ورقة بيانات ثنائي LED ثنائي اللون LTST-C195TBKFKT - أزرق وبرتقالي - تيار أمامي 20 مللي أمبير/30 مللي أمبير - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-C195TBKFKT ثنائي باعث للضوء (LED) ثنائي اللون من نوع جهاز مُركب على السطح (SMD). فهو يدمج شريحتين شبه موصلتين مختلفتين داخل غلاف قياسي واحد وفقًا لمعايير EIA: شريحة من InGaN (نيتريد الغاليوم الإنديوم) لإصدار الضوء الأزرق، وشريحة من AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم الإنديوم الغاليوم) لإصدار الضوء البرتقالي. يسمح هذا التصميم بإنشاء لونين مختلفين من مكون واحد مضغوط، مما يجعله ذا قيمة لمؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية، والإضاءة الزخرفية حيث تكون المساحة محدودة. يتم تعبئة الجهاز على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة المستخدمة في التصنيع الإلكتروني الحديث.

2. تفسير عميق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. بالنسبة للشريحة الزرقاء، الحد الأقصى للتيار المستمر الأمامي المستمر هو 20 مللي أمبير، مع حد لتبديد الطاقة يبلغ 76 مللي واط. الشريحة البرتقالية لديها تصنيف تيار مستمر أعلى قليلاً يبلغ 30 مللي أمبير وحد تبديد طاقة يبلغ 75 مللي واط. تشترك كلتا الشريحتين في أقصى جهد عكسي يبلغ 5 فولت، ولكن يُلاحظ أنه لا يُسمح بالتشغيل المستمر تحت انحياز عكسي. يمكن للجهاز تحمل تيارات الذروة قصيرة المدى؛ تتعامل الشريحة الزرقاء مع تيار أمامي ذروة يبلغ 100 مللي أمبير (بدورة عمل 1/10، نبضة 0.1 مللي ثانية)، بينما تتعامل الشريحة البرتقالية مع 80 مللي أمبير تحت نفس الظروف. يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل المحدد من -20 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية، ونطاق التخزين من -30 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم تعريف المقاييس الرئيسية للأداء عند درجة حرارة محيطة قياسية تبلغ 25 درجة مئوية وتيار أمامي (IF) يبلغ 20 مللي أمبير. يتراوح شدة الإضاءة (Iv) للشريحة الزرقاء من حد أدنى 28.0 مللي كانديلا إلى حد أقصى 180 مللي كانديلا، مع قيم نموذجية تقع ضمن هذا النطاق. الشريحة البرتقالية لديها شدة إضاءة دنيا أعلى تبلغ 45.0 مللي كانديلا، مع نفس الحد الأقصى البالغ 180 مللي كانديلا. الجهد الأمامي (VF) هو معيار حاسم لتصميم الدائرة. بالنسبة للشريحة الزرقاء، يقيس VF عادةً 3.30 فولت، ويتراوح من 2.90 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.50 فولت (الحد الأقصى). تعمل الشريحة البرتقالية بجهد أقل، حيث يبلغ VF النموذجي 2.00 فولت ويتراوح من 1.80 فولت إلى 2.40 فولت. يتميز كلا ثنائيي LED بزاوية مشاهدة واسعة جدًا (2θ1/2) تبلغ 130 درجة، مما يوفر نمط إضاءة واسعًا ومنتشرًا. يتركز انبعاث الضوء للشريحة الزرقاء حول طول موجي ذروة (λP) يبلغ 468 نانومتر وطول موجي سائد (λd) يبلغ 470 نانومتر، مع عرض نطاق طيفي (Δλ) يبلغ 25 نانومتر. تشع الشريحة البرتقالية عند ذروة 611 نانومتر، وطول موجي سائد 605 نانومتر، وعرض نطاق أضيق يبلغ 17 نانومتر.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز ثنائيات LED إلى فئات أداء. تحدد ورقة البيانات هذه فئات للجهد الأمامي وشدة الإضاءة.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي (الشريحة الزرقاء)

