LTST-S270KRKT - ورقة بيانات LED SMD الجانبي - AlInGaP أحمر - 20mA - 2.4V - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-S270KRKT مصباح LED عالي السطوع من نوع Surface Mount Device (SMD) ذو إصدار جانبي، مُصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب إضاءة مؤشرات موثوقة وفعالة. يستخدم شريحة أشباه موصلات متطورة من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم)، والمعروفة بإنتاج شدة إضاءة عالية مع نقاء لوني ممتاز في الطيف الأحمر. يتم تغليف الجهاز في عبوة قياسية متوافقة مع معايير EIA، مما يجعله متوافقًا مع خطوط التجميع الآلي "pick-and-place" وعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) القياسية، وهي عمليات حاسمة للإنتاج بكميات كبيرة. يسمح تصميم العدسة ذو الإصدار الجانبي (شفاف) بتوجيه الضوء موازيًا لسطح التركيب، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات ذات المساحة الرأسية المحدودة، مثل الألواح المضاءة من الحواف، والإضاءة الخلفية لأزرار الغشاء، أو مؤشرات الحالة في الإلكترونيات الاستهلاكية النحيفة.

1.1 الميزات الأساسية والمزايا

• شريحة AlInGaP عالية السطوع:توفر شدة إضاءة فائقة مقارنة بمواد LED التقليدية، مما يضمن وضوح الرؤية.
• عبوة ذات منظر جانبي:الإصدار الضوئي الأساسي يكون من جانب المكون، مما يجعله مثاليًا للتصاميم التي توفر المساحة.
• متوافق مع RoHS ومنتج صديق للبيئة:يتم تصنيعه دون مواد خطرة مثل الرصاص والزئبق والكادميوم، مما يلبي اللوائح البيئية العالمية.
• أطراف مطلية بالقصدير:تعزز قابلية اللحام وتوفر مقاومة جيدة للأكسدة، مما يضمن وصلات لحام موثوقة أثناء التجميع.
• ملائم للأتمتة:يتم توريده على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات مقاس 7 بوصات، متوافق بالكامل مع معدات التركيب الآلي عالية السرعة.
• قابل للّحام بإعادة التدفق:يتحمل منحنيات الحرارة القياسية للّحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء المطلوبة لعمليات التجميع الخالية من الرصاص.

2. المواصفات الفنية والتفسير الموضوعي

يقدم هذا القسم تحليلاً موضوعياً مفصلاً للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات. فهم هذه القيم أمر بالغ الأهمية لتصميم الدائرة بشكل صحيح وضمان الموثوقية على المدى الطويل.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تمثل هذه التقييمات حدود الإجهاد التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها للاستخدام العادي ومن المرجح أن يقصر عمر LED.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة. تجاوز هذا الحد يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وفشل كارثي.
• تيار الأمام الذروي (I_FP):80 ملي أمبير. هذا هو أقصى تيار لحظي مسموح به في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). وهو أعلى بكثير من تصنيف التيار المستمر، ومفيد للومضات عالية الكثافة القصيرة.
• تيار الأمام المستمر (I_F):30 ملي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر موصى به للتشغيل الموثوق على المدى الطويل. حالة الاختبار النموذجية للمواصفات البصرية هي 20 ملي أمبير.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد عكسي أكبر من هذا يمكن أن يعطل وصلة PN الخاصة بـ LED، مما يتسبب في فشل فوري. يُنصح بحماية الدائرة المناسبة (مثل دايود على التوالي بالتوازي العكسي) في بيئات التيار المتردد أو الإشارات ثنائية القطب.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-30°C إلى +85°C / -40°C إلى +85°C. يمكن للجهاز العمل والتخزين ضمن نطاقات درجة الحرارة المحيطة هذه. سيتغير الأداء، وخاصة شدة الإضاءة وجهد الأمام، مع تغير درجة الحرارة.
• حالة إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء:ذروة 260°C لمدة 10 ثوانٍ. هذا يحدد منحنى الحرارة الأقصى الذي يمكن للعبوة تحمله أثناء اللحام دون تلف.

