ورقة بيانات LED SMD LTST-B32JEGBK-AT - ملون كامل RGB - ارتفاع 0.65 مم - تيار أمامي 25 مللي أمبير/20 مللي أمبير - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

مصباح LTST-B32JEGBK-AT هو LED ملون كامل، مضغوط، مصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب إشارة لونية زاهية أو إضاءة خلفية ضمن مساحة صغيرة جدًا. يجمع هذا الجهاز ثلاث شرائح شبه موصلة متميزة داخل غلاف واحد: شريحة AlInGaP للإشعاع الأحمر وشريحتي InGaN للإشعاع الأخضر والأزرق. يتيح هذا المزيج توليد طيف واسع من الألوان من خلال التحكم الفردي أو المشترك في مصادر الضوء الأساسية الثلاث. تتميز بسمك منخفض استثنائي يبلغ 0.65 مم، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تكون فيها المساحة الرأسية محدودة بشدة، مثل الإلكترونيات الاستهلاكية فائقة الرقة، والأجهزة القابلة للارتداء، أو لوحات التحكم المتطورة.

يتم تغليف LED على شريط بعرض 8 مم ويتم توريده على بكرات قطرها 7 بوصات، متوافقًا مع معايير EIA، مما يضمن التوافق مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place) الشائعة في التصنيع بالجملة. علاوة على ذلك، فهو مؤهل لعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الخالية من الرصاص، متوافقًا مع اللوائح البيئية المعاصرة وممارسات التصنيع الحديثة.

1.1 الميزات

• متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).
• غلاف فائق الرقة بارتفاع 0.65 مم فقط.
• يستخدم تقنية AlInGaP عالية الكفاءة للضوء الأحمر وتقنية InGaN للضوء الأخضر والأزرق، مما يؤدي إلى شدة إضاءة عالية.
• مغلف على شريط بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات للتعامل الآلي.
• مخطط الغلاف متوافق مع معيار EIA.
• مصمم للتوافق مع مستويات تشغيل الدوائر المتكاملة (IC).
• مناسب للاستخدام مع معدات التركيب الآلي.
• يتحمل ظروف اللحام القياسية بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء.

1.2 التطبيقات

• مؤشرات الحالة والطاقة في معدات الاتصالات، وأجهزة أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، وأنظمة التحكم الصناعية.
• الإضاءة الخلفية للأزرار، ولوحات المفاتيح، وأزرار التحكم.
• إضاءة الشاشات الدقيقة والرموز المضيئة.
• إضاءة الإشارات للأغراض العامة حيث تكون القدرة متعددة الألوان مطلوبة.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يتم تعريف أداء LTST-B32JEGBK-AT من خلال مجموعة شاملة من المعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية. فهم هذه المواصفات أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة وتحقيق الأداء البصري المطلوب.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود.

• تبديد الطاقة (Pd):الأحمر: 62.5 ميلي واط، الأخضر/الأزرق: 76 ميلي واط. تحدد هذه المعلمة، جنبًا إلى جنب مع المقاومة الحرارية، أقصى طاقة مسموح بها لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الذروة الأمامي (I_F(PEAK)):الأحمر: 60 مللي أمبير، الأخضر/الأزرق: 100 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار نابض مسموح به، محدد عادةً عند دورة عمل منخفضة (1/10) وعرض نبضة قصير (0.1 مللي ثانية)، مفيد للتعددية (multiplexing) أو نبضات السطوع العالي القصيرة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):الأحمر: 25 مللي أمبير، الأخضر/الأزرق: 20 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر موصى به للتشغيل طويل الأمد الموثوق.
• مقاومة التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):الأحمر: 2000 فولت (HBM)، الأخضر/الأزرق: 1000 فولت (HBM). تكون شرائح InGaN الخضراء والزرقاء عمومًا أكثر حساسية للتفريغ الكهروستاتيكي من الشريحة الحمراء AlInGaP، مما يستلزم احتياطات تعامل أكثر صرامة.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -40°C إلى +85°C (التشغيل)، من -40°C إلى +90°C (التخزين). هذا يحدد الظروف البيئية التي يمكن للجهاز تحملها.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل درجة حرارة ذروة 260°C لمدة 10 ثوانٍ، وهي حالة قياسية لعمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية والمضمونة المقاسة تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C، I_F=5 مللي أمبير ما لم يُذكر خلاف ذلك).

