي الآلي (SMT). يحتوي الشريط على جيوب مغلقة بشريط غطاء علوي. تشير المواصفات إلى وجود حد أقصى لمكونين مفقودين متتاليين وحد أدنى لكمية التعبئة يبلغ 500 قطعة لأوامر الباقي.
6. إرشادات اللحام والتركيب
6.1 منحنى لحام إعادة التدفق (Reflow)
تم توفير منحنى مقترح لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) لعمليات التجميع الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية منطقة التسخين المسبق (150-200°C)، ووقت محدد فوق نقطة السيولة، ودرجة حرارة ذروية لا تتجاوز 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. يعتمد هذا المنحنى على معايير JEDEC ويهدف إلى أن يكون هدفًا عامًا. يجب تحديد المنحنى الفعلي لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة المحدد، ومعجون اللحام، والفرن المستخدم في الإنتاج.
6.2 ملاحظات حول اللحام اليدوي
إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب إجراؤه بدرجة حرارة طرف مكواة اللحام لا تتجاوز 300°C، ويجب أن يقتصر وقت اللحام على 3 ثوانٍ كحد أقصى لعملية واحدة فقط. يمكن أن يؤدي الحرارة المفرطة أو التلامس المطول إلى إتلاف عبوة ثنائي باعث الضوء أو وصلات الأسلاك الداخلية.
6.3 التنظيف
إذا لزم التنظيف بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. توصي ورقة البيانات بغمر ثنائي باعث الضوء في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن أن يؤدي استخدام المنظفات الكيميائية غير المحددة أو العدوانية إلى إتلاف العدسة البلاستيكية أو مادة العبوة، مما يؤدي إلى انخفاض الناتج الضوئي أو فشل مبكر.
6.4 ظروف التخزين
التخزين السليم أمر حيوي للحفاظ على قابلية اللحام. يجب تخزين الأكياس المغلقة غير المفتوحة والمقاومة للرطوبة مع مجفف عند درجة حرارة ≤30°C ورطوبة نسبية ≤90%، مع عمر تخزين يبلغ عامًا واحدًا. بمجرد فتح التغليف الأصلي، يجب تخزين المكونات عند درجة حرارة ≤30°C ورطوبة نسبية ≤60%. يوصى بإكمال لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء في غضون أسبوع واحد من الفتح. للتخزين الأطول خارج الكيس الأصلي، يجب حفظ المكونات في حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين. يجب خبز المكونات المخزنة لأكثر من أسبوع في ظروف غير مثالية عند حوالي 60°C لمدة 20 ساعة على الأقل قبل التجميع لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (Popcorning) أثناء إعادة التدفق.
7. اقتراحات التطبيق
7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
يعتبر ثنائي باعث الضوء ثنائي اللون هذا مثاليًا لتطبيقات الحالة والمؤشرات حيث تكون المساحة محدودة وتحتاج إلى توصيل حالات متعددة. أمثلة تشمل:
- الإلكترونيات الاستهلاكية المحمولة:حالة الطاقة/الشحن (أخضر=مشحون، أصفر=شحن)، مؤشرات الاتصال (بلوتوث/واي فاي)، أو مؤشرات الوضع على الهواتف الذكية، والأجهزة اللوحية، والأجهزة القابلة للارتداء، وسماعات الأذن اللاسلكية، مستفيدةً من السماكة الفائقة.
- لوحات التحكم الصناعية:مؤشرات حالة الماكينة (أخضر=تشغيل، أصفر=استعداد/عطل)، مؤشرات المستوى، أو أضواء التأكيد على واجهات الإنسان والآلة (HMIs).
- إضاءة المقصورة الداخلية للسيارات:الإضاءة الخلفية للوحة القيادة للأزرار أو المفاتيح، الإضاءة المحيطة، أو مؤشرات الحالة غير الحرجة (حيث ستكون هناك حاجة إلى مؤهلات محددة من الدرجة Automotive).
- أجهزة إنترنت الأشياء والأدوات المنزلية الذكية:حالة الشبكة، مؤشر نشاط المستشعر، أو تحذيرات مستوى البطارية.
