ورقة بيانات ثنائي LED ثنائي اللون LTST-C195TBTGKT - مقاس 1.6x0.8x0.55 مم - أزرق 3.8 فولت / أخضر 2.4 فولت - 76 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-C195TBTGKT ثنائي باعث للضوء (LED) ثنائي اللون، مصمم للتثبيت على السطح (SMD) للتطبيقات الإلكترونية الحديثة المحدودة المساحة. فهو يدمج شريحتين شبه موصلتين متميزتين داخل غلاف واحد فائق الصغر: شريحة من نيترايد الغاليوم الإنديوم (InGaN) للإشعاع الأزرق، وشريحة InGaN للإشعاع الأخضر. يتيح هذا التكوين توليد لونين أساسيين من مكون واحد، مما يمكن من استخدامه كمؤشر حالة، وإضاءة خلفية، وإضاءة زخرفية ضمن مساحة صغيرة جدًا.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المنتج سماكته الاستثنائية التي تبلغ 0.55 مم فقط، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات مثل الشاشات فائقة النحافة والأجهزة المحمولة والتكنولوجيا القابلة للارتداء. يتم تصنيعه كمنتج صديق للبيئة، متوافق مع معايير ROHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يضمن خلوه من مواد مثل الرصاص والزئبق والكادميوم. يتم تعبئة الجهاز على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة المستخدمة في التصنيع بالجملة. كما أن تصميمه متوافق مع عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهي المعيار لخطوط تجميع تكنولوجيا التثبيت على السطح (SMT).

1.1 تعيين الأطراف والعدسة

يتميز الجهاز بعدسة شفافة تمامًا، لا تبعثر أو تلوث الضوء، مما يسمح بانبعاث اللون النقي للشريحة (أزرق أو أخضر). يعد تعيين الأطراف أمرًا بالغ الأهمية لتصميم الدائرة الكهربائية بشكل صحيح. بالنسبة لـ LTST-C195TBTGKT، يتم توصيل شريحة LED الزرقاء بالأطراف 1 و 3، بينما يتم توصيل شريحة LED الخضراء بالأطراف 2 و 4. يتيح هذا التكوين المستقل للأنود/الكاثود التحكم في كل لون بشكل منفصل بواسطة دائرة القيادة.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي إذا تجاوزتها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود. بالنسبة لكل من الشريحتين الزرقاء والخضراء:

