ورقة بيانات ثنائية اللون LED LTST-C155TBKFKT - أزرق وبرتقالي - 20mA و30mA - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تشرح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء ثنائي اللون من نوع جهاز السطح المثبت (SMD). يجمع المكون شريحتين شبه موصلتين مختلفتين داخل غلاف واحد: شريحة InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) تشع ضوءًا أزرق وشريحة AlInGaP (ألومنيوم إنديوم جاليوم فوسفيد) تشع ضوءًا برتقاليًا. يسمح هذا التصميم بإنشاء مصدرين مستقلين للضوء أو، من خلال التحكم في التشغيل، مزج محتمل للألوان في التطبيقات. يتم تغليف LED بتنسيق الشريط والبكرة المتوافق مع أنظمة التجميع الآلي "Pick-and-Place"، متوافقًا مع معايير التغليف القياسية EIA. تم تصميمه كمنتج متوافق مع RoHS وصديق للبيئة.

1.1 الميزات الأساسية والتطبيقات المستهدفة

الميزة الأساسية لهذا LED هي قدرته ثنائية اللون ضمن مساحة SMD مضغوطة. تشمل الميزات الرئيسية سطوعًا فائقًا من تقنيتي الشريحة، التوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) والطور البخاري، وتصميم للتكامل مع معدات التجميع الآلي. يشير توافقه مع الدوائر المتكاملة (I.C.) إلى إمكانية تشغيله مباشرة بإشارات منطقية قياسية مع تحديد تيار مناسب. تشمل التطبيقات النموذجية مؤشرات الحالة، الإضاءة الخلفية للمفاتيح والألواح، الإضاءة الزخرفية، والإلكترونيات الاستهلاكية حيث تكون المساحة محدودة ومطلوب ألوان مؤشر متعددة من موقع مكون واحد.

2. الحدود القصوى المطلقة

تشغيل أو تخزين الجهاز خارج هذه الحدود قد يسبب تلفًا دائمًا.

• تبديد الطاقة:الأزرق: 76 ميلي واط، البرتقالي: 75 ميلي واط (عند درجة حرارة محيطية Ta=25°C)
• تيار الأمامي الذروي:الأزرق: 100 مللي أمبير، البرتقالي: 80 مللي أمبير (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية)
• تيار الأمامي المستمر:الأزرق: 20 مللي أمبير، البرتقالي: 30 مللي أمبير
• التخفيض الحراري:الأزرق: 0.25 مللي أمبير/°C، البرتقالي: 0.4 مللي أمبير/°C (خطيًا بدءًا من 25°C)
• الجهد العكسي:5 فولت لكلا اللونين (ملاحظة: لا يمكن التشغيل المستمر في انحياز عكسي)
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:-55°C إلى +85°C
• درجة حرارة اللحام:اللحام بالموجة/الأشعة تحت الحمراء: 260°C لمدة 5 ثوانٍ كحد أقصى؛ الطور البخاري: 215°C لمدة 3 دقائق كحد أقصى.

3. الخصائص الكهربائية والبصرية

تم القياس عند درجة حرارة محيطية (Ta) قدرها 25°C تحت ظروف الاختبار المحددة.

3.1 المعلمات البصرية (عند تيار أمامي IF=20mA)

• شدة الإضاءة (Iv):
  
  الأزرق: الحد الأدنى 28.0 ملي شمعة، النموذجي 45.0 ملي شمعة.
  
  البرتقالي: الحد الأدنى 45.0 ملي شمعة، النموذجي 90.0 ملي شمعة.
  
  تم القياس بمستشعر/مرشح يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):نموذجيًا 130 درجة لكلا اللونين. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة إلى نصف قيمتها على المحور.
• الطول الموجي الذروي (λP):الأزرق: نموذجي 468 نانومتر، البرتقالي: نموذجي 611 نانومتر.
• الطول الموجي السائد (λd):الأزرق: نموذجي 470 نانومتر، البرتقالي: نموذجي 605 نانومتر. مُستمد من مخطط لونية CIE، وهذا يحدد اللون المُدرك.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):الأزرق: نموذجي 25 نانومتر، البرتقالي: نموذجي 17 نانومتر.

3.2 المعلمات الكهربائية

• الجهد الأمامي (VF) عند تيار أمامي IF=20mA:
  
  الأزرق: الحد الأدنى 2.80 فولت، النموذجي 3.50 فولت، الحد الأقصى 3.80 فولت.
  
  البرتقالي: الحد الأدنى 1.80 فولت، النموذجي 2.00 فولت، الحد الأقصى 2.40 فولت.
• التيار العكسي (IR):الحد الأقصى 10 ميكرو أمبير لكليهما عند جهد عكسي VR=5V.
• السعة (C):نموذجي 40 بيكو فاراد للبرتقالي عند جهد أمامي VF=0V، تردد f=1MHz.