• شدة الإضاءة (I_V):تقاس بالميلي كانديلا (mcd). القيم الدنيا هي: الأحمر: 26.0 mcd، الأخضر: 122.0 mcd، الأزرق: 22.0 mcd. تُظهر الشريحة الخضراء ناتجًا أعلى بكثير بسبب الكفاءة العالية لمادة InGaN عند هذا الطول الموجي وحساسية العين البشرية القصوى في المنطقة الخضراء.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):عادة 120 درجة. تشير زاوية المشاهدة الواسعة هذه إلى نمط إشعاع لامبرتي أو شبه لامبرتي، مما يوفر سطوعًا موحدًا على مساحة واسعة.
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_P):القيم النموذجية: الأحمر: 632 نانومتر، الأخضر: 518 نانومتر، الأزرق: 468 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):الطول الموجي الوحيد الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون. النطاقات المحددة هي: الأحمر: 616-628 نانومتر، الأخضر: 519-537 نانومتر، الأزرق: 464-479 نانومتر.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):القيم النموذجية: الأحمر: 12 نانومتر، الأخضر: 27 نانومتر، الأزرق: 20 نانومتر. يشير هذا إلى نقاء الطيف؛ القيمة الأصغر تعني ضوءًا أكثر أحادية اللون. يميل الضوء الأحمر من AlInGaP إلى امتلاك طيف أضيق من الأخضر/الأزرق من InGaN.
• الجهد الأمامي (V_F):عند 5 مللي أمبير: الأحمر: 1.50-2.15 فولت، الأخضر: 2.00-3.20 فولت، الأزرق: 2.00-3.20 فولت. الجهد الأمامي المنخفض (V_F) للشريحة الحمراء هو سمة من سمات تقنية AlInGaP مقارنة بـ InGaN.
• التيار العكسي (I_R):أقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R=5 فولت. لم يتم تصميم مصابيح LED للعمل بالتحيز العكسي؛ هذه المعلمة لأغراض اختبار الجودة فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون ومطابقة السطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات بناءً على المعلمات البصرية الرئيسية.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة (السطوع)

يتم تصنيف كل لون إلى عدة رتب (مثل A، B، C...). يتم قياس شدة الإضاءة عند تيار تشغيل قياسي قدره 5 مللي أمبير. على سبيل المثال، الفئة 'A' للأحمر تغطي 26.0-31.0 mcd، بينما تغطي الفئة 'E' 54.0-65.0 mcd. للأخضر والأزرق جداول تصنيف خاصة بهما. يتم تطبيق تسامح +/-10% داخل كل فئة. يجب على المصممين تحديد رمز الفئة المطلوب لضمان توحيد السطوع عبر وحدات متعددة في التجميع.

3.2 تصنيف اللون (الطول الموجي السائد)

يضمن هذا التصنيف اتساق اللون. يتم فرز مصابيح LED بناءً على طولها الموجي السائد. على سبيل المثال، يتم تصنيف الأحمر من 616-628 نانومتر بخطوات 1 نانومتر (الفئات 1-4). يتم تصنيف الأخضر من 519-537 نانومتر (الفئات 1-6)، والأزرق من 464-479 نانومتر (الفئات 1-5). لكل فئة تسامح +/-1 نانومتر. تحديد فئة اللون أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب مطابقة ألوان دقيقة، كما في شاشات LED المتعددة أو مؤشرات الحالة حيث يجب أن تظهر جميع مصابيح LED الحمراء متطابقة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى رسوم بيانية محددة في ورقة البيانات (الشكل 1، الشكل 5)، فإن آثارها قياسية.

