ورقة بيانات LED طراز LTST-FS63HBGED - إضاءة جانبية متعددة الألوان - سماكة 0.30 مم - أزرق/أخضر/أحمر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-FS63HBGED مصباح LED من نوع الأجهزة السطحية (SMD) عالي التكامل، مُصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة ذات المساحات المحدودة. يمثل هذا الجهاز تكوينًا متخصصًا ضمن عائلة مصابيح LED المصغرة، حيث تم هندسته خصيصًا لعمليات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الآلية. يجمع هذا الجهاز ثلاثة مصادر ضوئية شبه موصلة متميزة داخل غلاف واحد رقيق للغاية، مما يتيح إمكانية إنتاج ألوان كاملة في مساحة صغيرة جدًا.

1.1 المزايا الأساسية وتحديد موقع المنتج

تكمن الميزة التنافسية الأساسية لهذا المصباح في سماكته الفائقة التي تبلغ 0.30 مم، مما يجعله مكونًا جانبي الإضاءة. هذا الشكل الحرج ضروري للتطبيقات التي يكون فيها المساحة الرأسية محدودة للغاية، مثل الأجهزة المحمولة فائقة النحافة، والتكنولوجيا القابلة للارتداء، والألواح المضاءة من الحواف. يسمح دمج الشرائح الزرقاء (InGaN)، والخضراء (InGaN)، والحمراء (AlInGaP) بتوليد طيف واسع من الألوان من خلال التحكم الفردي أو المجمع، مما يلغي الحاجة إلى استخدام عدة مصابيح LED منفصلة أحادية اللون. يستخدم الغلاف عدسة بيضاء مبعثرة للضوء، مما يساعد على مزج الضوء الصادر من الشرائح الثلاثة ويوفر مظهرًا أكثر تجانسًا عند النظر إليه من زاوية غير محورية.

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

يستهدف هذا الجهاز مجموعة واسعة من مصنعي المعدات الإلكترونية. تشمل قطاعات التطبيق الرئيسية ما يلي:

• الإلكترونيات الاستهلاكية:الإضاءة الخلفية للأزرار ولوحات المفاتيح ومؤشرات الحالة في الهواتف اللاسلكية/الخلوية، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والأجهزة اللوحية، وأجهزة التحكم عن بُعد.
• أنظمة أتمتة المكاتب والشبكات:مؤشرات الحالة والنشاط في الموجهات، والمحولات، وأجهزة المودم، والطابعات، وأجهزة التخزين الخارجية.
• الأجهزة المنزلية والمعدات الصناعية:إضاءة واجهة المستخدم، وأضواء حالة التشغيل، والمؤشرات الرمزية على لوحات التحكم.
• تقنية العرض:مناسب للشاشات المصغرة وكمنبع ضوئي مضغوط للإضاءة الإشارية والرمزية الصغيرة الحجم.

يتوافق الجهاز بشكل كامل مع معدات التركيب الآلي عالية الإنتاجية وعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، مما يتماشى مع خطوط التصنيع الحديثة المتوافقة مع لوائح RoHS.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يعد الفهم الشامل للخصائص الكهربائية والبصرية أمرًا ضروريًا لتصميم دائرة موثوقة وتحقيق الأداء المطلوب.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود.

• تبديد الطاقة (Pd):يختلف حسب اللون: الأزرق: 97.5 ملي واط، الأخضر: 100.5 ملي واط، الأحمر: 81.0 ملي واط. تحدد هذه المعلمة، جنبًا إلى جنب مع المقاومة الحرارية (المستنتجة من منحنيات تخفيض التصنيف)، أقصى تيار أمامي مستدام في درجات حرارة المحيط المرتفعة.
• التيار الأمامي:يتم تصنيف التيار الأمامي المستمر DC عند 30 مللي أمبير لجميع الألوان الثلاثة. يُسمح بتيار أمامي ذروة أعلى يبلغ 100 مللي أمبير ولكن فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) لإدارة درجة حرارة الوصلة.
• عتبة التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):مصنفة عند 2000 فولت (نموذج جسم الإنسان). هذا مستوى قياسي للمكونات من الدرجة الاستهلاكية، مما يستلزم اتخاذ احتياطات التعامل القياسية مع ESD أثناء التجميع.
• نطاقات درجة الحرارة:التشغيل: من -40°C إلى +85°C؛ التخزين: من -40°C إلى +100°C. يجعل نطاق التشغيل الواسع هذا الجهاز مناسبًا لكل من البيئات الاستهلاكية وبعض البيئات الصناعية.
• ظروف اللحام:يتحمل إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء عند درجة حرارة ذروة تبلغ 260°C لمدة 10 ثوانٍ، متوافق مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (النموذجية عند Ta=25°C)

هذه هي ظروف الاختبار القياسية وقيم الأداء النموذجية المستخدمة في التصميم والفرز.

