ورقة بيانات LED SMD متعدد الألوان LTST-C19FD1WT - الأبعاد 3.2x1.6x0.55 مم - الجهد 2.0-3.8 فولت - الطاقة 0.08 واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-C19FD1WT مصباح LED من نوع SMD متعدد الألوان، مصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة المحدودة المساحة. فهو يدمج ثلاث شرائح LED متميزة داخل عبوة واحدة فائقة الرقة، مما يتيح توليد ألوان متعددة من بصمة مكون واحدة. هذا التصميم مفيد بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب مؤشرات حالة، أو إضاءة خلفية، أو عناصر عرض مدمجة دون التضحية بقدرة الألوان.

يجعل حجمه الصغير وتوافقه مع عمليات التجميع الآلي خيارًا متعدد الاستخدامات للتصنيع بكميات كبيرة. تم تصنيع الجهاز ليكون متوافقًا مع RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يضمن التزامه بالمعايير البيئية العالمية للمكونات الإلكترونية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

الميزة الأساسية لهذا LED هي دمج مصادر الضوء الأزرق (InGaN)، والأخضر (InGaN)، والبرتقالي (AlInGaP) في عبوة واحدة قياسية EIA بارتفاع 0.55 مم فقط. يلغي هذا التكوين متعدد الشرائح الحاجة إلى عدة مصابيح LED منفصلة لتحقيق وظيفة ألوان مماثلة، مما يوفر مساحة ثمينة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

يستهدف الجهاز بشكل خاص التطبيقات ضمن:

• معدات الاتصالات:مؤشرات الحالة على أجهزة التوجيه والمودمات والهواتف المحمولة.
• أتمتة المكاتب:الإضاءة الخلفية للأزرار ولوحات المفاتيح في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والملحقات.
• الإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة المنزلية:مؤشرات الطاقة، أو الوضع، أو الوظيفة.
• المعدات الصناعية:مؤشرات اللوحات وعناصر واجهة المشغل.
• الشاشات الدقيقة واللافتات:مصابيح إضاءة معلوماتية أو رمزية صغيرة الحجم.

يتوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، مما يتوافق مع خطوط تجميع تكنولوجيا التركيب السطحي (SMT) القياسية، مما يسهل تجميع اللوحات بكفاءة وموثوقية.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً للخصائص الكهربائية والبصرية والحرارية المحددة في ورقة البيانات. يعد فهم هذه المعلمات أمرًا بالغ الأهمية لتصميم الدوائر بشكل صحيح وضمان الموثوقية على المدى الطويل.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود ويجب تجنبها في التصميم.

• تبديد الطاقة (Pd):80 ملي واط للأزرق/الأخضر، 75 ملي واط للبرتقالي. هذه هي أقصى طاقة مسموح بها يمكن للـ LED تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. يتجاوز هذا الحد خطر الانحراف الحراري والتدهور.
• التيار الأمامي المستمر (IF):20 مللي أمبير للأزرق/الأخضر، 30 مللي أمبير للبرتقالي. هذا هو الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر الموصى به للتشغيل العادي. التصنيف الأعلى للشريحة البرتقالية هو نموذجي لتكنولوجيا AlInGaP مقارنة بـ InGaN.
• تيار الذروة الأمامي:100 مللي أمبير للأزرق/الأخضر، 80 مللي أمبير للبرتقالي (عند دورة عمل 1/10، وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية). هذا التصنيف مخصص للتشغيل النبضي القصير فقط ولا ينبغي استخدامه في حسابات تصميم التيار المستمر.
• نطاقات درجة الحرارة:التشغيل: من -20 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية؛ التخزين: من -30 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. يتم ضمان وظيفة الجهاز ضمن نطاق التشغيل. قد يؤثر التخزين المطول خارج النطاق المحدد على خصائص المواد.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:درجة حرارة ذروة 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. يحدد هذا تحمل المظهر الحراري لعمليات إعادة تدفق اللحام الخالي من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في ظل ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C، IF=20mA) وتحدد أداء الجهاز.