• منحنى الجهد-التيار (I-V):يزداد الجهد الأمامي (V_F) مع التيار (I_F) بطريقة غير خطية وأسية نموذجية للدايود. سيختلف المنحنى لكل لون شريحة بسبب اختلاف المواد شبه الموصلة وفجوات النطاق.
• شدة الإضاءة مقابل التيار:يكون ناتج الضوء عمومًا متناسبًا مع التيار الأمامي في نطاق التشغيل الطبيعي، ولكن قد تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية والانخفاض (droop).
• التوزيع الطيفي:يضمن أن يكون طيف الناتج للشريحة الحمراء أحادي الذروة. ستظهر الرسوم البيانية القدرة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي، موضحة طول الموجة الذروة (λ_P) ونصف العرض الطيفي (Δλ).
• نمط زاوية المشاهدة:يوضح الرسم البياني القطبي (الشكل 5) التوزيع الزاوي لشدة الضوء، مؤكدًا زاوية المشاهدة 120 درجة حيث تنخفض الشدة إلى نصف قيمتها على المحور.

5. معلومات الميكانيكا والغلاف

5.1 أبعاد الغلاف وتعيين الأطراف (Pins)

يتبع الجهاز بصمة SMD قياسية. يتم تعريف تعيين الأطراف بوضوح: الطرف 2 هو الكاثود للشريحة الحمراء، الطرف 3 للشريحة الخضراء، والطرف 4 للشريحة الزرقاء. المصعد المشترك هو على الأرجح الطرف 1 (مستنتج من تكوين LED RGB القياسي). يتم توفير جميع الأبعاد بالميليمترات بتسامح قياسي ±0.1 مم. الارتفاع الفائق الرقة 0.65 مم هو ميزة ميكانيكية رئيسية.

5.2 تخطيط لوحة التثبيت الموصى بها على اللوحة الإلكترونية (PCB)

يتم توفير تصميم نمط اللحام (land pattern) لضمان اللحام السليم والاستقرار الميكانيكي. الالتزام بهذه البصمة الموصى بها أمر أساسي لتحقيق وصلات لحام موثوقة، ومنع ظاهرة "الشمعدان" (tombstoning)، وضمان المحاذاة الصحيحة أثناء عملية إعادة التدفق.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ظروف اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (عملية خالية من الرصاص)

يوصى بملف إعادة تدفق مفصل. تشمل المعلمات الرئيسية مرحلة التسخين المسبق، وقت محدد فوق نقطة الانصهار، ودرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. الجهاز مصنف لتحمل هذا الملف مرتين كحد أقصى. للإصلاح اليدوي باستخدام مكواة اللحام، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الطرف 300°C، ويجب أن يقتصر وقت التلامس على 3 ثوانٍ لكل وصلة، لمرة واحدة فقط.

6.2 التخزين والتعامل

• احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):يُطلب الاستخدام الإلزامي لأساور المعصم، وسُجاد مضاد للكهرباء الساكنة، ومعدات مؤرضة بشكل صحيح، خاصة للشرائح الخضراء والزرقاء الحساسة للتفريغ الكهروستاتيكي.
• مستوى حساسية الرطوبة (MSL):يصنف الجهاز بـ MSL 3. عند فتح الكيس الأصلي الحاجب للرطوبة، يجب أن تخضع المكونات للّحام بإعادة التدفق في غضون أسبوع واحد عند تخزينها في ظروف ≤ 30°C/60% رطوبة نسبية. للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، يلزم التحميص عند حوالي 60°C لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لمنع ظاهرة "الفرقعة" (popcorning) أثناء إعادة التدفق.
• التنظيف:إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل أو الإيثيل. يجب أن يكون الغمر في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتلف المواد الكيميائية غير المحددة غلاف LED أو العدسة.

