ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء LTST-C21KFKT ذو تركيب عكسي - برتقالي - 20 مللي أمبير - 2.4 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) عالي السطوع من نوع الشريحة، يستخدم مادة أشباه الموصلات AlInGaP، ويبعث ضوءًا برتقاليًا. مُصمم لتقنية التركيب السطحي (SMT)، وهو مُعبأ في شريط بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا مع أنظمة التجميع الآلي (pick-and-place). الجهاز متوافق مع توجيهات RoHS ويُصنف كمنتج صديق للبيئة.

1.1 المزايا الأساسية

• سطوع عالٍ:يتميز بشريحة AlInGaP فائقة السطوع، تقدم شدة إضاءة استثنائية.
• تصميم التركيب العكسي:تم تصميم الغلاف خصيصًا للتركيب حيث يواجه السطح الباعث للضوء لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، مما يتيح تطبيقات تصميم فريدة.
• متوافق مع الأتمتة:يضمن الغلاف القياسي EIA التوافق مع معدات التركيب الآلي.
• لحام قوي:متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) والطور البخاري.
• توافق مع الدوائر المتكاملة (IC):يمكن تشغيله مباشرة بواسطة مخرجات الدوائر المتكاملة مع تحديد تيار مناسب.

1.2 التطبيقات المستهدفة

هذا الثنائي الباعث للضوء مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب مؤشرًا برتقاليًا صغيرًا ومشرقًا. تشمل الاستخدامات النموذجية مؤشرات الحالة على الإلكترونيات الاستهلاكية، والإضاءة الخلفية للمفاتيح والألواح، وإضاءة المقصورة الداخلية للسيارات، ومختلف شاشات الأجهزة. تعتبر خاصية التركيب العكسي مفيدة بشكل خاص للتطبيقات حيث يتم تركيب الثنائي الباعث على الجانب المعاكس من لوحة الدوائر بالنسبة لاتجاه الرؤية.

2. تحليل المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

قد تؤدي الضغوط التي تتجاوز هذه الحدود إلى تلف دائم للجهاز. جميع القيم محددة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط
• تيار الأمام الذروي (I_F(peak)):80 مللي أمبير (بدورة عمل 1/10، وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية)
• تيار الأمام المستمر (I_F):30 مللي أمبير تيار مستمر
• تخفيض التيار:تخفيض خطي بدءًا من 50 درجة مئوية بمعدل 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -55 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):من -55 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية
• درجة حرارة اللحام:يتحمل 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ (IR/Wave) أو 215 درجة مئوية لمدة 3 دقائق (الطور البخاري).

2.2 الخصائص الكهربائية-البصرية

معلمات الأداء النموذجية المقاسة عند Ta=25 درجة مئوية وتيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_V):180 ملي شمعة (نموذجي). تم القياس بمستشعر/مرشح يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):70 درجة. تُعرّف على أنها الزاوية الكاملة حيث تنخفض الشدة إلى نصف قيمتها المحورية.
• الطول الموجي الذروي (λ_P):611 نانومتر (نموذجي). نقطة أقصى طاقة طيفية.
• الطول الموجي السائد (λ_d):605 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الوحيد الذي يصف اللون المُدرك، مُستمد من مخطط لونية CIE.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):17 نانومتر (نموذجي). العرض الكامل عند نصف القيمة القصوى (FWHM) للطيف الباعث.
• جهد الأمام (V_F):2.4 فولت (نموذجي)، بحد أقصى 2.4 فولت عند I_F=20 مللي أمبير.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5 فولت.
• السعة (C):40 بيكو فاراد (نموذجي) مقاسة عند V_F=0 فولت، f=1 ميجا هرتز.

3. شرح نظام التصنيف

يتم فرز شدة إضاءة الثنائيات الباعثة للضوء إلى مجموعات (Bins) لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج. رمز المجموعة هو جزء من رقم القطعة الكامل المختار.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم قياس الشدة عند حالة الاختبار القياسية I_F= 20 مللي أمبير. التسامح داخل كل مجموعة هو +/-15%.