7.2 اعتبارات التصميم
- قيادة التيار:استخدم دائمًا مقاومًا محددًا للتيار على التوالي أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة ثنائي باعث الضوء بتيار ثابت. احسب قيمة المقاوم باستخدام R = (Vsupply- VF) / IF, باستخدام أقصى جهد أمامي VFمن ورقة البيانات لضمان ألا يتجاوز التيار IFالحد. تذكر أن الجهد الأمامي VFيختلف لكل لون.
- الإدارة الحرارية:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، تأكد من وجود مساحة نحاس كافية في لوحة الدوائر المطبوعة أو ثقوب حرارية (Thermal Vias)، خاصة إذا كنت تقود بالقرب من أقصى تيار أو في درجات حرارة محيطة عالية، للحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود.
- الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):تتضمن ورقة البيانات تحذيرًا بشأن التفريغ الكهروستاتيكي (ESD). هذه الأجهزة حساسة. نفذ إجراءات التعامل الآمنة من التفريغ الكهروستاتيكي (أساور المعصم، محطات العمل المؤرضة) أثناء التجميع وفكر في إضافة ثنائيات قمع الجهد العابر (TVS) أو مقاومات على الخطوط الحساسة في التطبيق النهائي إذا كانت معرضة لأحداث تفريغ كهروستاتيكي محتملة.
- التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية البالغة 130 درجة رؤية واسعة. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب حزمة ضوئية أكثر تركيزًا، قد تكون هناك حاجة إلى عدسات خارجية أو أدلة ضوئية. تضمن العدسة "الصافية تمامًا" حد أدنى من تشويه اللون.
8. المقارنة التقنية والتمييز
يكمن التمييز الأساسي لـ LTST-C295TGKSKT في مجموع ميزاته:
- السماكة الفائقة (0.55 مم):هذه ميزة كبيرة مقارنة بالعديد من ثنائيات باعثة الضوء SMD القياسية (التي غالبًا ما تكون 0.6 مم، 0.8 مم، أو أطول)، مما يمكن من استخدامها في أحدث الأجهزة الإلكترونية الأكثر رقة.
- لونان في عبوة واحدة:يوفر هذا مساحة على لوحة الدوائر المطبوعة ويبسط عملية التجميع مقارنة باستخدام ثنائيي باعث ضوء أحاديي اللون منفصلين لتحقيق وظيفة مماثلة.
- تقنية الرقاقة:يمثل استخدام InGaN للأخضر و AlInGaP للأصفر مواد أشباه موصلات حديثة عالية الكفاءة، تقدم سطوعًا جيدًا وتشبعًا لونيًا.
- المطابقة:تلبية مواصفات ROHS وكونها منتجًا صديقًا للبيئة يضمن الامتثال للوائح البيئية العالمية.
9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
س: هل يمكنني تشغيل كل من ثنائيي باعث الضوء الأخضر والأصفر في وقت واحد عند تيارهما المستمر الكامل؟
أ: ليس بالضرورة. تحدد القيم القصوى المطلقة تبديد الطاقة لكل رقاقة (76 ملي واط للأخضر، 75 ملي واط للأصفر). سيؤدي التشغيل المتزامن عند 20 مللي أمبير (الأخضر) و 30 مللي أمبير (الأصفر) إلى استهلاك طاقة تقريبي يبلغ ~70 ملي واط (3.5V*20mA) و ~72 ملي واط (2.4V*30mA) على التوالي، وهي قريبة من الحدود الفردية. يجب إدارة إجمالي الحرارة المتولدة. من المستحسن الرجوع إلى الحسابات الحرارية أو تخفيض التيارات قليلاً للتشغيل المتزامن بالسطوع الكامل.
س: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟
أ: طول موجة الذروة (λP) هو الطول الموجي الفيزيائي لأعلى نقطة شدة في الناتج الطيفي. الطول الموجي السائد (λd) هو قيمة محسوبة من قياس اللون تمثل الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون النقي الذي سيبدو له نفس لون ثنائي باعث الضوء لمراقب بشري قياسي. غالبًا ما يكون الطول الموجي السائد λdأكثر فائدة لمطابقة الألوان في التصميم.
