ورقة بيانات ثنائي LED ثنائي اللون LTST-C155TBJSKT-5A - عبوة 3.2x1.6x1.9 مم - أزرق/أصفر - جهد 3.6 فولت/2.4 فولت - قدرة 76 ميغاواط/75 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لمكون LED ثنائي اللون ذو تركيب سطح. يجمع الجهاز رقائقين شبه موصلتين متميزتين داخل عبوة واحدة: رقاقة InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) للإشعاع الأزرق ورقاقة AlInGaP (ألومنيوم إنديوم جاليوم فوسفيد) للإشعاع الأصفر. يسمح هذا التكوين بتوليد لونين منفصلين من بصمة مدمجة واحدة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مؤشرات حالة، أو إضاءة خلفية، أو إضاءة زخرفية في تصميم محدود المساحة. تم تصميم المكون ليكون متوافقًا مع أنظمة التجميع الآلي "pick-and-place" وعمليات اللحام القياسية بإعادة التدفق، مع الالتزام بمعايير التعبئة الصناعية الشائعة.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

2.1 قيم التشغيل القصوى المطلقة

تحدد قيم التشغيل القصوى المطلقة الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. بالنسبة للرقاقة الزرقاء، الحد الأقصى للتيار المستمر الأمامي هو 20 مللي أمبير، مع تيار أمامي ذروة يصل إلى 100 مللي أمبير مسموح به في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية). الحد الأقصى لتبديد الطاقة هو 76 ميغاواط. للرقاقة الصفراء تصنيف تيار مستمر أعلى قليلاً عند 30 مللي أمبير ولكن تصنيف تيار ذروة أقل عند 80 مللي أمبير وتبديد طاقة 75 ميغاواط. تشترك الرقاقتان في أقصى جهد عكسي 5 فولت، على الرغم من عدم التوصية بالتشغيل المستمر عند هذا الجهد. نطاق درجة حرارة التشغيل محدد من -20°C إلى +80°C، مع نطاق تخزين أوسع من -30°C إلى +100°C. يمكن للجهاز تحمل اللحام بالموجات أو بالأشعة تحت الحمراء عند 260°C لمدة 5 ثوانٍ، أو اللحام بالطور البخاري عند 215°C لمدة 3 دقائق.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس معلمات الأداء الرئيسية عند تيار اختبار قياسي 5 مللي أمبير ودرجة حرارة محيطة 25°C. الشدة الضوئية لكل من الرقاقتين الزرقاء والصفراء لها قيمة دنيا 4.50 ملي كانديلا (mcd) ويمكن أن تتراوح حتى حد أقصى 45.0 mcd، مع قيم نموذجية تعتمد على رمز التصنيف المحدد. زاوية المشاهدة (2θ1/2) هي 130 درجة واسعة لكلا اللونين، مما يشير إلى نمط انبعاث منتشر. الطول الموجي السائد النموذجي للرقاقة الزرقاء هو 470 نانومتر (يبلغ ذروته عند 468 نانومتر) مع عرض نصف طيفي 25 نانومتر، وهو سمة مميزة لتقنية InGaN. الطول الموجي السائد النموذجي للرقاقة الصفراء هو 589 نانومتر (يبلغ ذروته عند 591 نانومتر) مع عرض نصف أضيق 15 نانومتر، وهو نموذجي لـ AlInGaP. الجهد الأمامي (VF) نموذجيًا 3.10 فولت للأزرق (بحد أقصى 3.60 فولت) و 2.00 فولت للأصفر (بحد أقصى 2.40 فولت). التيار العكسي محدود بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف

يستخدم المنتج نظام تصنيف لتصنيف الوحدات بناءً على شدتها الضوئية عند تيار الاختبار القياسي 5 مللي أمبير. تشترك الرقاقتان الزرقاء والصفراء في نفس هيكل رمز التصنيف. التصنيفات مُوسمة بـ J، K، L، M، و N. يغطي التصنيف J نطاق الشدة من 4.50 mcd إلى 7.10 mcd. يتراوح التصنيف K من 7.10 mcd إلى 11.20 mcd. يغطي التصنيف L من 11.20 mcd إلى 18.00 mcd. يمتد التصنيف M من 18.00 mcd إلى 28.00 mcd. التصنيف الأعلى إخراجًا، N، يشمل الأجهزة من 28.00 mcd حتى الحد الأقصى 45.00 mcd. يتم تطبيق تسامح +/-15% على حدود كل تصنيف شدة. يسمح هذا النظام للمصممين باختيار مكونات بمستويات سطوع متسقة لتطبيقهم، مما يضمن تجانسًا بصريًا في مصفوفات LED المتعددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في الوثيقة المصدر (مثل الشكل 1 للانبعاث الذروي، الشكل 6 لزاوية المشاهدة)، فإن منحنيات الأداء النموذجية لمثل هذه الأجهزة ستوضح عدة علاقات رئيسية. منحنى التيار مقابل الجهد (I-V) سيظهر العلاقة الأسية المميزة للدايود، مع كون جهد التشغيل أعلى للرقاقة الزرقاء InGaN (~3.1V) مقارنة بالرقاقة الصفراء AlInGaP (~2.0V). منحنيات الشدة الضوئية مقابل التيار الأمامي (I-L) ستظهر زيادة شبه خطية في إخراج الضوء مع التيار في نطاق التشغيل الطبيعي، لتصل في النهاية إلى التشبع عند التيارات الأعلى بسبب الانخفاض الحراري والكفاءة. منحنى الشدة مقابل درجة الحرارة سيظهر عادةً انخفاضًا في الإخراج مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع، مع عوامل التخفيض المقدمة (0.25 مللي أمبير/°C للأزرق، 0.4 مللي أمبير/°C للأصفر) التي تسمح بحساب أقصى تيار في درجات الحرارة المرتفعة. مخطط التوزيع الطيفي سيظهر نطاقات الانبعاث الضيقة المتمركزة حول أطوال الموجات الذروية.

5. معلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة والقطبية

يتوافق الجهاز مع مخطط عبوة تركيب سطح قياسي في الصناعة. تشمل الأبعاد الرئيسية طول الجسم، العرض، والارتفاع. يتم تعريف تخصيص الأطراف بوضوح: بالنسبة لرقم الجزء LTST-C155TBJSKT-5A، الأطراف 1 و 3 مخصصة للرقاقة الزرقاء InGaN، بينما الأطراف 2 و 4 مخصصة للرقاقة الصفراء AlInGaP. يسمح هذا التكوين ذو 4 أطراف بالتحكم الكهربائي المستقل للونين. العدسة شفافة، وهو الأمثل للحفاظ على نقاء الألوان المنبعثة دون إدخال تلوين.

5.2 تخطيط وسادة اللحام الموصى به

تم توفير نمط أرضي مقترح (تصميم وسادة اللحام) لتخطيط اللوحة المطبوعة لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء إعادة التدفق. الالتزام بهذه الأبعاد الموصى بها يساعد في منع مشاكل مثل "اللوح التذكاري" (وقوف المكون على طرفه) أو حشوات اللحام غير الكافية، وهي حرجة للقوة الميكانيكية والتوصيل الكهربائي في التجميع الآلي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملفات إعادة التدفق باللحام

تم تفصيل ملفين مقترحين لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR): أحدهما لعملية لحام القصدير-الرصاص القياسية (SnPb) والآخر لعملية اللحام الخالية من الرصاص (Pb-free)، عادةً باستخدام سبائك SAC (Sn-Ag-Cu). يتطلب الملف الخالي من الرصاص درجة حرارة ذروة أعلى، كما هو موضح. يتضمن كلا الملفين معلمات حرجة: درجة حرارة التسخين المسبق ومدة التسخين، الوقت فوق السائل (TAL)، درجة حرارة الذروة، والوقت داخل منطقة درجة الحرارة الحرجة. اتباع هذه الملفات ضروري لمنع الصدمة الحرارية لعبوة LED، والتي يمكن أن تسبب انفصالًا داخليًا أو تلفًا للرقاقة، مع ضمان إعادة تدفق اللحام المناسبة.