7. معلومات التغليف والطلب

يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل بارز، بعرض 8 مم، ملفوف على بكرات قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 4000 قطعة. يحتوي الشريط على شريط غطاء لحماية المكونات. يتم تعبئة البكرات عادةً ثلاثًا في كل صندوق داخلي. يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481. رقم الجزء LTST-B32JEGBK-AT يحدد بشكل فريد هذا المتغير الملون الكامل ذو العدسة الشفافة المائية.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

يجب تشغيل كل قناة لونية (أحمر، أخضر، أزرق) بشكل مستقل. مقاومة تحديد التيار التسلسلية ضرورية لكل طرف مصعد لضبط التيار الأمامي المطلوب وحماية LED. يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. نظرًا لأن V_Fيختلف لكل لون، فستكون هناك حاجة عادةً إلى ثلاث قيم مقاومة مختلفة حتى إذا تم التشغيل من نفس جهد الإمداد وعند نفس التيار. للتحكم الدقيق في التيار أو تعددية العديد من مصابيح LED، يوصى باستخدام دوائر متكاملة مخصصة لقيادة LED أو مصادر تيار ثابت.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، إلا أن التصميم الحراري المناسب على اللوحة الإلكترونية مهم لطول العمر والحفاظ على ناتج بصري مستقر. تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية متصلة بلوحة التثبيت الحرارية (إن وجدت) أو لوحات لحام LED لتعمل كمشتت حراري، خاصة عند التشغيل بالقرب من الحدود القصوى أو في درجات حرارة محيطة عالية.

8.3 التصميم البصري

توفر العدسة الشفافة المائية نمط ضوء واسع منتشر. للتطبيقات التي تتطلب ضوءًا مركزًا أو أنماط حزم محددة، يجب تصميم البصريات الثانوية (مثل أنابيب الضوء، العدسات، أو المشتتات) مع مراعاة زاوية المشاهدة 120 درجة لـ LED والتباعد المكاني لشرائح الألوان الثلاثة داخل الغلاف، مما يمكن أن يؤثر على مزج الألوان على مسافات قريبة.

9. المقارنة والتمييز التقني

عامل التمييز الأساسي لـ LTST-B32JEGBK-AT هو جمعه لمجموعة ألوان RGB كاملة ضمن ارتفاع غلاف فائق الرقة يبلغ 0.65 مم. مقارنة بالتكنولوجيا القديمة التي تستخدم مصابيح LED أحادية اللون منفصلة أو أغلفة RGB أكبر، يتيح هذا الجهاز تصاميم منتجات أكثر أناقة. يوفر استخدام AlInGaP للون الأحمر كفاءة أعلى واستقرارًا حراريًا أفضل مقارنة ببعض تقنيات LED الحمراء الأخرى. إن توافقه مع التجميع الآلي وعمليات إعادة التدفق القياسية يقلل من تعقيد التصنيع والتكلفة مقارنة بالأجهزة التي تتطلب لحامًا يدويًا أو معاملة خاصة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 لماذا يختلف الحد الأقصى للتيار المستمر للأحمر (25 مللي أمبير) عن الأخضر/الأزرق (20 مللي أمبير)؟

ينبع هذا الاختلاف من الخصائص الجوهرية للمادة وتصميم الشريحة. يمكن للشريحة الحمراء AlInGaP عمومًا تحمل كثافات تيار أعلى قليلاً ضمن نفس قيود الحرارة للغلاف مقارنة بشرائح InGaN الخضراء والزرقاء، مما يؤدي إلى تيار مستمر مصنف أعلى.

