ورقة بيانات LED برتقالي SMD LTST-S220KFKT - شريحة AlInGaP - 20mA - 90mcd - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-S220KFKT مصباح LED عالي السطوع من نوع SMD ذو رؤية جانبية. يستخدم شريحة أشباه موصلات من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم)، والمعروفة بإنتاج ضوء برتقالي ساطع وفعال. تم تصميم هذا المكون لعمليات التجميع الآلي وهو متوافق مع تقنيات اللحام القياسية بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء، مما يجعله مناسبًا للتصنيع بكميات كبيرة. تطبيقه الأساسي كمصباح إشارة أو مصدر إضاءة خلفية في مختلف الأجهزة الإلكترونية حيث تكون المساحة محدودة ويكون ملف تعريف الإشعاع الجانبي مفيدًا.

1.1 المزايا الأساسية

• سطوع عالي:تقدم تقنية AlInGaP شدة إضاءة عالية، بقيمة نموذجية تبلغ 90 ملي كانديلا (mcd) عند تيار أمامي قدره 20 مللي أمبير.
• زاوية رؤية واسعة:يتميز بزاوية رؤية 130 درجة (2θ1/2)، مما يضمن وضوح الرؤية من منظورات مختلفة.
• ملائم للأتمتة:يتم توريده على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات، متوافق مع معدات الاختيار والوضع الآلي لتجميع لوحات الدوائر المطبوعة بكفاءة.
• بناء متين:مصمم لتحمل ملفات تعريف اللحام القياسية الخالية من الرصاص (Pb-free) بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء، مع تحمل درجة حرارة قصوى تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ.
• المطابقة:المنتج متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفصيلاً دقيقًا للمعايير الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية التي تحدد أداء الـ LED وحدود تشغيله.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للمكون. لا يُنصح بالتشغيل عند أو تحت هذه الحدود لفترات طويلة.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن للعبوة الخاصة بـ LED تبديدها بأمان على شكل حرارة.
• التيار الأمامي القصي (IFP):80 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار نابض مسموح به، يُحدد عادةً تحت ظروف مثل دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. يُستخدم للومضات قصيرة المدى وعالية الكثافة.
• التيار الأمامي المستمر (IF):30 مللي أمبير تيار مستمر. هذا هو أقصى تيار للحالة المستقرة للتشغيل المستمر.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يتلف وصلة PN الخاصة بـ LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr):من -30°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمم الـ LED ليعمل ضمنه بشكل صحيح.
• نطاق درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة للتخزين الآمن عندما لا يكون المكون موصولاً بالطاقة.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعايير عند درجة حرارة محيطة قياسية تبلغ 25°C، وهي تحدد الأداء النموذجي لـ LED تحت ظروف التشغيل العادية.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 45.0 ملي كانديلا إلى نموذجي 90.0 ملي كانديلا عند IF=20mA. يقيس هذا السطوع الملحوظ لضوء الخرج بواسطة العين البشرية.
• الجهد الأمامي (VF):نموذجيًا 2.4 فولت، بحد أقصى 2.4 فولت عند IF=20mA. هذا هو انخفاض الجهد عبر الـ LED عندما يكون موصلاً للتيار.
• الطول الموجي القياسي (λP):611 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه خرج الطاقة البصرية في أقصى حد. بالنسبة لهذا الـ LED البرتقالي، يقع في الجزء البرتقالي-الأحمر من الطيف.
• الطول الموجي السائد (λd):605 نانومتر. يُشتق هذا من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي الذي يصف بشكل أفضل اللون الملحوظ للضوء.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):17 نانومتر. يشير هذا إلى نقاء الطيف؛ القيمة الأصغر تعني خرج ضوء أكثر أحادية اللون (لون نقي).
• التيار العكسي (IR):10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند VR=5V. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون الـ LED في انحياز عكسي ضمن تصنيفه الأقصى.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق السطوع عبر دفعات الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على شدة إضاءتها المقاسة. يستخدم LTST-S220KFKT نظام تصنيف بالرموز والنطاقات التالية، مقاسة عند 20mA. التسامح لكل مجموعة شدة هو +/-15%.

