ورقة بيانات LED SMD ذو التركيب العكسي LTST-C21KGKT - أخضر AlInGaP - 20mA - 2.4V - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لصمام ثنائي باعث للضوء (LED) عالي السطوع من نوع جهاز مُركَّب على السطح (SMD) ذو تركيب عكسي. يستخدم الجهاز شريحة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) لإنتاج ضوء أخضر. تم تصميمه لعمليات التجميع الآلي وهو متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يجعله مكونًا صديقًا للبيئة مناسبًا للتصنيع الإلكتروني الحديث.

التطبيق الأساسي لهذا الـ LED هو في الإضاءة الخلفية، ومؤشرات الحالة، وإضاءة اللوحات حيث تكون المساحة محدودة على الجانب العلوي للوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يسمح تصميمه ذو التركيب العكسي بلحامه على الجانب المقابل للوحة الذي يخرج منه الضوء، مما يتيح تصاميم منتجات مبتكرة وتوفر في المساحة.

2. الغوص العميق في المعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يجب عدم تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود لمنع تلف دائم. تشمل التصنيفات الرئيسية أقصى تيار أمامي مستمر (I_F) بقيمة 30 مللي أمبير عند درجة حرارة محيطة (T_a) تبلغ 25 درجة مئوية. قدرة التبديد القصوى هي 75 ميلي واط. للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة يصل إلى 80 مللي أمبير تحت دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. أقصى جهد عكسي (V_R) هو 5 فولت. نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين محدد من -55 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.

ظروف اللحام حرجة: لا يجب أن تتجاوز لحام الموجة أو إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء 260 درجة مئوية لأكثر من 5 ثوانٍ، بينما لا يجب أن يتجاوز لحام الطور البخاري 215 درجة مئوية لأكثر من 3 دقائق. يُطبق عامل تخفيض خطي قدره 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية على التيار الأمامي لدرجات الحرارة المحيطة فوق 50 درجة مئوية.

2.2 الخصائص الكهرو-بصرية

يتم تعريف معايير الأداء الرئيسية عند قياسها في T_a=25 درجة مئوية وتيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير.

• شدة الإضاءة (I_V):تتراوح من حد أدنى 28.0 ميلي كانديلا إلى حد أقصى 180.0 ميلي كانديلا. لم يتم تحديد القيمة النموذجية في جدول الملخص، مما يشير إلى أنها تعتمد على رمز التصنيف المحدد (انظر القسم 3). يتم القياس وفقًا لمنحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):مُعرَّفة بـ 70 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور المركزي.
• الطول الموجي الذروي (λ_P):حوالي 574 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي تكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد له.
• الطول الموجي السائد (λ_d):يتراوح من 567.5 نانومتر إلى 576.5 نانومتر عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الوحيد الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد لون الضوء، والمشتق من مخطط لونية CIE.
• نصف عرض الطيف (Δλ):حوالي 15 نانومتر. هذا يشير إلى نقاء الطيف للضوء الأخضر.
• الجهد الأمامي (V_F):يتراوح من 1.80 فولت إلى 2.40 فولت عند I_F=20 مللي أمبير.
• التيار العكسي (I_R):أقصى حد 10 ميكرو أمبير عند V_R=5 فولت.
• السعة (C):نموذجيًا 40 بيكو فاراد مقاسة عند انحياز 0 فولت وتردد 1 ميجا هرتز.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (Bins). يستخدم هذا المنتج معيارين مستقلين للتصنيف.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

الوحدات بالميلي كانديلا (mcd) عند I_F=20 مللي أمبير. المجموعات هي:

• الرمز N:28.0 ميلي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 45.0 ميلي كانديلا (الحد الأقصى)
• الرمز P:45.0 ميلي كانديلا إلى 71.0 ميلي كانديلا
• الرمز Q:71.0 ميلي كانديلا إلى 112.0 ميلي كانديلا
• الرمز R:112.0 ميلي كانديلا إلى 180.0 ميلي كانديلا

يُطبق تسامح ±15% داخل كل مجموعة شدة.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

الوحدات بالنانومتر (nm) عند I_F=20 مللي أمبير. المجموعات هي:

• الرمز C:567.5 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 570.5 نانومتر (الحد الأقصى)
• الرمز D:570.5 نانومتر إلى 573.5 نانومتر
• الرمز E:573.5 نانومتر إلى 576.5 نانومتر

