ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء LTST-S220KEKT - نوع جانبي - أحمر (AlInGaP) - 20 مللي أمبير - 50 مكد - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-S220KEKT ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع التركيب السطحي (SMD) مُصممًا أساسًا لتطبيقات الإضاءة ذات الانبعاث الجانبي. يعتمد هيكله الأساسي على شريحة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)، والمُصممة لإنتاج ضوء أحمر عالي الشدة. الهدف التصميمي الأساسي والسوق الرئيسي لهذا المكون هو تكامله كمصدر إضاءة خلفية لشاشات العرض البلوري السائل (LCD)، حيث تكون هناك حاجة إلى إضاءة حافة موحدة.

يتم تعبئة المكون بتنسيق قياسي متوافق مع معايير EIA، ويتم توريده على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات. هذه التعبئة متوافقة تمامًا مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place) الشائعة الاستخدام في التصنيع الإلكتروني الحديث. كما يتميز ثنائي الباعث الضوئي أيضًا بتوافقه مع عمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) القياسية، وإعادة التدفق بالطور البخاري، واللحام بالموجة، مما يجعله مناسبًا للإنتاج بكميات كبيرة.

1.1 المزايا الأساسية

• بصريات متخصصة:تم تحسين تصميم العدسة الجانبية لتوجيه الضوء بشكل جانبي، وهو مثالي لتوجيه الضوء إلى أدلة الضوء المستخدمة في وحدات الإضاءة الخلفية (BLUs) لشاشات LCD.
• سطوع عالٍ:يوفر استخدام تقنية AlInGaP شدة إضاءة عالية من مساحة شريحة صغيرة.
• جاهزية التصنيع:تتيح التعبئة على شريط وبكرة وتوافق عملية إعادة التدفق تجميعًا آليًا وفعالاً، مما يقلل وقت التصنيع والتكلفة.
• الموثوقية:تم تصنيف الجهاز للعمل عبر نطاق واسع من درجات الحرارة يتراوح من -55°C إلى +85°C، مما يدعم التطبيقات في بيئات متنوعة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يتم تعريف جميع المواصفات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°C ما لم يُذكر خلاف ذلك. يعد فهم هذه المعايير أمرًا بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة وضمان الأداء طويل الأمد.

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 ويجب تجنبه لتشغيل موثوق.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط. هذا هو الحد الأقصى المسموح به لفقدان الطاقة داخل الجهاز.
• تيار الأمام المستمر (IF):30 مللي أمبير. التيار المستمر الذي يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• تيار الأمام الذروي:80 مللي أمبير. مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية).
• عامل التخفيض:0.4 مللي أمبير/°C. لكل درجة مئوية فوق 25°C، يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به لتيار الأمام المستمر بهذا المقدار.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي في انهيار الوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:-55°C إلى +85°C.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية في ظل ظروف التشغيل العادية.

• شدة الإضاءة (Iv):30.0 مكد (الحد الأدنى)، 50.0 مكد (النموذجي) عند تيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير. يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة منحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ½):130 درجة (النموذجي). هذه الزاوية الواسعة للرؤية هي سمة من سمات التصميم الجانبي، مما يشير إلى انبعاث الضوء عبر مستوى جانبي واسع.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λPeak):632 نانومتر (النموذجي). الطول الموجي الذي يكون فيه الناتج الطيفي أقوى.
• الطول الموجي السائد (λd):624 نانومتر (النموذجي). هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية، والمشتق من إحداثيات اللونية CIE، والذي يحدد نقطة اللون الأحمر.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر (النموذجي). عرض النطاق الترددي للطيف المنبعث عند نصف شدة الذروة، مما يشير إلى نقاء اللون.
• جهد الأمام (VF):2.0 فولت (الحد الأدنى)، 2.4 فولت (النموذجي) عند IF=20mA. هذه المعلمة حاسمة لحساب قيم المقاوم التسلسلي وتصميم مصدر الطاقة.
• التيار العكسي (IR):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند VR=5V.
• السعة (C):40 بيكو فاراد (النموذجي) عند VF=0V، f=1MHz. ذو صلة بتطبيقات التبديل عالية التردد.

3. تحليل منحنيات الأداء

على الرغم من عدم توفير بيانات رسومية محددة في مقتطف النص، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذا الجهاز ستكون ضرورية لتحليل التصميم. يتوقع المهندسون مراجعة العلاقات التالية، وهي قياسية لتوصيف LED:

3.1 منحنى التيار مقابل الجهد (I-V)

يُظهر هذا المنحنى العلاقة الأسية بين جهد الأمام والتيار. جهد الركبة (حيث يبدأ التيار في الارتفاع بشكل حاد) لثنائيات الباعث الضوئي AlInGaP يبلغ عادةً حوالي 1.8-2.0 فولت. المنحنى ضروري لتحديد المقاومة الديناميكية لثنائي الباعث الضوئي ولتصميم دائرة تحديد التيار المناسبة.