• شدة الإضاءة (Iv):يتم قياسها عند تيارات اختبار محددة (الأزرق: 12 مللي أمبير، الأخضر: 30 مللي أمبير، الأحمر: 30 مللي أمبير). القيمة النموذجية هي 2750 مللي كانديلا، مع حد أدنى 1735 مللي كانديلا وحد أقصى 4265 مللي كانديلا. يتم التعامل مع التباين من خلال نظام الفرز.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):زاوية واسعة جدًا تبلغ 130 درجة (نموذجية). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها على المحور، وهي سمة مميزة لمصباح LED جانبي الإشعاع مزود بعدسة مبعثرة، مما يوفر إضاءة واسعة ومتجانسة.
• معلمات الطول الموجي:
  • الطول الموجي لذروة الانبعاث (λP): الأزرق: 466 نانومتر، الأخضر: 516 نانومتر، الأحمر: 632 نانومتر (نموذجية).
  • الطول الموجي السائد (λd): يحدد النطاق اللون المُدرك. الأزرق: 467-477 نانومتر، الأخضر: 516-526 نانومتر، الأحمر: 618-628 نانومتر.
  • نصف عرض الخط الطيفي (Δλ): الأزرق: 25 نانومتر، الأخضر: 35 نانومتر، الأحمر: 20 نانومتر (نموذجية). يشير هذا إلى نقاء الطيف؛ حيث يعني Δλ أصغر ضوءًا أكثر أحادية اللون.
• الجهد الأمامي (Vf):انخفاض الجهد عبر المصباح عند تيار الاختبار. النطاقات هي: الأزرق: 2.45-3.25 فولت، الأخضر: 2.55-3.35 فولت، الأحمر: 1.90-2.70 فولت. يجب مراعاة هذا النطاق في تصميم السائق، خاصة لمصادر الجهد الثابت.
• التيار العكسي (Ir):أقصى 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (Vr) قدره 5 فولت. هذا الاختبار لضمان الجودة؛ لم يتم تصميم الجهاز للعمل في انحياز عكسي.

3. شرح نظام الفرز

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات. يستخدم LTST-FS63HBGED معيارين أساسيين للفرز.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة (Iv)

يتم فرز مصابيح LED بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند تيارات الاختبار القياسية. يتم تعريف المجموعات على النحو التالي:

- المجموعة BB:من 1735 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 2340 مللي كانديلا (الحد الأقصى).

- المجموعة CC:من 2340 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 3160 مللي كانديلا (الحد الأقصى).

- المجموعة DD:من 3160 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 4265 مللي كانديلا (الحد الأقصى).

يتم تطبيق تسامح +/-15% داخل كل مجموعة. يجب على المصممين تحديد المجموعة المطلوبة لضمان الحد الأدنى من مستوى السطوع لتطبيقهم.

3.2 تصنيف الصبغة (اللونية)

هذا فرز ثنائي الأبعاد أكثر تعقيدًا يعتمد على إحداثيات اللونية CIE 1931 (x, y). توفر ورقة البيانات مصفوفة من المجموعات (مثل B0, B1, B2, B3, C0, C1... D3). يتم تعريف كل مجموعة بواسطة منطقة رباعية الأضلاع على مخطط الألوان. على سبيل المثال، تغطي المجموعة B0 الإحداثيات داخل الحدود المحددة بواسطة (x: 0.2685-0.2885, y: 0.2730-0.3010). يُسمح بتسامح +/- 0.01 على كل إحداثي (x, y) داخل المجموعة. يضمن هذا النظام أن جميع مصابيح LED داخل مجموعة صبغة محددة ستظهر متطابقة بصريًا في اللون تحت الظروف القياسية، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب مظهر لوني موحد عبر مؤشرات متعددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر منحنيات الخصائص المقدمة نظرة أعمق على سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

4.1 الشدة النسبية مقابل الطول الموجي (الشكل 1)

يُظهر منحنى التوزيع الطيفي هذا قوة الإخراج الضوئي النسبي عند كل طول موجي. يؤكد بصريًا أطوال موجات الذروة (λP) وأنصاف أطوال الأطياف (Δλ) لكل شريحة لون. تُظهر منحنيات InGaN (الأزرق والأخضر) عادةً ذروة أكثر حدة مقارنة بـ AlInGaP (الأحمر)، والتي قد يكون لها طيف أوسع قليلاً.