يُطبق تسامح ضيق ±1 نانومتر داخل كل مجموعة طول موجي. يتضمن رقم الجزء الكامل رموز التصنيف هذه لتحديد الأداء الدقيق.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى رسوم بيانية محددة ولكن لم يتم تفصيلها في النص المقدم، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذه الأجهزة ستشمل:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يوضح العلاقة الأسية بين الجهد الأمامي والتيار. سيكون للمنحنى جهد انحناء محدد حول 1.8-2.4 فولت.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح أن ناتج الضوء يزداد مع التيار، ولكن ليس بالضرورة بشكل خطي، خاصة عند التيارات العالية بسبب تأثيرات التسخين.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح انخفاض ناتج الضوء مع زيادة درجة حرارة التقاطع. عادةً ما يكون لمصابيح LED من نوع AlInGaP معامل درجة حرارة سالب لناتج الضوء.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يوضح القدرة النسبية المنبعثة عبر الأطوال الموجية، حيث تبلغ ذروتها حوالي 574 نانومتر بعرض حوالي 15 نانومتر عند نصف القيمة القصوى.
• نمط زاوية الرؤية:رسم قطبي يوضح التوزيع الزاوي لشدة الضوء، والذي يكون عادةً على شكل لامبرتيان أو باعث جانبي لهذا النمط من الغلاف.

هذه المنحنيات ضرورية للمصممين للتنبؤ بالأداء تحت ظروف التشغيل غير القياسية.

5. معلومات الميكانيكا والغلاف

5.1 أبعاد الغلاف

يتوافق الـ LED مع مخطط غلاف قياسي لـ SMD وفقًا لمعيار EIA. يتم توفير جميع الأبعاد الحرجة (طول الجسم، العرض، الارتفاع، تباعد الأطراف، إلخ) في رسومات قائمة على المليمتر مع تسامح قياسي ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تحديد العدسة على أنها "شفافة مائية (Water Clear)".

5.2 تحديد القطبية وتخطيط المسارات (Pad Layout)

يحتوي المكون على طرفي الأنود والكاثود. تتضمن ورقة البيانات مخططًا موصى به لبصمة مسارات اللحام (Pad Footprint) لتخطيط PCB. الالتزام بهذه الأبعاد أمر بالغ الأهمية لتحقيق وصلة لحام موثوقة، ومحاذاة صحيحة، وتبديد فعال للحرارة أثناء عملية إعادة التدفق. كما يساعد تصميم المسار (Pad) في منع ظاهرة "اللوحة القبرية" (Tombstoning) (وقوف المكون على طرف واحد) أثناء اللحام.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملفات تعريف اللحام بإعادة التدفق (Reflow)

يتم توفير ملفي تعريف مقترحين لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR): أحدهما لعملية لحام القصدير-الرصاص القياسية (SnPb) والآخر لعملية اللحام الخالية من الرصاص (Pb-free)، والتي تستخدم عادةً سبائك SAC (Sn-Ag-Cu). يتطلب ملف التعريف الخالي من الرصاص درجة حرارة ذروة أعلى (تصل إلى 260 درجة مئوية) ولكن يجب التحكم بعناية في الوقت فوق نقطة الانصهار (Liquidus) لمنع تلف غلاف الإيبوكسي لـ LED. مراحل التسخين المسبق حرجة لتقليل الصدمة الحرارية.

6.2 التخزين والتعامل

مصابيح LED هي أجهزة حساسة للرطوبة. للتخزين الممتد خارج الكيس الأصلي الحاجز للرطوبة، يجب الاحتفاظ بها في بيئة لا تتجاوز 30 درجة مئوية و 70% رطوبة نسبية. إذا تم تخزينها غير معبأة لأكثر من أسبوع، يُوصى بالتجفيف (Bake-out) 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. يُعد غمر الـ LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة مقبولاً. يمكن للمواد الكيميائية غير المحددة أو العدوانية أن تتلف العدسة البلاستيكية ومادة الغلاف.

6.4 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

الـ LED عرضة للتلف من التفريغ الكهروستاتيكي. يجب أن تكون ضوابط ESD المناسبة موجودة أثناء التعامل والتجميع:

• استخدام أساور المعصم المؤرضة والحصائر المضادة للكهرباء الساكنة.
• التأكد من تأريض جميع المعدات ومحطات العمل بشكل صحيح.
• النظر في استخدام مؤين لتحييد الشحنات الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد مصابيح LED في تعبئة قياسية للصناعة لتسهيل التجميع الآلي.