3.2 شدة الإضاءة مقابل تيار الأمام

يُظهر هذا الرسم البياني عادةً علاقة شبه خطية بين تيار الأمام وناتج الضوء ضمن نطاق التشغيل الموصى به. يساعد المصممين على اختيار تيار التشغيل لتحقيق مستوى سطوع مرغوب مع البقاء ضمن الحدود الحرارية.

3.3 الاعتماد على درجة الحرارة

تختلف معايير رئيسية مثل جهد الأمام وشدة الإضاءة مع درجة حرارة الوصلة. عادةً ما ينخفض VF مع زيادة درجة الحرارة (معامل درجة حرارة سلبي)، بينما تنخفض شدة الإضاءة بشكل عام. فهم هذه التغيرات أمر حيوي للتصاميم التي تعمل عبر نطاق واسع من درجات الحرارة أو عند مستويات طاقة عالية.

3.4 التوزيع الطيفي

سيظهر رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي ذروة حول 632 نانومتر مع نصف عرض نموذجي يبلغ 20 نانومتر، مما يؤكد الناتج الأحمر أحادي اللون لشريحة AlInGaP.

4. معلومات الميكانيكا والتعبئة

4.1 أبعاد الجهاز

يتوافق ثنائي الباعث الضوئي مع مخطط عبوة EIA القياسي. تشمل الأبعاد الحرجة طول الجسم، والعرض، والارتفاع، وموضع مُعرّف الكاثود (عادةً شق أو علامة خضراء على الشريط). يتم توفير الأبعاد المليمترية الدقيقة والتفاوتات (±0.1 مم) في رسم العبوة داخل ورقة البيانات.

4.2 تحديد القطبية

الاتجاه الصحيح إلزامي. عادةً ما يتم تمييز الكاثود على جسم الجهاز أو الإشارة إليه بميزة محددة في جيب الشريط. سيؤدي الاتجاه الخاطئ إلى منع ثنائي الباعث الضوئي من الإضاءة، كما أن تطبيق انحياز عكسي يمكن أن يتلفه.

4.3 تخطيط وسادة اللحام المقترح

يتم توفير بصمة موصى بها لأراضي لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لضمان تكوين وصلة لحام مناسبة، واستقرار ميكانيكي، وتخفيف حراري أثناء إعادة التدفق. الالتزام بهذا التخطيط يقلل من ظاهرة "الشمعدان" وعيوب التجميع الأخرى.

4.4 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد المكون في شريط حامل بارز مع شريط غطاء واقٍ. تشمل المواصفات الرئيسية: عرض الشريط 8 مم، قطر البكرة 7 بوصات، و 4000 قطعة لكل بكرة. تتبع التعبئة معايير ANSI/EIA 481-1-A-1994. يُسمح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين (جيوب فارغة) لكل بكرة.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 ظروف لحام إعادة التدفق

تم تصنيف ثنائي الباعث الضوئي لعمليات اللحام الشائعة. تحدد ورقة البيانات ظروف التعرض القصوى لمنع التلف الحراري للعبوة البلاستيكية وروابط الأسلاك:

• اللحام بالأشعة تحت الحمراء (IR) / اللحام بالموجة:درجة حرارة ذروية 260°C كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ.
• اللحام بالطور البخاري:215°C كحد أقصى لمدة 3 دقائق.

يتم عادةً اقتراح ملف تعريف مفصل لإعادة التدفق (التسخين المسبق، النقع، إعادة التدفق، التبريد) مع قيود زمنية ودرجة حرارة لضمان وصلات لحام موثوقة دون تدهور أداء ثنائي الباعث الضوئي.

5.2 التنظيف

يتطلب التنظيف بعد اللحام الحذر. يجب استخدام المواد الكيميائية المحددة فقط. توصي ورقة البيانات صراحةً بما يلي:

• الغمر في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة العادية.
• يجب أن يكون وقت الغمر أقل من دقيقة واحدة.
• يجب تجنب السوائل الكيميائية غير المحددة لأنها قد تتلف عدسة الإيبوكسي أو عبوة ثنائي الباعث الضوئي.

5.3 التخزين والتعامل

يجب تخزين الأجهزة في أكياسها الأصلية المغلقة ذات الحاجز الرطوبي مع مجفف في بيئة خاضعة للتحكم (ضمن نطاق -55°C إلى +85°C). يمكن أن يؤدي التعرض للرطوبة المفرطة قبل اللحام إلى حدوث ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل.

6. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 التطبيق الأساسي: الإضاءة الخلفية لشاشات LCD

التصميم الجانبي مثالي لوحدات الإضاءة الخلفية المضاءة من الحافة. يتم وضع عدة ثنائيات باعثة للضوء على طول حافة واحدة أو أكثر من لوح دليل الضوء (LGP). يتم حقن الضوء من الثنائيات الباعثة للضوء في حافة لوح دليل الضوء، حيث ينتشر عبر الانعكاس الداخلي الكلي ويتم استخراجه لأعلى نحو لوحة شاشة LCD بواسطة ميزات سطحية مطبوعة أو مشكلة، مما يخلق مصدر ضوء مساحي موحد.

6.2 تصميم دائرة التشغيل

ثنائيات الباعث الضوئي هي أجهزة تعمل بالتيار. المقاوم المحدد للتيار على التوالي هو أبسط طريقة تشغيل. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - VF) / IF، حيث Vcc هو جهد التغذية، VF هو جهد الأمام لثنائي الباعث الضوئي (استخدم القيمة النموذجية أو القصوى للموثوقية)، و IF هو تيار الأمام المطلوب (مثال: 20mA). للحصول على سطوع ثابت عبر عدة ثنائيات باعثة للضوء أو درجات حرارة متغيرة، يوصى باستخدام دائرة تشغيل تيار ثابت.

6.3 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (75 ملي واط كحد أقصى)، إلا أن الإدارة الحرارية الفعالة أمر بالغ الأهمية لطول العمر واستقرار ناتج الضوء. تعمل لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) كمشتت حراري. تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية متصلة بوسائد الحرارة الخاصة بثنائي الباعث الضوئي (إن وجدت) أو بأراضي اللحام لتصريف الحرارة بعيدًا عن الوصلة. الالتزام بمنحنى تخفيض التيار فوق درجة حرارة محيطة 25°C.

6.4 التكامل البصري

لتطبيقات الإضاءة الخلفية، يعد المحاذاة الميكانيكية الدقيقة والمسافة بين سطح انبعاث ثنائي الباعث الضوئي وحافة لوح دليل الضوء أمرًا بالغ الأهمية لتعظيم كفاءة الاقتران وتقليل الفقد البصري. تساعد زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة في هذا الاقتران.

7. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بتقنيات LED الأخرى للانبعاث الأحمر:

• مقارنة بـ GaAsP التقليدي:يقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير واستقرارًا أفضل لدرجة الحرارة، مما يؤدي إلى ضوء أحمر أكثر سطوعًا وثباتًا.
• مقارنة بثنائيات الباعث الضوئي AlInGaP ذات المنظر العلوي:المُفرق الرئيسي هو نمط الحزمة الضوئية. هذا المتغير الجانبي يصدر الضوء موازيًا لمستوى لوحة الدوائر المطبوعة، بينما تصدر الثنائيات الباعثة للضوء القياسية بشكل عمودي. هذا يجعله غير مناسب للإشارة المباشرة ولكنه أمثل للإضاءة الجانبية (من الحافة).
• مقارنة بثنائيات الباعث الضوئي البيضاء للإضاءة الخلفية:غالبًا ما تُستخدم الثنائيات الباعثة للضوء الحمراء أحادية اللون مثل هذه في أنظمة الإضاءة الخلفية متعددة الألوان (RGB) لإنشاء نطاق ألوان واسع، أو في شاشات أحادية اللون تتطلب إضاءة حمراء محددة.

8. الأسئلة المتكررة (FAQ)

8.1 هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي الباعث للضوء مباشرة من مخرج منطقي بجهد 5 فولت أو 3.3 فولت؟

لا. يجب عليك استخدام مقاوم على التوالي أو مشغل تيار ثابت لتحديد التيار إلى الحد الأقصى المحدد (30 مللي أمبير مستمر). سيؤدي توصيله مباشرة بمصدر جهد إلى تدفق تيار مفرط، مما قد يؤدي إلى تدمير الثنائي الباعث للضوء.

8.2 ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

طول موجة الذروة (λPeak) هو الطول الموجي الفيزيائي حيث تكون القدرة الطيفية في أعلى مستوياتها. الطول الموجي السائد (λd) هو مقياس إدراكي مشتق من علم الألوان (مخطط CIE) يمثل الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية على أنه مطابق للون ثنائي الباعث الضوئي. بالنسبة للثنائيات الباعثة للضوء أحادية اللون، غالبًا ما تكون قريبة ولكنها ليست متطابقة.

