ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء LTST-S270KGKT - شريحة جانبية - أخضر (574 نانومتر) - 2.4 فولت - 75 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-S270KGKT ثنائي باعث للضوء SMD (جهاز مثبت على السطح) عالي السطوع ذو إضاءة جانبية، يستخدم تقنية شريحة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم). تم تصميم هذا المكون للتطبيقات التي تتطلب زاوية رؤية واسعة وأداءً موثوقًا في عمليات التجميع الآلي. وظيفته الأساسية هي العمل كمصدر ضوء مؤشر مضغوط وفعال.

المزايا الأساسية:تشمل الفوائد الرئيسية لهذا الثنائي الباعث للضوء إخراجه فائق السطوع من نظام مادة AlInGaP، والتوافق مع عمليات اللحام بالتدفق الحراري بالأشعة تحت الحمراء القياسية، والتعبئة على شريط بعرض 8 مم للتجميع الآلي عالي الحجم (pick-and-place). كما أنه مصنف كمنتج أخضر، مما يلبي معايير التوافق مع RoHS (تقييد المواد الخطرة).

السوق المستهدف:هذا الثنائي الباعث للضوء مناسب لمجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية، بما في ذلك أجهزة أتمتة المكاتب، ومعدات الاتصالات، والأجهزة المنزلية المختلفة حيث يكون هناك حاجة إلى مؤشر حالة موثوق.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ميغاواط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن لحزمة الثنائي الباعث للضوء تبديدها كحرارة دون تجاوز حدودها الحرارية.
• تيار الأمامي المستمر (IF):30 مللي أمبير. أقصى تيار أمامي مستمر يمكن تطبيقه.
• تيار الذروة الأمامي:80 مللي أمبير (تحت ظروف النبض: دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). يسمح هذا بنبضات تيار أعلى لفترة وجيزة لتطبيقات مثل التعددية (multiplexing).
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب الانهيار.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-30°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل الموثوق.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-40°C إلى +85°C.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل 260°C لمدة 10 ثوانٍ، وهو ما هو نموذجي لعمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص (Pb-free).

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية Ta=25°C و IF=20mA، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من 18.0 ملي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 71.0 ملي كانديلا (الحد الأقصى)، مع توفير قيمة نموذجية. يقيس هذا السطوع المُدرَك بالعين البشرية.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):130 درجة. تشير هذه الزاوية الواسعة إلى أن الثنائي الباعث للضوء يصدر الضوء على مساحة واسعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات الرؤية الجانبية.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λP):574 نانومتر. الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة البصرية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λd):571 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الواحد الذي يمثل بشكل أفضل اللون المُدرَك للثنائي الباعث للضوء، والمستمد من مخطط لونية CIE.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر. يشير هذا إلى نقاء الطيف أو انتشار الأطوال الموجية المنبعثة حول الذروة.
• الجهد الأمامي (VF):عادة 2.4 فولت، مع نطاق من 2.0 فولت إلى 2.8 فولت عند 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر الثنائي الباعث للضوء عندما يكون موصلًا.
• التيار العكسي (IR):10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند VR=5V. تيار تسرب صغير عندما يكون الثنائي الباعث للضوء في انحياز عكسي.

3. شرح نظام رمز التصنيف (Bin Code)

يتم فرز الثنائي الباعث للضوء إلى مجموعات (Bins) بناءً على معلمات رئيسية لضمان الاتساق في عمليات الإنتاج. يجب على المصممين تحديد رموز التصنيف المطلوبة عند الطلب لمطابقة اللون والسطوع.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي

مصنف عند 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±0.1 فولت.
رموز التصنيف: 4 (1.90-2.00 فولت)، 5 (2.00-2.10 فولت)، 6 (2.10-2.20 فولت)، 7 (2.20-2.30 فولت)، 8 (2.30-2.40 فولت).

3.2 تصنيف شدة الإضاءة

مصنف عند 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±15%.
رموز التصنيف: M (18.0-28.0 ملي كانديلا)، N (28.0-45.0 ملي كانديلا)، P (45.0-71.0 ملي كانديلا).