• الشريط والبكرة (Tape and Reel):يتم وضع المكونات في شريط ناقل بارز بعرض 8 مم.
• حجم البكرة:مثبتة على بكرات بقطر 7 بوصات (178 مم).
• الكمية:تحتوي البكرة القياسية على 3000 قطعة. الحد الأدنى لكمية الطلب المتاحة للمخزون المتبقي هو 500 قطعة.
• معايير التعبئة:متوافقة مع مواصفات ANSI/EIA-481-1-A. يحتوي الشريط على غطاء ختم، ويُسمح بحد أقصى جيبين فارغين متتاليين.

يشفر رقم الجزء الكامل (مثل LTST-C21KGKT) الخصائص المحددة، بما في ذلك رموز التصنيف لشدة الإضاءة والطول الموجي السائد.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 تصميم دائرة القيادة

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. للتشغيل المستقر والموحد، خاصة عند تشغيل عدة مصابيح LED على التوازي، فإنيُوصى بشدةباستخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي لكل LED (نموذج الدائرة A). لا يُوصى بتشغيل مصابيح LED مباشرة على التوازي بدون مقاومات فردية (نموذج الدائرة B) بسبب الاختلافات في الجهد الأمامي (V_F) من جهاز لآخر. يمكن أن تتسبب هذه الاختلافات في اختلافات كبيرة في تقاسم التيار، مما يؤدي إلى سطوع غير متكافئ وإجهاد محتمل للـ LED ذي أقل جهد أمامي V_F.

يمكن حساب قيمة المقاوم المتسلسل (R_s) باستخدام قانون أوم: R_s= (V_المصدر- V_F) / I_F، حيث I_Fهو تيار التشغيل المطلوب (مثل 20 مللي أمبير) و V_Fهو الجهد الأمامي النموذجي أو الأقصى من ورقة البيانات.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض نسبيًا (75 ميلي واط كحد أقصى)، إلا أن الإدارة الحرارية الفعالة لا تزال مهمة للحفاظ على الموثوقية طويلة المدى وناتج ضوء ثابت. ينخفض ناتج الضوء لـ LED مع زيادة درجة حرارة التقاطع. يضمن وجود مسار حراري جيد من مسارات اللحام (Pads) الخاصة بـ LED إلى مستويات النحاس في PCB تبديد الحرارة. تجنب التشغيل عند أقصى تيار وحدود درجة حرارة مطلقة لفترات طويلة.

8.3 نطاق التطبيق والقيود

تم تصميم هذا المكون للمعدات الإلكترونية ذات الأغراض العامة مثل الإلكترونيات الاستهلاكية، وأجهزة أتمتة المكاتب، ومعدات الاتصالات. لم يتم تصميمه أو تأهيله خصيصًا للتطبيقات التي قد يؤدي فيها الفشل إلى مخاطر سلامة مباشرة (مثل التحكم في الطيران، ودعم الحياة الطبية، وأنظمة سلامة النقل). لمثل هذه التطبيقات عالية الموثوقية، من الضروري التشاور مع الشركة المصنعة للحصول على منتجات متخصصة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

الميزات الرئيسية المميزة لهذا الـ LED هيقدرته على التركيب العكسيواستخدامه لشريحةAlInGaPلانبعاث الضوء الأخضر.

• التركيب العكسي مقابل SMD ذو الرؤية العلوية القياسي:يسمح هذا للـ LED بالتركيب على الجانب السفلي لـ PCB بينما يضيء الضوء من خلال فتحة أو دليل ضوئي، مما يحرر مساحة قيمة على الجانب العلوي لمكونات أخرى. يتيح تصميمات منتجات أرق.
• AlInGaP مقابل GaP أو InGaN التقليدي:تقدم تقنية AlInGaP كفاءة أعلى واستقرارًا أفضل لدرجة الحرارة للأطوال الموجية الحمراء والبرتقالية والعنبرية والخضراء مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم. توفر عادة سطوعًا أعلى ونقاط لون أكثر تشبعًا.
• عدسة شفافة مائية (Water Clear):توفر اللون الحقيقي للشريحة بدون تشتيت، مما يؤدي إلى نمط حزمة أكثر تركيزًا وكثافة مقارنة بالعدسات المشتتة.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س1: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

ج1: الطول الموجي الذروي (λ_P) هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر الـ LED أكبر قدر من الطاقة البصرية. الطول الموجي السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة بناءً على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) والتي تمثل أفضل تمثيل للون المُدرك. بالنسبة لـ LED أخضر أحادي اللون، غالبًا ما يكونان متقاربين، لكن λ_dهو المعيار الأكثر صلة لمطابقة الألوان.

