ورقة بيانات ثنائية اللون LTST-C195TBKFKT-5A LED SMD - أزرق وبرتقالي - ارتفاع 0.55 مم - 3.2V/2.3V - 38mW/50mW - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لثنائي LTST-C195TBKFKT-5A، وهو ثنائي باعث للضوء (LED) ثنائي اللون من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD). يجمع هذا المكون بين شريحتي أشباه موصلات متميزتين داخل عبوة واحدة فائقة الرقة: واحدة تبعث ضوءًا أزرق (مبنية على تقنية InGaN) والأخرى تبعث ضوءًا برتقاليًا (مبنية على تقنية AlInGaP). تم تصميمه لعمليات التجميع الآلي والتطبيقات التي يكون فيها توفير المساحة والأداء الموثوق أمرًا بالغ الأهمية.

1.1 الميزات الرئيسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا LED امتثاله لتوجيهات RoHS، وارتفاعه المنخفض للغاية (0.55 مم)، وإخراجه العالي للسطوع. يتم تعبئته على شريط بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات، متوافقًا مع معايير EIA، مما يجعله متوافقًا مع معدات الاختيار والوضع الآلية وعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) القياسية. تصميمه متوافق أيضًا مع الدوائر المتكاملة (I.C.).

تشمل مجالات التطبيق النموذجية الاتصالات السلكية واللاسلكية، وأتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، والمعدات الصناعية. تشمل الاستخدامات المحددة الإضاءة الخلفية للأزرار ولوحات المفاتيح، والإشارة إلى الحالة، والتكامل في الشاشات الدقيقة، وإضاءة الإشارات أو الرموز.

2. المعايير التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم هذا القسم تحليلاً تفصيليًا وموضوعيًا لحدود تشغيل LED وخصائص أدائه تحت ظروف الاختبار القياسية.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل العادي.

• تبديد الطاقة (P_d):38 ملي واط للشريحة الزرقاء؛ 50 ملي واط للشريحة البرتقالية. تشير هذه المعلمة إلى أقصى قدرة يمكن لـ LED تبديدها كحرارة دون تدهور.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):40 مللي أمبير لكلا اللونين، مسموح به فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية).
• التيار الأمامي المستمر (I_F):10 مللي أمبير للأزرق؛ 20 مللي أمبير للبرتقالي. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار الأمامي المستمر.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة المحيط (T_a) من -20°C إلى +80°C أثناء التشغيل ومن -30°C إلى +100°C أثناء التخزين.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل درجة حرارة ذروة تصل إلى 260°C لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، وهو معيار لعمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية عند T_a=25°C

تحدد هذه المعلمات الأداء النموذجي للجهاز عند تشغيله تحت ظروف محددة (I_F= 5mA ما لم يُذكر خلاف ذلك).

• شدة الإضاءة (I_V):الحد الأدنى 11.2 ملي كانديلا لكلا اللونين. الحد الأقصى النموذجي هو 45 ملي كانديلا للأزرق و71 ملي كانديلا للبرتقالي. هذا مقياس للسطوع الذي تدركه العين البشرية.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):عادة 130 درجة. تشير هذه الزاوية الواسعة إلى نمط انبعاث ضوئي منتشر وغير اتجاهي، مناسب لإضاءة المساحات.
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_P):عادة 468 نانومتر (أزرق) و 611 نانومتر (برتقالي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه ناتج القدرة الطيفية في أعلى مستوياته.
• الطول الموجي السائد (λ_d):يتراوح من 465-475 نانومتر (أزرق) و 600-610 نانومتر (برتقالي) عند 5 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الوحيد الذي تدركه العين البشرية، والذي يحدد اللون.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):عادة 25 نانومتر (أزرق) و 17 نانومتر (برتقالي). يشير هذا إلى نقاء الطيف؛ فالقيمة الأصغر تعني لونًا أكثر أحادية اللون.
• الجهد الأمامي (V_F):عادة 2.80 فولت (أزرق، أقصى 3.20 فولت) و 2.00 فولت (برتقالي، أقصى 2.30 فولت) عند 5 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عند مرور التيار.
• التيار العكسي (I_R):الحد الأقصى 100 ميكرو أمبير لكليهما عند V_R= 5 فولت. لم يتم تصميم LEDs للعمل بتحيز عكسي؛ هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز (تصنيف) LEDs بناءً على شدة إضاءتها المقاسة لضمان الاتساق داخل الدفعة الإنتاجية.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

لكل لون نطاقات شدة محددة يتم تعيين رمز تصنيف لها. التسامح داخل كل تصنيف هو +/-15%.