• رمز التصنيف P:45.0 - 71.0 ملي كانديلا
• رمز التصنيف Q:71.0 - 112.0 ملي كانديلا
• رمز التصنيف R:112.0 - 180.0 ملي كانديلا
• رمز التصنيف S:180.0 - 280.0 ملي كانديلا

يسمح هذا للمصممين باختيار مصابيح LED من مجموعة محددة للتطبيقات التي تتطلب مستويات سطوع موحدة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات، فإن آثارها حاسمة للتصميم.

4.1 التيار مقابل شدة الإضاءة (منحنى I-Iv)

خرج الضوء (شدة الإضاءة) لـ LED يتناسب طرديًا مع التيار الأمامي المتدفق عبره، حتى نقطة معينة. التشغيل فوق التيار المستمر الموصى به (30mA) يمكن أن يؤدي إلى حرارة مفرطة، وتقليل العمر الافتراضي، وتحول في اللون. يسمح تصنيف التيار النابض (80mA) بومضات قصيرة من سطوع أعلى دون تلف حراري.

4.2 الاعتماد على درجة الحرارة

أداء الـ LED حساس لدرجة الحرارة. مع زيادة درجة حرارة الوصلة:

• تنخفض شدة الإضاءة:ينخفض خرج الضوء عادةً. مواصفات ورقة البيانات عند 25°C؛ عند درجات حرارة تشغيل أعلى، سيكون الخرج أقل.
• ينخفض الجهد الأمامي:VF له معامل درجة حرارة سالب.
• يتحول الطول الموجي:قد يتحول الطول الموجي القياسي والسائد قليلاً، مما قد يؤثر على اللون الملحوظ.

الإدارة الحرارية المناسبة (مثل مساحة نحاس كافية في لوحة الدوائر المطبوعة لتبديد الحرارة) ضرورية للحفاظ على الأداء والموثوقية.

4.3 توزيع الطيف

يظهر منحنى الطيف شدة الضوء عبر أطوال موجية مختلفة. الذروة عند 611 نانومتر ونصف العرض 17 نانومتر تؤكد أن هذا هو LED برتقالي بعرض نطاق طيفي ضيق نسبيًا، مما يوفر لونًا مشبعًا.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

يتميز الـ LED بتصميم عبوة ذات رؤية جانبية، مما يعني أن الانبعاث الضوئي الأساسي يكون من جانب المكون وليس من الأعلى. هذا مثالي لتطبيقات الإضاءة الجانبية.

5.1 أبعاد العبوة وقطبية الأطراف

يتبع المكون مخطط عبوة قياسي EIA. التسامحات الأبعاد الرئيسية هي عادةً ±0.10 مم. يُشار إلى الكاثود (الطرف السالب) عادةً بعلامة على العبوة، مثل شق، أو نقطة، أو طرف مقصوص. تتضمن ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا للأبعاد مع تخطيط مسارات لحام مقترح لضمان المحاذاة الصحيحة وتشكيل وصلة اللحام أثناء إعادة التدفق.

5.2 تصميم مسارات اللحام المقترحة

يتم توفير نمط مسار لحام موصى به (مخطط مسارات اللحام) لتسهيل عائد لحام جيد واستقرار ميكانيكي. اتباع هذا التصميم يساعد في منع مشاكل مثل "تومبستونينج" (رفع أحد الأطراف عن المسار) أو وصلات لحام غير كافية.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق (Reflow)

الـ LED متوافق مع عمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الخالية من الرصاص (Pb-free). يتم توفير ملف تعريف مقترح، متوافق مع معايير JEDEC. تشمل المعايير الرئيسية:

• التسخين المسبق:150-200°C لمدة تصل إلى 120 ثانية لتسخين اللوحة تدريجيًا وتنشيط مادة التدفق في معجون اللحام.
• درجة الحرارة القصوى:بحد أقصى 260°C.
• الوقت فوق نقطة الانصهار (TAL):يجب أن يكون الوقت الذي تقضيه وصلة اللحام فوق نقطة انصهارها كافيًا للترطيب المناسب ولكن ليس مفرطًا لتجنب الإجهاد الحراري على الـ LED. يقترح ملف تعريف وقت درجة حرارة قصوى بحد أقصى 10 ثوانٍ.