س: كيف أفسر رمز الفئة (Bin Code) عند الطلب؟
أ: يضمن رمز الفئة (مثل 'S' للأخضر، 'T' للأصفر) أن شدة الإضاءة ستقع ضمن النطاق المحدد للحد الأدنى/الأقصى لذلك الرمز، مع تسامح +/-15%. للحصول على مظهر متسق في منتج، يعد تحديد رمز فئة واحد لجميع الوحدات في دورة إنتاج أمرًا بالغ الأهمية. إذا لم يتم التحديد، فقد تتلقى ثنائيات باعثة ضوء من أي فئة ضمن النطاق العام للمنتج.
10. دراسة حالة تصميمية عملية
السيناريو:تصميم مؤشر بطارية منخفضة لجهاز محمول يعمل بواسطة منظم جهد 3.3 فولت. يجب أن يكون المؤشر أخضر عندما يكون جهد البطارية أعلى من 3.6 فولت وأصفر عندما ينخفض إلى أقل من 3.5 فولت.
التنفيذ:يراقب متحكم دقيق مزود بمحول تناظري إلى رقمي (ADC) جهد البطارية. يتم استخدام دبوسي إدخال/إخراج للأغراض العامة (GPIO) للتحكم في ثنائي باعث الضوء. سيتم تكوين الدائرة بناءً على تخطيط الأطراف الداخلي (على سبيل المثال، إذا كان المهبط مشتركًا، فسيتم تأريض أطراف المهبط، وسيسحب المتحكم الدقيق التيار لتشغيل كل مصعد عبر مقاوم محدد للتيار). سيتم حساب قيم المقاومات بشكل منفصل: RGreen= (3.3V - 3.5V) / 0.020A = ~ -10Ω (غير صالح). يظهر هذا مشكلة: الجهد الأمامي للأخضر VF(الحد الأقصى 3.5V) قريب جدًا من أو يتجاوز جهد التغذية (3.3V).
الحل:1) استخدام تيار أقل (مثل 10 مللي أمبير) لثنائي باعث الضوء الأخضر، مما يخفض جهد الأمامي VF. 2) استخدام مضخة شحن أو محول رافع لتوليد جهد أعلى قليلاً (مثل 4.0 فولت) لقيادة ثنائيات باعثة الضوء. 3) استخدام ثنائي باعث ضوء مختلف بجهد أمامي VFأقل للأخضر. تسلط هذه الحالة الضوء على أهمية التحقق من الجهد الأمامي VFمقابل جهد التغذية المتاح في مرحلة مبكرة من عملية التصميم.
11. مقدمة عن مبدأ التشغيل
ثنائيات باعثة الضوء (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات من نوع وصلة p-n تشع الضوء من خلال الوميض الكهربائي (Electroluminescence). عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في منطقة الوصلة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، يتم إطلاق الطاقة. في أشباه الموصلات التقليدية مثل السيليكون، تكون هذه الطاقة حرارية في المقام الأول. في أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق المباشرة مثل InGaN و AlInGaP، يتم إطلاق جزء كبير من هذه الطاقة كفوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق (Eg) لمادة أشباه الموصلات، وفقًا للمعادلة λ = hc/Eg. تُستخدم مواد InGaN للأطوال الموجية الأقصر (أزرق، أخضر)، بينما تُستخدم مواد AlInGaP للأطوال الموجية الأطول (أصفر، برتقالي، أحمر). تحتوي عبوة ثنائي باعث الضوء ثنائي اللون ببساطة على رقائقتي أشباه موصلات مستقلتين من هذا القبيل بفجوات نطاق مختلفة.
12. اتجاهات التكنولوجيا
يتبع تطوير ثنائيات باعثة الضوء مثل LTST-C295TGKSKT عدة اتجاهات رئيسية في الصناعة:
- التصغير:التقليل المستمر في حجم العبوة وارتفاعها لتمكين منتجات نهائية أرق وأكثر إحكاما، كما هو موضح في السماكة 0.55 مم.
- زيادة التكامل:دمج وظائف متعددة (مثل لونين) في عبوة واحدة لتوفير مساحة على اللوحة وتبسيط التجميع.
- كفاءة المواد:تؤدي التحسينات المستمرة في النمو الطبقي لمواد InGaN و AlInGaP إلى كفاءة كمية داخلية أعلى، مما يسمح بسطوع أكبر عند تيارات أقل أو تقليل استهلاك الطاقة لنفس الناتج الضوئي.