تصنيف LED الأزرق (@5mA):

• التصنيف L: 11.2 - 18.0 ملي كانديلا
• التصنيف M: 18.0 - 28.0 ملي كانديلا
• التصنيف N: 28.0 - 45.0 ملي كانديلا

تصنيف LED البرتقالي (@5mA):

• التصنيف L: 11.2 - 18.0 ملي كانديلا
• التصنيف M: 18.0 - 28.0 ملي كانديلا
• التصنيف N: 28.0 - 45.0 ملي كانديلا
• التصنيف P: 45.0 - 71.0 ملي كانديلا

يسمح هذا النظام للمصممين باختيار LEDs بحد أدنى مضمون من السطوع لتطبيقهم، مما يساعد في تحقيق أداء بصري موحد عبر وحدات متعددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1 لتوزيع الطيف، الشكل 6 لزاوية الرؤية)، فإن آثارها حاسمة للتصميم.

4.1 التيار الأمامي مقابل شدة الإضاءة (I_F-I_Vمنحنى)

ناتج الضوء يتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي، ولكن هذه العلاقة ليست خطية تمامًا، خاصة عند التيارات الأعلى حيث قد تنخفض الكفاءة بسبب التسخين. التشغيل عند أو أقل من التيار المستمر الموصى به يضمن ناتجًا مستقرًا وعمرًا أطول.

4.2 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (I_F-V_Fمنحنى)

يظهر LED خاصية جهد-تيار أسية تشبه الثنائي. يمكن أن يتسبب تغيير صغير في الجهد الأمامي في تغيير كبير في التيار. لذلك، من الممارسات القياسية تشغيل LEDs بمصدر تيار ثابت، وليس مصدر جهد ثابت، لضمان ناتج ضوئي مستقر وقابل للتنبؤ ومنع الانحراف الحراري (Thermal Runaway).

4.3 توزيع الطيف

يظهر منحنى الطيف القدرة النسبية المنبعثة عبر الأطوال الموجية. يتم استخراج الطول الموجي القمة (λ_P) وعرض النصف (Δλ) من هذا المنحنى. عادة ما يكون للشريحة البرتقالية AlInGaP عرض طيفي أضيق من الشريحة الزرقاء InGaN، مما يؤدي إلى لون أكثر تشبعًا.

5. معلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة وتعيين الأطراف (Pin Assignment)

يتوافق الجهاز مع بصمة SMD قياسية. تشمل الأبعاد الحرجة حجم الجسم وارتفاع إجمالي يبلغ 0.55 مم. تعيين الأطراف كما يلي: الطرفان 1 و 3 لأنود/كاثود LED الأزرق، والطرفان 2 و 4 لأنود/كاثود LED البرتقالي. العدسة شفافة تمامًا. جميع التسامحات الأبعاد هي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

5.2 تخطيط نقاط اللحام الموصى به على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والقطبية

توفر ورقة البيانات نمط أرضية (بصمة) موصى به للوحة الدوائر المطبوعة (PCB). الالتزام بهذا النمط أمر بالغ الأهمية لتحقيق وصلات لحام موثوقة، ومحاذاة صحيحة، وتبديد حرارة فعال أثناء عملية إعادة التدفق. كما يساعد تصميم النقطة في منع ظاهرة "الشمعة" (Tombstoning) حيث يقف المكون على طرف واحد. تعليم القطبية بوضوح على طبقة التوصيل (Silkscreen) للـ PCB، بما يتطابق مع مؤشر الكاثود في LED، أمر أساسي لمنع التثبيت غير الصحيح.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 معلمات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow)

لعمليات اللحام الخالية من الرصاص، يتم توفير ملف تعريف إعادة تدفق موصى به. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:150-200°C لمدة أقصاها 120 ثانية لتسخين اللوحة تدريجيًا وتنشيط المادة المساعدة (Flux).
• درجة حرارة الذروة:حد أقصى 260°C.
• الوقت فوق درجة السيولة:يجب أن يتعرض المكون لدرجة حرارة الذروة لمدة أقصاها 10 ثوانٍ، ويجب ألا تتم عملية إعادة التدفق أكثر من مرتين.

تستند هذه المعايير إلى معايير JEDEC لضمان التركيب الموثوق دون الإضرار بعبوة LED أو شريحة أشباه الموصلات بداخلها.

