ورقة بيانات LED LTST-S110KRKT - رؤية جانبية - أحمر - 20 مللي أمبير - 2.4 فولت - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يعد LTST-S110KRKT صمامًا ثنائيًا باعثًا للضوء (LED) من نوع Surface-Mount Device (SMD) مصممًا للتطبيقات التي تتطلب مصدر ضوء جانبي الإشعاع. تطبيقه الأساسي هو في وحدات الإضاءة الخلفية للشاشات البلورية السائلة (LCD) حيث تكون المساحة محدودة ويحتاج الضوء إلى توجيهه جانبياً. يستخدم الجهاز شريحة أشباه الموصلات من نوع AlInGaP (ألومنيوم إنديوم جاليوم فوسفيد) فائقة السطوع، والمعروفة بكفاءتها العالية وسطوعها في طيف اللون الأحمر. الغلاف شفاف تماماً، مما يسمح بأقصى إخراج للضوء دون تلوين من مادة العدسة.

تشمل المزايا الرئيسية لهذا الـ LED امتثاله لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يجعله "منتجًا صديقًا للبيئة". يتم تعبئته على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، متوافق مع تعبئة EIA القياسية ومعدات التجميع الآلي (pick-and-place). يضمن هذا التوافق تصنيعًا عالي الكفاءة على نطاق واسع. تم تصميم الجهاز أيضًا لتحمل عمليات اللحام الشائعة، بما في ذلك لحام الريفلو بالأشعة تحت الحمراء (IR) والطور البخاري، وهي معيارية في تجميع الإلكترونيات الحديث.

2. الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة القيم التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه القيم عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر (DC) هو 30 مللي أمبير. للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة يصل إلى 80 مللي أمبير تحت شروط محددة: دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. الحد الأقصى لتبديد الطاقة هو 75 ملي واط. لضمان التشغيل الموثوق في درجات الحرارة المرتفعة، يتم تطبيق عامل تخفيض (derating) قدره 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية بشكل خطي بدءًا من 50 درجة مئوية فما فوق. وهذا يعني أن التيار الأمامي المسموح به يقل مع زيادة درجة الحرارة عن 50 درجة مئوية.

يمكن للجهاز تحمل جهد عكسي يصل إلى 5 فولت. نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين محدد من -55 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مما يشير إلى ملاءمته لمجموعة واسعة من الظروف البيئية. بالنسبة للحام، يمكن لـ LED تحمل لحام الموجة (Wave Soldering) عند 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، ولحام الريفلو بالأشعة تحت الحمراء عند 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، ولحام الريفلو بالطور البخاري عند 215 درجة مئوية لمدة 3 دقائق. الالتزام بهذه الحدود أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة الجهاز أثناء عملية التجميع.

3. الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس الخصائص الكهروضوئية عند Ta=25 درجة مئوية وتيار تشغيل (IF) قدره 20 مللي أمبير، وهي حالة الاختبار القياسية. شدة الإضاءة (Iv)، وهي مقياس للسطوع المُدرك، لها قيمة نموذجية تبلغ 54.0 ملي كانديلا (mcd) مع حد أدنى 18.0 mcd. زاوية الرؤية (2θ1/2)، والمعرفة بأنها الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة إلى نصف قيمتها المحورية، هي 130 درجة، مما يوفر نمط حزمة ضوئية واسع جدًا مناسب للإضاءة الخلفية.

طول موجة الانبعاث الذروة (λP) هو 639 نانومتر (nm)، مما يضعه في المنطقة الحمراء من الطيف المرئي. الطول الموجي السائد (λd)، الذي يحدد اللون المُدرك، هو 631 نانومتر. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو 20 نانومتر، مما يشير إلى نقاء الطيف للضوء المنبعث. الجهد الأمامي (VF) يقيس عادة 2.4 فولت بحد أقصى 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير. التيار العكسي (IR) هو بحد أقصى 10 ميكرو أمبير (μA) عند جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت. سعة الجهاز (C) هي 40 بيكوفاراد (pF) مقاسة عند انحياز صفر وتردد 1 ميجاهرتز.

