ورقة بيانات شريط LED مستطيل بلون العنبر الأصفر LTL-6201KY - تقنية AlInGaP - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTL-6201KY مصدر ضوء ذو حالة صلبة مُصمم على شكل شريط عرض مستطيل. وظيفته الأساسية هي توفير مساحة إشعاع كبيرة ومشرقة وموحدة للتطبيقات التي تتطلب مؤشرات بصرية واضحة. تم بناء الجهاز باستخدام تقنية أشباه الموصلات المتقدمة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم)، والمُهيأة خصيصًا لإنتاج إخراج ضوئي بلون العنبر الأصفر. تساهم هذه التقنية، المزروعة على ركيزة GaAs (زرنيخيد الغاليوم) شفافة، في كفاءتها ونقاء لونها. يتم تغليف المنتج في حزمة ثنائية الخط (DIP) قياسية، مما يجعله متوافقًا مع تقنيات التركيب المختلفة، بما في ذلك التركيب على اللوحات والنقوش، مما يوسع نطاق تطبيقه في التجميعات الإلكترونية المختلفة وواجهات المستخدم.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم الجهاز عدة مزايا رئيسية تجعله مناسبًا لمجموعة من التطبيقات الصناعية والتجارية والاستهلاكية. تضمن مساحته الكبيرة والمشرقة للإشعاع الضوئي وضوحًا عاليًا، وهو أمر بالغ الأهمية لمؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية للنقوش واللوحات، والإضاءة العامة في المساحات الضيقة. يتوافق متطلبه المنخفض للطاقة مع مبادئ التصميم الحديثة الموفرة للطاقة، بينما تضمن نسبة التباين الممتازة بين التشغيل والإيقاف تمييز المؤشر بوضوح بين حالتي التشغيل والسكون. تُعد زاوية المشاهدة الواسعة فائدة كبيرة للتطبيقات التي قد يُشاهد فيها المؤشر من مواقع مختلفة، وليس من الأمام فقط. تعني الموثوقية الجوهرية ذات الحالة الصلبة لتقنية LED أن الجهاز يقدم عمرًا تشغيليًا طويلاً، ومقاومة للصدمات والاهتزازات، وأداءً ثابتًا بمرور الوقت. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية لوحات التحكم الصناعية، وأجهزة القياس، والإلكترونيات الاستهلاكية، وإضاءة مقصورة السيارات الداخلية، وأي تطبيق يتطلب ضوء مؤشر قويًا وموثوقًا ومشرقًا.

2. تحليل المعلمات التقنية المتعمق

يعد الفهم الشامل لمواصفات الجهاز أمرًا ضروريًا للتكامل السليم في تصميم الدائرة الكهربائية. تحدد المعلمات الحدود التشغيلية والأداء المتوقع تحت ظروف محددة.

2.1 التقييمات القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل العادي.

• تبديد الطاقة لكل شريحة:75 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن تبديدها كحرارة بواسطة كل شريحة LED فردية داخل العبوة دون التسبب في التدهور.
• تيار الأمامي الذروي لكل شريحة:100 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي مسموح به، ولكن فقط تحت ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. تجاوز هذا، حتى لفترة وجيزة، يمكن أن يتسبب في فشل كارثي.
• التيار الأمامي المستمر لكل شريحة:25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار للتشغيل المستمر بالتيار المستمر. يتم تطبيق عامل تخفيض قدره 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية لدرجات حرارة البيئة (Ta) فوق 25 درجة مئوية. على سبيل المثال، عند 50 درجة مئوية، سيكون الحد الأقصى للتيار المستمر تقريبًا 25 مللي أمبير - (0.33 مللي أمبير/درجة مئوية * 25 درجة مئوية) = 16.75 مللي أمبير.
• الجهد العكسي لكل شريحة:5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي يتجاوز هذه القيمة يمكن أن يعطل تقاطع PN الخاص بـ LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يمكن للجهاز أن يعمل ويتم تخزينه ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• درجة حرارة اللحام:بحد أقصى 260 درجة مئوية لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى الجلوس. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات اللحام الموجي أو إعادة التدفق لمنع تلف العبوة.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (عند Ta=25 درجة مئوية)

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار المحددة، وتوفر السلوك المتوقع أثناء التشغيل العادي.