6.2 ظروف التخزين والتعامل

احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):تعتبر LEDs حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يجب إجراء التعامل باستخدام أسوار المعصم، وسجاد مضاد للكهرباء الساكنة، ومعدات مؤرضة.

مستوى الحساسية للرطوبة (MSL):تم تصنيف الجهاز بمستوى MSL 3. هذا يعني أنه بمجرد فتح الكيس الأصلي الحاجب للرطوبة، يجب لحام المكونات خلال أسبوع واحد (168 ساعة) تحت ظروف أرضية المصنع (<30°C / 60% رطوبة نسبية). إذا تم تجاوز هذا الوقت، يلزم تجفيف (Bake-out) عند حوالي 60°C لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (Popcorning) أثناء إعادة التدفق.

التخزين طويل الأمد:يجب تخزين العبوات غير المفتوحة عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية. بالنسبة للعبوات المفتوحة أو التخزين الممتد، يجب الاحتفاظ بالمكونات في حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في جو من النيتروجين.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات المعتمدة القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو الكحول الإيثيلي. يجب غمر LED في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المنظفات الكيميائية غير المحددة في إتلاف العدسة البلاستيكية أو مادة العبوة.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة (Tape and Reel)

يتم توريد LEDs في شريط ناقل بارز مع شريط غطاء واقٍ، ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). الكمية القياسية للتعبئة هي 4000 قطعة لكل بكرة. بالنسبة للكميات الأقل من بكرة كاملة، تنطبق كمية تعبئة دنيا تبلغ 500 قطعة. تتوافق التعبئة مع معايير ANSI/EIA-481.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

يجب تشغيل كل قناة لون (أزرق وبرتقالي) بشكل مستقل. المقاوم المحدد للتيار على التوالي هو أبسط طريقة تشغيل. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F. للحصول على أداء أكثر استقرارًا، خاصة عندما يتغير V_المصدرأو للتحكم الدقيق في السطوع، يوصى باستخدام دائرة تشغيل بتيار ثابت (مثل استخدام IC مخصص لقيادة LED أو مصدر تيار يعتمد على الترانزستور).

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، إلا أن التصميم الحراري المناسب يطيل عمر LED. تأكد من أن تصميم نقطة اللحام على الـ PCB يوفر مساحة نحاسية كافية لتعمل كمشتت حراري. تجنب تشغيل LED عند أقصى تيار وقدرة مطلقة لفترات طويلة، لأن هذا يسرع من انخفاض التدفق الضوئي (انخفاض ناتج الضوء بمرور الوقت).

8.3 التصميم البصري

زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة تجعل هذا LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة ومتساوية بدلاً من شعاع مركز. للحصول على ضوء أكثر توجيهًا، قد تكون العدسات الخارجية أو أدلة الضوء ضرورية. العدسة الشفافة تمامًا هي الأمثل لانبعاث اللون الحقيقي.

9. المقارنة التقنية والتمييز

عوامل التمييز الرئيسية لهذا المكون هيقدرته ثنائية اللون في عبوة فائقة الرقة 0.55 مم. هذا يسمح بمؤشرين حالة مستقلين أو خلط ألوان في بصمة تشغلها عادة LED أحادي اللون. يمثل استخدام InGaN للأزرق و AlInGaP للبرتقالي تقنيات أشباه موصلات قياسية وعالية الكفاءة لهذه الألوان على التوالي، مما يوفر سطوعًا وموثوقية جيدين. توافقه مع التجميع الآلي وملفات تعريف إعادة التدفق القياسية يجعله حلاً جاهزًا (Drop-in) لتصنيع الإلكترونيات الحديث.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

10.1 هل يمكنني تشغيل ثنائيي LED الأزرق والبرتقالي في وقت واحد بأقصى تيار مستمر لهما؟

لا. تحدد القيم القصوى المطلقة حدود تبديد الطاقة لكل شريحة (38 ملي واط أزرق، 50 ملي واط برتقالي). تشغيل كليهما في وقت واحد عند I_F=10mA (أزرق) و I_F=20mA (برتقالي) سيؤدي إلى استهلاك طاقة تقريبي قدره 28 ملي واط (أزرق: 10mA * 2.8V) و 40 ملي واط (برتقالي: 20mA * 2.0V)، بإجمالي 68 ملي واط. بينما هذا أقل من مجموع الحدود القصوى الفردية، إلا أنه يتركز الحرارة في مساحة صغيرة جدًا. للتشغيل الموثوق على المدى الطويل، يُنصح بالتشغيل بأقل من القيم القصوى المطلقة ومراعاة التأثيرات الحرارية على لوحة الدوائر المطبوعة.