• تبديد الطاقة (Pd):76 ميغاواط. هذا هو الحد الأقصى المسموح به لفقدان الطاقة على شكل حرارة. يمكن أن يؤدي تجاوز ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة وتسريع التدهور.
• تيار الأمامي الذروي (I_FP):100 مللي أمبير. يُسمح بهذا فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. يُستخدم للومضات العالية الكثافة والقصيرة.
• تيار الأمامي المستمر (I_F):20 مللي أمبير. هذا هو تيار الأمامي المستمر الموصى به للتشغيل العادي، لتحقيق التوازن بين السطوع والعمر الافتراضي.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):-20°C إلى +80°C. يتم ضمان عمل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):-30°C إلى +100°C.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260°C لمدة 10 ثوانٍ، وهو ما يتوافق مع منحنيات إعادة التدفق النموذجية الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة عند درجة حرارة محيطة (T_a) تبلغ 25°C وتيار أمامي (I_F) يبلغ 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_V):مقياس لقوة الضوء المدركة. بالنسبة للأزرق: الحد الأدنى 28.0 مللي شمعة، القيمة النموذجية غير محددة، الحد الأقصى 180 مللي شمعة. بالنسبة للأخضر: الحد الأدنى 45.0 مللي شمعة، القيمة النموذجية غير محددة، الحد الأقصى 280 مللي شمعة. الشريحة الخضراء أكثر كفاءة بطبيعتها من حيث حساسية العين البشرية.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة (نموذجي لكلا اللونين). تشير زاوية الرؤية الواسعة هذه إلى نمط انبعاث يشبه لامبرت، مناسب للتطبيقات التي تتطلب إضاءة منطقة واسعة بدلاً من شعاع مركز.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد. الأزرق: 468 نانومتر (نموذجي). الأخضر: 525 نانومتر (نموذجي).
• الطول الموجي السائد (λ_d):الطول الموجي الفردي الذي يحدد اللون المدرك على مخطط لونية CIE. الأزرق: 470 نانومتر (نموذجي). الأخضر: 530 نانومتر (نموذجي). هذه القيمة أكثر صلة بتحديد اللون من طول موجة الذروة.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):عرض النطاق الترددي للطيف المنبعث عند نصف شدته القصوى. الأزرق: 25 نانومتر (نموذجي). الأخضر: 17 نانومتر (نموذجي). يشير نصف العرض الأضيق إلى لون أكثر نقاءً طيفيًا.
• الجهد الأمامي (V_F):انخفاض الجهد عبر LED عند التشغيل بالتيار المحدد. الأزرق: نموذجي 3.30 فولت، الحد الأقصى 3.80 فولت. الأخضر: نموذجي 2.00 فولت، الحد الأقصى 2.40 فولت. يعود هذا الاختلاف إلى اختلاف طاقات فجوة النطاق لمواد أشباه الموصلات. إنه أمر بالغ الأهمية لتصميم السائق، خاصة عند تشغيل كلا اللونين من نفس خط الجهد.
• التيار العكسي (I_R):الحد الأقصى 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) يبلغ 5 فولت. لم يتم تصميم مصابيح LED للعمل بالتحيز العكسي؛ هذه المعلمة مخصصة لتوصيف التسرب فقط.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء بناءً على شدة الإضاءة. يتيح ذلك للمصممين اختيار درجة سطوع مناسبة لتطبيقهم.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

رمز الفئة هو حرف واحد يحدد نطاق شدة أدنى/أقصى. التسامح داخل كل فئة هو +/-15%.

للشريحة الزرقاء (مقاسة بوحدة مللي شمعة @ 20 مللي أمبير):

• الفئة N: 28.0 – 45.0 مللي شمعة
• الفئة P: 45.0 – 71.0 مللي شمعة
• الفئة Q: 71.0 – 112.0 مللي شمعة
• الفئة R: 112.0 – 180.0 مللي شمعة

للشريحة الخضراء (مقاسة بوحدة مللي شمعة @ 20 مللي أمبير):

• الفئة P: 45.0 – 71.0 مللي شمعة
• الفئة Q: 71.0 – 112.0 مللي شمعة
• الفئة R: 112.0 – 180.0 مللي شمعة
• الفئة S: 180.0 – 280.0 مللي شمعة

سيتم الإشارة إلى الفئة المحددة لدُفعة إنتاج معينة على العبوة أو في وثائق الطلب.

4. تحليل منحنى الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الأداء النموذجية التي تعتبر ضرورية لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف غير قياسية. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن آثارها قياسية.

• منحنى I-V (التيار-الجهد):سيظهر العلاقة الأسية بين الجهد الأمامي والتيار. جهد الركبة هو حول قيم V_Fالنموذجية. هذا المنحنى حيوي لتصميم دوائر تحديد التيار.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:سيظهر أن الشدة تزداد تقريبًا بشكل خطي مع التيار حتى نقطة معينة، وبعدها تنخفض الكفاءة بسبب التسخين وتأثيرات أخرى. يضمن التشغيل عند 20 مللي أمبير الموصى بها الكفاءة المثلى والعمر الافتراضي.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:سيظهر التبريد الحراري، حيث ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. هذا اعتبار بالغ الأهمية للتطبيقات عالية الطاقة أو ذات درجة الحرارة المحيطة العالية.
• التوزيع الطيفي:سيُرسم الشدة النسبية مقابل الطول الموجي، ويظهر أطوال موجات الذروة والسائدة ونصف العرض الطيفي.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد الغلاف

يتوافق الجهاز مع مخطط غلاف قياسي EIA. تشمل الأبعاد الرئيسية (جميعها بالميليمتر، تسامح ±0.10 مم ما لم يُذكر) الطول الإجمالي (1.6 مم)، والعرض (0.8 مم)، والارتفاع الحرج 0.55 مم. ستظهر الرسومات الأبعاد التفصيلية مواقع الوسادات، وشكل العدسة، واتجاه العلامات.