4. نظام التصنيف (Binning)

يتم تصنيف شدة إضاءة مصابيح LED إلى مجموعات (Bins) لضمان اتساق السطوع في التطبيقات الإنتاجية. يعتمد التصنيف على قيم شدة الإضاءة الدنيا والقصوى المقاسة عند 20 مللي أمبير. رموز المجموعات ونطاقاتها المقابلة هي كما يلي: المجموعة M (18.0-28.0 mcd)، المجموعة N (28.0-45.0 mcd)، المجموعة P (45.0-71.0 mcd)، المجموعة Q (71.0-112.0 mcd)، والمجموعة R (112.0-180.0 mcd). يتم تطبيق تسامح +/- 15% على كل مجموعة شدة. يسمح هذا النظام للمصممين باختيار مصابيح LED بنطاق سطوع مضمون لتطبيقهم المحدد، مما يضمن إضاءة موحدة عند استخدام عدة مصابيح LED.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 ملفات لحام الريفلو (Reflow)

توفر ورقة البيانات ملفات ريفلو مقترحة بالأشعة تحت الحمراء (IR) لكل من عمليات اللحام القياسية (القصدير-الرصاص) والخالية من الرصاص. بالنسبة للعملية الخالية من الرصاص، والتي تستخدم عادةً معجون لحام SnAgCu، يجب أن يبقى الملف بين خط التجميع وخط مقاومة الحرارة للمكون. الالتزام بملفات درجة الحرارة-الزمن هذه أمر بالغ الأهمية لمنع التلف الحراري لغلاف LED، مثل الانفصال أو التشقق، مع ضمان تكوين وصلة لحام مناسبة.

5.2 التنظيف

يتطلب تنظيف مصابيح LED بعد اللحام الحذر. لا ينبغي استخدام سوائل كيميائية غير محددة لأنها قد تتلف الغلاف البلاستيكي. إذا كان التنظيف ضروريًا، يوصى بغمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة العادية لمدة تقل عن دقيقة واحدة. يمكن للتعرض المطول أو استخدام المذيبات القوية أن يقلل من جودة مادة العدسة أو مادة التغليف الإيبوكسي.

5.3 التخزين والتعامل

للتخزين طويل الأمد، يجب حفظ مصابيح LED في بيئة لا تتجاوز 30 درجة مئوية و70% رطوبة نسبية. إذا تم إخراجها من عبوة الحاجز الرطوبة الأصلية، فيجب أن تخضع مصابيح LED للحم الريفلو بالأشعة تحت الحمراء في غضون أسبوع واحد. للتخزين لأكثر من أسبوع خارج العبوة الأصلية، يجب وضعها في حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو في جو نيتروجين. يجب خبز مصابيح LED المخزنة بهذه الطريقة لأكثر من أسبوع عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة على الأقل قبل التجميع لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" (popcorning) أثناء الريفلو.

6. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

يتم توريد LED بتنسيق شريط وبكرة متوافق مع التجميع الآلي. عرض الشريط 8 مم، وهو ملفوف على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. بالنسبة للكميات الأقل من بكرة كاملة، يتم تحديد حد أدنى لتعبئة البقايا وهو 500 قطعة. تتبع التعبئة مواصفات ANSI/EIA 481-1-A-1994. يتم إغلاق الجيوب الفارغة للمكونات على الشريط بشريط غطاء علوي. الحد الأقصى المسموح به للمكونات المفقودة المتتالية (جيوب فارغة) هو اثنان، مما يضمن موثوقية التغذية في الآلات الأوتوماتيكية. يتم توفير رسومات أبعاد مفصلة للشريط والبكرة وتخطيط وسادة اللحام المقترح على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للمساعدة في تصميم PCB وإعداد عملية التجميع.

7. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 تصميم دائرة القيادة

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند قيادة عدة مصابيح LED على التوازي، يوصى بشدة باستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED (نموذج الدائرة A). لا ينصح بقيادة مصابيح LED مباشرة على التوازي بدون مقاومات فردية (نموذج الدائرة B). يمكن أن تسبب الاختلافات الصغيرة في خاصية الجهد الأمامي (VF) بين مصابيح LED الفردية اختلالًا كبيرًا في التيار، مما يؤدي إلى اختلافات ملحوظة في السطوع وإجهاد بعض الأجهزة بشكل زائد.

7.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

حساس LED للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) وارتفاعات الطاقة، مما قد يسبب تلفًا فوريًا أو كامنًا. لمنع تلف ESD، يجب اتباع إجراءات التعامل المناسبة: يجب على الشخص استخدام أساور معصم موصلة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة. يجب تأريض جميع المعدات ومناضد العمل وأرفف التخزين بشكل صحيح. يمكن استخدام مؤين (منفاخ أيوني) لتحييد الشحنات الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية بسبب الاحتكاك أثناء التعامل. قد تظهر مصابيح LED التالفة بـ ESD سلوكًا غير طبيعي مثل انخفاض إخراج الضوء، أو زيادة تيار التسرب، أو فشل كامل.

7.3 نطاق التطبيق والموثوقية

هذه المصابيح مخصصة للاستخدام في المعدات الإلكترونية العادية، بما في ذلك معدات المكاتب، وأجهزة الاتصالات، والأجهزة المنزلية. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر - كما في الطيران، والنقل، والأنظمة الطبية، أو أجهزة السلامة - تكون المشاورات والتأهيل الإضافيين ضروريين قبل الاستخدام.

8. منحنيات الأداء والخصائص النموذجية

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات أداء نموذجية تمثل بيانياً العلاقة بين المعلمات المختلفة. تشمل هذه المنحنيات، المرسومة عادةً مقابل التيار الأمامي أو درجة الحرارة المحيطة، الجهد الأمامي (VF) مقابل التيار الأمامي (IF)، وشدة الإضاءة (Iv) مقابل التيار الأمامي (IF)، وشدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة. يساعد تحليل هذه المنحنيات المصممين على فهم سلوك الجهاز تحت ظروف تشغيل مختلفة. على سبيل المثال، عادةً ما تنخفض شدة الإضاءة مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، وهو ما يجب أخذه في الاعتبار في إدارة الحرارة. الجهد الأمامي له معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أنه ينخفض قليلاً مع زيادة درجة حرارة الوصلة.

9. المقارنة التقنية والمزايا

يوفر استخدام تكنولوجيا AlInGaP للشريحة الحمراء مزايا واضحة مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP. توفر مصابيح LED من نوع AlInGaP عمومًا كفاءة إضاءة أعلى، واستقرارًا أفضل لدرجة الحرارة، وعمر تشغيلي أطول. هندسة الغلاف ذو الرؤية الجانبية هي ميزة تمييز رئيسية، تمكن من انبعاث الضوء موازياً لمستوى التثبيت. هذا أمر أساسي لأنظمة الإضاءة الخلفية المضاءة من الحافة الشائعة في شاشات LCD للإلكترونيات الاستهلاكية، ولوحات عدادات السيارات، واللوحات الصناعية، حيث تكون المساحة الرأسية محدودة للغاية. تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة انتشارًا جيدًا للضوء وتوحيدًا عبر منطقة الإضاءة الخلفية.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

ج: طول موجة الذروة (λP) هو الطول الموجي الذي تكون فيه قوة الخرج الضوئي في أقصى حد. الطول الموجي السائد (λd) مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي الذي يتطابق بشكل أفضل مع اللون المُدرك للضوء. بالنسبة لمصابيح LED أحادية اللون مثل هذا الأحمر، غالبًا ما تكون قريبة ولكنها ليست متطابقة.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED عند أقصى تيار مستمر له وهو 30 مللي أمبير بشكل مستمر؟

ج: بينما يكون ذلك ممكنًا، إلا أنه لا يوصى به للحصول على أفضل عمر افتراضي وموثوقية ما لم يكن ضروريًا للتطبيق. التشغيل عند الحالة النموذجية 20 مللي أمبير أو أقل سيقلل من الإجهاد الحراري ويزيد من طول العمر. ضع في اعتبارك دائمًا عامل التخفيض (derating) فوق درجة حرارة محيطة 50 درجة مئوية.

