ورقة بيانات LED من نوع LTST-C19MGEBK-RR SMD - ألوان RGB كاملة - ارتفاع 0.5 مم - تيار أمامي 20-30 مللي أمبير - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات LTST-C19MGEBK-RR، وهو مصباح LED من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD). هذا المكون جزء من عائلة مصابيح LED مصغرة مصممة خصيصًا لعمليات تجميع اللوحات الإلكترونية المطبوعة (PCB) الآلية والتطبيقات التي يكون فيها المساحة قيدًا حرجًا. يدمج الجهاز ثلاث رقائق LED متميزة داخل عبوة واحدة مدمجة، مما يتيح انبعاث الضوء الأحمر والأخضر والأزرق. تجعله هذه القدرة على الألوان الكاملة مناسبًا لمجموعة متنوعة من المعدات الإلكترونية الحديثة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا LED ملفه الشخصي الرقيق للغاية، وإخراج سطوع عالٍ، وامتثاله للمعايير البيئية والتصنيعية. يعطي تصميمه الأولوية للتكامل مع بيئات الإنتاج الآلي ذات الأحجام الكبيرة.

• التطبيقات المستهدفة:LED مناسب جدًا لأجهزة الاتصالات (الهواتف اللاسلكية والخلوية)، والحوسبة المحمولة (أجهزة الكمبيوتر المحمولة)، ومعدات أنظمة الشبكة، والأجهزة المنزلية المتنوعة، وتطبيقات اللافتات أو العروض الداخلية.
• الميزات الرئيسية:الجهاز متوافق مع توجيهية تقييد المواد الخطرة (RoHS). يتميز بارتفاع عبوة إضافي الرقة يبلغ 0.5 مم. يستخدم رقائق أشباه الموصلات عالية الأداء من نوع InGaN فائق السطوع (للأخضر والأزرق) و AlInGaP (للأحمر). يتم توريده معبأ في شريط بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات، متوافقًا مع تغليف المعيار EIA للمناولة الآلية.
• توافق التصنيع:تم تصميم المكون ليكون متوافقًا مع الدوائر المتكاملة (I.C. compatible) ومعدات التثبيت الآلية القياسية. يمكنه تحمل عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهو المعيار لتجميع تقنية التثبيت على السطح.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يتم تعريف أداء LED في ظل ظروف اختبار بيئية وكهربائية محددة، بشكل أساسي عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. فهم هذه المعلمات أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود ويجب تجنبه في التصميم.

• تبديد الطاقة (Pd):76 ملي واط للرقائق الخضراء والزرقاء؛ 75 ملي واط للرقاقة الحمراء. هذه هي أقصى طاقة يمكن لـ LED تبديدها كحرارة.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):100 مللي أمبير للأخضر/الأزرق، 80 مللي أمبير للأحمر، تحت دورة عمل 1/10 بعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. هذا التصنيف مخصص للتشغيل النبضي، وليس التيار المستمر المستمر.
• تيار التيار المستمر الأمامي (I_F):أقصى تيار مستمر: 20 مللي أمبير للرقائق الخضراء والزرقاء؛ 30 مللي أمبير للرقاقة الحمراء.
• نطاقات درجة الحرارة:التشغيل: من -20 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية؛ التخزين: من -30 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• ظروف اللحام:يتحمل لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء عند درجة حرارة ذروة تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ، وهو نموذجي لعمليات اللحام الخالية من الرصاص (Pb-free).

2.2 الخصائص الكهروضوئية

هذه هي قيم الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف اختبار محددة. يجب على المصممين استخدامها كإرشادات، مع ملاحظة الحدود الدنيا والقصوى.