10.2 هل يمكنني تشغيل الألوان الثلاثة بمقاوم واحد على المصعد المشترك؟

لا. بسبب اختلاف الجهد الأمامي (V_F) بشكل كبير للشرائح الحمراء والخضراء والزرقاء، فإن توصيلها على التوازي بمقاوم واحد لتحديد التيار سيؤدي إلى تيارات غير متوازنة بشدة. اللون ذو أدنى جهد أمامي (V_F) (الأحمر) سيسحب معظم التيار، مما قد يتجاوز تصنيفه، بينما قد تكون الألوان الأخرى باهتة أو لا تضيء على الإطلاق. يجب أن يكون لكل قناة لونية آلية تحديد تيار مستقلة خاصة بها.

10.3 ماذا يعني "رمز التصنيف (Bin Code)"، ولماذا من المهم تحديده؟

بسبب الاختلافات في التصنيع، لا تكون مصابيح LED متطابقة. يتم فرزها (تصنيفها) بعد الإنتاج بناءً على شدة الإضاءة المقاسة والطول الموجي السائد. يضمن تحديد رمز تصنيف عند الطلب أنك ستتلقى مصابيح LED ذات سطوع ولون متطابقين تقريبًا. هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تستخدم عدة مصابيح LED حيث يكون التوحيد البصري مطلوبًا (مثل لوحة إضاءة خلفية أو شاشة متعددة المقاطع). يمكن أن يؤدي استخدام مصابيح LED من فئات تصنيف مختلفة إلى اختلافات ملحوظة في السطوع أو اللون.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم مؤشر حالة متعدد الألوان لموجه شبكة (Router)

يحتاج المصمم إلى ثلاثة مصابيح LED للحالة (الطاقة، الإنترنت، Wi-Fi) ولكن لديه مساحة لبصمة LED واحدة فقط على اللوحة الإلكترونية. يتم اختيار LTST-B32JEGBK-AT. يقوم المتحكم الدقيق (microcontroller) بتشغيل كل لون بشكل مستقل: الأحمر لـ "إيقاف الطاقة/خطأ"، الأخضر لـ "التشغيل الطبيعي"، الأزرق لـ "Wi-Fi نشط"، ومجموعات مثل السماوي (أخضر+أزرق) للحالات الأخرى. الارتفاع 0.65 مم يتناسب مع غلاف الموجه النحيف. يحدد المصمم فئة لون ضيقة (مثل الأخضر الفئة 2: 522-525 نانومتر) وفئة شدة متوسطة لضمان لون وسطوع متسقين عبر جميع الوحدات المصنعة. يتم استخدام ملف إعادة التدفق الموصى به في التجميع، ويمر الجهاز بجميع اختبارات الموثوقية.

12. مقدمة عن المبدأ

يعتمد انبعاث الضوء في مصابيح LED على الإضاءة الكهربائية (electroluminescence) في المواد شبه الموصلة. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقق الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد لون (طول موجة) الضوء المنبعث من خلال طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة. تمتلك AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) فجوة نطاق تتوافق مع الضوء الأحمر والكهرماني البرتقالي. تمتلك InGaN (نتريد إنديوم الغاليوم) فجوة نطاق أوسع وقابلة للضبط قادرة على إصدار ضوء من الطيف فوق البنفسجي مرورًا بالأزرق والأخضر. من خلال دمج شرائح من هذه المواد المختلفة في غلاف واحد، يتم تحقيق القدرة الملونة الكاملة.

13. اتجاهات التطوير

يستمر اتجاه مصابيح LED SMD للمؤشرات والإضاءة الخلفية نحو كفاءة أعلى (مزيد من ناتج الضوء لكل واط)، وأحجام أغلفة أصغر، وارتفاعات أقل لتمكين منتجات نهائية أرق. هناك أيضًا دفع نحو تحسين تجسيد الألوان واتساقها. علاوة على ذلك، فإن دمج الإلكترونيات التحكمية (مثل مشغلات LED أو دوائر تعديل عرض النبضة) داخل غلاف LED نفسه هو تطور مستمر لتبسيط تصميم النظام. من المرجح أن يدفع استخدام المواد المتقدمة وتقنيات التغليف على مستوى الشريحة (CSP) حدود التصغير والأداء إلى أبعد من ذلك.