• شدة الإضاءة المتوسطة (Iv):الحد الأدنى 43 مللي كانديلا، نموذجي 109 مللي كانديلا عند تيار أمامي (IF) قدره 10 مللي أمبير. هذه المعلمة مصنفة، مما يعني أن الأجهزة يتم فرزها أو تصنيفها بناءً على إخراجها الضوئي المقاس. يتم قياسها باستخدام مستشعر ومرشح يحاكي استجابة العين البشرية الضوئية (منحنى CIE).
• طول موجة الانبعاث الذروي (λp):595 نانومتر عند IF=20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة البصرية في أقصى حد له.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر عند IF=20 مللي أمبير. يشير هذا إلى نقاء الطيف أو انتشار أطوال موجات الضوء المنبعث. تشير القيمة الأصغر إلى ضوء أكثر أحادية اللون (لون نقي).
• الطول الموجي السائد (λd):592 نانومتر عند IF=20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يمثل بشكل أفضل اللون المُدرك للضوء بواسطة العين البشرية، والذي يكون لهذا الجهاز في منطقة العنبر الأصفر.
• الجهد الأمامي (VF):الحد الأدنى 2.05 فولت، نموذجي 2.6 فولت عند IF=20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عندما يمرر التيار المحدد. إنه أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (IR):بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون الجهاز تحت انحياز عكسي عند أقصى تقييم له.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تنص ورقة البيانات صراحةً على أن شدة الإضاءة \"مصنفة\". يشير هذا إلى ممارسة صناعية شائعة تُعرف باسم التصنيف (Binning). أثناء التصنيع، هناك اختلافات طبيعية في أداء أجهزة أشباه الموصلات. لضمان الاتساق للمستخدم النهائي، يتم اختبار مصابيح LED بعد الإنتاج وفرزها إلى مجموعات مختلفة، أو \"صناديق\"، بناءً على المعلمات الرئيسية. بالنسبة لـ LTL-6201KY، فإن المعلمة المصنفة الأساسية هيشدة الإضاءة (Iv). توفر ورقة البيانات نطاقًا (43-109 مللي كانديلا عند 10 مللي أمبير)، ولكن في الإنتاج، سيتم تجميع الأجهزة في نطاقات فرعية أضيق (على سبيل المثال، 43-55 مللي كانديلا، 56-70 مللي كانديلا، إلخ). يسمح هذا للمصممين باختيار قطع ذات مستوى سطوع معروف وثابت لتطبيقهم، وهو أمر حيوي للمنتجات التي تتطلب مظهرًا موحدًا عبر مؤشرات متعددة. بينما لا يتم تفصيلها صراحةً في ورقة البيانات الموجزة هذه، يمكن أن تشمل معلمات التصنيف الشائعة الأخرى لمصابيح LED الملونة الجهد الأمامي (VF) والطول الموجي السائد (λd) لضمان اتساق اللون.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما تذكر مقتطفات ورقة البيانات المقدمة \"منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية\"، إلا أن الرسوم البيانية المحددة غير مدرجة في النص. عادةً، ستشمل مثل هذه المنحنيات لـ LED مثل LTL-6201KY:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يُظهر هذا المنحنى غير الخطي العلاقة بين التيار المتدفق عبر LED والجهد عبره. إنه ضروري لتصميم دائرة التشغيل، حيث أن تغييرًا صغيرًا في الجهد يمكن أن يتسبب في تغيير كبير في التيار.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يُظهر هذا الرسم البياني كيف يزداد إخراج الضوء مع زيادة تيار التشغيل. يكون خطيًا عادةً على مدى معين ولكنه سيشبع عند التيارات الأعلى، ويؤدي التيار المفرط إلى انخفاض الكفاءة وتسريع الشيخوخة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة حرارة البيئة:يُظهر هذا المنحنى تخفيض إخراج الضوء مع زيادة درجة حرارة التقاطع لـ LED. تقلل درجات الحرارة المرتفعة عمومًا من إخراج الضوء ويمكن أن تحول الطول الموجي قليلاً.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يوضح الشدة النسبية للضوء المنبعث عبر طيف الأطوال الموجية، متمركزًا حول الطول الموجي الذروي البالغ 595 نانومتر مع نصف عرض محدد.

