ورقة بيانات LED برتقالي SMD من نوع LTST-S110KFKT - رؤية جانبية - شريحة AlInGaP - 20 مللي أمبير - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تشرح هذه الوثيقة مواصفات ديود باعث للضوء (LED) عالي السطوع من نوع جهاز السطح المثبت (SMD) ذو الرؤية الجانبية. التطبيق الأساسي لهذا المكون هو إضاءة الخلفية للشاشات الكريستالية السائلة (LCD)، حيث يكون ملفه الجانبي الباعث للضوء مفيدًا بشكل خاص. يستخدم الـ LED شريحة أشباه موصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)، والمعروفة بإنتاج ضوء برتقالي ساطع وفعال. يتم تعبئة الجهاز على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع أنظمة التجميع الآلي (pick-and-place) المستخدمة في التصنيع الإلكتروني بكميات كبيرة.

تم تصميم المنتج ليكون متوافقًا مع توجيهات تقييد المواد الخطرة (RoHS)، مما يصنفه كـ "منتج صديق للبيئة". تم هندسته ليكون متوافقًا مع عمليات لحام الريفلو (Reflow Soldering) القياسية بالأشعة تحت الحمراء (IR) والطور البخاري، الشائعة في تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB). كما أن خصائصه الكهربائية متوافقة مع مستويات منطق الدوائر المتكاملة (IC)، مما يبسط تصميم دائرة القيادة.

2. الحدود القصوى المطلقة

يسرد الجدول التالي حدود الإجهاد التي لا يجب تجاوزها تحت أي ظروف تشغيل. تجاوز هذه القيم قد يتسبب في تلف دائم للجهاز. جميع التقييمات محددة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للعبوة الحرارية لـ LED تبديدها بأمان على شكل حرارة.
• تيار الأمام الذروي (IFP):80 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي مسموح به، يُحدد عادةً تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الأمام المستمر (IF):30 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي مستمر يمكن تطبيقه على الـ LED.
• عامل التخفيض (Derating Factor):يجب تقليل تيار الأمام المستمر خطيًا بمقدار 0.4 مللي أمبير لكل درجة مئوية ترتفع فيها درجة الحرارة المحيطة فوق 50 درجة مئوية.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تطبيق جهد عكسي أكبر من هذا يمكن أن يؤدي إلى انهيار وصلة أشباه الموصلات في الـ LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -55 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يمكن تخزين وتشغيل الجهاز ضمن هذا النطاق الكامل لدرجة الحرارة.
• تحمل درجة حرارة اللحام:يمكن لـ LED تحمل لحام الموجة أو الأشعة تحت الحمراء عند 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 5 ثوانٍ، أو لحام الطور البخاري عند 215 درجة مئوية لمدة تصل إلى 3 دقائق.

3. الخصائص الكهروضوئية

تحدد المعاملات التالية أداء الـ LED تحت ظروف التشغيل النموذجية عند Ta=25 درجة مئوية. تشير "Typ." إلى القيم النموذجية، بينما تحدد "Min." و "Max." الحدود المضمونة لمعلمات محددة.

• الشدة الضوئية (Iv):45.0 ملي شمعة (الحد الأدنى)، 90.0 ملي شمعة (النموذجي) عند تيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير. يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة استجابة العين البشرية للضوء (منحنى CIE).
• زاوية الرؤية (2θ1/2):130 درجة (النموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الضوئية إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور المركزي.
• الطول الموجي الذروي (λP):611 نانومتر (النموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تكون فيه قوة الخرج البصري في أقصى حد لها.
• الطول الموجي السائد (λd):605 نانومتر (النموذجي). مُشتق من إحداثيات اللون على مخطط لونية CIE، يمثل هذا الطول الموجي الفردي بشكل أفضل اللون المُدرك للضوء.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):17 نانومتر (النموذجي). هذا هو العرض الكامل عند نصف القيمة القصوى (FWHM) لطيف الانبعاث، مما يشير إلى نقاء اللون.
• جهد الأمام (VF):2.0 فولت (الحد الأدنى)، 2.4 فولت (النموذجي) عند IF=20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر الـ LED عند مرور التيار.
• التيار العكسي (IR):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند VR=5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون الـ LED متحيزًا عكسيًا.
• السعة (C):40 بيكو فاراد (النموذجي) مقاسة عند تحيز 0 فولت وتردد 1 ميجا هرتز. هذه هي سعة الوصلة لـ LED.

4. نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في التطبيقات، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (Bins) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة. رمز المجموعة هو جزء من تعريف المنتج. ينطبق هيكل التصنيف التالي على LTST-S110KFKT عند IF=20 مللي أمبير:

• رمز المجموعة P:نطاق الشدة الضوئية من 45.0 ملي شمعة إلى 71.0 ملي شمعة.
• رمز المجموعة Q:نطاق الشدة الضوئية من 71.0 ملي شمعة إلى 112.0 ملي شمعة.
• رمز المجموعة R:نطاق الشدة الضوئية من 112.0 ملي شمعة إلى 180.0 ملي شمعة.
• رمز المجموعة S:نطاق الشدة الضوئية من 180.0 ملي شمعة إلى 280.0 ملي شمعة.

يتم تطبيق تسامح +/-15% على قيم الشدة داخل كل مجموعة. يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار مصابيح LED بمستوى السطوع المطلوب لتطبيقهم المحدد، مما يضمن التوحيد البصري عند استخدام عدة مصابيح LED معًا.

5. إرشادات اللحام والتركيب

5.1 ملفات لحام الريفلو (Reflow Soldering)

تم تصميم LED لتحمل عمليات لحام الريفلو القياسية لـ SMD. يتم توفير ملفين مقترحين للريفلو بالأشعة تحت الحمراء (IR): أحدهما لعمليات اللحام القياسية بالقصدير والرصاص (SnPb) والآخر لعمليات اللحام الخالية من الرصاص (Pb-free)، والتي تستخدم عادةً سبائك SAC (Sn-Ag-Cu). يتطلب ملف اللحام الخالي من الرصاص درجة حرارة ذروية أعلى، تصل عادةً إلى 260 درجة مئوية، ولكن مع معدلات تسخين وتبريد يتم التحكم فيها بعناية لمنع الصدمة الحرارية للمكون ولوحة الدوائر المطبوعة.

5.2 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف العدسة البلاستيكية أو العبوة. الطريقة الموصى بها هي غمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. لا يُنصح بالتنظيف العدواني أو بالموجات فوق الصوتية إلا إذا تم التحقق منه بشكل محدد.

5.3 التخزين والتعامل

يجب تخزين مصابيح LED في بيئة لا تتجاوز 30 درجة مئوية و 70% رطوبة نسبية. بمجرد إزالتها من عبوة الحاجز الرطوبة الأصلية، يجب لحام المكونات بشكل مثالي خلال أسبوع واحد. للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو في جو من النيتروجين. إذا تم تخزينها بدون تغليف لأكثر من أسبوع، فإنه يلزم تجفيفها عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة على الأقل قبل التجميع لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" (popcorning) أثناء عملية الريفلو.

6. معلومات العبوة والميكانيكا

يتوافق LED مع مخطط عبوة SMD قياسي في الصناعة. يتم توفير رسومات مفصلة ذات أبعاد في ورقة البيانات، بما في ذلك حجم الجسم، وأبعاد الأطراف، ونمط مساحة اللحام (Pad) الموصى به على PCB. يعني تصميم الرؤية الجانبية أن الانبعاث الضوئي الأساسي يكون موازيًا لمستوى PCB، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات الإضاءة الجانبية مثل شاشات LCD. يتم توريد الجهاز على شريط ناقل بارز، بعرض 8 مم، ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. تتبع التعبئة والتغليف معايير ANSI/EIA 481-1-A.

7. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 تصميم دائرة القيادة

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان التشغيل المستقر والسطوع المتسق، خاصة عند استخدام عدة مصابيح LED على التوازي، فإنهيوصى بشدةباستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED. يتم حساب قيمة المقاومة بناءً على جهد التغذية (Vcc)، وجهد الأمام لـ LED (VF)، والتيار الأمامي المطلوب (IF): R = (Vcc - VF) / IF. لا يُنصح بتشغيل عدة مصابيح LED على التوازي بدون مقاومات فردية على التوالي (النموذج B للدائرة في ورقة البيانات)، حيث يمكن أن تسبب الاختلافات الطفيفة في خاصية جهد الأمام (VF) بين مصابيح LED الفردية في اختلافات كبيرة في تقاسم التيار، وبالتالي، سطوع غير متساوٍ.

7.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

وصلة أشباه الموصلات في مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي. يمكن أن يتسبب ESD في فشل فوري أو تلف كامن يؤدي إلى تدهور الأداء بمرور الوقت. لمنع تلف ESD:

• يجب على الأفراد ارتداء أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة عند التعامل مع مصابيح LED.
• يجب تأريض جميع محطات العمل والأدوات والمعدات بشكل صحيح.
• استخدام مؤينات لتحييد الشحنات الساكنة التي يمكن أن تتراكم على العدسة البلاستيكية أثناء التعامل.

7.3 إدارة الحرارة

بينما لا يحتوي LED نفسه على مشتت حراري مدمج، فإن الإدارة الحرارية الفعالة على مستوى PCB مهمة للموثوقية طويلة المدى. يسلط عامل التخفيض 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية فوق 50 درجة مئوية الضوء على الحاجة إلى إدارة درجة الحرارة المحيطة حول LED. في مصفوفات إضاءة الخلفية عالية الكثافة، يمكن أن يساعد ضمان تدفق هواء كافٍ أو تخفيف حراري في تخطيط PCB في الحفاظ على الأداء وعمر التشغيل.

8. تحليل منحنيات الأداء النموذجية

تتضمن ورقة البيانات عدة رسوم بيانية تصف العلاقة بين المعلمات الرئيسية. بينما لا يتم إعادة إنتاج المنحنيات المحددة في النص، فإنها تُظهر عادةً:

• الشدة الضوئية النسبية مقابل تيار الأمام:يُظهر هذا المنحنى كيف يزداد خرج الضوء مع التيار، عادةً بطريقة شبه خطية عند التيارات الأعلى بسبب تأثيرات التسخين.
• جهد الأمام مقابل تيار الأمام:يُظهر هذا خاصية I-V للديود، والتي تكون أسية عند التيارات المنخفضة وتصبح أكثر مقاومة عند تيار التشغيل.
• الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر هذا المنحنى انخفاض خرج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، وهو اعتبار رئيسي للتطبيقات التي تعمل في بيئات دافئة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر الذروة عند ~611 نانومتر وعرض النطاق ~17 نانومتر، مما يؤكد انبعاث اللون البرتقالي.

هذه المنحنيات ضرورية للمصممين للتنبؤ بالأداء تحت ظروف غير قياسية (تيارات أو درجات حرارة مختلفة) وتحسين دوائر القيادة الخاصة بهم للكفاءة والاستقرار.

9. المقارنة والسياق التقني

استخدام شريحة AlInGaP مهم. مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل فوسفيد زرنيخيد الغاليوم (GaAsP)، تقدم مصابيح LED من نوع AlInGaP كفاءة وسطوعًا أعلى بكثير لأطوال موجات الأحمر والبرتقالي والأصفر. تُميز عبوة الرؤية الجانبية هذا المنتج عن مصابيح LED الباعثة من الأعلى. هذا الاتجاه الميكانيكي ليس مجرد اختيار للتغليف ولكنه وظيفي، مما يتيح تصميمات شاشات رفيعة مضاءة من الحافة حيث يتم اقتران الضوء في لوح موجه للضوء. يجعل الجمع بين مادة شريحة عالية الأداء وهندسة العبوة المحددة هذه مكونًا متخصصًا مُحسنًا لمجال تطبيق سائد: إضاءة خلفية شاشات LCD، خاصة في الإلكترونيات الاستهلاكية مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والشاشات حيث تكون المساحة محدودة.