4.2 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (الشكل 2)

منحنى IV هذا غير خطي وأسي بطبيعته، وهو نموذجي للدايود. سيظهر المنحنى جهود تشغيل مختلفة للشريحة الحمراء (AlInGaP، ~1.9 فولت) مقابل الشرائح الزرقاء/الخضراء (InGaN، ~2.5-3.0 فولت). يمثل ميل المنحنى في منطقة التشغيل المقاومة الديناميكية للمصباح. هذا الرسم البياني حاسم لتصميم سائقات LED ذات التيار الثابت لضمان تشغيل مستقر عبر نطاق الجهد الأمامي.

4.3 منحنى تخفيض تصنيف التيار الأمامي (الشكل 3)

هذا أحد أهم الرسوم البيانية للموثوقية. يُظهر أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة حرارة المحيط (Ta). مع زيادة Ta، يجب تقليل التيار الأقصى لمنع درجة حرارة وصلة LED من تجاوز حدها، مما من شأنه تسريع تدهور اللومن وتقليل العمر الافتراضي. يُظهر المنحنى عادةً تخفيضًا خطيًا من تيار محدد عند 25°C وصولاً إلى الصفر عند أقصى درجة حرارة للوصلة (المستنتجة من أقصى درجة حرارة تشغيل).

4.4 الشدة الضوئية النسبية مقابل التيار الأمامي (الشكل 4)

يُظهر هذا المنحنى أن ناتج الضوء (شدة الإضاءة) يزداد مع التيار الأمامي، لكن العلاقة ليست خطية تمامًا، خاصة عند التيارات الأعلى حيث قد تنخفض الكفاءة بسبب زيادة الحرارة. يساعد المصممين على اختيار تيار تشغيل يوازن بين السطوع والكفاءة والعمر الافتراضي.

4.5 نمط الإشعاع (الشكل 5 والشكل 6)

تُظهر هذه المخططات القطبية التوزيع المكاني لشدة الضوء. يُظهر مصباح LED جانبي مزود بعدسة مبعثرة عادةً نمط انبعاث واسع يشبه لامبرتيان. سيظهر الشكل 5 (أفقي) والشكل 6 (عمودي) الشدة كدالة للزاوية من المحور المركزي، مؤكدًا زاوية الرؤية البالغة 130 درجة. يجب أن يكون النمط متماثلاً لمظهر غير محوري متسق.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة والتغليف والتجميع

5.1 أبعاد الغلاف وتعيين الأطراف

يتوافق الجهاز مع مخطط غلاف قياسي EIA. تشمل الأبعاد الحرجة الطول الإجمالي، والعرض، والسماكة شديدة الأهمية البالغة 0.30 مم. يتم تعريف تعيين الأطراف بوضوح: الطرف 3 هو الكاثود المشترك (أو الأنود، اعتمادًا على البناء الداخلي؛ تحدد ورقة البيانات أنه الطرف المشترك لجميع الألوان الثلاثة). الأنود للشريحة الحمراء هو الطرف 1، وللشريحة الخضراء هو الطرف 2، وللشريحة الزرقاء هو الطرف 4. هذه المعلومات حيوية لتخطيط PCB الصحيح والتوجيه أثناء التجميع.

5.2 تصميم وسادة PCB الموصى به واتجاه اللحام

تتضمن ورقة البيانات توصية بنمط اللحام. يوضح هذا الحجم والشكل الأمثل لوسائد النحاس على PCB لضمان وصلة لحام موثوقة مع تقليل ظاهرة "التمثال القبري" (وقوف المكون على أحد طرفيه أثناء إعادة التدفق) إلى الحد الأدنى. كما يشير إلى الاتجاه الصحيح للمصباح على الشريط بالنسبة لـ PCB لآلات الالتقاط والوضع الآلية.