4. نظام التصنيف

يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على شدة الإضاءة لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج.

4.1 تصنيف شدة الإضاءة

الشريحة الزرقاء (@20mA):

الرمز N: 28.0 - 45.0 ملي شمعة

الرمز P: 45.0 - 71.0 ملي شمعة

الرمز Q: 71.0 - 112.0 ملي شمعة

الرمز R: 112.0 - 180.0 ملي شمعة

الشريحة البرتقالية (@20mA):

الرمز P: 45.0 - 71.0 ملي شمعة

الرمز Q: 71.0 - 112.0 ملي شمعة

الرمز R: 112.0 - 180.0 ملي شمعة

التحمل داخل كل مجموعة شدة هو +/-15%.

5. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص النموذجية التي توضح عادة العلاقة بين المعلمات الرئيسية. يجب على المصممين مراعاة هذه العلاقات غير الخطية.

5.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

يظهر كلا LED خصائص I-V أسية تشبه الصمام الثنائي. لدى LED الأزرق (InGaN) جهد أمامي نموذجي أعلى بكثير (~3.5V) مقارنة بـ LED البرتقالي (AlInGaP) (~2.0V) عند 20mA. هذا الاختلاف في الجهد حاسم لتصميم الدائرة، خاصة عند تشغيل كلا اللونين من مصدر جهد مشترك، لأنه يتطلب قيم مقاومات متسلسلة مختلفة لتحقيق نفس التيار المستهدف.

5.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

شدة الإضاءة تتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي ضمن نطاق التشغيل الموصى به. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة الحرارة. تشير مواصفات التخفيض الحراري (0.25 مللي أمبير/°C للأزرق، 0.4 مللي أمبير/°C للبرتقالي) إلى كيفية تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة فوق 25°C لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان طول العمر.

5.3 التوزيع الطيفي

تشع الشريحة الزرقاء في نطاق ~468-470 نانومتر بعرض نطاق طيفي واسع نسبيًا يبلغ 25 نانومتر (نموذجي). تشع الشريحة البرتقالية في نطاق ~605-611 نانومتر بعرض نطاق أضيق يبلغ 17 نانومتر (نموذجي). قيم الطول الموجي السائد حاسمة للتطبيقات الحساسة للألوان.

6. المعلومات الميكانيكية والتغليف

6.1 تعيين الأطراف والقطبية

يحتوي الجهاز على أربعة أطراف. بالنسبة للنوع LTST-C155TBKFKT:

- الشريحة الزرقاء InGaN متصلة بالأطراف 1 و 3.

- الشريحة البرتقالية AlInGaP متصلة بالأطراف 2 و 4.

يسمح هذا التكوين عادةً بالتحكم المستقل في كل لون. العدسة شفافة مثل الماء.

6.2 أبعاد الغلاف والشريط/البكرة

يتم توريد LED بشريط ناقل بارز بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). الكمية القياسية للبكرة هي 4000 قطعة. تتضمن ورقة البيانات رسومات أبعاد مفصلة لجسم LED، تخطيط وسادة اللحام الموصى به (نمط اللحام)، ومواصفات الشريط والبكرة، والتي تكون وفقًا لمعيار ANSI/EIA 481-1-A-1994. جميع الأبعاد بالمليمترات بتحمل قياسي ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تصميم الوسادة المناسب ضروري للحصول على لحام موثوق واستقرار ميكانيكي.

7. إرشادات اللحام والتجميع

7.1 ظروف إعادة التدفق

المكون متوافق مع عمليات إعادة التدفق القياسية. يتم توفير حالتين مقترحتين لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR): واحدة لعملية اللحام العادية (القصدير-الرصاص) وأخرى لعملية اللحام الخالية من الرصاص (مثل SnAgCu). تشمل المعلمات الحرجة:

- التسخين المسبق:الارتفاع التدريجي إلى 120-150°C.

- وقت النقع/التسخين المسبق:الحد الأقصى 120 ثانية.

- درجة الحرارة القصوى:الحد الأقصى 260°C.

- الوقت فوق نقطة الانصهار:5 ثوانٍ كحد أقصى عند درجة الحرارة القصوى.

الالتزام بهذه الظروف يمنع الصدمة الحرارية وتلف غلاف LED أو الشريحة.