- التغليف المتقدم:تعمل التحسينات في مواد وعمليات التغليف على تعزيز الأداء الحراري، مما يسمح بتيارات قيادة أعلى في عبوات أصغر، وتحسين الموثوقية في ظل الظروف البيئية القاسية.
- التوافق مع الأتمتة:تضمن مبادئ التصميم من أجل التصنيع (DFM) أن تكون المكونات مناسبة تمامًا لخطوط التجميع الآلي عالية السرعة والدقيقة، مع ميزات مثل التغليف القياسي بالشريط والبكرة.
مصطلحات مواصفات LED
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
الأداء الكهروضوئي
| المصطلح | الوحدة/التمثيل | شرح مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الكفاءة الضوئية | لومن/وات | الإخراج الضوئي لكل واط من الكهرباء، أعلى يعني أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. | يحدد مباشرة درجة كفاءة الطاقة وتكلفة الكهرباء. |
| التدفق الضوئي | لومن | إجمالي الضوء المنبعث من المصدر، يسمى عادةً "السطوع". | يحدد ما إذا كان الضوء ساطعًا بما يكفي. |
| زاوية الرؤية | درجة، مثل 120 درجة | الزاوية التي ينخفض فيها شدة الضوء إلى النصف، يحدد عرض الحزمة. | يؤثر على نطاق الإضاءة والتوحيد. |
| درجة حرارة اللون | كلفن، مثل 2700K/6500K | دفء/برودة الضوء، القيم المنخفضة صفراء/دافئة، العالية بيضاء/باردة. | يحدد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة. |
| مؤشر تجسيد اللون | بدون وحدة، 0-100 | القدرة على تقديم ألوان الكائن بدقة، Ra≥80 جيد. | يؤثر على أصالة اللون، يُستخدم في أماكن الطلب العالي مثل المراكز التجارية والمتاحف. |
| تفاوت اللون | خطوات بيضاوي ماك آدم، مثل "5 خطوات" | مقياس اتساق اللون، خطوات أصغر تعني لون أكثر اتساقًا. | يضمن لونًا موحدًا عبر نفس دفعة مصابيح LED. |
| الطول الموجي المهيمن | نانومتر، مثل 620 نانومتر (أحمر) | الطول الموجي المقابل للون مصابيح LED الملونة. | يحدد تدرج اللون الأحمر، الأصفر، الأخضر مصابيح LED أحادية اللون. |
| توزيع الطيفي | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يُظهر توزيع الشدة عبر الأطوال الموجية. | يؤثر على تجسيد اللون وجودة اللون. |
المعايير الكهربائية
| المصطلح | الرمز | شرح مبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| الجهد الأمامي | Vf | الحد الأدنى للجهد لتشغيل LED، مثل "عتبة البدء". | يجب أن يكون جهد مصدر التشغيل ≥ Vf، تضاف الفولتية لمصابيح LED المتسلسلة. |
| التيار الأمامي | If | قيمة التيار للعمل العادي لمصباح LED. | عادةً استخدام تشغيل تيار ثابت، التيار يحدد السطوع وعمر التشغيل. |
| التيار النبضي الأقصى | Ifp | تيار الذروة الذي يمكن تحمله لفترات قصيرة، يُستخدم للتعتير أو الوميض. | يجب التحكم بدقة في عرض النبضة ودورة العمل لتجنب التلف. |
| الجهد العكسي | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن أن يتحمله LED، التجاوز قد يسبب انهيارًا. | يجب على الدائرة منع الاتصال العكسي أو ارتفاع الجهد. |
| المقاومة الحرارية | Rth (°C/W) | مقاومة نقل الحرارة من الشريحة إلى نقطة اللحام، الأقل أفضل. | المقاومة الحرارية العالية تتطلب تبديد حرارة أقوى. |
| مناعة التفريغ الكهروستاتيكي | V (HBM)، مثل 1000V | القدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي، أعلى يعني أقل عرضة للتلف الكهروستاتيكي. | يجب اتخاذ إجراءات مضادة للكهرباء الساكنة في الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED الحساسة. |
إدارة الحرارة والموثوقية
