ورقة بيانات LED SMD طراز LTST-S320KRKT - اللون الأحمر - الطول الموجي 639 نانومتر - تيار 20 مللي أمبير - جهد 2.4 فولت - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-S320KRKT صمام LED جانبي عالي السطوع من نوع Surface Mount Device (SMD)، مُصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب وظائف مؤشر أو إضاءة خلفية موثوقة وفعالة. باستخدام تقنية شريحة AlInGaP (ألومنيوم إنديوم جاليوم فوسفيد) المتقدمة، يقدم هذا الصمام شدة إضاءة ونقاء لوني فائقين في الطيف الأحمر. يسمح تصميمه الجانبي الباعث للضوء بتوجيه الضوء موازيًا لسطح التركيب، مما يجعله مثاليًا للألواح المضاءة من الحواف، أو مؤشرات الحالة على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الرأسية، أو التطبيقات المحدودة المساحة حيث لا تكون الإضاءة العلوية مناسبة.

تشمل المزايا الرئيسية لهذا المكون امتثاله لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يصنفه كمنتج صديق للبيئة. تتميز العبوة بعدسة شفافة تمامًا تعظم إخراج الضوء، ويتم توريدها على شريط قياسي صناعي بعرض 8 مم مثبت على بكرات قطر 7 بوصات، مما يضمن التوافق مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place). كما تم تصميم الجهاز لتحمل عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) القياسية، مما يسهل دمجه في خطوط إنتاج تكنولوجيا التركيب السطحي (SMT) المبسطة.

2. تعمق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف ويجب تجنبه لضمان أداء موثوق.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة دون تجاوز درجة حرارة التقاطع القصوى.
• تيار الأمامي الذروي (I_F(PEAK)):80 مللي أمبير. يمكن تطبيق هذا التيار فقط في ظروف النبض، وتحديدًا بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. وهو مفيد في التعددية (multiplexing) أو الومضات عالية الكثافة القصيرة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):30 مللي أمبير تيار مستمر. هذا هو أقصى تيار موصى به للتشغيل المستمر، مما يضمن موثوقية طويلة الأمد وإخراج ضوئي مستقر.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. قد يتسبب تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي في فشل فوري وكارثي لتقاطع LED.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-30°C إلى +85°C و -40°C إلى +85°C، على التوالي. تضمن هذه النطاقات السلامة الميكانيكية وأداء LED عبر ظروف بيئية متنوعة.
• ظروف اللحام:يتحمل 260°C لمدة 10 ثوانٍ، وهو ما يتماشى مع ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص (Pb-free) النموذجية.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تم قياس هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة قياسية (T_a) قدرها 25°C وتيار أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير، وهي تحدد الأداء الأساسي لـ LED.

• شدة الإضاءة (I_V):تتراوح من حد أدنى 18.0 مللي شمعة إلى قيمة نموذجية 54.0 مللي شمعة. يتم فرز (binning) الشدة الفعلية المقدمة (انظر القسم 3)، مما يوفر مستويات سطوع يمكن التنبؤ بها للتصميم.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة. هذه الزاوية الواسعة للرؤية هي سمة لصمامات LED الجانبية ذات العدسة المشتتة، مما يوفر نمط إضاءة واسعًا ومتساويًا مناسبًا لمؤشرات الحالة.
• الطول الموجي الذروي (λ_P):639 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية في أقصى حد، وهو ما يحدد اللون الأحمر المُدرك.
• الطول الموجي السائد (λ_d):631 نانومتر. مُشتق من مخطط لونية CIE، وهو الطول الموجي الفردي الذي يمثل بشكل أفضل اللون الذي تدركه العين البشرية.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):20 نانومتر. يشير عرض النطاق الضيق هذا إلى نقاء لوني عالٍ، حيث يتركز معظم الضوء المنبعث حول الطول الموجي الذروي.
• الجهد الأمامي (V_F):نموذجيًا 2.4 فولت، بحد أقصى 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير. هذه المعلمة حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (I_R):أقصى 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي 5 فولت، مما يشير إلى جودة تقاطع جيدة.

3. شرح نظام الفرز (Binning)

لضمان اتساق السطوع عبر دفعات الإنتاج، يستخدم LTST-S320KRKT نظام فرز (binning) لشدة الإضاءة. يتم اختبار كل صمام LED وفرزه إلى رمز فرز محدد بناءً على شدته المقاسة عند 20 مللي أمبير.