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

مصنف عند 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±1 نانومتر.
رموز التصنيف: C (567.5-570.5 نانومتر)، D (570.5-573.5 نانومتر)، E (573.5-576.5 نانومتر).

4. تحليل منحنيات الأداء

في حين يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1 للتوزيع الطيفي، الشكل 6 لزاوية الرؤية)، فإن البيانات تشير إلى سلوك الثنائي الباعث للضوء القياسي.

• منحنى IV:يزداد الجهد الأمامي (VF) مع زيادة التيار الأمامي (IF)، تبعًا للعلاقة الأسية النموذجية للدايود. نقطة التصميم الرئيسية هي VF المحددة عند 20 مللي أمبير.
• خصائص درجة الحرارة:تنخفض شدة الإضاءة عادةً مع زيادة درجة حرارة التقاطع. يشير نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع (-30°C إلى +85°C) إلى أداء مستقر عبر بيئات مختلفة، على الرغم من أن تقليل التصنيف (derating) قد يكون ضروريًا في درجات الحرارة العالية.
• التوزيع الطيفي:الذروة عند 574 نانومتر مع نصف عرض 15 نانومتر تحدد اللون الأخضر. الطول الموجي السائد (571 نانومتر) هو المعلمة الرئيسية لتحديد اللون في التصميم.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد الحزمة

يتوافق الثنائي الباعث للضوء مع مخطط حزمة قياسي EIA للثنائيات الباعثة للضوء الجانبية. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح عام ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم توفير رسومات أبعاد مفصلة في ورقة البيانات لتصميم بصمة PCB.

5.2 تصميم الوسادة (Pad) والقطبية

تتضمن ورقة البيانات أبعاد وسادة اللحام المقترحة والتوجيه. القطبية الصحيحة أمر بالغ الأهمية؛ للثنائي الباعث للضوء أنود وكاثود يجب محاذاتهما مع بصمة PCB. تم تصميم الحزمة لتكون متوافقة مع معدات التركيب الآلي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق

يتم توفير ملف تعريف إعادة تدفق بالأشعة تحت الحمراء مقترح للعملية الخالية من الرصاص، متوافق مع معايير JEDEC.

• التسخين المسبق:150-200°C.
• وقت التسخين المسبق:120 ثانية كحد أقصى.
• درجة حرارة الذروة:260°C كحد أقصى.
• الوقت فوق نقطة السيولة:10 ثوانٍ كحد أقصى (موصى به لعدد أقصى من دورتين إعادة تدفق).

ملاحظة:يعتمد الملف الأمثل على تصميم PCB المحدد، معجون اللحام، والفرن. يعمل الملف المقدم كهدف عام.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا:

• درجة حرارة المكواة:300°C كحد أقصى.
• وقت اللحام:3 ثوانٍ كحد أقصى لكل وسادة (مرة واحدة فقط).

6.3 ظروف التخزين

• الحزمة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية. استخدم خلال عام واحد إذا كانت الحقيبة المضادة للرطوبة مع مجفف سليمة.
• الحزمة المفتوحة:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. استخدم خلال أسبوع واحد لإعادة التدفق. للتخزين لفترة أطول، استخدم حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو مجفف نيتروجين. يجب خبز الثنائيات الباعثة للضوء المخزنة خارج التغليف لأكثر من أسبوع واحد عند ~60°C لمدة ≥20 ساعة قبل اللحام.

6.4 التنظيف

استخدم فقط عوامل التنظيف المحددة. اغمر في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة إذا كان التنظيف مطلوبًا. لا تستخدم مواد كيميائية غير محددة.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

• مغلف في شريط ناقل بارز بعرض 8 مم.
• مزود على بكرات قطر 7 بوصة (178 مم).
• الكمية لكل بكرة:4000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للكميات المتبقية.
• التغليف يتوافق مع مواصفات ANSI/EIA-481.
• يتم إغلاق الجيوب الفارغة بشريط غطاء.
• يُسمح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين لكل بكرة.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا الثنائي الباعث للضوء الجانبي مثالي للتطبيقات التي تحتاج فيها الإضاءة إلى أن تكون مرئية من حافة الجهاز، مثل:

• مؤشرات الحالة على الإلكترونيات الاستهلاكية الرقيقة (الهواتف، الأجهزة اللوحية، أجهزة الكمبيوتر المحمولة).
• الإضاءة الخلفية للألواح أو الرموز المضاءة من الجانب.
• مؤشرات المستوى على معدات الصوت أو أدوات القياس.
• أضواء المؤشرات العامة في الأجهزة ومعدات المكاتب.