س: لماذا تعتبر المقاومة على التوالي ضرورية لكل LED على التوازي؟

ج: الجهد الأمامي (VF) لمصابيح LED له تسامح تصنيعي. بدون مقاومات فردية، ستسحب مصابيح LED ذات VF أقل قليلاً تيارًا أكثر بشكل غير متناسب، مما يؤدي إلى عدم تطابق في السطوع وفشل محتمل بسبب التيار الزائد. تعمل المقاومة كمُنظم تيار بسيط وفعال لكل LED.

س: هل الخبز مطلوب دائمًا قبل اللحام؟

ج: الخبز مطلوب فقط إذا تم إخراج مصابيح LED من عبوة الحاجز الرطوبة الأصلية وتخزينها في بيئة غير خاضعة للتحكم لأكثر من أسبوع واحد. تزيل هذه العملية الرطوبة الممتصة لمنع تلف ضغط البخار أثناء عملية لحام الريفلو عالي الحرارة.

11. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

فكر في تصميم إضاءة خلفية لشاشة LCD أحادية اللون صغيرة في جهاز طبي محمول باليد. تتطلب الشاشة إضاءة خلفية حمراء متساوية لسهولة القراءة ليلاً. تم اختيار LTST-S110KRKT لملفه الجانبي الإشعاعي، الذي يتناسب مع إطار رفيع. يتم وضع أربعة مصابيح LED على طول حافة واحدة من لوح موجه للضوء. بناءً على السطوع المطلوب وكفاءة موجه الضوء، يختار المصمم مصابيح LED من المجموعة N (28-45 mcd) لضمان شدة كافية. يتم استخدام محرك تيار ثابت، مع وجود مقاومة على التوالي 100 أوم خاصة بكل LED محسوبة لتيار قيادة 20 مللي أمبير من مصدر طاقة 5 فولت. يتبع تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أبعاد الوسادة المقترحة لضمان اللحام والمحاذاة المناسبين. أثناء التجميع، يتم اتباع احتياطات ESD بدقة، ويتم استخدام ملف الريفلو الخالي من الرصاص الموصى به. يحقق المنتج النهائي إضاءة موحدة مع استهلاك منخفض للطاقة وموثوقية عالية.

12. مبدأ التشغيل

الـ LED هو صمام ثنائي تقاطع أشباه الموصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. نظام مادة AlInGaP المستخدم في هذا الـ LED له فجوة نطاق تتوافق مع الضوء الأحمر. يحتوي الغلاف ذو الرؤية الجانبية على عدسة بلاستيكية مصبوبة تشكل الضوء المنبعث، وتوجهه جانبياً من السطح العلوي للمكون.

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في تكنولوجيا LED هو نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، وتحسين تجسيد الألوان، وموثوقية أكبر. بالنسبة لتطبيقات المؤشر والإضاءة الخلفية، يستمر التصغير، حيث أصبحت أحجام العبوات الأصغر معيارية. هناك أيضًا تركيز على تعزيز التوافق مع عمليات اللحام المتقدمة منخفضة الحرارة لاستيعاب الركائز الحساسة للحرارة. علاوة على ذلك، يدفع السعي لتحقيق سطوع أعلى في عبوات أصغر إلى تقدم في تصميم الشريحة وإدارة الحرارة داخل الغلاف نفسه. يظل تنسيق LED ذو الرؤية الجانبية حاسمًا لتصميمات الشاشات فائقة النحافة في الإلكترونيات المحمولة والقابلة للارتداء.