يتم تصنيف الجهد الأمامي للشريحة الزرقاء عند 20 مللي أمبير إلى فئات تحمل علامات من 12 إلى 17. تغطي كل فئة نطاق 0.1 فولت، بدءًا من 2.90-3.00 فولت (الفئة 12) حتى 3.40-3.50 فولت (الفئة 17). التسامح داخل كل فئة هو +/-0.1 فولت. يسمح ذلك للمصممين باختيار ثنائيات LED ذات انخفاضات جهد متطابقة تقريبًا للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا موحدًا في تكوينات متوازية.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف كل من الشريحة الزرقاء والبرتقالية للإخراج الضوئي. بالنسبة للشريحة الزرقاء، يتم تصنيف الفئات بالعلامات N، P، Q، و R، مع شدة إضاءة دنيا تتراوح من 28.0 مللي كانديلا (N) إلى 112.0 مللي كانديلا (R). تستخدم الشريحة البرتقالية الفئات P، Q، و R، بدءًا من حد أدنى 45.0 مللي كانديلا (P). الحد الأقصى للفئة الأعلى (R) هو 180 مللي كانديلا لكلا اللونين. ينطبق تسامح +/-15% على كل فئة شدة. يتيح هذا النظام الاختيار بناءً على مستويات السطوع المطلوبة للتطبيقات المختلفة.

4. تحليل منحنيات الأداء

في حين يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1 للإخراج الطيفي، الشكل 6 لزاوية المشاهدة)، يمكن وصف خصائصها النموذجية. العلاقة بين التيار الأمامي (IF) والجهد الأمامي (VF) هي علاقة أسية، وفقًا لمعادلة الثنائي. شدة الإضاءة لكلتا الشريحتين تتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي ضمن نطاق التشغيل الموصى به. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند تيارات عالية جدًا بسبب زيادة الحرارة. الأطوال الموجية السائدة والذروة تكون مستقرة بشكل عام مع التيار ولكن يمكن أن تتعرض لتحولات طفيفة مع تغيرات كبيرة في درجة الحرارة. تشير زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 130 درجة إلى نمط إشعاع لامبرتي أو شبه لامبرتي، حيث تكون الشدة في أعلى مستوياتها في المركز وتتناقص وفقًا لجيب تمام زاوية المشاهدة.

5. معلومات الميكانيكا والتعبئة

يتوافق ثنائي LED مع مخطط غلاف SMD قياسي في الصناعة. يتم توفير رسومات أبعاد مفصلة في ورقة البيانات، تحدد الطول، العرض، الارتفاع، ومواقع وسادات اللحام. يحتوي الجهاز على أربعة أطراف (1، 2، 3، 4). بالنسبة لـ LTST-C195TBKFKT، يتم تخصيص الطرفين 1 و 3 لأنود وكاثود الشريحة الزرقاء، بينما يتم تخصيص الطرفين 2 و 4 للشريحة البرتقالية. عادةً ما يتم تضمين مؤشر قطبية، مثل شق أو طرف كاثود مميز، في رسم الغلاف لضمان الاتجاه الصحيح أثناء التجميع. يتم توريد المكون في شريط ناقل بارز بشريط غطاء واقٍ، ملفوف على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات تحتوي على 4000 قطعة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملفات إعادة التدفق باللحام

توفر ورقة البيانات ملفات إعادة تدفق مقترحة بالأشعة تحت الحمراء (IR) لكل من عمليات اللحام العادية (القصدير-الرصاص) والخالية من الرصاص. بالنسبة للتجميع الخالي من الرصاص باستخدام معجون لحام SAC (قصدير-فضة-نحاس)، يجب أن يضمن الملف ألا تتجاوز درجة حرارة جسم الغلاف الذروة 260 درجة مئوية، وأن يكون الوقت فوق 240 درجة مئوية محدودًا. مرحلة تسخين مسبق وتحكم في معدل الارتفاع حاسمة لمنع الصدمة الحرارية. تم تصنيف ثنائي LED أيضًا للحام الموجي (260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ) والحام الطوري البخاري (215 درجة مئوية لمدة 3 دقائق).