• شدة الإضاءة (I_V):تقاس بالملي كانديلا (mcd). القيمة الدنيا هي 180 mcd، تم اختبارها عند تيارات أمامية مختلفة لكل لون: الأخضر عند 2mA، الأحمر عند 4.8mA، الأزرق عند 3mA. الحد الأقصى هو 450 mcd. يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر ومرشح يقترب من منحنى استجابة العين القياسي لـ CIE.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):زاوية المشاهدة الكاملة النموذجية هي 120 درجة، مما يشير إلى نمط انبعاث واسع الزاوية.
• معلمات الطول الموجي:
  • طول موجة الانبعاث الذروة (λ_P):القيم النموذجية هي 518 نانومتر (أخضر)، 632 نانومتر (أحمر)، و 468 نانومتر (أزرق). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه الناتج الطيفي أقوى.
  • الطول الموجي السائد (λ_d):القيم النموذجية هي 525 نانومتر (أخضر)، 624 نانومتر (أحمر)، و 470 نانومتر (أزرق). هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون.
  • نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):القيم النموذجية هي 35 نانومتر (أخضر)، 20 نانومتر (أحمر)، و 25 نانومتر (أزرق). هذا يشير إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث.
• الجهد الأمامي (V_F):انخفاض الجهد عبر LED عند التشغيل بتيار الاختبار الخاص به. النطاقات هي: الأخضر: 2.20 فولت كحد أدنى، 3.00 فولت كحد أقصى؛ الأحمر: 1.70 فولت كحد أدنى، 2.40 فولت كحد أقصى؛ الأزرق: 2.20 فولت كحد أدنى، 3.00 فولت كحد أقصى.
• التيار العكسي (I_R):أقصى تيار تسرب 50 ميكرو أمبير (أخضر/أزرق) و 10 ميكرو أمبير (أحمر) عند تطبيق جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت. لم يتم تصميم الجهاز للتشغيل العكسي؛ هذه المعلمة مخصصة لأغراض الاختبار فقط.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على الأداء المقاس. يستخدم LTST-C19MGEBK-RR معيارين أساسيين للتصنيف.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة (I_V)

يتم تصنيف مصابيح LED بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند تيارات الاختبار القياسية. رموز التصنيف ونطاقاتها هي:

• S1:180 mcd (الحد الأدنى) إلى 225 mcd (الحد الأقصى)
• S2:225 mcd إلى 285 mcd
• T1:285 mcd إلى 355 mcd
• T2:355 mcd إلى 450 mcd

يتم تطبيق تسامح +/-15% على كل مجموعة شدة إضاءة.

3.2 تصنيف اللون (Hue)

هذا نظام تصنيف أكثر تعقيدًا يعتمد على إحداثيات اللونية CIE 1931 (x, y)، والتي تحدد نقاط اللون علميًا. توفر ورقة البيانات شبكة مفصلة من رموز التصنيف (A, B, C, D ومتغيراتها الفرعية A1, B1، إلخ) مع حدود إحداثيات محددة تشكل أشكالًا رباعية على مخطط اللونية. هذا يسمح بالاختيار الدقيق لمصابيح LED ذات ناتج لوني متطابق تقريبًا. يتم تطبيق تسامح +/-0.01 على إحداثيات (x, y) لكل مجموعة لون. يتم اشتقاق الطول الموجي السائد (λ_d) من هذه الإحداثيات.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 5)، يمكن وصف خصائصها النموذجية بناءً على التقنية والمعلمات المقدمة.

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

العلاقة I-V لمصابيح LED غير خطية وأسية. قيم الجهد الأمامي (V_F) المقدمة في المواصفات هي لقطات عند تيارات اختبار محددة. في الممارسة العملية، سيزداد V_Fمع زيادة I_Fويعتمد أيضًا على درجة الحرارة. النطاقات المختلفة لـ V_Fللأحمر (~1.7-2.4V) مقابل الأخضر/الأزرق (~2.2-3.0V) تستلزم تصميمًا دقيقًا لدوائر تحديد التيار، خاصة في تطبيقات متعددة الألوان.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

ناتج الضوء (I_V) يتناسب بشكل عام مع التيار الأمامي (I_F) ضمن نطاق التشغيل. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند تيارات عالية جدًا بسبب زيادة الحرارة. تحدد ورقة البيانات تيارات اختبار مختلفة لكل لون لتحقيق مستويات سطوع مماثلة، مما يعكس الكفاءات المختلفة لتقنيات رقائق InGaN و AlInGaP.

4.3 خصائص درجة الحرارة

أداء LED حساس لدرجة الحرارة. عادة ما تنخفض شدة الإضاءة مع زيادة درجة حرارة التقاطع. يحدد نطاق درجة حرارة التشغيل المحدد من -20 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية الظروف المحيطة التي سيلبي فيها الجهاز مواصفاته المنشورة. الإدارة الحرارية المناسبة على اللوحة الإلكترونية ضرورية للحفاظ على الأداء والعمر الطويل، خاصة بالنظر إلى الملف الشخصي الرقيق للجهاز الذي قد يكون له كتلة حرارية محدودة.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 أبعاد العبوة وتعيين الأطراف

يأتي LED في عبوة SMD قياسية. العدسة شفافة مثل الماء. ألوان المصدر الداخلية وتعيينات الأطراف المقابلة لها هي: InGaN الأخضر على الأطراف 1 و 4؛ AlInGaP الأحمر على الأطراف 2 و 5؛ InGaN الأزرق على الأطراف 3 و 6. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح نموذجي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. الارتفاع الفائق الرقة البالغ 0.5 مم هو ميزة ميكانيكية رئيسية.