5.2 تخطيط وسادة اللحام المقترح

يتم توفير نمط أرضية موصى به (البصمة) للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء إعادة التدفق. يمنع الالتزام بهذا النمط ظاهرة "اللوح القبري" (وقوف المكون على طرفه) ويضمن المحاذاة الصحيحة وتخفيف الحرارة.

5.3 التعبئة بالشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED في شريط حامل بارز بشريط غطاء واقٍ، ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). هذا هو المعيار للتجميع الآلي.

• تباعد الجيوب: 8 مم.
• الكمية لكل بكرة: 4000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب للبقايا: 500 قطعة.
• تتوافق التعبئة مع مواصفات ANSI/EIA-481.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 منحنى درجة حرارة اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

يتم توفير منحنى درجة حرارة مقترح لعملية اللحام الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:150-200°C.
• وقت التسخين المسبق:الحد الأقصى 120 ثانية للسماح بالتسخين الموحد وتنشيط المادة المساعدة على اللحام.
• درجة الحرارة الذروية:الحد الأقصى 260°C.
• الوقت فوق نقطة السيولة:10 ثوانٍ كحد أقصى (ودورتي إعادة تدفق كحد أقصى).

يستند المنحنى إلى معايير JEDEC، مما يضمن موثوقية المكون. يجب توصيف المنحنى الدقيق لتصميم PCB المحدد، ومعجون اللحام، والفرن المستخدم.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان الإصلاح اليدوي ضروريًا:

• درجة حرارة مكواة اللحام:الحد الأقصى 300°C.
• وقت اللحام:الحد الأقصى 3 ثوانٍ لكل وصلة.
• الحد:مرة واحدة فقط للحام اليدوي لمنع التلف الحراري.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط لتجنب إتلاف الغلاف البلاستيكي. العوامل الموصى بها هي كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل (IPA). يجب غمر LED في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة.

6.4 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

مصابيح LED حساسة للكهرباء الساكنة وارتفاعات الجهد. احتياطات التعامل إلزامية:

• استخدم سوار معصم مؤرض أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.
• تأكد من أن جميع المعدات ومحطات العمل والأدوات مؤرضة بشكل صحيح.

7. التخزين والتعامل

• العبوة المغلقة (كيس حاجز الرطوبة):قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية (RH). العمر الافتراضي هو سنة واحدة عند التخزين في الكيس الأصلي مع مجفف.
• العبوة المفتوحة:يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30°C / 60% RH. يجب لحام المكونات التي تمت إزالتها من الكيس المغلق بإعادة التدفق في غضون أسبوع واحد.
• التخزين الممتد (خارج الكيس):قم بالتخزين في حاوية مغلقة مع مجفف أو في مجفف نيتروجين.
• التجفيف:إذا تعرضت المكونات للظروف المحيطة لأكثر من أسبوع واحد، فيجب تجفيفها عند حوالي 60°C لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مؤشرات الحالة:تتيح القدرة ثنائية اللون حالات متعددة (مثلًا، الأزرق لـ "التشغيل/النشط"، الأخضر لـ "الاستعداد/اكتمال"، كلاهما مضاء لحالة ثالثة).
• الإضاءة الخلفية للأزرار والرموز:في الهواتف المحمولة وأجهزة التحكم عن بُعد والإلكترونيات الاستهلاكية، حيث تكون المساحة محدودة للغاية.
• الإضاءة الزخرفية:في الأجهزة القابلة للارتداء، حيث يكون المظهر النحيف ضروريًا.
• مؤشرات اللوحة:في معدات التحكم الصناعي، وأجهزة الشبكات، وداخل السيارات.