يمكن للمكون تحمل عملية إعادة التدفق هذه بحد أقصى مرتين.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، استخدم مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة مضبوطة على حد أقصى 300°C. قلل وقت التلامس إلى 3 ثوانٍ لكل وصلة، وقم باللحام مرة واحدة فقط لمنع التلف الحراري للعبوة البلاستيكية والوصلات الداخلية بالسلك.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، استخدم المذيبات المحددة فقط. غمر الـ LED في كحول إيثيلي أو كحول أيزوبروبيلي في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة مقبول. تجنب استخدام مواد كيميائية عدوانية أو غير محددة يمكن أن تتلف العدسة البلاستيكية أو العبوة.

6.4 التخزين والتعامل

• احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). استخدم أساور المعصم، وسُجاد مضاد للكهرباء الساكنة، ومعدات مؤرضة بشكل صحيح أثناء التعامل.
• حساسية الرطوبة:بينما تشير ورقة البيانات إلى أن العبوة محكمة الإغلاق، تنطبق احتياطات مستوى حساسية الرطوبة (MSL) القياسية لمكونات SMD بعد فتح التغليف الأصلي. إذا تعرض للرطوبة المحيطة، قد تكون هناك حاجة إلى تجفيف (مثل 60°C لمدة 20 ساعة) قبل إعادة التدفق لمنع ظاهرة "الفشار" (تشقق العبوة بسبب ضغط البخار أثناء التسخين).
• ظروف التخزين:للعبوات المفتوحة، قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يُوصى بالاستخدام خلال أسبوع واحد للحصول على أفضل النتائج.

7. معلومات التغليف والطلب

تنسيق التغليف القياسي حاسم للتجميع الآلي.

• الشريط والبكرة:يتم وضع المكونات في شريط ناقل بارز بعرض 8 مم.
• حجم البكرة:قطر 7 بوصات.
• الكمية لكل بكرة:4000 قطعة.
• ملاحظات التغليف:يتم إغلاق الجيوب الفارغة بشريط غطاء. الحد الأقصى لعدد المكونات المفقودة المتتالية هو اثنان. الحد الأدنى لكمية الطلب للباقي هو 500 قطعة. يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع ثابت وعمر افتراضي طويل، يجب تشغيلها بتيار ثابت أو مع مقاومة محددة للتيار على التوالي عند استخدام مصدر جهد.

مثال حسابي للمقاومة على التوالي (باستخدام مصدر 5 فولت و VF نموذجي = 2.4 فولت، IF = 20 مللي أمبير):
قيمة المقاومة، R = (Vsupply - VF) / IF = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 أوم.
تصنيف قدرة المقاومة، P = (Vsupply - VF) * IF = (2.6V) * 0.020A = 0.052W. مقاومة قياسية 1/8W (0.125W) أو 1/10W كافية.

لمصابيح LED متعددة، توصيلها على التوالي (إذا كان جهد المصدر مرتفعًا بما يكفي) هو الأفضل عن التوصيل على التوازي، لأنه يضمن مرور نفس التيار عبر كل LED، مما يعزز سطوعًا موحدًا.

8.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية:تأكد من أن تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة يوفر تخفيفًا حراريًا كافيًا، خاصة إذا كان التشغيل قريبًا من تصنيفات التيار القصوى. يمكن أن يساعد توصيل مسار التبريد الحراري (إن وجد) بمستوى التأريض في تبديد الحرارة.
• تحديد التيار:لا تقم بتوصيل LED مباشرة بمصدر جهد بدون آلية تحديد تيار.
• حماية من الجهد العكسي:تجنب تطبيق انحياز عكسي. في الدوائر حيث يكون الجهد العكسي ممكنًا (مثل الاقتران AC)، فكر في إضافة ثنائي حماية على التوازي مع الـ LED (كاثود إلى كاثود، أنود إلى أنود).