6.2 التخزين والتعامل

أجهزة LED حساسة لامتصاص الرطوبة. إذا تم إخراجها من عبوة الحاجز الرطوبي الأصلية، فيجب أن تخضع للحم بإعادة التدفق خلال أسبوع واحد. للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، يجب تخزينها في بيئة جافة، مثل حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو مجفف نيتروجين. إذا تم تخزينها غير معبأة لأكثر من أسبوع، يوصى بإجراء خبز (مثل 60°C لمدة 24 ساعة) قبل اللحام لطرد الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. غمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة مقبول. المواد الكيميائية القاسية أو غير المحددة يمكن أن تلحق الضرر بعدسة الإيبوكسي أو مادة العبوة، مما يؤدي إلى تغير اللون، أو التشقق، أو تقليل إخراج الضوء.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد المكونات معبأة في شريط ناقل بارز بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصة (178 مم). تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. جيوب الشريط مغلقة بشريط غطاء علوي واقي. لكفاءة الإنتاج، تتبع التعبئة المعايير الصناعية (ANSI/EIA 481-1-A)، مما يضمن التوافق مع مغذيات الشريط الآلية القياسية. تم تحديد حد أدنى لكمية التعبئة 500 قطعة للطلبات المتبقية. تسمح مراقبة الجودة بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين في الشريط.

8. توصيات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

أجهزة LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد، خاصة عند استخدام عدة أجهزة LED على التوازي، يوصى بشدة باستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي لكل LED أو لكل قناة لون داخل LED الثنائي. يظهر مخطط الدائرة المقدم (الدائرة أ) هذا التكوين: مقاومة على التوالي مع LED. لا يوصى بتوصيل أجهزة LED مباشرة على التوازي بدون مقاومات فردية (الدائرة ب)، لأن الاختلافات الطفيفة في خاصية الجهد الأمامي (Vf) بين أجهزة LED الفردية ستسبب اختلالًا كبيرًا في التيار، مما يؤدي إلى سطوع غير متكافئ وتيار زائد محتمل في بعض الأجهزة.

8.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

الرقائق شبه الموصلة داخل LED عرضة للتلف من التفريغ الكهروستاتيكي. يجب تنفيذ تدابير التحكم المناسبة في ESD أثناء التعامل والتجميع. وهذا يشمل استخدام أساور معصم مؤرضة، وسائد مضادة للكهرباء الساكنة، وضمان تأريض جميع المعدات بشكل صحيح. يجب التعامل مع الجهاز في منطقة محمية من ESD.

8.3 نطاق التطبيق والقيود

تم تصميم هذا LED للاستخدام في المعدات الإلكترونية العادية مثل الإلكترونيات الاستهلاكية، ومعدات المكاتب، وأجهزة الاتصالات. لم يتم تصميمه أو تأهيله خصيصًا للتطبيقات التي تكون فيها الموثوقية العالية حاسمة للسلامة، مثل الطيران، ومراقبة النقل، وأنظمة دعم الحياة الطبية، أو أجهزة السلامة. لمثل هذه التطبيقات، يجب اختيار مكونات ذات مؤهلات موثوقية مناسبة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

الميزة الرئيسية المميزة لهذا المكون هي دمج رقاقتي لون متميزتين (أزرق وأصفر) في عبوة SMD قياسية واحدة. مقارنة باستخدام LED أحادي اللون منفصلين، هذا يوفر مساحة على اللوحة المطبوعة، ويقلل عدد المكونات، ويبسط تجميع "pick-and-place". يمثل استخدام InGaN للأزرق وAlInGaP للأصفر تقنيات شبه موصلة قياسية وعالية الكفاءة لهذه الألوان على التوالي، مما يوفر سطوعًا واستقرارًا جيدين. توفر زاوية المشاهدة الواسعة 130 درجة نمط ضوء منتشر مناسب للإشارات على اللوحات حيث يكون المشاهدة من زوايا مائلة مطلوبة.