• شدة الإضاءة (Iv):تُقاس بوحدة ملي كانديلا (mcd). توفر ورقة البيانات القيم الدنيا والقصوى لكل لون، والتي يتم تقسيمها إلى فئات (انظر القسم 3). القيم النموذجية هي: الأزرق: 28-180 mcd، الأخضر: 71-450 mcd، البرتقالي: 45-180 mcd. تُظهر الشريحة الخضراء عمومًا كفاءة أعلى.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):عادة 130 درجة. تشير زاوية الرؤية الواسعة هذه إلى عدسة منتشرة، توزع الضوء على مساحة واسعة بدلاً من شعاع مركز، وهو مثالي لمؤشرات الحالة المخصصة للرؤية من زوايا مختلفة.
• الجهد الأمامي (VF):انخفاض الجهد عبر الـ LED عند توصيل 20 مللي أمبير. النموذجي/الأقصى: الأزرق/الأخضر: 3.5V/3.8V؛ البرتقالي: 2.0V/2.4V. هذه معلمة حاسمة لتصميم السائق. يتطلب VF المنخفض للشريحة البرتقالية اعتبارات مختلفة للحد من التيار إذا تم تشغيل الألوان بشكل مستقل.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λp) وطول الموجة السائد (λd):λp هو الطول الموجي عند أعلى نقطة في طيف الانبعاث. λd هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية. القيم النموذجية: الأزرق: λp=468nm، λd=470nm؛ الأخضر: λp=520nm، λd=525nm؛ البرتقالي: λp=611nm، λd=605nm. يرجع الاختلاف بين λp و λd إلى شكل طيف الانبعاث واستجابة العين الضوئية.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):عرض طيف الانبعاث عند نصف أقصى شدته. النموذجي: الأزرق: 26nm، الأخضر: 35nm، البرتقالي: 17nm. يشير Δλ الأضيق، كما هو الحال مع اللون البرتقالي، إلى لون أكثر نقاءً طيفيًا.
• التيار العكسي (IR):10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند VR=5V. لم يتم تصميم مصابيح LED للعمل بالتحيز العكسي. تشير معلمة الاختبار هذه إلى تسرب طفيف جدًا. سيؤدي تطبيق جهد عكسي كبير إلى إتلاف الجهاز.

3. شرح نظام التصنيف

لإدارة الاختلافات الطبيعية في تصنيع أشباه الموصلات، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء. يسمح ذلك للمصممين باختيار المكونات التي تلبي متطلبات سطوع محددة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يستخدم LTST-C19FD1WT نظام تصنيف قائم على الحروف لشدة الإضاءة، مع تسامح +/-15% داخل كل فئة. تختلف الفئات المتاحة لكل لون بسبب كفاءات المواد المتأصلة.

• الأزرق (InGaN):الفئات N (28-45 mcd)، P (45-71 mcd)، Q (71-112 mcd)، R (112-180 mcd).
• الأخضر (InGaN):الفئات Q (71-112 mcd)، R (112-180 mcd)، S (180-280 mcd)، T (280-450 mcd). لاحظ النطاق العلوي الأعلى مقارنة بالأزرق.
• البرتقالي (AlInGaP):الفئات P (45-71 mcd)، Q (71-112 mcd)، R (112-180 mcd).

عند الطلب، يضمن تحديد رمز الفئة اتساق السطوع عبر دورة إنتاج. على سبيل المثال، يضمن تحديد "أخضر، فئة T" أعلى شرائح خضراء سطوعًا متاحة لهذا المنتج.

4. تحليل منحنيات الأداء

في حين تشير ورقة البيانات إلى منحنيات نموذجية، فإن تفسيرها العام يعتمد على فيزياء LED القياسية.