يجب على المصممين الرجوع إلى ورقة البيانات الكاملة مع هذه الرسوم البيانية لفهم سلوك الجهاز تحت الظروف غير القياسية (تيارات مختلفة، درجات حرارة) ولتحسين الأداء والموثوقية.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد العبوة والرسم

يستخدم الجهاز عبوة مستطيلة ثنائية الخط. يوفر الرسم البعدي القياسات الحرجة لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، بما في ذلك الطول الإجمالي والعرض والارتفاع للعبوة، والمسافة بين الأطراف (الملعب)، وقطر الطرف، وموضع نافذة الإشعاع الضوئي. تحدد الملاحظة أن جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح قياسي ±0.25 مم (0.01 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك. الالتزام الدقيق بهذه الأبعاد ضروري للتركيب المناسب في فتحات اللوحة وعلى لوحة الدوائر المطبوعة.

5.2 توصيل الأطراف وتحديد القطبية

يحتوي LTL-6201KY على 8 أطراف. توزيع الأطراف كما يلي: 1-كاثود A، 2-أنود A، 3-أنود B، 4-كاثود B، 5-كاثود D، 6-أنود D، 7-أنود C، 8-كاثود C. يشير هذا التكوين إلى أن الشريط المستطيل يحتوي على رقائق LED متعددة (ربما أربعة، مُوسومة A، B، C، D) مرتبة في دائرة محددة. سيوضح مخطط الدائرة الداخلي، على الرغم من عدم تفصيله هنا، كيفية توصيل هذه الأنودات والكاثودات داخليًا. القطبية الصحيحة أمر بالغ الأهمية؛ توصيل LED بانحياز عكسي سيمنعه من الإضاءة، وإذا تم تجاوز تصنيف الجهد العكسي، يمكن أن يدمر الجهاز. من المحتمل أن تحتوي العبوة على علامة مادية (شق، نقطة، أو حافة مائلة) لتحديد الطرف 1.

6. إرشادات اللحام والتجميع

يوفر قسم التقييمات القصوى المطلقة المعلمة الرئيسية للحام: يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الجسم 260 درجة مئوية لأكثر من 3 ثوانٍ. هذا تصنيف قياسي للعديد من المكونات ذات الثقوب المارة. بالنسبة للحام الموجي، يجب التحكم في سرعة الناقل ودرجة حرارة التسخين المسبق لتلبية هذا الحد. بالنسبة للحام اليدوي، يجب استخدام مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة، وتقليل وقت التلامس مع الطرف إلى الحد الأدنى. يُوصى باللحام على بعد لا يقل عن 1.6 مم من الجسم البلاستيكي لمنع التلف الحراري. بعد اللحام، يجب السماح للجهاز بالتبريد بشكل طبيعي. يجب اتباع إجراءات التعامل مع التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) المناسبة خلال جميع مراحل التجميع لمنع تلف تقاطع أشباه الموصلات الحساس.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• لوحات التحكم الصناعية:مؤشرات الحالة للآلات، تشغيل/إيقاف الطاقة، إنذارات الأعطال، واختيار الوضع.
• أجهزة القياس:الإضاءة الخلفية للمفاتيح، والمقاييس، وعجلات القياس على معدات الاختبار.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:مؤشرات الطاقة، أضواء حالة الوظيفة (مثل التسجيل، التشغيل، كتم الصوت) على معدات الصوت/الفيديو.
• مقصورات السيارات الداخلية:الإضاءة لمفاتيح لوحة القيادة، مؤشرات ناقل الحركة، أو الإضاءة العامة للمقصورة (حيث يكون اللون والسطوع مناسبين).
• النقوش واللوحات:الإضاءة الخلفية للعلامات المنقوشة أو المطبوعة على اللوحات الأمامية، مما يوفر مظهرًا احترافيًا مضاءً بشكل متساوٍ.