س2: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED عند 30 مللي أمبير بشكل مستمر؟

ج2: بينما التصنيف الأقصى المطلق هو 30 مللي أمبير تيار مستمر، فإن الأداء الأمثل لطول العمر وناتج الضوء المستقر يتحقق عادةً عند تيار الاختبار 20 مللي أمبير أو أقل. التشغيل عند 30 مللي أمبير سيولد حرارة أكثر، ويقلل الكفاءة، وقد يقصر العمر الافتراضي. استشر دائمًا إرشادات التخفيض (Derating) لدرجات الحرارة المرتفعة.

س3: كيف أفسر رموز التصنيف (Bin Codes) في رقم الجزء؟

ج3: تحتوي لاحقة رقم الجزء على رموز تحدد مجموعة شدة الإضاءة (مثل R لأعلى ناتج) ومجموعة الطول الموجي السائد (مثل D للأخضر المتوسط). يعد اختيار رموز التصنيف المناسبة أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا ولونًا متسقين عبر عدة مصابيح LED.

س4: هل هذا الـ LED مناسب لللحام بالموجة (Wave Soldering)؟

ج4: نعم، تحدد ورقة البيانات حالة لحام الموجة بـ 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ كحد أقصى. ومع ذلك، فإن اللحام بإعادة التدفق (Reflow) هو الطريقة المفضلة والأكثر شيوعًا للمكونات SMD مثل هذا.

11. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم مؤشر حالة لجهاز طبي محمول.

يتطلب الجهاز مؤشرًا أخضر ساطعًا وواضحًا لـ "التشغيل/جاهز". المساحة على لوحة التحكم العلوية محدودة للغاية. تم اختيار LED ذو تركيب عكسي. يتم وضعه على الجانب السفلي للـ PCB الرئيسي. تسمح فتحة صغيرة محفورة بدقة في اللوحة العلوية للضوء بالمرور. يمكن استخدام دليل ضوئي أو تصميم فتحة بسيط. تستخدم دائرة القيادة مصدر طاقة 3.3 فولت. حساب المقاوم المتسلسل: R_s= (3.3V - 2.2V_نموذجي) / 0.020A = 55 أوم. تم اختيار مقاوم بقيمة قياسية 56 أوم. لضمان اتساق اللون عبر جميع الوحدات، يتم تحديد مصابيح LED من نفس مجموعة الطول الموجي (مثل الرمز D) في قائمة المواد (BOM).

12. مقدمة عن المبدأ التقني

يعتمد هذا الـ LED على مادة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (Al_xIn_yGa_1-x-yP) تنمو على ركيزة. عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة من الشريحة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). تحدد النسبة المحددة للألومنيوم والإنديوم والجاليوم في الشبكة البلورية طاقة فجوة النطاق (Bandgap)، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. لانبعاث الضوء الأخضر، يتم استخدام تركيبة محددة لتحقيق فجوة نطاق تتوافق مع الضوء حول 570-580 نانومتر. يُعرف نظام مادة AlInGaP بكفاءته الكمية الداخلية العالية في النطاق الطيفي من الأحمر إلى الأخضر.

13. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر اتجاه مصابيح LED من نوع SMD لتطبيقات المؤشرات والإضاءة الخلفية نحو كفاءة أعلى، وأغلفة أصغر، وموثوقية أكبر. هناك دافع قوي لتحسين الأداء في عمليات اللحام بإعادة التدفق الخالية من الرصاص وعالية الحرارة. يزداد الطلب على التحكم الدقيق في اللون والتصنيف الأكثر ضيقًا، خاصة في التطبيقات التي تكون فيها مطابقة الألون حرجة عبر الشاشات أو اللوحات. علاوة على ذلك، فإن دمج مصابيح LED مع تنظيم تيار مدمج أو دائرة تحكم (مثل LED مدفوعة بـ IC) هو اتجاه متزايد لتبسيط التصميم وتحسين اتساق الأداء، على الرغم من أن هذا المكون المحدد هو LED منفصل قياسي.