• منحنى IV (التيار مقابل الجهد):يزداد الجهد الأمامي (VF) بشكل لوغاريتمي مع التيار. سيكون لمنحنى الشريحة البرتقالية (AlInGaP) عادةً جهد ركبة أقل (~1.8-2.0V) من شرائح الأزرق/الأخضر (InGaN، ~3.0-3.2V). بعد نقطة الركبة، يرتفع الجهد بشكل أكثر خطية.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:تتناسب الشدة تقريبًا مع التيار الأمامي حتى الحد الأقصى للتيار المقنن. ومع ذلك، غالبًا ما تنخفض الكفاءة (لومن لكل واط) عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة الحرارة.
• خصائص درجة الحرارة:تنخفض شدة الإضاءة عادةً مع زيادة درجة حرارة التقاطع. كما ينخفض الجهد الأمامي مع ارتفاع درجة الحرارة (معامل درجة حرارة سالب لـ VF).
• التوزيع الطيفي:تصدر كل شريحة ضوءًا عبر نطاق ضيق من الأطوال الموجية، يبلغ ذروته عند λp. يكون طيف AlInGaP البرتقالي عادةً أضيق من أطياف InGaN للأزرق والأخضر.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة وتعيين الأطراف

يتوافق الجهاز مع بصمة SMD قياسية في الصناعة. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم جسم يبلغ حوالي 3.2 مم × 1.6 مم بارتفاع 0.55 مم فقط. تعيين الطرف أمر بالغ الأهمية للتوجيه الصحيح: الطرف 1: الأنود الأزرق (InGaN)، الطرف 2: الأنود البرتقالي (AlInGaP)، الطرف 3: الأنود الأخضر (InGaN). يتم توصيل الكاثودات للشرائح الثلاث داخليًا بالطرف (الأطراف) المتبقية. يجب اتباع تخطيط الوسادة الدقيق كما هو موضح في مخطط "وسادة توصيل لوحة الدوائر المطبوعة الموصى بها" في ورقة البيانات لضمان اللحام المناسب وتخفيف الحرارة.

5.2 تحديد القطبية

يُشار إلى القطبية عادةً بواسطة علامة على عبوة LED، مثل نقطة، أو شق، أو حافة مائلة بالقرب من الطرف 1. يجب أن تعكس طباعة الشاشة الحريرية على PCB هذه العلامة بوضوح لمنع أخطاء التجميع. ستؤدي القطبية غير الصحيحة إلى منع إضاءة LED وقد تجهد الجهاز إذا تم تطبيق جهد عكسي عالٍ بواسطة دائرة السائق.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق

تم تصنيف الجهاز للحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الخالي من الرصاص. يتضمن المظهر الموصى به منطقة تسخين مسبق (150-200 درجة مئوية)، ومنحدرًا محكمًا إلى درجة حرارة ذروة قصوى تبلغ 260 درجة مئوية، ووقتًا فوق السائل (TAL) حيث يتم الحفاظ على درجة الحرارة القصوى لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. يجب ألا يتجاوز إجمالي وقت التسخين المسبق 120 ثانية. تستند هذه المعلمات إلى معايير JEDEC لمنع الصدمة الحرارية وتلف عبوة الإيبوكسي والروابط السلكية الداخلية. يجب توصيف المظهر للتركيب المحدد لـ PCB.

6.2 التخزين والتعامل

• احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. يجب إجراء التعامل في محطة عمل محمية من ESD باستخدام أساور معصم مؤرضة ورغوة موصلة.
• مستوى الحساسية للرطوبة (MSL):تم تصنيف الجهاز بـ MSL 3. عند فتح كيس الحاجز الرطوبي الأصلي، يجب لحام المكونات في غضون 168 ساعة (أسبوع واحد) من التعرض لظروف أرضية المصنع (<30 درجة مئوية / 60% رطوبة نسبية). إذا تم تجاوز ذلك، يلزم الخبز عند 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع "انفجار الفشار" أثناء إعادة التدفق.
• التخزين طويل الأجل:يجب تخزين الأكياس غير المفتوحة عند ≤30 درجة مئوية و ≤90% رطوبة نسبية. يجب تخزين الأجهزة المفتوحة في خزانة جافة أو حاوية محكمة الغلق مع مجفف.