8.3 كم عدد الثنائيات الباعثة للضوء التي يمكنني توصيلها على التوالي؟

يعتمد العدد على جهد التغذية الخاص بك (Vcc) وجهد الأمام (VF) لكل ثنائي باعث للضوء. يجب أن يكون مجموع VF لجميع الثنائيات الباعثة للضوء في السلسلة أقل من Vcc، مع هامش كافٍ لعنصر تحديد التيار (المقاوم أو المنظم). على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 12 فولت و VF=2.4V، يمكنك نظريًا توصيل 4 ثنائيات باعثة للضوء على التوالي (4 * 2.4V = 9.6V)، تاركًا 2.4V للمقاوم المحدد للتيار.

8.4 هل هذا الثنائي الباعث للضوء مناسب للتطبيقات السياراتية؟

يغطي نطاق درجة حرارة التشغيل (-55°C إلى +85°C) العديد من متطلبات السيارات. ومع ذلك، تتطلب المكونات ذات الدرجة السياراتية الحقيقية عادةً مؤهلات إضافية للاهتزاز والرطوبة والعمر الممتد في ظل ظروف قاسية. لا تحدد ورقة البيانات هذه مؤهلات AEC-Q101 أو مؤهلات سياراتية مماثلة، لذلك قد لا تكون مناسبة للإضاءة السياراتية الحرجة للسلامة أو الخارجية دون مزيد من التحقق.

9. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم مؤشر حالة بسيط لجهاز محمول يتطلب إضاءة جانبية لأنبوب ضوئي أكريليك صغير.

التنفيذ:يعد LTST-S220KEKT خيارًا ممتازًا. يتم وضعه على لوحة الدوائر الرئيسية مع محاذاة سطح انبعاثه لحافة الأنبوب الضوئي الأكريليكي. يتم حساب مقاوم على التوالي لنظام 3.3 فولت: R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 أوم. يتم اختيار مقاوم قياسي 47 أوم، مما يؤدي إلى تيار أمامي يبلغ حوالي 19.1 مللي أمبير، وهو ضمن الحدود بشكل جيد. تضمن زاوية الرؤية الواسعة اقترانًا فعالاً في الأنبوب الضوئي، مما يوفر توهجًا أحمر ساطعًا وموحدًا عند نقطة خروج المؤشر على غلاف الجهاز.

10. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

يعتمد LTST-S220KEKT على تقنية أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP). عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة حيث تتحد. في AlInGaP، يطلق حدث إعادة التركيب هذا الطاقة بشكل أساسي في شكل فوتونات (ضوء) في الطيف الأحمر إلى البرتقالي المصفر، اعتمادًا على التركيب الدقيق للسبيكة. تحتوي العبوة الجانبية على عدسة إيبوكسي مشكلة مصممة لانكسار وتوجيه الضوء المنبعث جانبياً، موازيًا لمستوى التركيب، بدلاً من الاتجاه لأعلى. يتم تحقيق ذلك من خلال انحناء محدد للعدسة ووضع شريحة أشباه الموصلات داخل العبوة.

11. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر سوق الثنائيات الباعثة للضوء الجانبية في التطور. تشمل الاتجاهات الرئيسية:

• زيادة الكفاءة:تهدف تحسينات علوم المواد المستمرة إلى زيادة لومن لكل واط (الفعالية) لـ AlInGaP وثنائيات الباعث الضوئي الملونة الأخرى، مما يقلل استهلاك الطاقة في وحدات الإضاءة الخلفية.
• التصغير:هناك دفع مستمر لأحجام عبوات أصغر (مثل 0603، 0402 متري) لتمكين شاشات أرق وأجهزة أكثر إحكاما.
• حلول متكاملة:تتحرك الاتجاهات نحو وحدات متعددة الثنائيات الباعثة للضوء أو "أشرطة ضوئية" تجمع بين ألوان متعددة (RGB) أو ثنائيات باعثة للضوء بيضاء مع مشغلات وبصريات في وحدة مجمعة مسبقًا واحدة، مما يبسط التصميم والتجميع للإضاءة الخلفية.
• تقنيات بديلة:للإضاءة الخلفية البيضاء، تظل الثنائيات الباعثة للضوء الزرقاء مع تحويل الفوسفور هي المسيطرة. ومع ذلك، بالنسبة للشاشات الملونة، تكتسب الثنائيات الباعثة للضوء الحمراء والخضراء والزرقاء (RGB) ذات الانبعاث المباشر أو مصفوفات LED المصغرة/الدقيقة زخمًا لنطاق ألوانها الفائق وقدرات التعتيم المحلي في الشاشات الراقية.