• رمز الفرز M:18.0 - 28.0 مللي شمعة
• رمز الفرز N:28.0 - 45.0 مللي شمعة
• رمز الفرز P:45.0 - 71.0 مللي شمعة
• رمز الفرز Q:71.0 - 112.0 مللي شمعة
• رمز الفرز R:112.0 - 180.0 مللي شمعة

يتم تطبيق تسامح +/-15% على كل مجموعة شدة. يجب على المصممين اختيار المجموعة المناسبة بناءً على متطلبات السطوع لتطبيقهم. على سبيل المثال، قد تتطلب مؤشرات الرؤية العالية المجموعة R أو Q، بينما قد تستخدم أضواء الحالة الأقل أهمية المجموعة M أو N. يسمح هذا النظام بأداء يمكن التنبؤ به ويبسط إدارة المخزون للمصنعين.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 6)، فإن آثارها قياسية لصمامات LED من نوع AlInGaP. يمكن للمصممين توقع العلاقات العامة التالية:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يظهر الجهد الأمامي (V_F) علاقة لوغاريتمية مع التيار. يظل مستقرًا نسبيًا حول القيمة النموذجية 2.4 فولت ضمن نطاق تيار التشغيل الموصى به ولكنه يزداد مع التيارات الأعلى ودرجة الحرارة.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:تكون الشدة متناسبة تقريبًا مع التيار الأمامي حتى التيار الأقصى المقنن. ومع ذلك، تبلغ الكفاءة (لومن لكل واط) ذروتها عادةً عند تيار أقل من الحد الأقصى المطلق وتنخفض بعد ذلك بسبب التأثيرات الحرارية.
• الاعتماد على درجة الحرارة:تمتلك شدة الإضاءة لصمامات LED من نوع AlInGaP معامل درجة حرارة سالب. مع زيادة درجة حرارة التقاطع، ينخفض إخراج الضوء. كما ينخفض الجهد الأمامي قليلاً مع ارتفاع درجة الحرارة. الإدارة الحرارية المناسبة أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سطوع ثابت.
• التوزيع الطيفي:طيف الانبعاث هو منحنى يشبه Gaussian يتمركز عند 639 نانومتر (الذروة) بعرض نصف 20 نانومتر. قد يتحول الطول الموجي السائد (631 نانومتر) قليلاً (عادةً نحو الأطوال الموجية الأطول) مع زيادة درجة حرارة التقاطع وتيار القيادة.

5. معلومات الميكانيكا والعبوة

يتوافق LED مع أبعاد العبوة القياسية لـ EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية) لصمامات LED الجانبية SMD. تشمل الميزات الميكانيكية الرئيسية:

• نوع العبوة:عبوة SMD جانبية قياسية.
• العدسة:شفافة تمامًا، غير مشتتة (للنوع KRKT)، تعظم إخراج الضوء.
• التوصيلات:مطلي بالقصدير (Sn) على الأطراف، مما يوفر قابلية لحام جيدة وتوافق مع العمليات الخالية من الرصاص.
• تحديد القطبية:يتم تحديد الكاثود عادةً بواسطة علامة على العبوة، مثل شق، أو نقطة، أو طرف مقصوص. تتضمن ورقة البيانات مخططًا يظهر تخطيط وسادة اللحام والاتجاه المقترح لضمان الوضع الصحيح.
• الشريط والبكرة:معبأ في شريط ناقل بارز بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). الكمية القياسية للبكرة هي 3000 قطعة. هذه التعبئة متوافقة مع مواصفات ANSI/EIA-481 للمناولة الآلية.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف إعادة التدفق باللحام

يتم توفير ملف إعادة تدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) مقترح للتجميع الخالي من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:150-200°C لمدة أقصاها 120 ثانية لتسخين اللوحة والمكونات تدريجيًا، وتقليل الصدمة الحرارية.
• درجة الحرارة القصوى:بحد أقصى 260°C. تم تصنيف المكون لتحمل 10 ثوانٍ عند درجة الحرارة القصوى هذه.
• الوقت فوق السائل (TAL):يجب توصيف الملف لضمان تكوين وصلة لحام مناسبة دون ارتفاع درجة حرارة LED. يعتمد ملف المثال على معايير JEDEC.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، استخدم مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة مضبوطة على أقصى 300°C. قلل وقت التلامس إلى 3 ثوانٍ لكل طرف، وقم بهذه العملية مرة واحدة فقط لمنع تلف العبوة البلاستيكية والوصلات السلكية الداخلية.