7.2 اللحام بالموجة واللحام اليدوي

للحام بالموجة، يجب ألا يتجاوز التسخين المسبق 100°C لمدة 60 ثانية كحد أقصى، مع أن يكون موجة اللحام بحد أقصى 260°C لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ. إذا كان اللحام اليدوي بمكواة ضروريًا، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الطرف 300°C، ويجب تقييد وقت التلامس بـ 3 ثوانٍ لكل وصلة، لمرة واحدة فقط، لمنع انتقال الحرارة المفرط.

7.3 التنظيف والتخزين

التنظيف:يجب استخدام مواد التنظيف المحددة فقط. يُوصى باستخدام كحول الأيزوبروبيل أو الكحول الإيثيلي في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في تلف عدسة الإيبوكسي أو الغلاف.

التخزين:للتخزين طويل الأمد خارج كيس الحاجز الرطوبي الأصلي، يجب الاحتفاظ بـ LED في بيئة لا تتجاوز 30°C و70% رطوبة نسبية. للتخزين الممتد، استخدم حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في جو نيتروجين. يجب تجفيف المكونات المعرضة للهواء المحيط لأكثر من أسبوع عند حوالي 60°C لمدة 24 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفشار\" أثناء إعادة التدفق.

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 تصميم دائرة التشغيل

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد ومنع التلف، فإن آلية تحديد التيار إلزامية. تستخدم الدائرة الموصى بها (الدائرة أ) مقاومة متسلسلة لكل LED. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (جهد_المصدر - جهد_الأمامي_LED) / تيار_الأمامي، حيث جهد_الأمامي_LED هو الجهد الأمامي لـ LED المحدد عند التيار المطلوب تيار_الأمامي. بسبب التباين في جهد_الأمامي (انظر التصنيف والنطاقات النموذجية)، لا يُوصى بتشغيل عدة مصابيح LED على التوازي من مصدر جهد واحد بمقاومة مشتركة (الدائرة ب)، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى اختلال كبير في التيار وتباين في السطوع.

8.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

حساس لـ LED التفريغ الكهروستاتيكي وارتفاعات الجهد. يجب اتخاذ الاحتياطات أثناء التعامل والتجميع:

- استخدم أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.

- تأكد من أن جميع محطات العمل والأدوات والمعدات مؤرضة بشكل صحيح.

- نفذ إجراءات التغليف والنقل الآمنة من ESD.

عدم مراعاة احتياطات ESD يمكن أن يؤدي إلى فشل فوري أو تلف كامن يقلل من الموثوقية طويلة المدى.

8.3 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض نسبيًا، إلا أن التصميم الحراري المناسب يطيل العمر الافتراضي ويحافظ على الأداء البصري. تحدد منحنيات التخفيض الحراري كيفية انخفاض الحد الأقصى للتيار مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. يمكن أن يساعد ضمان مساحة نحاسية كافية على اللوحة حول وسائد الحرارة الخاصة بـ LED (إن وجدت) أو الثقوب الموصلة إلى الطبقات الداخلية في تبديد الحرارة، خاصة في التطبيقات ذات درجة الحرارة المحيطة العالية أو المغلقة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يتمثل التمييز الأساسي لهذا LED ثنائي اللون في شريحتيه المتميزتين عالية السطوع في غلاف SMD قياسي واحد. مقارنة باستخدام مصباحي LED أحاديي اللون منفصلين، فهو يوفر مساحة على اللوحة، ويقلل عدد المكونات، ويبسط تجميع "Pick-and-Place". يوفر استخدام InGaN للون الأزرق كفاءة وسطوعًا أعلى من التقنيات القديمة مثل GaP. توفر تقنية AlInGaP للون البرتقالي كفاءة عالية ونقاء لوني ممتاز في طيف الأحمر-البرتقالي-الكهرماني. يسمح الجمع بينهما بمرونة في التصميم لمؤشرات الحالة (مثل الأزرق للاستعداد، البرتقالي للنشاط/الخطأ) أو مزج ألوان بسيط.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س1: هل يمكنني تشغيل كل من LED الأزرق والبرتقالي في وقت واحد عند تيارهما المقنن الكامل؟

ج1: تم تحديد الحدود القصوى المطلقة لكل شريحة على حدة. سيكون تبديد الطاقة الإجمالي للغلاف هو مجموع تبديد الطاقة من كل شريحة نشطة. يجب عليك التأكد من أن الحمل الحراري المشترك لا يتجاوز قدرة الغلاف على تبديد الحرارة، خاصة في درجات الحرارة المحيطة العالية. راجع مواصفات التخفيض الحراري.

