ورقة بيانات LED برتقالي SMD طراز LTST-C170KFKT - أبعاد العبوة - جهد أمامي 2.4 فولت - شدة إضاءة 90 ميكروكانديلا - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لـ LED برتقالي عالي الأداء للتركيب السطحي. يستخدم الجهاز شريحة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) فائقة السطوع، المعروفة بكفاءتها الإضاءية العالية ونقاء لونها الممتاز في الطيف البرتقالي-الأحمر. تم تصميمه كمنتج أخضر متوافق مع لوائح RoHS، مما يضمن السلامة البيئية. يتم توريد LED في شريط قياسي صناعي بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات التجميع الآلي "pick-and-place" المستخدمة في التصنيع الإلكتروني بالحجم الكبير. تصميمه متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) والطور البخاري، وهي العمليات القياسية في خطوط تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الحديثة.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تحديد الحدود التشغيلية للجهاز عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. تجاوز هذه القيم قد يتسبب في تلف دائم. الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر DC هو 30 مللي أمبير. للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة يصل إلى 80 مللي أمبير تحت دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. الحد الأقصى لتبديد الطاقة هو 75 ملي واط. يمكن للجهاز تحمل جهد عكسي يصل إلى 5 فولت. نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين محدد من -55 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مما يشير إلى ملاءمته لمجموعة واسعة من الظروف البيئية. كما تم تحديد ظروف اللحام الحرجة: اللحام بالموجة والأشعة تحت الحمراء عند 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، واللحام بالطور البخاري عند 215 درجة مئوية لمدة 3 دقائق.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس معلمات الأداء الرئيسية عند Ta=25 درجة مئوية وتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير. تبلغ شدة الإضاءة (Iv) قيمة نموذجية قدرها 90.0 ميكروكانديلا (mcd) مع حد أدنى 45.0 mcd. زاوية المشاهدة (2θ1/2)، المُعرَّفة على أنها الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة إلى نصف قيمتها المحورية، هي 130 درجة، مما يوفر نمط إشعاع واسعًا. طول موجة الانبعاث الذروة (λP) هو نموذجيًا 611 نانومتر، وطول الموجة السائد (λd) هو 605 نانومتر، مما يضع الناتج بقوة في منطقة اللون البرتقالي. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو 17 نانومتر، مما يشير إلى نطاق طيفي ضيق نسبيًا. يتراوح الجهد الأمامي (VF) من 2.0 فولت إلى 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير. الحد الأقصى للتيار العكسي (IR) هو 100 ميكرو أمبير عند VR=5V، والسعة الوصلة (C) هي نموذجيًا 40 بيكو فاراد مقاسة عند 0 فولت و 1 ميجاهرتز.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يستخدم المنتج نظام تصنيف (binning) لتصنيف الوحدات بناءً على شدة الإضاءة. وهذا يضمن اتساق السطوع للتطبيقات التي تتطلب إضاءة موحدة. رموز التصنيف ونطاقات الشدة المقابلة لها عند IF=20mA هي: التصنيف P (45.0 - 71.0 mcd)، التصنيف Q (71.0 - 112.0 mcd)، التصنيف R (112.0 - 180.0 mcd)، والتصنيف S (180.0 - 280.0 mcd). يتم تطبيق تسامح قدره +/-15% على كل تصنيف شدة. يجب على المصممين تحديد رمز التصنيف المطلوب عند الطلب لضمان مستوى السطوع المطلوب لتطبيقهم.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الأداء النموذجية التي تعتبر ضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة. تتضمن هذه المنحنيات عادة العلاقة بين التيار الأمامي (IF) والجهد الأمامي (VF)، والتي تُظهر خاصية التشغيل الأسي للدايود. العلاقة بين شدة الإضاءة والتيار الأمامي حاسمة لاختيار تيار القيادة. المنحنيات التي تصور تغير شدة الإضاءة وطول الموجة السائد مع درجة الحرارة المحيطة تعتبر حاسمة لإدارة الحرارة وتحليل استقرار اللون في التصاميم المعرضة لتقلبات درجة الحرارة. يُستدل على نمط توزيع الشدة الزاوية من مواصفة زاوية المشاهدة، والذي يوضح كيفية انبعاث الضوء عبر المخروط ذي الـ 130 درجة.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة

يتوافق LED مع مخطط عبوة سطحية قياسية من نوع EIA. يتم توفير جميع الأبعاد الحرجة لتصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة بالمليمترات، مع تسامح عام قدره ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يُوصف العدسة بأنها "صافية كالماء"، وهو ما هو نموذجي لمصابيح LED عالية الشدة غير المنتشرة. ستظهر الرسومات الميكانيكية التفصيلية طول الجسم، العرض، الارتفاع، تباعد الأطراف، وهندسة العدسة.

5.2 تخطيط وسادات اللحام والقطبية

يتم توفير تخطيط مقترح لأبعاد وسادات اللحام لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة ومحاذاة صحيحة أثناء إعادة التدفق. يأخذ تصميم الوسادة في الاعتبار تخفيف الحرارة وتكوين حبة اللحام. يتم الإشارة بوضوح إلى قطبية LED (الأنود والكاثود) في رسم العبوة، عادةً بواسطة علامة على الجسم أو تصميم وسادة غير متماثل، وهو أمر حيوي للتجميع الصحيح للوحة الدوائر المطبوعة.