8.2 اعتبارات التصميم

• الحد من التيار:استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار على التوالي. احسب بناءً على جهد الإمداد (Vs)، وجهد الثنائي الباعث للضوء الأمامي (VF من مجموعة التصنيف المختارة)، والتيار الأمامي المطلوب (IF، لا يتجاوز 30 مللي أمبير مستمر). الصيغة: R = (Vs - VF) / IF.
• الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):الثنائيات الباعثة للضوء حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). تعامل معها باستخدام احتياطات ESD المناسبة (أساور المعصم، محطات العمل المؤرضة).
• إدارة الحرارة:تأكد من أن تخطيط PCB يسمح بتبديد الحرارة، خاصة إذا كان التشغيل بالقرب من أقصى تيار أو في درجات حرارة محيطة عالية.
• التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية البالغة 130 درجة رؤية واسعة. ضع ذلك في الاعتبار في التصميم الميكانيكي لأنابيب الضوء أو الفتحات.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يتميز LTST-S270KGKT عن غيره من خلال مادته وتغليفه:

• AlInGaP مقابل التقنيات الأخرى:مقارنةً بالثنائيات الباعثة للضوء الخضراء التقليدية GaP (فوسفيد الغاليوم)، يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة وسطوعًا أعلى بكثير.
• التغليف الجانبي:على عكس الثنائيات الباعثة للضوء العلوية، تم تصميم هذه الحزمة خصيصًا لإصدار الضوء من الجانب، مما يوفر مساحة رأسية على PCB ويمكن من تصاميم جمالية ووظيفية فريدة.
• التوافق مع إعادة التدفق:قدرته على تحمل ملفات تعريف إعادة التدفق SMT القياسية تجعله مناسبًا لخطوط التصنيع الحديثة عالية الحجم جنبًا إلى جنب مع المكونات الأخرى.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: ما قيمة المقاومة التي يجب أن أستخدمها مع مصدر طاقة 5 فولت؟
ج: باستخدام VF النموذجي = 2.4 فولت وهدف IF = 20 مللي أمبير: R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 أوم. استخدم القيمة القياسية الأقرب (مثل 130Ω أو 120Ω). ضع دائمًا في الاعتبار الحد الأدنى والحد الأقصى لـ VF من رمز التصنيف لحسابات التيار في أسوأ الحالات.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي الباعث للضوء بإشارة PWM للتعتيم؟
ج: نعم. تصنيف تيار الذروة الأمامي البالغ 80 مللي أمبير (نبضي) يسمح بالتعتيم باستخدام PWM. تأكد من أن متوسط التيار مع مرور الوقت لا يتجاوز تصنيف التيار الأمامي المستمر البالغ 30 مللي أمبير.

س: لماذا توجد رموز تصنيف مختلفة، وأيها يجب أن أختار؟
ج: تسبب الاختلافات في التصنيع اختلافات في VF، الشدة، والطول الموجي. يضمن التصنيف (Binning) الاتساق داخل الدفعة. للتطبيقات الحساسة للون (مثل شاشات LED متعددة)، حدد مجموعة طول موجي ضيقة (مثل D). لاتساق السطوع، حدد مجموعة شدة ضيقة (مثل P). للمؤشرات العامة، تكون مجموعات التصنيف القياسية مقبولة.

س: هل مطلوب غرفة تبريد (heat sink)؟
ج: عند تبديد الطاقة القصوى المطلقة البالغة 75 ميغاواط وظروف التشغيل النموذجية (20 مللي أمبير * ~2.4 فولت = 48 ميغاواط)، عادةً لا تكون هناك حاجة إلى غرفة تبريد مخصصة لثنائي باعث للضوء واحد. ومع ذلك، يمكن أن يساعد صب النحاس المناسب على PCB في تبديد الحرارة، خاصة في البيئات عالية الحرارة أو عند تجميع عدة ثنائيات باعثة للضوء معًا.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

الحالة: تصميم مؤشر حالة لجهاز محمول
يقوم مصمم بإنشاء جهاز لوحي رفيع مع مؤشر طاقة/شحن جانبي. تم اختيار LTST-S270KGKT لخاصية الإصدار الجانبي وتصميمه المنخفض.