8.2 اعتبارات التصميم

• قيادة التيار:استخدم دائمًا مقاومة تحديد تيار على التوالي أو سائق تيار ثابت. احسب قيمة المقاومة بشكل منفصل لكل لون بسبب اختلاف جهودهما الأمامية (مثلًا، R_limit= (V_supply- V_F) / I_F).
• الإدارة الحرارية:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في PCB أو فتحات حرارية إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو عند أقصى تيار، للحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود.
• تخطيط PCB:اتبع أبعاد وسادة اللحام المقترحة لضمان الاستقرار الميكانيكي وتكوين حشوة اللحام بشكل صحيح.
• حماية الجهد العكسي:نظرًا لأن الجهاز لم يُصمم للتحيز العكسي، تأكد من أن تصميم الدائرة يمنع تطبيق جهد عكسي، والذي قد يتجاوز حالة الاختبار 5 فولت ويسبب فشلاً فوريًا.

9. المقارنة التقنية والتمييز

عوامل التمييز الأساسية لـ LTST-C195TBTGKT مقارنة بمصابيح LED أحادية اللون العامة أو ثنائية اللون الأكثر سمكًا هي:

• المظهر فائق النحافة (0.55 مم):يمكن التصميم في أجهزة الجيل التالي النحيفة حيث تكون المساحة الرأسية ثمينة.
• شريحتي InGaN:يوفر اللونين الأزرق والأخضر من مواد أشباه الموصلات الحديثة الفعالة، مما يوفر سطوعًا ونقاء لوني جيدين.
• التوافق الكامل مع SMT:مصمم للتوافق مع التثبيت الآلي ومنحنيات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية، مما يقلل من تكلفة وتعقيد التجميع.
• التصنيف القياسي:يوفر أداء إضاءة يمكن التنبؤ به، مما يساعد في التصميم لإخراج بصري متسق عبر عمليات الإنتاج.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س1: هل يمكنني تشغيل مصابيح LED الزرقاء والخضراء في وقت واحد من نفس مصدر الطاقة؟

ج: نعم، ولكن يجب تشغيلها بشكل مستقل بمسارات تحديد تيار منفصلة (مثل مقاومتين) لأن جهودهما الأمامية تختلف بشكل كبير (3.3 فولت مقابل 2.0 فولت). سيؤدي توصيلهما على التوازي مباشرة إلى تدفق معظم التيار عبر LED الأخضر بسبب انخفاض V_F.

س2: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

ج: طول موجة الذروة (λ_P) هو الطول الموجي الفيزيائي لأعلى انبعاث طيفي. الطول الموجي السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة من مخطط ألوان CIE تمثل اللون المدرك. λ_dأكثر صلة بتحديد اللون في التصميم.

س3: لماذا تكون ظروف التخزين للعبوات المفتوحة أكثر صرامة من تلك المغلقة؟

ج: يمكن لغلاف LED البلاستيكي امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية اللحام بإعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحبوسة أن تتبخر بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا وقد يتسبب في تشقق الغلاف (ظاهرة "الفرقعة" أو "التقشير"). يمنع الكيس المغلق مع المجفف امتصاص الرطوبة.

س4: هل يمكنني استخدام هذا LED لإضاءة السيارات الخارجية؟

ج: تحدد ورقة البيانات أن LED مخصص لـ "المعدات الإلكترونية العادية". تتطلب التطبيقات التي تحتاج إلى موثوقية استثنائية، مثل إضاءة السيارات الخارجية (المعرضة لدرجات حرارة قصوى واهتزاز ورطوبة)، استشارة الشركة المصنعة للحصول على منتجات مؤهلة مصممة واختبارها وفقًا لمعايير الدرجة automotive (مثل AEC-Q102).