6.3 التخزين والتعامل

• الحساسية للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD):صمامات LED حساسة للـ ESD. استخدم احتياطات مضادة للكهرباء الساكنة مناسبة مثل أساور المعصم المؤرضة، والحصائر الموصلة، والتعبئة الآمنة من ESD أثناء التعامل.
• حساسية الرطوبة:بينما توفر البكرة المغلقة الحماية، يجب استخدام المكونات التي تمت إزالتها من تغليفها الأصلي في غضون أسبوع واحد. للتخزين الأطول، احفظها في بيئة جافة (< 30°C، < 60% رطوبة نسبية) أو في حاوية مغلقة مع مجفف. إذا تم تخزينها غير معبأة لأكثر من أسبوع، يوصى بـ "التجفيف" (bake-out) عند 60°C لمدة 20+ ساعة قبل اللحام لمنع ظاهرة "الفشار" (popcorning) (تشقق العبوة بسبب الرطوبة المتبخرة أثناء إعادة التدفق).
• التنظيف:إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، استخدم فقط المذيبات المحددة مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو الكحول الإيثيلي في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. تجنب المواد الكيميائية العدوانية أو غير المحددة التي قد تتلف عدسة الإيبوكسي أو العبوة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإلكترونيات الاستهلاكية:مؤشرات حالة الطاقة، أو البطارية، أو الوظيفة على الهواتف الذكية، والأجهزة اللوحية، والموجهات، ومعدات الصوت.
• التحكم الصناعي:مؤشرات مثبتة على لوحات التحكم لحالة الماكينة، أو إنذارات الأعطال، أو أوضاع التشغيل.
• داخل السيارات:الإضاءة الخلفية للأزرار، أو المفاتيح، أو شاشات الحالة الثانوية (خاضعة للتأهيل الخاص بدرجة السيارات الذي قد لا يمتلكه هذا الجزء القياسي).
• أجهزة القياس:أضواء المؤشر على معدات الاختبار، والأجهزة الطبية (لوظائف غير حرجة)، وأجهزة الاتصالات.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:قم دائمًا بتشغيل LED بمصدر تيار ثابت أو مقاومة محددة للتيار متصلة على التوالي مع مصدر جهد. احسب قيمة المقاومة باستخدام R = (V_source- V_F) / I_F. لمصدر 5 فولت وتيار مستهدف I_Fبقيمة 20 مللي أمبير مع V_F=2.4 فولت: R = (5 - 2.4) / 0.02 = 130 أوم. استخدم القيمة القياسية الأقرب (مثل 120Ω أو 150Ω) وتحقق من التيار الفعلي.
• الإدارة الحرارية:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، تأكد من وجود مساحة كافية من النحاس على PCB أو ثقوب حرارية (thermal vias) حول وسائد اللحام لتصريف الحرارة بعيدًا عن تقاطع LED، خاصة عند التشغيل بالقرب من التيار الأقصى أو في درجات حرارة محيطة عالية.
• التصميم البصري:تتطلب الطبيعة الجانبية للانبعاث أن يتضمن التصميم دليل ضوء أو نافذة مشاهدة موضوعة بشكل صحيح لتوجيه الضوء إلى الموقع المطلوب على غلاف المنتج.

8. المقارنة والتمييز التقني

يميز LTST-S320KRKT نفسه في السوق من خلال عدة ميزات رئيسية:

• تقنية الشريحة:يوفر استخدام AlInGaP، مقارنة بـ GaAsP القديم أو GaP القياسي، كفاءة إضاءة أعلى بكثير واستقرارًا حراريًا أفضل، مما يؤدي إلى ضوء أحمر أكثر سطوعًا وثباتًا.
• العبوة الجانبية:تقدم بديلاً تصميميًا لصمامات LED العلوية الباعثة، وتحل تحديات تخطيطية محددة حيث يحتاج الضوء إلى السفر موازيًا لـ PCB.
• فرز السطوع العالي:توفر مجموعات تصل إلى 180 مللي شمعة (المجموعة R) يسمح بالتطبيقات التي تتطلب رؤية عالية جدًا.
• توافق قوي مع العمليات:التوافق الصريح مع إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والتركيب الآلي يبسط التصنيع، ويقلل من تكلفة وتعقيد التجميع مقارنة بالبدائل ذات الثقب المار (through-hole).

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة (MCU)؟

ج: هذا يعتمد على قدرة دبوس GPIO على توفير التيار. يمكن للعديد من دبابيس MCU توفير 10-25 مللي أمبير فقط. عند 20 مللي أمبير، من المحتمل أن تكون عند الحد الأقصى أو فوقه. من الأكثر أمانًا استخدام GPIO للتحكم في ترانزستور (مثل MOSFET) يقوم بتبديل تيار LED الأعلى.