• المجموعة Q:من 71.0 ملي شمعة (الحد الأدنى) إلى 112.0 ملي شمعة (الحد الأقصى)
• المجموعة R:من 112.0 ملي شمعة (الحد الأدنى) إلى 180.0 ملي شمعة (الحد الأقصى)
• المجموعة S:من 180.0 ملي شمعة (الحد الأدنى) إلى 280.0 ملي شمعة (الحد الأقصى)
• المجموعة T:من 280.0 ملي شمعة (الحد الأدنى) إلى 450.0 ملي شمعة (الحد الأقصى)

يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار درجة السطوع المناسبة لتطبيقهم، مع تحقيق التوازن بين التكلفة والأداء.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (الشكل 1، الشكل 6)، فإن التحليل التالي يعتمد على البيانات الجدولية المقدمة وفيزياء الثنائيات الباعثة للضوء القياسية.

4.1 تيار الأمام مقابل جهد الأمام (منحنى I-V)

يشير جهد الأمام النموذجي البالغ 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير إلى أن هذا ثنائي باعث للضوء قياسي من نوع AlInGaP. العلاقة بين التيار والجهد (I-V) هي علاقة أسية، وهي سمة مميزة للديود شبه الموصل. التشغيل بشكل كبير فوق التيار الموصى به سيؤدي إلى زيادة سريعة في درجة حرارة الوصلة وتسريع التدهور.

4.2 الاعتماد على درجة الحرارة

تخفيض التيار المحدد بمقدار 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية فوق 50 درجة مئوية أمر بالغ الأهمية للموثوقية. مع زيادة درجة حرارة الوصلة، ينخفض أقصى تيار مستمر مسموح به خطيًا لمنع الانحراف الحراري. ستقل شدة الإضاءة وجهد الأمام أيضًا مع زيادة درجة الحرارة، وهو أمر نموذجي للثنائيات الباعثة للضوء.

4.3 الخصائص الطيفية

بطول موجي ذروي يبلغ 611 نانومتر وطول موجي سائد يبلغ 605 نانومتر، يبعث الثنائي الباعث للضوء في المنطقة البرتقالية من الطيف المرئي. يؤدي عرض النطاق الطيفي الضيق نسبيًا البالغ 17 نانومتر إلى لون برتقالي مشبع ونقي. يرجع الاختلاف بين الطول الموجي الذروي والسائد إلى شكل منحنى استجابة العين الضوئية للإنسان.

5. معلومات ميكانيكية وخاصة بالغلاف

5.1 أبعاد الغلاف واستقطابية

يتوافق الثنائي الباعث للضوء مع بصمة قياسية EIA لثنائي باعث للضوء من نوع الشريحة. يتم توفير رسومات مفصلة ذات أبعاد في ورقة البيانات للمكون نفسه. يعني تصميم التركيب العكسي أن السطح الباعث للضوء الأساسي مُقصد به أن يتم تركيبه مواجهًا للوحة الدوائر المطبوعة. يُشار إلى الاستقطابية بواسطة علامة على الغلاف أو الهيكل الداخلي للشريحة؛ الاتجاه الصحيح ضروري للتشغيل.

5.2 تخطيط وسادة اللحام الموصى به

يتم توفير نمط أرضي مقترح (هندسة وسادة اللحام) لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء إعادة التدفق. الالتزام بهذه التوصيات يساعد في منع ظاهرة "الشمعدان" (وقوف المكون على طرفه) ويضمن المحاذاة الصحيحة وتخفيف الحرارة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملفات لحام إعادة التدفق

توفر ورقة البيانات ملفين مقترحين لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR): أحدهما للحام القصدير-الرصاص (SnPb) القياسي والآخر لعمليات اللحام الخالية من الرصاص (مثل SnAgCu).

• العملية الخالية من الرصاص:تتطلب درجة حرارة ذروية أعلى، تصل عادةً إلى 260 درجة مئوية، يتم الحفاظ عليها لمدة أقصاها 5 ثوانٍ. الوقت فوق نقطة الانصهار (TAL) ومعدلات التسخين/التبريد الحرجة لتجنب الصدمة الحرارية.
• احتياطات:يجب ألا يتعرض المكون للحام الموجة أو الحام اليدوي بعد عملية إعادة التدفق الأولية، حيث قد لا يتحمل الغلاف البلاستيكي التعرض لدرجة حرارة عالية للمرة الثانية.