5.3 مواصفات الشريط والبكرة

يتم تعبئة الجهاز في شريط ناقل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). الكمية القياسية للبكرة هي 3000 قطعة. تتبع التعبئة مواصفات ANSI/EIA 481-1-A-1994. تشمل أبعاد الشريط الرئيسية: تباعد الجيوب، حجم الجيب، ومواصفات شريط الغطاء. تشير الملاحظات إلى أن الجيوب الفارغة مغلقة، وأن الحد الأدنى لكمية التعبئة للباقيات هو 500 قطعة، وأن الحد الأقصى لعدد المكونات المفقودة المتتالية هو اثنان.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملفات إعادة التدفق الموصى بها

يتم توفير ملفين مقترحين لللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR): أحدهما لعملية اللحام القياسية بالقصدير-الرصاص (SnPb) والآخر لعملية اللحام الخالية من الرصاص (Pb-free)، والتي تستخدم عادةً سبيكة SAC (Sn-Ag-Cu). يتطلب الملف الخالي من الرصاص درجة حرارة ذروة أعلى، حوالي 260 درجة مئوية، كما هو موضح في القيم القصوى المطلقة. تحدد الملفات المعلمات الحرجة: درجة حرارة وزمن التسخين المسبق، معدل ارتفاع درجة الحرارة، الوقت فوق نقطة السيولة (TAL)، درجة حرارة الذروة، ومعدل التبريد. الالتزام بهذه الملفات ضروري لمنع التلف الحراري للعبوة البلاستيكية لـ LED والوصلات السلكية الداخلية.

6.2 ظروف التخزين

يجب تخزين مصابيح LED في بيئة لا تتجاوز 30 درجة مئوية و 70% رطوبة نسبية. بمجرد إزالتها من عبوة الحاجز الرطوبة الأصلية، يوصى بإكمال عملية لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 672 ساعة (28 يومًا). للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، يجب الاحتفاظ بمصابيح LED في وعاء محكم الغلق مع مجفف أو في مجفف مملوء بالنيتروجين. يجب تجفيف المكونات المخزنة لأكثر من 672 ساعة عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (popcorning) أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف عدسة الإيبوكسي الخاصة بـ LED أو العبوة. الطريقة الموصى بها هي غمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة العادية لمدة تقل عن دقيقة واحدة. لا يُنصح بالتنظيف العدواني أو بالموجات فوق الصوتية.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا الـ LED البرتقالي SMD عالي السطوع مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب أضواء مؤشر مرئية وواضحة. تشمل الاستخدامات الشائعة: مؤشرات الحالة على الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية (الموجهات، الطابعات، الشواحن)، الإضاءة الخلفية للشاشات الصغيرة أو الرموز، إضاءة المقصورة الداخلية للسيارات، اللافتات، ومؤشرات الألواح العامة. توافقه مع التركيب الآلي يجعله مثاليًا للإنتاج بالحجم الكبير والفعال من حيث التكلفة.

7.2 تصميم دائرة القيادة

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند تشغيل عدة مصابيح LED على التوازي، يوصى بشدة باستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED على حدة (نموذج الدائرة A). لا يُنصح بتشغيل عدة مصابيح LED على التوازي مباشرة من مصدر تيار واحد (نموذج الدائرة B) لأن الاختلافات الطفيفة في خاصية الجهد الأمامي (Vf) لكل LED يمكن أن تسبب اختلافات كبيرة في توزيع التيار، وبالتالي، في السطوع الملحوظ. تقاوم المقاومة على التوالي التيار عبر كل LED.

7.3 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

حساس لـ LED للتفريغ الكهروستاتيكي. يمكن أن يظهر تلف ESD على شكل تيار تسرب عكسي مرتفع، جهد أمامي منخفض، أو فشل في الإضاءة عند التيارات المنخفضة. يجب تنفيذ إجراءات وقائية أثناء التعامل والتجميع: يجب على الأفراد ارتداء أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة؛ يجب تأريض جميع المعدات، طاولات العمل، وأرفف التخزين بشكل صحيح؛ ويجب استخدام مؤين لتحييد الشحنة الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية بسبب احتكاك التعامل. يمكن أن يساعد التحقق من "الإضاءة" و Vf عند تيار منخفض في تحديد الوحدات المتضررة من ESD.

8. المقارنة التقنية والتمييز

المميز الرئيسي لهذا الـ LED هو استخدامه لمادة أشباه الموصلات AlInGaP، والتي توفر كفاءة فائقة واستقرار لوني مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaP القياسي للألوان البرتقالية/الحمراء. زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 130 درجة تجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب رؤية واسعة، على عكس مصابيح LED ذات الحزمة الضيقة. امتثاله لملفات إعادة التدفق الصارمة (كل من IR والطور البخاري) يشير إلى بناء عبوة قوية قادرة على تحمل الإجهاد الحراري القياسي لتجميع SMT. يوفر نظام التصنيف التفصيلي للمصممين تحكمًا دقيقًا في تجانس السطوع في منتجاتهم.

9. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: ما الفرق بين طول موجة الذروة وطول الموجة السائد؟

ج: طول موجة الذروة (λP) هو الطول الموجي الوحيد الذي تكون فيه قوة الضوء المنبعثة في أقصى حد. طول الموجة السائد (λd) مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الوحيد الذي يتطابق بشكل أفضل مع اللون الملحوظ للضوء. لمصدر أحادي اللون مثل هذا الـ LED، يكونان قريبين، لكن λd أكثر صلة بتحديد اللون.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED عند أقصى تيار مستمر له وهو 30 مللي أمبير بشكل مستمر؟

ج: بينما يكون ذلك ممكنًا، إلا أنه غير موصى به للحصول على عمر تشغيلي وموثوقية مثاليين. التشغيل عند أو بالقرب من القيم القصوى المطلقة يزيد من درجة حرارة الوصلة ويسرع التدهور. يجب على المصممين استخدام حالة التشغيل النموذجية البالغة 20 مللي أمبير أو أقل لتحقيق توازن أفضل بين السطوع وطول العمر.

س: لماذا تكون عملية التجفيف (Baking) مطلوبة قبل اللحام إذا تم تخزين الأجزاء لفترة طويلة جدًا؟

ج: يمكن أن تمتص عبوات SMD البلاستيكية الرطوبة من الغلاف الجوي. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن أن تتبخر هذه الرطوبة المحبوسة بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا يمكن أن يتسبب في تشقق العبوة أو انفصال الواجهات الداخلية (ظاهرة "الفرقعة"). عملية التجفيف تطرد هذه الرطوبة الممتصة.

س: كيف أختار قيمة المقاومة المحددة للتيار الصحيحة؟

ج: استخدم قانون أوم: R = (Vsupply - Vf_LED) / I_LED. لمصدر جهد 5 فولت، وجهد أمامي نموذجي Vf قدره 2.4 فولت، وتيار مطلوب قدره 20 مللي أمبير: R = (5 - 2.4) / 0.02 = 130 أوم. استخدم دائمًا أقصى قيمة Vf من ورقة البيانات (2.4 فولت) في هذا الحساب لضمان ألا يتجاوز التيار القيمة المطلوبة تحت جميع الظروف.

10. دراسة حالة تصميمية

فكر في تصميم لوحة مؤشر حالة لمحول شبكة بها عشر مؤشرات LED برتقالية متطابقة. لضمان سطوع موحد، يحدد المصمم التصنيف Q (71-112 mcd) من المورد. تم تصميم دائرة قيادة باستخدام خط جهد 5 فولت. حساب المقاومة على التوالي باستخدام أقصى Vf وهو 2.4 فولت وتيار مستهدف قدره 18 مللي أمبير (أقل قليلاً من النموذجي للهامش) يعطي R = (5V - 2.4V) / 0.018A ≈ 144 أوم. تم اختيار مقاومة قياسية بقيمة 150 أوم، وتسامح 1%. تم تخطيط عشر دوائر متطابقة على لوحة الدوائر المطبوعة، كل منها بمقاومتها الخاصة. تتبع بصمة لوحة الدوائر المطبوعة أبعاد الوسادات الموصى بها. يستخدم مصنع التجميع ملف إعادة التدفق الخالي من الرصاص المقدم. بعد التجميع، تظهر جميع مصابيح LED العشرة سطوعًا متسقًا ضمن نطاق التصنيف Q المتوقع، مما يؤكد نهج التصميم المتمثل في استخدام مقاومات محددة للتيار فردية واختيار تصنيف دقيق.

11. مبدأ التشغيل

يعمل هذا الـ LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية (electroluminescence) في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. المنطقة النشطة مكونة من AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد تشغيل الدايود (حوالي 2.0 فولت)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP يحدد طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة طول موجة (لون) الضوء المنبعث — في هذه الحالة، اللون البرتقالي عند حوالي 605-611 نانومتر. تسمح العدسة "الصافية كالماء" للضوء بالخروج من العبوة بأقل تشتت، مما ينتج عنه شدة محورية عالية.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يمثل استخدام مواد AlInGaP تكنولوجيا راسخة وعالية الكفاءة لمصابيح LED الكهرمانية والبرتقالية والحمراء. تشمل الاتجاهات المستمرة في الصناعة الدفع المستمر لتحقيق فعالية إضاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل واط كهربائي)، مما يحسن كفاءة الطاقة. هناك أيضًا تركيز على تعزيز استقرار اللون مع درجة الحرارة وعمر التشغيل. تهدف اتجاهات التعبئة إلى تحقيق أحجام أصغر مع الحفاظ على الأداء الحراري أو تحسينه للتعامل مع تيارات قيادة أعلى. علاوة على ذلك، يظل التكامل مع مشغلات ذكية وتطوير مصابيح LED متوافقة مع عمليات لحام خالية من الرصاص ذات درجة حرارة أعلى مجالات تطوير نشطة لتلبية اللوائح البيئية ومتطلبات التصنيع المتطورة.