6.2 التخزين والتعامل

يجب تخزين ثنائيات LED في بيئة لا تتجاوز 30 درجة مئوية و 70% رطوبة نسبية. بمجرد إزالتها من عبوة الحاجز الرطوبة الأصلية، يجب لحامها بإعادة التدفق في غضون أسبوع واحد. إذا كان التخزين لأكثر من أسبوع ضروريًا، يجب تخزين الأجهزة في جو جاف (مثل حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو مجفف نيتروجين) وخبزها عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. توصي ورقة البيانات بالغمر في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتلف المنظفات الكيميائية غير المحددة عدسة الإيبوكسي لثنائي LED أو الغلاف.

7. معلومات التعبئة والطلب

التعبئة القياسية هي بكرة 7 بوصات تحتوي على 4000 قطعة. يتم قبول الحد الأدنى لكمية الطلب 500 قطعة للكميات المتبقية. تتبع مواصفات الشريط والبكرة معايير ANSI/EIA 481-1-A-1994. يتبع رقم الجزء LTST-C195TBKFKT نظام الترميز الداخلي للشركة المصنعة، حيث تشير العناصر على الأرجح إلى السلسلة (C195)، اللون (TB للونين أزرق/برتقالي)، نوع العدسة (K للعدسة الشفافة)، والتعبئة (FKT للشريط والبكرة).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا الثنائي ثنائي اللون مثالي للتطبيقات التي تتطلب مؤشر حالة ثنائي اللون، مثل تشغيل/الاستعداد للطاقة، الشحن/الكامل، نشاط الشبكة، أو إشارات خطأ/تحذير النظام. يمكن استخدامه في الإلكترونيات الاستهلاكية (الموجهات، الشواحن، معدات الصوت)، لوحات التحكم الصناعية، إضاءة السيارات الداخلية، واللافتات. تجعل زاوية المشاهدة الواسعة منه مناسبًا لمؤشرات اللوحة الأمامية التي يجب أن تكون مرئية من زوايا مختلفة.

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 يُنصح باستخدام مقاومة واحدة لعدة ثنائيات LED متوازية (نموذج الدائرة B في ورقة البيانات) بسبب الاختلافات في الجهد الأمامي (Vf) لكل ثنائي LED على حدة، مما قد يتسبب في اختلافات كبيرة في التيار وبالتالي السطوع. الدائرة الموصى بها (النموذج A) تستخدم مقاومة واحدة لكل ثنائي LED.

تبديد الطاقة:يجب احترام حدود الطاقة القصوى (76 مللي واط للأزرق، 75 مللي واط للبرتقالي). عند أقصى تيار مستمر موصى به (20 مللي أمبير للأزرق، 30 مللي أمبير للبرتقالي)، الطاقة المبددة هي Vf * If. باستخدام Vf النموذجي، تكون هذه 66 مللي واط للأزرق (3.3V*20mA) و 60 مللي واط للبرتقالي (2.0V*30mA)، وهي ضمن الحدود. يجب على المصممين مراعاة عامل التخفيض (0.25 مللي أمبير/درجة مئوية للأزرق، 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية للبرتقالي من 25 درجة مئوية) عند التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية.

الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي:هذه الثنائيات حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يجب تنفيذ جميع عمليات التعامل والتجميع في منطقة محمية من ESD باستخدام أساور معصم مؤرضة، وسائد موصلة، ومعدات مؤرضة بشكل صحيح. قد لا تحتوي الأجهزة نفسها على ثنائيات حماية ESD مدمجة.

9. المقارنة التقنية

الميزة الرئيسية المميزة لهذا المنتج هي دمج شريحتين عالي الأداء وفائقتي السطوع (InGaN للأزرق، AlInGaP للبرتقالي) في غلاف SMD قياسي واحد. مقارنة باستخدام ثنائيين LED أحاديي اللون منفصلين، يوفر هذا مساحة على لوحة الدوائر المطبوعة، ويقلل عدد المكونات، ويبسط عملية التجميع. توفر تقنية InGaN ضوءًا أزرقًا عالي الكفاءة، بينما تشتهر AlInGaP بكفاءتها العالية في الطيف الأحمر-البرتقالي-الكهرماني. يوفر المزيج تباينًا جيدًا في اللون بين الحالتين. زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 130 درجة هي ميزة ثابتة لتطبيقات المؤشرات مقارنة بثنائيات LED ذات الزوايا الضيقة المصممة للحزم المركزة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل الشريحة الزرقاء والبرتقالية في وقت واحد؟

ج: تحدد ورقة البيانات معايير لكل شريحة على حدة. بينما قد يكون ذلك ممكنًا من الناحية الفيزيائية، فإن تشغيل كلاهما بكامل التيار في وقت واحد من المحتمل أن يتجاوز حدود تبديد الطاقة الإجمالية للغلاف ولم يتم تحديده. الاستخدام النموذجي هو التبديل بين اللونين.