| المصطلح | المقياس الرئيسي | شرح مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الوصلة | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض 10°C قد يضاعف عمر التشغيل؛ عالي جدًا يسبب تدهور الضوء، انزياح اللون. |
| تدهور التدفق الضوئي | L70 / L80 (ساعة) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من القيمة الأولية. | يحدد مباشرة "عمر الخدمة" لمصباح LED. |
| الحفاظ على التدفق الضوئي | %، مثل 70% | النسبة المئوية للسطوع المتبقي بعد الوقت. | يشير إلى قدرة الحفاظ على السطوع على المدى الطويل. |
| انزياح اللون | Δu′v′ أو بيضاوي ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على اتساق اللون في مشاهد الإضاءة. |
| الشيخوخة الحرارية | تدهور المادة | التدهور بسبب درجة الحرارة العالية على المدى الطويل. | قد يسبب انخفاض السطوع، تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
التعبئة والمواد
| المصطلح | الأنواع الشائعة | شرح مبسط | الميزات والتطبيقات |
|---|---|---|---|
| نوع التغليف | EMC، PPA، السيراميك | مادة الغلاف التي تحمي الشريحة، توفر واجهة بصرية/حرارية. | EMC: مقاومة حرارة جيدة، تكلفة منخفضة؛ السيراميك: تبديد حرارة أفضل، عمر أطول. |
| هيكل الشريحة | أمامي، شريحة معكوسة | ترتيب أقطاب الشريحة. | الشريحة المعكوسة: تبديد حرارة أفضل، كفاءة ضوئية أعلى، للطاقة العالية. |
| طلاء الفسفور | YAG، السيليكات، النتريدات | يغطي الشريحة الزرقاء، يحول بعضها إلى أصفر/أحمر، يخلط إلى أبيض. | الفسفورات المختلفة تؤثر على الكفاءة الضوئية، درجة حرارة اللون، ومؤشر تجسيد اللون. |
| العدسة/البصريات | مسطحة، العدسات الدقيقة، الانعكاس الداخلي الكلي | الهيكل البصري على السطح يتحكم في توزيع الضوء. | يحدد زاوية الرؤية ومنحنى توزيع الضوء. |
مراقبة الجودة والتصنيف
| المصطلح | محتوى الفرز | شرح مبسط | الغرض |
|---|---|---|---|
| فرز التدفق الضوئي | الرمز مثل 2G، 2H | مجمعة حسب السطوع، كل مجموعة لها قيم لومن دنيا/قصوى. | يضمن سطوعًا موحدًا في نفس الدفعة. |
| فرز الجهد | الرمز مثل 6W، 6X | مجمعة حسب نطاق الجهد الأمامي. | يسهل مطابقة مصدر التشغيل، يحسن كفاءة النظام. |
| فرز اللون | 5 خطوات بيضاوي ماك آدم | مجمعة حسب إحداثيات اللون، تضمن نطاق ضيق. | يضمن اتساق اللون، يتجنب لون غير متساوٍ داخل التركيبة. |
| فرز درجة حرارة اللون | 2700K، 3000K إلخ. | مجمعة حسب درجة حرارة اللون، لكل منها نطاق إحداثي مقابل. | يلبي متطلبات درجة حرارة اللون لمشاهد مختلفة. |
الاختبار والشهادات
| المصطلح | المعيار/الاختبار | شرح مبسط | الأهمية |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على التدفق الضوئي | إضاءة طويلة الأمد في درجة حرارة ثابتة، تسجيل بيانات تدهور السطوع. | يُستخدم لتقدير عمر مصباح LED (مع TM-21). |
| TM-21 | معيار تقدير العمر | يقدر العمر تحت الظروف الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | يوفر تنبؤ علمي للعمر. |
| IESNA | جمعية هندسة الإضاءة | يغطي طرق الاختبار البصرية، الكهربائية، الحرارية. | أساس اختبار معترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | يضمن عدم وجود مواد ضارة (الرصاص، الزئبق). | شرط الوصول إلى السوق دوليًا. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء لمنتجات الإضاءة. | يُستخدم في المشتريات الحكومية، برامج الدعم، يعزز القدرة التنافسية. |