10.2 ما الفرق بين الطول الموجي القمة (Peak Wavelength) والطول الموجي السائد (Dominant Wavelength)؟

الطول الموجي القمة (λ_P)هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة الضوئية، ويقاس بواسطة مطياف.الطول الموجي السائد (λ_d)هي قيمة محسوبة مشتقة من مخطط لونية CIE تمثل الطول الموجي الوحيد الذي تدركه العين البشرية للون. بالنسبة لـ LEDs أحادية اللون، غالبًا ما يكونان متقاربين، ولكن بالنسبة لـ LEDs ذات الأطياف الأوسع (مثل LEDs البيضاء)، يمكن أن يكونا مختلفين جدًا. في ورقة البيانات هذه، يتم توفير كليهما لتحديد اللون بدقة.

10.3 لماذا يوجد مواصفة للتيار العكسي (I_R) إذا لم يتم تصميم LED للعمل في الاتجاه العكسي؟

مواصفة I_R(الحد الأقصى 100 ميكرو أمبير عند 5 فولت) هيمعلمة اختبار جودة وتسرب. فهي تضمن سلامة وصلة أشباه الموصلات. أثناء التجميع أو في الدائرة، قد يتعرض LED لفترة وجيزة لتحيز عكسي صغير. تضمن هذه المعلمة أنه في مثل هذه الحالة، لن يتجاوز تيار التسرب حدًا محددًا، مما يشير إلى جهاز مصنع بشكل صحيح. لا ينبغي تفسيرها على أنها حالة تشغيل آمنة.

11. مثال عملي على حالة الاستخدام

سيناريو: مؤشر حالة ثنائي الحالة على جهاز محمول

يستخدم جهاز طبي محمول مؤشرًا واحدًا لإظهار حالات متعددة: إيقاف (بدون ضوء)، الاستعداد (برتقالي)، والنشط (أزرق). يعتبر LTST-C195TBKFKT-5A مثاليًا لأنه يوفر مساحة مقارنة باستخدام LED منفصلين. تحتوي وحدة التحكم الدقيقة (MCU) على دبوسي GPIO، كل منهما متصل بقناة لون واحدة من LED عبر مقاوم محدد للتيار (مثل 150Ω للأزرق و 100Ω للبرتقالي، بافتراض مصدر 5 فولت). يتحكم البرنامج الثابت (Firmware) في الدبابيس بشكل مستقل. يسمح الارتفاع الفائق الرقة بتثبيته خلف لوحة أمامية رقيقة. تضمن زاوية الرؤية الواسعة رؤية الحالة من زوايا مختلفة. يختار المصمم التصنيف M أو N لكلا اللونين لضمان سطوع كافٍ تحت الضوء المحيط.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

ثنائيات الإضاءة (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات تصدر الضوء من خلال الوميض الكهربائي (Electroluminescence). عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في منطقة الوصلة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة. في الثنائي السيليكوني القياسي، يتم إطلاق هذه الطاقة كحرارة. في LEDs، تمتلك مواد أشباه الموصلات (InGaN للأزرق/الأخضر، AlInGaP للأحمر/البرتقالي/الأصفر) فجوة نطاق مباشرة، مما يتسبب في إطلاق هذه الطاقة بشكل أساسي كفوتونات (ضوء). يحدد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. تحمي العدسة الإيبوكسية الشفافة تمامًا الشريحة وتساعد في تشكيل نمط إخراج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يتبع تطوير SMD LEDs مثل هذا عدة اتجاهات صناعية:التصغير(عبوات أرق وأصغر)،زيادة الكفاءة(ناتج إضاءة أعلى لكل وحدة مدخل كهربائي)، وتعزيز الموثوقية(متانة للبيئات القاسية والتجميع الآلي). يمثل دمج شرائح متعددة (متعددة الألوان أو RGB) في عبوة واحدة نهجًا شائعًا لتوفير مساحة على اللوحة وتبسيط التجميع. علاوة على ذلك، هناك دفع مستمر لتحسين اتساق اللون (تصنيف أكثر ضيقًا) وتطوير عبوات يمكنها التعامل مع كثافات طاقة أعلى لتطبيقات الإضاءة العامة، على الرغم من أن هذا المكون المحدد مُحسَّن لاستخدام مؤشرات الطاقة المنخفضة.