1. تخطيط PCB:يتم وضع الثنائي الباعث للضوء عند حافة PCB. يتم استخدام تخطيط الوسادة المقترح من ورقة البيانات لضمان اللحام والمحاذاة المناسبة.
2. تصميم الدائرة:يستخدم الجهاز خط نظام 3.3 فولت. تم اختيار مقاومة 47Ω ((3.3V - 2.4V)/0.02A ≈ 45Ω) لتشغيل الثنائي الباعث للضوء عند حوالي 20 مللي أمبير، مما يوفر سطوعًا كافيًا.
3. التكامل الميكانيكي:يقوم دليل ضوئي صغير بتوجيه الضوء من جانب الثنائي الباعث للضوء إلى نافذة صغيرة على إطار الجهاز اللوحي. تضمن زاوية الرؤية البالغة 130 درجة أن الضوء مرئي بسهولة من زوايا مختلفة.
4. التصنيع:يتم وضع الثنائيات الباعثة للضوء، المزودة على بكرات شريطية بعرض 8 مم، تلقائيًا أثناء تجميع SMT. تخضع اللوحة لعملية إعادة تدفق خالية من الرصاص قياسية بدرجة حرارة ذروة تبلغ 250°C، وهي ضمن الحد المسموح به للثنائي الباعث للضوء البالغ 260°C.
5. التصنيف (Binning):يحدد المصمم رمز التصنيف 6 لـ VF (2.1-2.2 فولت) ورمز التصنيف N للشدة (28-45 ملي كانديلا) لضمان سطوع ولون متسقين عبر جميع وحدات الإنتاج دون الحاجة إلى مجموعات التصنيف الأعلى (والأكثر تكلفة محتملة).

12. مقدمة عن المبدأ

يعتمد انبعاث الضوء في هذا الثنائي الباعث للضوء على الإضاءة الكهربائية في تقاطع p-n شبه موصل مصنوع من مواد AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة (التقاطع). عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق للشبه الموصل، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. في هذه الحالة، يتم ضبط التركيب لإنتاج ضوء أخضر بطول موجي ذروة حوالي 574 نانومتر. تتضمن الحزمة الجانبية عدسة إيبوكسي مصبوبة تشكل ناتج الضوء، مما يخلق زاوية الرؤية المميزة البالغة 130 درجة عن طريق انكسار وانعكاس الضوء المنبعث من الشريحة.

13. اتجاهات التطوير

الاتجاه العام في الثنائيات الباعثة للضوء المؤشرية مثل هذا يتجه نحو عدة مجالات رئيسية:

• زيادة الكفاءة:تهدف تحسينات علوم المواد المستمرة إلى إنتاج المزيد من اللومن لكل واط (lm/W)، مما يقلل من استهلاك الطاقة لنفس ناتج الضوء.
• التصغير:هناك دفع مستمر لأحجام حزم أصغر مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه، مما يتيح تخطيطات PCB أكثر كثافة ومنتجات نهائية أرق.
• تعزيز الموثوقية والمتانة:تؤدي التحسينات في مواد التغليف وتقنيات ربط القطعة (die attach) إلى فترات عمر أطول وأداء أفضل تحت الظروف البيئية القاسية (درجة الحرارة، الرطوبة).
• التكامل:تشمل الاتجاهات دمج مقاومات تحديد التيار أو حتى دوائر IC بسيطة داخل حزمة الثنائي الباعث للضوء لتبسيط تصميم الدائرة للمستخدم النهائي.
• اتساق اللون والتصنيف (Binning):يتم تحسين عمليات التصنيع باستمرار لتقليل التباين، مما يؤدي إلى مواصفات تصنيف أكثر ضيقًا وحاجة أقل للفرز الانتقائي في التطبيقات الحساسة للون.