10. الأسئلة المتكررة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل كل من الرقاقتين الزرقاء والصفراء في وقت واحد بأقصى تيار لهما؟

ج: لا. يجب مراعاة تصنيفات تبديد الطاقة (76 ميغاواط للأزرق، 75 ميغاواط للأصفر) والتخفيض الحراري. تشغيل كلا الرقاقتين في أقصى تيار مستمر لهما (20 مللي أمبير للأزرق، 30 مللي أمبير للأصفر) في وقت واحد سيولد حرارة كبيرة. تعتمد التيارات المسموح بها الفعلية على قدرة اللوحة المطبوعة على تبديد الحرارة (الإدارة الحرارية) ودرجة الحرارة المحيطة. الحسابات باستخدام عوامل التخفيض ضرورية.

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

ج: الطول الموجي الذروي (λP) هو الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد. الطول الموجي السائد (λd) مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون النقي الذي يطابق اللون الملاحظ لـ LED. إنه المعلمة الأكثر ارتباطًا بإدراك اللون البشري.

س: لماذا مقاومة تحديد التيار ضرورية حتى لو كان مزود الطاقة الخاص بي منظم الجهد؟

ج: جهد LED الأمامي له تسامح ويتغير مع درجة الحرارة. مصدر الجهد المتصل مباشرة سيحاول توصيل أي تيار مطلوب لتحقيق ذلك الجهد عبر الدايود، والذي يمكن أن يكون مرتفعًا بشكل مفرط ويدمر LED. توفر المقاومة على التوالي علاقة خطية وقابلة للتنبؤ بين جهد التغذية وتيار LED، مما يثبت التشغيل.

11. دراسة حالة تصميم عملية

ضع في اعتبارك تصميمًا لمؤشر حالة مزدوج على جهاز توجيه شبكة. يمكن لـ LED واحد من نوع LTST-C155TBJSKT-5A إظهار اللون الأزرق لـ "التشغيل/النشاط الشبكي" والأصفر لـ "نشاط البيانات". ستتحكم دبابيس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة في دائرتين تشغيل منفصلتين. بالنسبة للقناة الزرقاء، مع مصدر طاقة 5 فولت (Vcc) وتيار مستهدف 10 مللي أمبير (أقل بكثير من الحد الأقصى 20 مللي أمبير للهامش)، يتم حساب قيمة المقاومة على التوالي كـ R = (Vcc - Vf_blue) / I = (5V - 3.1V) / 0.01A = 190 أوم. سيتم اختيار مقاومة قياسية 200 أوم. حساب مماثل للقناة الصفراء عند 15 مللي أمبير: R = (5V - 2.0V) / 0.015A = 200 أوم. يستخدم هذا التصميم الحد الأدنى من مساحة اللوحة، ويوفر إشارات واضحة ومشرقة، ويسهل تجميعه.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

ثنائيات الإضاءة (LEDs) هي أجهزة تقاطع p-n شبه موصلة تشع الضوء من خلال عملية تسمى الإضاءة الكهربائية. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، تطلق الطاقة. في الدايود القياسي، تطلق هذه الطاقة كحرارة. في LED، المادة شبه الموصلة (مثل InGaN أو AlInGaP) لها فجوة نطاق مباشرة، مما يعني أن هذه الطاقة تُطلق في المقام الأول كفوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث من خلال طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة، كما هو موضح في المعادلة E = hc/λ، حيث E هي طاقة فجوة النطاق، h هو ثابت بلانك، c هي سرعة الضوء، و λ هو الطول الموجي.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر مجال الإلكترونيات الضوئية في التقدم مع اتجاهات تركز على عدة مجالات رئيسية. التحسينات في الكفاءة مستمرة، مع البحث في هياكل مواد جديدة (مثل الآبار الكمومية والأسلاك النانوية) وركائز لتقليل الخسائر الداخلية وزيادة استخراج الضوء. يظل التصغير محركًا، مما يدفع بالعبوات إلى بصمات أصغر وملامح أقل مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه. هناك أيضًا اتجاه قوي نحو موثوقية أعلى وعمر تشغيلي أطول، خاصة للتطبيقات في إضاءة السيارات والإضاءة العامة. علاوة على ذلك، فإن دمج وظائف متعددة، مثل الجمع بين أجهزة LED وأجهزة الاستشعار أو دوائر التشغيل المتكاملة في عبوة واحدة (نظام في عبوة أو SiP)، هو مجال تطوير نشط لتقديم قيمة أكبر وتبسيط تصميم النظام النهائي.