7.2 اعتبارات التصميم الحرجة

• تحديد التيار:LED هو جهاز يعمل بالتيار. مقاومة تحديد تيار على التوالي إلزامية عند التشغيل من مصدر جهد لضبط نقطة التشغيل (على سبيل المثال، 10 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير وفقًا لورقة البيانات) ومنع الانحراف الحراري. يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_source - VF_LED) / I_desired.
• الإدارة الحرارية:على الرغم من انخفاض الطاقة، يجب احترام منحنى التخفيض للتيار المستمر. في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو المساحات المغلقة، يجب تقليل التيار الفعال لمنع تجاوز حدود درجة حرارة التقاطع، مما يؤثر على إخراج الضوء وعمر التشغيل.
• زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة ولكن يجب أخذها في الاعتبار في التصميم الميكانيكي. قد يتسرب الضوء إلى المناطق المجاورة، وهو ما قد يكون مرغوبًا أو يتطلب أدلة/حواجز ضوئية للتحكم.
• التصنيف (Binning) للاتساق:للتطبيقات ذات المؤشرات المتعددة، يُوصى بتحديد نطاق شدة إضاءة ضيق من المورد لضمان سطوع موحد عبر المنتج.

8. المقارنة التقنية والتمييز

المميز الأساسي لـ LTL-6201KY هو استخدامه لتقنيةAlInGaPللضوء العنبر الأصفر. مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل مصابيح LED القياسية GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يعني المزيد من إخراج الضوء لنفس طاقة الإدخال الكهربائية. كما توفر استقرارًا أفضل للون مع درجة الحرارة وعمر التشغيل، ولونًا أكثر تشبعًا ونقاءً بسبب نصف عرضها الطيفي الأضيق. يجعل عامل الشكل المستطيل الشريطي ذو مساحة الإشعاع الكبيرة والتغليف DIP الجهاز متميزًا عن مصابيح LED الأصغر ذات المصدر النقطي (مثل مصابيح LED المستديرة 3 مم أو 5 مم) والبدائل ذات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD)، مما يوفر سهولة في التعامل لتجميع الثقوب المارة وربما تبديد حرارة أفضل عبر أطرافه الأطول.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED عند 30 مللي أمبير للحصول على سطوع أكثر؟

ج: الحد الأقصى لتصنيف التيار المستمر هو 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. التشغيل عند 30 مللي أمبير يتجاوز هذا التصنيف، مما سيزيد من درجة حرارة التقاطع، ويقلل الكفاءة، ويقصر عمر الجهاز بشكل كبير. لا يُوصى به.

س: الجهد الأمامي مدرج كـ \"2.05 فولت كحد أدنى، 2.6 فولت نموذجي\". أي قيمة يجب أن أستخدمها لحساب دائري؟

ج: لتصميم قوي، استخدم القيمة النموذجية القصوى (2.6 فولت) لضمان هامش جهد كافٍ. إذا استخدمت الحد الأدنى (2.05 فولت) وحصلت على جهاز ذو VF أعلى، فقد لا توفر دائرة التيار الكافي لتحقيق السطوع المطلوب.

س: ماذا يعني \"مصنف لإخراج الضوء\" لطلبي؟

ج: يعني أنه يمكنك طلب أجهزة من نطاق سطوع محدد (صنف). إذا كان تطبيقك يتطلب سطوعًا ثابتًا عبر وحدات متعددة، فيجب عليك الرجوع إلى وثيقة التصنيف التفصيلية للمورد وتحديد رمز الصنف Iv المطلوب عند الطلب.