11. حالة تصميم واستخدام عملية

الحالة: تصميم مؤشر حالة مزدوج لمكبر صوت بلوتوث محمول

يتطلب مكبر الصوت مؤشرًا صغيرًا واحدًا لإظهار الطاقة (أزرق) وحالة اقتران البلوتوث (أخضر وامض عند البحث، أخضر ثابت عند الاتصال). يعتبر LTST-C195TBTGKT مثاليًا بسبب ارتفاعه 0.55 مم الذي يتناسب خلف موزع ضوء بلاستيكي رقيق. يحتوي المتحكم الدقيق (MCU) على دبوسي GPIO تم تكوينهما كمخرجات تصريف مفتوح. يتم توصيل كل دبوس بأنود لون LED واحد عبر مقاومة تحديد تيار. يتم توصيل الكاثودات بالأرض. يتم حساب قيم المقاومات بناءً على إمداد MCU 3.3 فولت: R_Blue= (3.3V - 3.3V) / 0.02A ≈ 0Ω (استخدم مقاومة صغيرة مثل 10Ω للسلامة). R_Green= (3.3V - 2.0V) / 0.02A = 65Ω (استخدم مقاومة قياسية 68Ω). يتحكم برنامج MCU الثابت في الدبابيس لإنشاء تسلسلات الإضاءة المطلوبة.

12. مقدمة مبدأ التشغيل

ثنائيات الإضاءة (LED) هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء من خلال الوميض الكهربائي. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تندمج الإلكترونات من المادة من النوع n مع الفجوات من المادة من النوع p. يطلق حدث الاندماج هذا الطاقة. في أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق غير المباشرة، تُطلق هذه الطاقة بشكل أساسي كحرارة. في أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق المباشرة مثل InGaN (المستخدم في هذا الجهاز)، تُطلق الطاقة كفوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق (E_g) لمادة أشباه الموصلات، وفقًا للمعادلة λ = hc/E_g، حيث h هو ثابت بلانك و c هي سرعة الضوء. يسمح نظام مادة InGaN بهندسة فجوة النطاق لإنتاج الضوء عبر طيف الأزرق والأخضر والأشعة فوق البنفسجية. تغلف عدسة الإيبوكسي الشفافة الشريحة، مما يوفر الحماية الميكانيكية ويشكل نمط إخراج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يتبع تطوير مصابيح LED مثل LTST-C195TBTGKT عدة اتجاهات رئيسية في الصناعة:

• التصغير:الدفع المستمر نحو أحجام غلاف أصغر (مثل 01005، micro-LEDs) لتمكين إلكترونيات ذات كثافة أعلى وأشكال جديدة مثل الشاشات المرنة والقابلة للطي.
• زيادة الكفاءة:تحسينات مستمرة في الكفاءة الكمية الداخلية (IQE) وتقنيات استخراج الضوء لتقديم شدة إضاءة أعلى (مللي شمعة) بنفس تيار القيادة أو أقل، مما يحسن عمر البطارية في الأجهزة المحمولة.
• التعبئة المتقدمة:تطوير تعبئة على تعبئة (PoP) وتعبئة على مستوى الشريحة (CSP) لمصابيح LED لتقليل السماكة بشكل أكبر وتحسين الأداء الحراري.
• مزج الألوان والإضاءة الذكية:دمج شرائح ألوان متعددة (RGB، RGBW) أو مصابيح LED بيضاء محولة بالفوسفور مع دوائر تحكم متكاملة في عبوات واحدة، مما يمكن من ضبط الضوء الأبيض وتأثيرات الألوان الديناميكية لواجهات الإنسان والآلة المتقدمة والإضاءة المحيطة.
• الموثوقية والتوحيد القياسي:معايير اختبار محسنة (مثل JEDEC) للحساسية للرطوبة، والدورات الحرارية، و ESD لضمان الموثوقية في التطبيقات المتطلبة، بما في ذلك البيئات automotive والصناعية.