س2: لماذا تختلف جهود الأمامية كثيرًا بين الشريحة الزرقاء والبرتقالية؟

ج2: الجهد الأمامي هو خاصية أساسية لفجوة النطاق للمادة شبه الموصلة. لدى InGaN (الأزرق) فجوة نطاق أوسع (~3.4 إلكترون فولت) من AlInGaP (البرتقالي/الأحمر، ~2.0 إلكترون فولت)، مما يؤدي مباشرة إلى الحاجة إلى جهد أمامي أعلى لتحقيق التوصيل وانبعاث الضوء.

س3: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

ج3: الطول الموجي الذروي (λP) هو الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد. الطول الموجي السائد (λd) هو الطول الموجي الوحيد للضوء أحادي اللون الذي سيبدو له نفس لون ناتج LED عند مقارنته بمرجع أبيض قياسي. بالنسبة لمصابيح LED ذات طيف متماثل، غالبًا ما يكونان متقاربين. للأطياف المنحرفة، يكون λd أكثر تمثيلاً للون المُدرك.

س4: كيف أفسر رموز مجموعات الشدة عند الطلب؟

ج4: يحدد رمز المجموعة (مثل N، P، Q، R) نطاقًا مضمونًا للحد الأدنى والأقصى لشدة الإضاءة لـ LED عند تيار الاختبار. يضمن تحديد رمز مجموعة أنك تتلقى مصابيح LED ذات سطوع متسق ضمن هذا النطاق. على سبيل المثال، الطلب من المجموعة \"P\" للشريحة البرتقالية يضمن شدة بين 45.0 و 71.0 ملي شمعة عند 20mA.

11. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: مؤشر حالة مزدوج لموجه شبكة

يحتاج المصمم إلى مؤشري حالة (\"التشغيل/الاستعداد\" و \"نشاط الشبكة\") ولكن لديه مساحة لفتحة مؤشر LED واحدة فقط على اللوحة الأمامية. يوفر استخدام LTST-C155TBKFKT حلاً أنيقًا.

التنفيذ:يتم توصيل LED الأزرق بإشارة \"الطاقة\" عبر مقاومة تحديد تيار محسوبة لـ 15mA (مثال: R = (3.3V - 3.5V)/0.015A، مما يتطلب تعديلًا طفيفًا لجهد المصدر أو قيمة المقاومة بناءً على جهد_الأمامي النموذجي). يتم توصيل LED البرتقالي بإشارة نبضية من وحدة تحكم الشبكة، يومض للإشارة إلى نشاط البيانات. يمكن برمجة برنامج المتحكم الدقيق لاستخدام كلا LED أيضًا لحالة ثالثة (مثل البرتقالي الثابت لحالة خطأ). يلبي هذا المكون الواحد أدوارًا متعددة، مما يوفر المساحة وتكلفة التجميع ويبسط قائمة المواد مقارنة بحل LED مزدوج.

12. المبادئ التكنولوجية

يعتمد انبعاث الضوء في هذه المصابيح على الإضاءة الكهربائية في مواد أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق المباشرة. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة حيث تتحد. يتم انبعاث الطاقة المنطلقة أثناء إعادة الاتحاد كفوتون. يتم تحديد الطول الموجي (اللون) لهذا الفوتون بواسطة طاقة فجوة النطاق (Eg) للمادة شبه الموصلة، وفقًا للمعادلة λ ≈ 1240/Eg (نانومتر)، حيث تكون Eg بوحدة إلكترون فولت (eV). تُستخدم مواد InGaN للأطوال الموجية الأقصر (أزرق، أخضر، أبيض)، بينما تُستخدم مواد AlInGaP للأطوال الموجية الأطول (أصفر، برتقالي، أحمر). العدسة \"الشفافة مثل الماء\" مصنوعة عادةً من الإيبوكسي أو السيليكون الشفاف للأطوال الموجية المنبعثة.

13. اتجاهات الصناعة

يستمر اتجاه مصابيح LED المؤشرة SMD نحو كفاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل وحدة طاقة كهربائية)، وأحجام أغلفة أصغر، وزيادة التكامل. أصبحت مصابيح LED ثنائية ومتعددة الألوان في أغلفة مفردة أكثر شيوعًا لدعم مؤشرات الحالة المعقدة والتقليص. هناك أيضًا دافع قوي لتحسين الموثوقية في ظل الظروف القاسية (درجة حرارة أعلى، رطوبة) والتوافق مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص وعالية الحرارة المطلوبة في تصنيع الإلكترونيات الحديث. علاوة على ذلك، فإن الطلب على اتساق لوني دقيق وتحمل أضيق في التصنيف آخذ في النمو للتطبيقات في الأجزاء الداخلية للسيارات والأجهزة الاستهلاكية والمعدات المهنية حيث ترتبط هوية العلامة التجارية وتجربة المستخدم بالإشارات البصرية الدقيقة.