س: هل يمكنني توصيل رقائق LED الأربع الداخلية على التوالي؟

ج: هناك حاجة إلى مخطط الدائرة الداخلي للتأكيد. يشير توزيع الأطراف المحدد إلى أنودات وكاثودات مستقلة للرقائق A، B، C، D. يسمح هذا عادةً بالتحكم الفردي أو التوصيل في مجموعات متسلسلة/متوازية مختلفة، ولكن يجب التحقق من التكوين مقابل الرسم البياني لتجنب الدوائر القصيرة.

10. حالة تصميم واستخدام عملية

السيناريو: تصميم لوحة حالة لموجه شبكة بأربعة أضواء مؤشر (الطاقة، الإنترنت، Wi-Fi، Ethernet).

تم اختيار LTL-6201KY لضوءه العنبر المشرق والموحد وزاوية المشاهدة الواسعة. يتوفر خط إمداد 5 فولت على لوحة الدوائر المطبوعة. استهداف تيار أمامي قدره 15 مللي أمبير (حل وسط بين السطوع واستهلاك الطاقة)، واستخدام VF نموذجي قدره 2.4 فولت، يتم حساب قيمة مقاومة تحديد التيار: R = (5V - 2.4V) / 0.015A = 173.3 أوم. تم اختيار مقاومة قياسية 180 أوم. تم بناء أربع دوائر متطابقة، واحدة لكل LED. يتم تركيب مصابيح LED خلف لوحة أمامية بنقوش محفورة بالليزر. لأن مصابيح LED مصنفة لشدة ثابتة، تظهر المؤشرات الأربعة جميعها بنفس السطوع للمستخدم. تضمن زاوية المشاهدة الواسعة رؤية الحالة حتى عند وضع الموجه على رف منخفض.

11. مقدمة عن مبدأ التقنية

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء من خلال عملية تسمى الإضاءة الكهربائية. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر تقاطع PN لمادة أشباه الموصلات (في هذه الحالة، AlInGaP)، تندمج الإلكترونات من المنطقة من النوع N مع الفجوات من المنطقة من النوع P في منطقة الاستنزاف. يطلق هذا الاندماج الطاقة في شكل فوتونات (جزيئات ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. تمتلك AlInGaP فجوة نطاق تتوافق مع الضوء في الأجزاء الحمراء والبرتقالية والعنبرية والصفراء من الطيف المرئي. يسمح استخدام ركيزة GaAs شفافة للمزيد من الضوء المُولد بالهروب من الشريحة، مما يحسن كفاءة استخراج الضوء الإجمالية مقارنة بالركائز الماصة.

12. اتجاهات تطور التقنية

يستمر اتجاه تقنية LED المؤشر نحو كفاءة أعلى، وموثوقية أكبر، وتغليف أكثر إحكاما. بينما تظل عبوات DIP ذات الثقوب المارة مثل LTL-6201KY ذات صلة بتطبيقات معينة تتطلب معالجة طاقة عالية أو سهولة في التجميع اليدوي، فقد تحولت الصناعة إلى حد كبير إلى عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) (على سبيل المثال، 0603، 0805، PLCC) لتجميع لوحات الدوائر المطبوعة الآلي، مما يوفر المساحة والتكلفة. بالنسبة لمصابيح LED الملونة، أصبحت تقنية AlInGaP للأحمر-العنبر-الأصفر وتقنية InGaN (نتريد إنديوم الغاليوم) للأزرق-الأخضر-الأبيض هي المسيطرة بسبب أدائها المتفوق. قد تركز التطورات المستقبلية على كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، وتحسين تجسيد الألوان لمصابيح LED البيضاء، ودمج الإلكترونيات التحكمية (مثل مشغلات التيار الثابت) داخل عبوة LED نفسها (\"LEDs الذكية\"). ومع ذلك، تظل المبادئ الأساسية للموثوقية، ومواصفات ورقة البيانات الواضحة، والتصميم الحراري والكهربائي السليم ثابتة وحرجة للتنفيذ الناجح.