6.3 التنظيف

يجب أن يستخدم التنظيف بعد اللحام، إذا لزم الأمر، مذيبات كحولية خفيفة مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو الكحول الإيثيلي. يجب أن يكون الغمر قصيرًا (أقل من دقيقة واحدة) في درجة حرارة الغرفة. يمكن للمواد الكيميائية القاسية أو غير المحددة أن تتلف مادة العدسة أو علامات العبوة.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد LTST-C19FD1WT في شريط ناقل بارز قياسي في الصناعة على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. تتوافق أبعاد الشريط والبكرة مع مواصفات ANSI/EIA-481، مما يضمن التوافق مع معدات الاختيار والوضع الآلية. بالنسبة للكميات الأقل من بكرة كاملة، تكون الحد الأدنى لكمية التعبئة النموذجية للباقي هو 1000 قطعة.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

يجب تشغيل كل شريحة لون بشكل مستقل بمقاومها المحدد للتيار أو سائق التيار الثابت الخاص بها. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vsupply - VF_LED) / IF. على سبيل المثال، تشغيل LED الأزرق من مصدر طاقة 5V مع IF مستهدف 20mA و VF نموذجي 3.5V: R = (5V - 3.5V) / 0.02A = 75 أوم. سيكون المقاوم القياسي 75Ω أو 82Ω مناسبًا. يجب أن تكون قدرة المقاومة على الأقل I²R = (0.02)² * 75 = 0.03W، لذا فإن مقاوم 1/10W (0.1W) كافٍ. يمكن استخدام المتحكمات الدقيقة أو دوائر IC مخصصة لسائق LED للتعتيم باستخدام PWM (تعديل عرض النبضة) أو مزج الألوان الديناميكي.

8.2 اعتبارات التصميم

• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، فإن ضمان مساحة نحاسية كافية على PCB حول وسائد LED يساعد في توصيل الحرارة بعيدًا عن التقاطع، مما يحافظ على السطوع والعمر الطويل.
• مطابقة التيار:للحصول على سطوع ظاهر موحد عند تشغيل ألوان متعددة في وقت واحد، يجب مراعاة شدة الإضاءة المختلفة وحساسية العين البشرية (الاستجابة الضوئية). قد تحتاج تيارات التشغيل إلى ضبطها بشكل مستقل (على سبيل المثال، تيار أقل للشريحة الخضراء الأكثر سطوعًا) لتحقيق ضوء أبيض متوازن أو خلطات ألوان أخرى.
• حماية الجهد العكسي:في الدوائر التي قد يتعرض فيها LED للتحيز العكسي (على سبيل المثال، في المصفوفات المتعددة)، يوصى باستخدام صمام ثنائي موازٍ مع كل سلسلة LED لحماية الأجهزة.

9. المقارنة والتمييز التقني

المميز الرئيسي لـ LTST-C19FD1WT هو قدرته "متعددة الألوان" في عبوة فائقة الرقة 0.55 مم. مقارنة باستخدام ثلاثة مصابيح LED أحادية اللون منفصلة مقاس 0603 أو 0402، يقدم هذا الحل المتكامل توفيرًا كبيرًا في المساحة، وتبسيط الاختيار والوضع (مكون واحد مقابل ثلاثة)، وربما مزج ألوان أفضل بسبب قرب مصادر الضوء من بعضها. يوفر استخدام InGaN للأزرق/الأخضر و AlInGaP للبرتقالي كفاءة عالية وتشبع لوني جيد عبر الطيف. قد تستخدم الحلول البديلة LED أبيض مع مرشحات ألوان أو عبوة LED RGB مخصصة، والتي قد تكون أكثر سمكًا أو لها متطلبات جهد تشغيل مختلفة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 هل يمكنني تشغيل الألوان الثلاثة في وقت واحد لإنشاء ضوء أبيض؟

نعم، من خلال تشغيل الشرائح الحمراء (البرتقالية)، والخضراء، والزرقاء بنسب تيار مناسبة، يمكنك مزج الضوء لإنشاء ألوان مختلفة، بما في ذلك الأبيض. ومع ذلك، فإن الطول الموجي البرتقالي المحدد (605-611 نانومتر سائد) ليس أحمر عميقًا، لذلك قد يكون "الأبيض" الناتج دافئًا قليلاً أو ذا نطاق ألوان محدود مقارنة بـ LED يستخدم شريحة حمراء حقيقية. يتطلب تحقيق نقطة بيضاء محددة (مثل D65) تحكمًا دقيقًا في التيار وقد يتضمن معايرة.