5.3 مواصفات تغليف الشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED على شريط ناقل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). تشمل المواصفات الرئيسية:

- أبعاد الجيب:حجم التجويف الدقيق لتثبيت المصباح بشكل آمن.

- الخطوة:المسافة بين جيوب المكونات (مثل 4 مم).

- أبعاد البكرة:قطر المحور، وقطر الحافة، والعرض الإجمالي.

- الكمية:4000 قطعة لكل بكرة كاملة.

- شريط التغطية:يُستخدم لإغلاق الجيوب؛ يجب أن يكون له قوة تقشير مناسبة لآلة الوضع.

- معايير التعبئة والتغليف:متوافق مع ANSI/EIA-481.

- قواعد الجودة:يُسمح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين؛ الحد الأدنى لكمية التعبئة للبقايا هو 500 قطعة.

6. إرشادات التجميع والتعامل والتطبيق

6.1 عملية اللحام

الجهاز مؤهل للحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) مع ملف تعريف خالٍ من الرصاص. المعلمة الحرجة هي درجة حرارة ذروة تبلغ 260°C لمدة 10 ثوانٍ، كما هو محدد في الحدود القصوى المطلقة. يجب على المصممين التأكد من أن ملف فرن إعادة التدفق يبقى ضمن هذه الحدود لتجنب إتلاف الغلاف البلاستيكي أو الروابط السلكية الداخلية.

6.2 التنظيف

يجب إجراء التنظيف بعد اللحام بعناية. يجب استخدام المذيبات المحددة فقط. توصي ورقة البيانات بالغمر في الكحول الإيثيلي أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة العادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية الأقسى أو التعرض المطول أن يتلف عدسة الإيبوكسي أو علامات الغلاف.

6.3 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

على الرغم من تصنيفه عند 2000 فولت HBM، إلا أن الجهاز عرضة للتلف بسبب ESD. إجراءات التعامل السليمة إلزامية: استخدم أساور المعصم المؤرضة، ووسادات مضادة للكهرباء الساكنة، وتأكد من تأريض جميع المعدات بشكل صحيح. لا يجب التعامل مع المصباح مباشرة باليدين العاريتين.

6.4 ظروف التخزين

للحفاظ على العمر الافتراضي للتخزين، يجب تخزين مصابيح LED في كيس الحاجز الرطوبي الأصلي في ظروف 30°C أو أقل ورطوبة نسبية 90% أو أقل. الفترة الموصى باستخدامها خلالها هي سنة واحدة من تاريخ الشحن عند التخزين تحت هذه الظروف. إذا تم فتح الكيس أو أظهرت بطاقة مؤشر الرطوبة تعرضًا مفرطًا للرطوبة، فقد تكون هناك حاجة إلى الخَبز قبل إعادة التدفق لمنع ظاهرة "الفرقعة" (تشقق الغلاف بسبب التمدد السريع للبخار).

6.5 تحذيرات التطبيق

تنص ورقة البيانات صراحةً على الاستخدام المقصود لـ "المعدات الإلكترونية العادية". بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (الطيران، الطبية، أنظمة سلامة النقل)، يلزم التشاور المسبق والتأهيل مع الشركة المصنعة. يسلط هذا الضوء على تصنيف المكون للاستخدام التجاري/الصناعي، وليس بالضرورة للتطبيقات الحرجة للسلامة دون فحص إضافي.

7. اعتبارات التصميم ودوائر التطبيق النموذجية

7.1 تشغيل المصباح

بسبب خاصية IV الأسية، يجب تشغيل مصابيح LED بواسطة مصدر تيار، وليس مصدر جهد، للحصول على ناتج ضوئي مستقر. أبسط طريقة هي استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع مصدر جهد. يتم حساب قيمة المقاومة (R) كـ R = (V_supply - Vf_LED) / If، حيث Vf_LED هو الجهد الأمامي للشريحة اللونية المحددة عند التيار المطلوب (If). نظرًا لأن Vf له نطاق، يجب اختيار المقاومة لضمان ألا يتجاوز If الحد الأقصى للتصنيف حتى مع الحد الأدنى لـ Vf. للتطبيقات الدقيقة أو التي تعمل بالبطارية، يوصى باستخدام دائرة متكاملة (IC) مخصصة لسائق LED ذي تيار ثابت. يجب تشغيل كل شريحة لونية بشكل مستقل لتمكين مزج الألوان الكامل.