5.2 لوحة التثبيت الموصى بها على اللوحة الإلكترونية

تتضمن ورقة البيانات مخططًا يوضح تخطيط لوحة النحاس الموصى بها على اللوحة الإلكترونية لحام LED. الالتزام بهذا المخطط أمر بالغ الأهمية لتحقيق وصلات لحام موثوقة، ومحاذاة صحيحة، وتبديد حرارة فعال أثناء عملية إعادة التدفق والتشغيل.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ظروف اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)

لعمليات اللحام الخالية من الرصاص (Pb-free)، يتم توفير ملف تعريف إعادة تدفق مقترح، بدرجة حرارة ذروة تبلغ 260 درجة مئوية مستمرة لمدة 10 ثوانٍ. هذا ملف تعريف قياسي للعديد من مكونات SMD ويضمن عدم تلف عبوة LED بسبب الحرارة الزائدة.

6.2 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المواد الكيميائية المحددة فقط. توصي ورقة البيانات بغمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية غير المحددة أن تتلف مادة العبوة.

6.3 تحذير من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

رقائق LED حساسة للكهرباء الساكنة وارتفاعات الجهد. يوصى بشدة باستخدام ضوابط ESD مناسبة عند التعامل مع هذه الأجهزة: أساور المعصم، وقفازات مضادة للكهرباء الساكنة، والتأكد من أن جميع المعدات والآلات مؤرضة بشكل صحيح.

6.4 ظروف التخزين

العبوة المغلقة:يجب تخزين مصابيح LED عند 30 درجة مئوية أو أقل ورطوبة نسبية 90% أو أقل. عند تعبئتها في كيس مقاوم للرطوبة مع مجفف، يجب استخدامها في غضون عام واحد.
العبوة المفتوحة:يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30 درجة مئوية أو 60% رطوبة نسبية. يجب أن تخضع المكونات التي تمت إزالتها من تغليفها الأصلي لللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء في غضون أسبوع واحد (مستوى الحساسية للرطوبة 3، MSL 3). للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في بيئة نيتروجين.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED في شريط ناقل بارز قياسي في الصناعة، بعرض 8 مم، ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة كاملة على 4000 قطعة. يحتوي الشريط على شريط غطاء لإغلاق جيوب المكونات. يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481. بالنسبة للكميات المتبقية، فإن الحد الأدنى لكمية التعبئة هو 500 قطعة.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الخلفية للوحة المفاتيح:يجعلها ملفها الشخصي الرقيق وقدرتها على RGB مثالية لإضاءة المفاتيح على الأجهزة المحمولة، مع إمكانية تأثيرات تغيير اللون.
• مؤشرات الحالة:يمكنها توفير معلومات حالة متعددة الألوان (مثل الأحمر للخطأ، الأخضر للتجهيز، الأزرق للنشط) في مساحة مكون واحدة.
• العروض المصغرة وتركيبات الإضاءة للرموز:مناسبة للعروض المعلوماتية الملونة الصغيرة أو الإضاءة الخلفية للرموز على لوحات التحكم.

8.2 اعتبارات التصميم

• قيادة التيار:استخدم مشغلات تيار ثابت أو مقاومات تحديد تيار مناسبة لكل قناة لون بشكل مستقل، بسبب اختلاف V_Fو I_F characteristics.
• الإدارة الحرارية:تأكد من أن تصميم اللوحة الإلكترونية يسمح بتبديد الحرارة من لوحة LED، خاصة إذا كان التشغيل عند التيار الأقصى أو بالقرب منه.
• التصميم البصري:توفر زاوية المشاهدة 120 درجة انبعاثًا واسعًا. ضع في اعتبارك موزعات الضوء أو أدلة الضوء إذا كان مطلوبًا ناتج أكثر تجانسًا أو توجيهًا.
• التصنيف من أجل الاتساق:للتطبيقات التي تتطلب لونًا وسطوعًا موحدين عبر وحدات متعددة، حدد رموز التصنيف المطلوبة لـ I_Vو Hue أثناء الشراء.

9. المقارنة والتمييز التقني

يتميز LTST-C19MGEBK-RR عن غيره بشكل أساسي من خلالارتفاعه الفائق الرقة 0.5 مم، وهو مفيد للإلكترونيات الاستهلاكية الأكثر نحافة بشكل متزايد. تكاملثلاث رقائق عالية الأداء (InGaN للأخضر/الأزرق، AlInGaP للأحمر)في عبوة واحدة يوفر سطوعًا ونطاق ألوان متفوقًا مقارنة بمصابيح LED البيضاء القديمة المحولة بالفوسفور أو تقنيات الرقائق الأقل كفاءة. امتثاله الكامل لـعمليات التجميع الآلية (الشريط والبكرة، إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء)يجعله خيارًا فعالاً من حيث التكلفة للتصنيع بكميات كبيرة، مما يميزه عن مصابيح LED التي تتطلب لحامًا يدويًا.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل جميع الألوان الثلاثة (RGB) من مصدر تيار ثابت واحد؟
ج: لا. نطاقات الجهد الأمامي (V_F) تختلف بشكل كبير بين الرقاقة الحمراء والرقائق الخضراء/الزرقاء. يجب أن يتم تشغيلها بواسطة دوائر منظمة للتيار منفصلة أو أن يكون لها مقاومات تحديد تيار محسوبة بشكل فردي.