6.2 التخزين والتعامل

• ظروف التخزين:يوصى بالتخزين تحت 30 درجة مئوية و 70% رطوبة نسبية. يجب استخدام المكونات التي تم إزالتها من كيس الحاجز الرطوبي في غضون أسبوع واحد.
• التجفيف:إذا تعرضت للظروف المحيطة لأكثر من أسبوع، يوصى بالتجفيف عند 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (popcorning) أثناء إعادة التدفق.
• التنظيف:إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، استخدم فقط المذيبات المحددة مثل كحول الأيزوبروبيل أو الكحول الإيثيلي في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية القاسية أو غير المحددة أن تتلف العدسة البلاستيكية والغلاف.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد الثنائيات الباعثة للضوء في شريط حامل بارز، مُغلق بشريط غطاء، وملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم).

• تباعد الجيوب: 8mm.
• الكمية لكل بكرة:3000 قطعة (بكرة كاملة قياسية).
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للكميات المتبقية.
• معيار التعبئة:متوافق مع ANSI/EIA-481-1-A.
• المكونات المفقودة:يُسمح بحد أقصى جيبين فارغين متتاليين لكل مواصفة.

8. ملاحظات تطبيقية واعتبارات التصميم

8.1 تصميم دائرة التشغيل

الثنائيات الباعثة للضوء هي أجهزة تعمل بالتيار. للتشغيل المستقر والموحد:

• تشغيل التيار الثابت:الطريقة الموصى بها هي استخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع كل ثنائي باعث للضوء، كما هو موضح في "الدائرة A" في ورقة البيانات. هذا يعوض عن التباين الطبيعي في جهد الأمام (V_F) من ثنائي باعث لآخر.
• تجنب التوصيل المتوازي المباشر:لا يُنصح بتوصيل عدة ثنائيات باعثة للضوء مباشرة على التوازي ("الدائرة B"). سيسحب الثنائي الباعث ذو أقل V_Fتيارًا أكبر، مما قد يعرضه للإجهاد الزائد بينما يترك الآخرين بسطوع أقل، مما يؤدي إلى سطوع غير متساوٍ وتقليل الموثوقية.
• حساب التيار:يتم حساب قيمة المقاوم (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. باستخدام V_Fالنموذجي البالغ 2.4 فولت والتيار المطلوب I_Fبقيمة 20 مللي أمبير مع مصدر جهد 5 فولت، نحصل على R = (5 - 2.4) / 0.02 = 130 أوم. يجب أن تكون قدرة المقاومة I_F²* R.

8.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

هذا الثنائي الباعث للضوء عرضة للتلف بسبب التفريغ الكهروستاتيكي. تشمل الاحتياطات الإلزامية:

• يجب على المشغلين ارتداء أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.
• يجب تأريض جميع محطات العمل والأدوات والمعدات بشكل صحيح.
• استخدام مؤينات لتحييد الشحنة الساكنة التي يمكن أن تتراكم على العدسة البلاستيكية أثناء التعامل.
• قد تظهر الثنائيات الباعثة التالفة بسبب ESD تيار تسرب مرتفع، أو انخفاض في خرج الضوء، أو فشل كامل.

8.3 إدارة الحرارة

على الرغم من أن الجهاز صغير، يجب مراعاة تبديد الطاقة (حتى 75 ملي واط). تأكد من أن لوحة الدوائر المطبوعة توفر تخفيفًا حراريًا كافيًا، خاصة إذا كان التشغيل بالقرب من التيار الأقصى أو في درجات حرارة محيطة عالية. تعمل وسائد اللحام النحاسية والمسارات كمشتت حراري. يجب اتباع منحنى تخفيض التيار للتطبيقات التي تتجاوز درجة الحرارة المحيطة 50 درجة مئوية.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بثنائيات الشريحة الباعثة للضوء القياسية من الأعلى، يقدم هذا المتغير ذو التركيب العكسي ميزة ميكانيكية رئيسية لتخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة المحددة حيث تحتاج المؤشرات إلى أن تُرى من الجانب المعاكس لوضع المكون. يوفر استخدام تقنية AlInGaP كفاءة أعلى وانبعاث برتقالي/أحمر أكثر سطوعًا مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP، مما يؤدي إلى رؤية أفضل عند تيارات أقل.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

10.1 هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي الباعث للضوء بدون مقاوم محدد للتيار؟

No.يعد توصيل ثنائي باعث للضوء مباشرة بمصدر جهد سببًا شائعًا للفشل الفوري. جهد الأمام ليس عتبة ثابتة ولكنه خاصية للتيار المتدفق عبره. بدون مقاوم لتحديد التيار، سيسحب الثنائي الباعث تيارًا مفرطًا، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بسرعة والتدمير.