س: لماذا يوجد فرق بين الطول الموجي الذروي (639 نانومتر) والطول الموجي السائد (631 نانومتر)؟

ج: الطول الموجي الذروي هو الحد الأقصى الفيزيائي لطيف الانبعاث. الطول الموجي السائد هو قيمة محسوبة تعتمد على إدراك اللون البشري (مخطط CIE). تسبب حساسية العين البشرية (الاستجابة الضوئية) هذا الانزياح، مما يجعل اللون "الظاهر" يتوافق مع 631 نانومتر.

س: ماذا يحدث إذا قمت بتشغيل LED عند 30 مللي أمبير بشكل مستمر؟

ج: بينما هذا هو الحد الأقصى للتصنيف للتيار المستمر، فإن التشغيل عند الحد الأقصى المطلق سيولد المزيد من الحرارة، ويقلل من كفاءة الإضاءة بمرور الوقت، وقد يقصر عمر LED. للحصول على موثوقية مثلى، يوصى بتخفيض التصنيف (derating) إلى 15-20 مللي أمبير لمعظم التطبيقات.

س: كيف أفسر رمز الفرز عند الطلب؟

ج: حدد رمز مجموعة شدة الإضاءة المطلوبة (مثل "P") في أمر الشراء الخاص بك لضمان استلامك صمامات LED بسطوع في نطاق 45-71 مللي شمعة. وهذا يضمن اتساق مظهر منتجك.

10. دراسة حالة تصميمية

السيناريو:تصميم مؤشر حالة لوحدة استشعار IoT مدمجة. لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) مكتظة بالمكونات، ويجب أن يكون المؤشر مرئيًا من جانب الوحدة المغلقة.

التنفيذ:تم اختيار LTST-S320KRKT لخاصية الانبعاث الجانبية. يتم وضعه على حافة PCB. يتم توصيل مقاومة محددة للتيار بقيمة 120Ω على التوالي مع خط جهد 3.3 فولت، مما ينتج عنه تيار أمامي تقريبي بقيمة (3.3V - 2.4V)/120Ω = 7.5 مللي أمبير. يوفر هذا سطوعًا كافيًا للاستخدام الداخلي مع تقليل استهلاك الطاقة، وهو عامل حاسم لأجهزة IoT التي تعمل بالبطارية. تضمن زاوية الرؤية الواسعة لـ LED الرؤية حتى لو لم يكن منظور المستخدم محاذيًا تمامًا. يتم وضع المكون باستخدام تجميع SMT القياسي، ويتم ضبط ملف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء للبقاء ضمن حد 260°C لمدة 10 ثوانٍ، مما يضمن وصلة لحام موثوقة دون تلف حراري.

11. مقدمة عن المبدأ التكنولوجي

يعتمد LTST-S320KRKT على تكنولوجيا أشباه الموصلات AlInGaP. هذه المادة هي شبه موصل مركب من المجموعة III-V. عند تطبيق جهد أمامي عبر تقاطع p-n، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. هنا، تتحد، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد للألومنيوم، والإنديوم، والجاليوم، والفوسفيد في الطبقة النشطة طاقة فجوة النطاق لأشباه الموصلات، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. بالنسبة لهذا LED الأحمر، يتم هندسة فجوة النطاق لإنتاج فوتونات ذات طاقة تقابل حوالي 639 نانومتر. تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة تمامًا بتغليف الشريحة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل نمط إخراج الضوء (زاوية رؤية 130 درجة)، وتعزز استخراج الضوء من مادة أشباه الموصلات.

12. اتجاهات الصناعة

يستمر اتجاه صمامات LED المؤشرة مثل LTST-S320KRKT نحو كفاءة أعلى، وحزم أصغر، وتكامل أكبر. بينما يظل AlInGaP التكنولوجيا المهيمنة لصمامات LED الحمراء والعنبرية عالية الكفاءة، فقد تقدمت تكنولوجيا InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) لتغطية الطيف المرئي الكامل بكفاءة عالية، بما في ذلك الأخضر، والأزرق، والأبيض. قد تشهد التطورات المستقبلية مزيدًا من التصغير للحزم الجانبية وزيادة اعتماد صمامات LED ذات تغليف على مستوى الشريحة (CSP)، والتي تلغي العبوة البلاستيكية التقليدية لمساحة أصغر وأداء حراري أفضل محتمل. بالإضافة إلى ذلك، هناك تركيز متزايد على ضبط الألون الدقيق وفرز أكثر ضيقًا لتلبية متطلبات تطبيقات مثل مصفوفات المؤشرات الملونة الكاملة وواجهات الإنسان والآلة المتطورة حيث يكون اتساق اللون والسطوع أمرًا بالغ الأهمية.