س: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟
ج: طول موجة الذروة (λ_P) هو الذروة الفيزيائية للطيف الضوئي الذي ينبعث منه LED. الطول الموجي السائد (λ_d) هو الطول الموجي الفردي الإدراكي الذي تربطه العين البشرية باللون. λ_dأكثر صلة بتحديد اللون في العروض والإضاءة.

س: تم تصنيف MSL بـ 3. ماذا يعني ذلك لعمليتي الإنتاجية؟
ج: مستوى الحساسية للرطوبة 3 يعني أنه يمكن تعريض العبوة لظروف أرضية المصنع (≤30 درجة مئوية / 60% رطوبة نسبية) لمدة تصل إلى 168 ساعة (7 أيام) قبل أن يجب لحامها. إذا تم تجاوز ذلك، قد تحتاج الأجزاء إلى الخبز لإزالة الرطوبة الممتصة قبل إعادة التدفق لمنع تلف "الانفجار".

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم مؤشر حالة متعدد الألوان لجهاز إنترنت الأشياء محمول.
يتطلب التصميم مكونًا واحدًا صغيرًا جدًا لإظهار حالة الشبكة (أزرق: يتصل، أخضر: متصل، أحمر: خطأ) وحالة البطارية (أخضر: مرتفع، أحمر: منخفض). تم اختيار LTST-C19MGEBK-RR لرقة وقدرته على RGB. المصمم:
1. يضع تخطيط اللوحة الإلكترونية باستخدام مخطط لوحة التثبيت الموصى به.
2. يصمم ثلاث دوائر منفصلة لمفاتيح MOSFET منخفضة الجانب، كل منها يحتوي على مقاوم متسلسل محسوب للنطاق المحدد لـ V_Fللون المستهدف (أحمر، أخضر، أزرق) لتحقيق التيار المطلوب (مثل 15mA لسطوع جيد عند طاقة منخفضة).
3. يتأكد من أن دبابيس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة يمكنها استيعاب التيار المطلوب.
4. يحدد مجموعة لون (Hue) ضيقة (مثل B1 للأخضر) أثناء الطلب لضمان أن اللون الأخضر "المتصل" متسق عبر جميع وحدات الإنتاج.
5. يخطط لعملية التجميع لضمان استخدام البكرة في غضون الإطار الزمني MSL 3 بعد الفتح.

12. مقدمة عن المبدأ

يعتمد انبعاث الضوء في مصابيح LED على الإضاءة الكهربائية في مواد أشباه الموصلات. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر تقاطع p-n للرقاقة، تتحد الإلكترونات والثقوب، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات. يستخدم هذا الجهاز:
- نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN):شبه موصل مركب يمكن ضبط فجوة نطاقه عن طريق ضبط محتوى الإنديوم. يستخدم هنا لإنتاج الضوء الأخضر والأزرق.
- فوسفيد الألومنيوم الإنديوم الغاليوم (AlInGaP):شبه موصل مركب آخر، ممتاز لإنتاج ضوء أحمر وعنبر عالي الكفاءة. تسمح العدسة الشفافة مثل الماء برؤية لون الرقاقة الجوهري مباشرة دون تحويل اللون.

13. اتجاهات التطوير

يتبع تطور مصابيح LED من نوع SMD مثل هذا عدة اتجاهات صناعية واضحة:التصغير(أرق، مساحات أصغر) لتمكين منتجات نهائية أكثر أناقة.زيادة الكفاءة(شدة إضاءة أعلى لكل مللي أمبير) لتقليل استهلاك الطاقة في الأجهزة التي تعمل بالبطارية.تحسين تجسيد الألوان والنطاقمن خلال مواد رقائق متقدمة مثل InGaN و AlInGaP لعروض أكثر حيوية ودقة.تحسين الموثوقية والتوحيد القياسيللتكامل السلس في خطوط التجميع الآلية بالكامل عالية السرعة، كما يتضح من التصنيف التفصيلي، ومواصفات الشريط والبكرة، وملفات تعريف إعادة التدفق المقدمة في ورقة البيانات هذه.