10.2 لماذا يوجد فرق بين الطول الموجي الذروي والسائد؟

الطول الموجي الذروي (λ_P) هو النقطة الفعلية لأقصى طاقة خارجة من شريحة الثنائي الباعث. الطول الموجي السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة بناءً على كيفية إدراك العين البشرية للون ذلك الطيف. إنه يمثل الطول الموجي الوحيد للون طيفي نقي سيبدو له نفس الدرجة اللونية. بالنسبة للثنائيات الباعثة البرتقالية/الحمراء، غالبًا ما يكون الطول الموجي السائد أقصر قليلاً من الطول الموجي الذروي بسبب منحنى حساسية العين.

10.3 ماذا يعني "التركيب العكسي" لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة؟

يعني أن الثنائي الباعث للضوء يتم تركيبه مع سطحه الباعث للضوء الأساسي مواجهًالأسفلنحو لوحة الدوائر المطبوعة. يخرج الضوء من خلال الركيزة أو ينعكس. وهذا يتطلب فتحة مقابلة أو أنبوب ضوئي في لوحة الدوائر المطبوعة أو العلبة للسماح برؤية الضوء من الجانب المعاكس. وسائد اللحام والبصمة قياسية، ولكن يجب تصميم المسار الضوئي وفقًا لذلك.

11. مثال تطبيقي عملي

11.1 مؤشر حالة اللوحة الأمامية مع التركيب الخلفي على PCB

فكر في مضخم صوت استهلاكي بلوحة أمامية من الألومنيوم المُلمع. يريد المصممون مؤشر طاقة برتقالي صغير وغير بارز. بدلاً من تركيب ثنائي باعث للضوء على الجزء الأمامي من لوحة التحكم خلف فتحة في اللوحة، يمكنهم استخدام هذا الثنائي الباعث ذو التركيب العكسي. يتم لحام الثنائي الباعث علىالظهرلوحة التحكم. تسمح فتحة صغيرة محفورة بدقة في لوحة الدوائر المطبوعة للضوء من الثنائي الباعث المثبت عكسيًا بالمرور. تحتوي اللوحة الأمامية على فتحة صغيرة مقابلة أو تستخدم شعارًا شبه شفاف. هذا يخلق مؤشرًا أنيقًا ومستويًا بدون بروز مرئي للمكون، مما يبسط التجميع ويحسن الجماليات.

12. مبدأ التشغيل

يعتمد هذا الثنائي الباعث للضوء على تقنية أشباه الموصلات فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP). عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد الوصلة للديود، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من المواد من النوع n والنوع p على التوالي. تعيد هذه حاملات الشحن الاتحاد بإشعاع، مما يطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، البرتقالي (~605-611 نانومتر). الشريحة مغلفة بعدسة إيبوكسي شفافة تمامًا تحمي شريحة أشباه الموصلات وتشكل حزمة خرج الضوء (زاوية رؤية 70 درجة).

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في ثنائيات المؤشرات الباعثة للضوء هو نحو كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، مما يسمح بسطوع مكافئ عند تيارات تشغيل أقل، مما يقلل من استهلاك الطاقة والحمل الحراري. هناك أيضًا اتجاه نحو تسامحات تصنيف أضيق لكل من اللون والشدة لضمان الاتساق في التطبيقات التي تستخدم عدة ثنائيات باعثة للضوء، مثل شاشات الألوان الكاملة أو مصفوفات الإضاءة الخلفية. يستمر تطور التغليف من أجل أداء حراري أفضل والتوافق مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص وعالية الحرارة. أصبحت أغلفة التركيب العكسي والرؤية الجانبية أكثر شيوعًا مع تصغير الأجهزة الإلكترونية وطلب التصميم الصناعي لمزيد من حلول الإضاءة المتكاملة.