س: لماذا تعتبر المقاومة التسلسلية ضرورية لكل ثنائي LED حتى إذا كان جهد التغذية يتطابق مع Vf؟

ج: الجهد الأمامي (Vf) له نطاق (مثل 2.9V إلى 3.5V للأزرق). قد يكون مصدر "3.3V" مثاليًا لثنائي LED ذو Vf نموذجي 3.3V ولكنه قد يتسبب في تيار مفرط في ثنائي LED ذو Vf 2.9V، مما قد يدمره. تحدد المقاومة التيار بدقة بغض النظر عن الاختلافات الطفيفة في Vf أو جهد التغذية.

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

ج: الطول الموجي الذروة (λP) هو الطول الموجي الفردي الذي يكون فيه طيف الانبعاث في أقصى شدته. الطول الموجي السائد (λd) مشتق من إحداثيات اللون على مخطط لونية CIE ويمثل اللون المُدرك - الطول الموجي الفردي الذي يطابق لون ثنائي LED للعين البشرية. بالنسبة لثنائيات LED أحادية اللون، غالبًا ما يكونان متقاربين؛ للأطياف الأوسع، يمكن أن يختلفا.

11. حالة استخدام عملية

السيناريو: مؤشر حالة مزدوج لمحور USB

يقوم مصمم بإنشاء محور USB مضغوط. يحتاج إلى ثنائي LED واحد للإشارة إلى الطاقة (برتقالي ثابت) وآخر للإشارة إلى نشاط البيانات (أزرق وامض). باستخدام LTST-C195TBKFKT، يمكنهم تحقيق ذلك بمساحة مكون واحدة. يتضمن تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة الوسادات الأربع ومقاومتين محددتين للتيار - واحدة محسوبة للثنائي البرتقالي عند 30 مللي أمبير (مثال: (5V - 2.0V)/0.03A = 100Ω) وأخرى للثنائي الأزرق عند 20 مللي أمبير (مثال: (5V - 3.3V)/0.02A = 85Ω). يقوم متحكم دقيق بتوصيل الأطراف المقابلة بالأرض لتفعيل كل لون. هذا يوفر مساحة، ويقلل تكلفة قائمة المواد، ويوفر مظهرًا أنيقًا واحترافيًا بلونين متميزين من نقطة واحدة.

12. مقدمة المبدأ

يعتمد انبعاث الضوء في ثنائيات LED على الإضاءة الكهربائية في المواد شبه الموصلة. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث من خلال طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة. لدى InGaN فجوة نطاق أوسع، تنتج فوتونات ذات طاقة أعلى في الطيف الأزرق. لدى AlInGaP فجوة نطاق أضيق، تنتج فوتونات ذات طاقة أقل في الطيف الأحمر/البرتقالي. تعمل عدسة الإيبوكسي على حماية الشريحة، تشكيل حزمة إخراج الضوء، وتعزيز استخراج الضوء.

13. اتجاهات التطوير

يستمر اتجاه ثنائيات LED المؤشر SMD نحو كفاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل واط من المدخلات الكهربائية)، مما يتيح استهلاك طاقة أقل وتوليد حرارة أقل. التصغير هو اتجاه رئيسي آخر، حيث تصبح العبوات أصغر مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه. هناك أيضًا تركيز متزايد على تحسين اتساق اللون وتقليل تسامح التصنيف لتلبية متطلبات التطبيقات التي تتطلب مظهرًا موحدًا، مثل شاشات العرض الملونة الكاملة والإضاءة المعمارية. علاوة على ذلك، يزداد التكامل، مع المزيد من العبوات متعددة الشرائح (مثل هذا الثنائي ثنائي اللون) وحتى العبوات التي تتضمن دوائر متكاملة تحكم (مثل ثنائيات LED RGB القابلة للعنونة) أصبحت شائعة لتبسيط تصميم النظام.