10.2 لماذا يختلف الحد الأقصى للتيار الأمامي لشريحة اللون البرتقالي؟

تستخدم الشريحة البرتقالية تكنولوجيا أشباه الموصلات AlInGaP، بينما يستخدم الأزرق والأخضر InGaN. تحتوي أنظمة المواد المختلفة هذه على اختلافات متأصلة في التعامل مع كثافة التيار، والكفاءة الداخلية، والخصائص الحرارية، مما يؤدي إلى تحديد الشركة المصنعة لتيار مستمر آمن أعلى (30 مللي أمبير مقابل 20 مللي أمبير) للشريحة البرتقالية تحت نفس القيود الحرارية للعبوة.

10.3 ماذا يحدث إذا تجاوزت مواصفات إعادة التدفق 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ؟

يمكن أن يتسبب تجاوز المظهر الحراري الموصى به في حدوث أعطال متعددة: انفصال عبوة الإيبوكسي، وتشقق رقاقة السيليكون أو الركيزة، وتدهور الفوسفور (إن وجد)، أو فشل الروابط السلكية الذهبية الداخلية. من المحتمل أن يؤدي ذلك إلى فشل فوري (لا إخراج ضوئي) أو تقليل موثوقية طويلة الأجل بشكل كبير.

11. مثال عملي للاستخدام

السيناريو: مؤشر حالة متعدد الوظائف لموجه شبكة.يمكن لـ LTST-C19FD1WT واحد أن يحل محل ثلاثة مصابيح LED منفصلة للإشارة إلى الطاقة (برتقالي ثابت)، ونشاط الشبكة (أخضر وامض)، وحالة الخطأ (أزرق وامض). تتحكم دبابيس GPIO الخاصة بالمتحكم الدقيق، كل منها بمقاوم محدد للتيار على التوالي محسوب كما في القسم 8.1، في كل لون بشكل مستقل. تضمن زاوية الرؤية الواسعة 130 درجة رؤية المؤشر من أي مكان في الغرفة. يسمح المظهر فائق الرقة بتثبيته خلف إطار لوحة رقيق. باستخدام PWM على المتحكم الدقيق، يمكن ضبط سطوع كل لون للحصول على أفضل رؤية في ظروف الإضاءة المحيطة المختلفة.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

مصابيح LED هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء من خلال الوميض الكهربائي. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات من المادة من النوع n مع الفجوات من المادة من النوع p، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث بواسطة فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. يستخدم LTST-C19FD1WT نظامين للمواد: نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN) للشرائح الزرقاء والخضراء، والتي لها فجوة نطاق أوسع، وفوسفيد الألومنيوم الإنديوم الغاليوم (AlInGaP) للشريحة البرتقالية، والتي لها فجوة نطاق أضيق تتوافق مع أطوال موجية أطول (أحمر/برتقالي). تغلف العدسة البيضاء المنتشرة الشرائح، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل حزمة إخراج الضوء، وتخلط الألوان عندما تكون عدة شرائح نشطة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يتبع تطوير مصابيح LED من نوع SMD مثل LTST-C19FD1WT اتجاهات أوسع في الإلكترونيات الضوئية: زيادة التكامل، والتقليل من الحجم، والكفاءة. قد تتميز التكرارات المستقبلية بحزم أرق، وفعالية إضاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل واط)، ومؤشرات تجسيد ألوان محسنة (CRI) لتطبيقات الضوء الأبيض المختلط. هناك أيضًا اتجاه نحو تسامح تصنيف أكثر إحكامًا لتوفير لون وسطوع أكثر اتساقًا لتطبيقات العرض عالية الجودة. يعد السعي لتشغيل بجهد منخفض ليكون متوافقًا مع المنطق الرقمي منخفض الطاقة المتقدم (مثل أنظمة 1.8V أو 3.3V) مجالًا آخر مستمرًا للتطوير.