7.2 إدارة الحرارة

على الرغم من صغر حجمه، فإن إدارة درجة حرارة الوصلة هي مفتاح طول العمر. المسار الأساسي لتبديد الحرارة هو من خلال وسادات اللحام إلى نحاس PCB. لذلك، من المهم استخدام تخطيط الوسادة الموصى به وتعظيم مساحة النحاس المتصلة بالوسائد (الإغاثة الحرارية). تجنب التشغيل عند أقصى تيار مطلق، خاصة في درجات حرارة المحيط المرتفعة، وارجع إلى منحنى تخفيض التصنيف.

7.3 التكامل البصري

توفر العدسة البيضاء المبعثرة ناتجًا ضوئيًا ممزوجًا. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب أنماط حزم محددة، يمكن تصميم بصريات ثانوية (موجهات ضوئية، عواكس) حول المصباح. تجعل زاوية الرؤية الواسعة منه مناسبًا لإضاءة الحواف لموجهات الضوء الرفيعة الشائعة الاستخدام في الإضاءة الخلفية للأزرار.

8. المقارنة التقنية والتمييز

المميزات الرئيسية لـ LTST-FS63HBGED في السوق هي:

1. الشكل:سماكة 0.30 مم هي عامل تمكين رئيسي للتصميمات فائقة النحافة، مما يميزه عن مصابيح LED السطحية القياسية ذات الإشعاع العلوي والتي تكون عادةً أطول.

2. التكامل:يجمع بين ثلاث شرائح ألوان أساسية في غلاف واحد يوفر مساحة على PCB ويبسط التجميع مقارنة باستخدام ثلاثة مصابيح LED منفصلة.

3. الأداء:يوفر استخدام InGaN للأزرق/الأخضر وAlInGaP للأحمر كفاءة عالية وتشبع لوني جيد.

4. القدرة على التصنيع:التوافق الكامل مع خطوط تجميع SMT الآلية عالية السرعة يجعله فعالاً من حيث التكلفة للإنتاج الضخم.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل جميع الألوان الثلاثة في وقت واحد عند أقصى تيار مستمر لكل منها وهو 30 مللي أمبير؟

ج: لا. يجب مراعاة تبديد الطاقة الإجمالي. من المحتمل أن يتجاوز التشغيل المتزامن عند 30 مللي أمبير لكل منها قدرة تبديد الطاقة الإجمالية للغلاف، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة. يجب استخدام منحنى تخفيض التصنيف وتصنيفات Pd الفردية لتحديد تيارات التشغيل الآمنة المتزامنة بناءً على درجة حرارة المحيط.

س: لماذا تيارات الاختبار مختلفة للشريحة الزرقاء (12 مللي أمبير) مقابل الشرائح الخضراء/الحمراء (30 مللي أمبير)؟

ج: هذا مرتبط بالكفاءة الجوهرية وخصائص التشغيل لمواد أشباه الموصلات المختلفة (InGaN مقابل AlInGaP). اختارت الشركة المصنعة تيارات اختبار تمثل نقطة تشغيل نموذجية وفعالة لكل شريحة لتحقيق شدة الإضاءة المستهدفة مع إدارة الحرارة وطول العمر.

س: كيف أحصل على الضوء الأبيض باستخدام مصباح LED RGB هذا؟

ج: يتم إنشاء الضوء الأبيض عن طريق مزج الألوان الأساسية الثلاثة بنسب شدة محددة. يتطلب هذا تعديل عرض النبضة (PWM) المستقل أو التحكم التناظري في التيار لكل شريحة. تعتمد النسب الدقيقة على مجموعات اللونية لمصابيح LED المحددة المستخدمة ونقطة البيضاء المستهدفة (مثل الأبيض البارد، الأبيض الدافئ).

س: هل الحماية من الجهد العكسي مطلوبة؟

ج: على الرغم من أن الجهاز يمكنه تحمل اختبار انحياز عكسي 5 فولت، إلا أنه لم يتم تصميمه للعمل في الاتجاه العكسي. إذا كان هناك أي احتمال لتطبيق جهد عكسي في الدائرة (على سبيل المثال، في حمل حثي أو مع إشارة مقترنة بـ AC)، فيجب استخدام دايوود حماية خارجي على التوالي أو على التوازي (اعتمادًا على التكوين).