9. المقارنة والتمييز التقني

يتميز LTST-S220KFKT من خلال مزيجه من تقنية AlInGaP وعبوة الرؤية الجانبية. مقارنة بمصابيح LED القديمة من نوع GaAsP أو GaP، تقدم AlInGaP كفاءة وسطوعًا أعلى بكثير للألوان البرتقالية/الحمراء. يوفر الشكل ذو الرؤية الجانبية مرونة في التصميم للتطبيقات التي تحتاج فيها الضوء إلى توجيهه أفقيًا عبر سطح، كما في الإضاءة الخلفية للأزرار، أو مؤشرات الحالة على حافة الجهاز، أو أدلة الضوء.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

10.1 ما الفرق بين الطول الموجي القياسي والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي القياسي (λP) هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر الـ LED أكبر قدر من الطاقة البصرية. الطول الموجي السائد (λd) هو قيمة محسوبة بناءً على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) ويمثل بشكل أفضل اللون الذي نراه. غالبًا ما يكونان متقاربين ولكن ليسا متطابقين.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بمصدر جهد 3.3 فولت؟

نعم. باستخدام VF النموذجي البالغ 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير، سيتم حساب المقاومة على التوالي كالتالي: R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 أوم. تأكد من أن تصنيف قدرة المقاومة كافٍ (0.9V * 0.02A = 0.018W).

10.3 لماذا يوجد تصنيف للتيار القصي أعلى بكثير من التيار المستمر؟

تصنيف التيار القصي (80mA) مخصص لنبضات قصيرة جدًا (0.1 مللي ثانية). هذا يسمح لـ LED بإنتاج ومضة أكثر سطوعًا لأغراض الإشارة دون ارتفاع درجة حرارة الوصلة إلى مستويات ضارة، حيث لا يوجد وقت كافٍ لتراكم الحرارة. للإضاءة الثابتة، يجب عدم تجاوز التيار المستمر (30mA).

10.4 كيف يمكنني تفسير رمز التصنيف (Bin Code)?

يشير رمز التصنيف (مثل P، Q، R، S) على ملصق البكرة أو التغليف إلى نطاق شدة الإضاءة لمصابيح LED الموجودة داخله. الاختيار من مجموعة واحدة يضمن سطوعًا متسقًا في منتجك. على سبيل المثال، ستكون مصابيح LED من مجموعة S أكثر سطوعًا بشكل ملحوظ من مصابيح LED من مجموعة P عند تشغيلها بنفس التيار.

11. مثال تطبيقي عملي

سيناريو: تصميم مؤشر بطارية منخفضة لجهاز محمول.
يُعد LTST-S220KFKT خيارًا ممتازًا. لونه البرتقالي هو مؤشر تحذير شائع. تسمح عبوة الرؤية الجانبية بتركيبه على حافة لوحة الدوائر المطبوعة، وتوجيه الضوء نحو نافذة شفافة على غلاف الجهاز. عند تشغيله بـ 15-20 مللي أمبير عبر دبوس GPIO ومقاومة على التوالي من خط 3.3 فولت للجهاز، فإنه يوفر إشارة واضحة وساطعة. تضمن زاوية الرؤية الواسعة 130 درجة أن المؤشر مرئي حتى عند النظر إلى الجهاز من زاوية. توافقه مع اللحام بإعادة التدفق يسمح بتجميعه جنبًا إلى جنب مع جميع مكونات SMD الأخرى في خطوة واحدة، مما يقلل تكلفة التصنيع.

12. مبدأ التشغيل

الـ LED هو ثنائي أشباه الموصلات. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد فجوة النطاق الخاصة به، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة (شريحة AlInGaP في هذه الحالة). يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المادي المحدد لأشباه الموصلات (AlInGaP) طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، البرتقالي. تحتوي عبوة الرؤية الجانبية على عدسة بلاستيكية مصبوبة تشكل وتوجه الضوء المنبعث من الشريحة جانبياً.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يمثل استخدام مواد AlInGaP تقنية راسخة وناضجة لإنتاج مصابيح LED حمراء وبرتقالية وصفراء عالية الكفاءة. يركز التطوير المستمر في صناعة LED الأوسع على زيادة الكفاءة (لومن لكل واط)، وتحسين تجسيد الألوان، وتمكين كثافات طاقة أعلى. بالنسبة لمصابيح LED من نوع المؤشر مثل LTST-S220KFKT، تشمل الاتجاهات مزيدًا من التصغير، وتطوير زوايا رؤية أوسع، وتعزيز التوافق مع عمليات التجميع المتطلبة. يستمر التوجه نحو أتمتة وموثوقية أعلى في تصنيع الإلكترونيات في جعل مصابيح LED SMD القوية والقابلة للّحام بإعادة التدفق الخيار القياسي بدلاً من المكونات ذات الثقوب المارة.