2.2 الخصائص الكهرو-بصرية

تم القياس عند درجة حرارة محيطة (T_a) قدرها 25°C، تحدد هذه المعلمات أداء LED في ظل ظروف التشغيل العادية.

• شدة الإضاءة (I_V):18.0 - 54.0 ملي شمعة (نموذجي 54.0 ملي شمعة) عند I_F= 20 ملي أمبير. هذا مقياس لسطوع LED كما تراه العين البشرية. يشير النطاق الواسين بين الحد الأدنى والأقصى إلى الحاجة لنظام تصنيف (انظر القسم 3).
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):130 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور). تشير زاوية 130° إلى نمط مشاهدة واسع جدًا، وهو نموذجي للعدسات ذات الإصدار الجانبي بدون حزمة ضيقة.
• الطول الموجي الذروي (λ_P):639 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة البصرية لـ LED في أقصى حد. وهو يُعرّف "اللون" من الناحية الفيزيائية.
• الطول الموجي السائد (λ_d):631 نانومتر. مُشتق من مخطط لونية CIE، هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يمثل بشكل أفضل اللون الذي تدركه العين البشرية. إنه المعلمة الرئيسية لتحديد المواصفات اللونية.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):20 نانومتر. هذا هو عرض الطيف المنبعث عند نصف قوته القصوى (العرض الكامل عند نصف القيمة القصوى - FWHM). يشير النطاق الأضيق إلى لون أكثر نقاءً طيفيًا ومشبعًا.
• جهد الأمام (V_F):2.0V - 2.4V (نموذجي 2.4V) عند I_F= 20 ملي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED أثناء التشغيل. إنه أمر بالغ الأهمية لتصميم المقاوم المحدد للتيار على التوالي مع LED. يجب على المصممين استخدام أقصى V_Fلضمان عدم تجاوز حد التيار في أسوأ الظروف.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R= 5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي ضمن أقصى تصنيف له.

3. شرح نظام التصنيف

بسبب الاختلافات الكامنة في تصنيع أشباه الموصلات، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء. وهذا يضمن الاتساق داخل الدفعة الإنتاجية. يستخدم LTST-S270KRKT نظام تصنيف لشدة الإضاءة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف مصابيح LED إلى فئات بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند 20 ملي أمبير. لكل فئة قيمة دنيا وقصوى، مع تسامح +/-15% داخل الفئة. وهذا يسمح للمصممين باختيار مستوى السطوع المناسب لتطبيقهم.

• الفئة M:18.0 - 28.0 ملي شمعة
• الفئة N:28.0 - 45.0 ملي شمعة
• الفئة P:45.0 - 71.0 ملي شمعة
• الفئة Q:71.0 - 112.0 ملي شمعة
• الفئة R:112.0 - 180.0 ملي شمعة

تأثير التصميم:للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا موحدًا عبر عدة مصابيح LED (مثل مجموعة من مصابيح حالة)، من الأهمية بمكان تحديد وشراء مصابيح LED من نفس فئة الشدة. يمكن أن يؤدي خلط الفئات إلى إضاءة غير متساوية بشكل مرئي.

4. تحليل منحنى الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 6)، يمكن وصف سلوكها النموذجي بناءً على فيزياء LED القياسية.

4.1 تيار الأمام مقابل جهد الأمام (منحنى I-V)

العلاقة أسية. تؤدي زيادة صغيرة في الجهد بعد نقطة "التشغيل" (~1.8 فولت لـ AlInGaP الأحمر) إلى زيادة كبيرة في التيار. هذا هو السبب في أن دائرة تحديد التيار (عادةً مقاومة) إلزامية؛ حيث أن توصيل LED مباشرة بمصدر جهد سيدمره.

4.2 شدة الإضاءة مقابل تيار الأمام

شدة الإضاءة تتناسب تقريبًا مع تيار الأمام حتى نقطة معينة. التشغيل فوق التيار المستمر الموصى به (30 ملي أمبير) سيعطي عوائد متناقصة في السطوع مع توليد حرارة مفرطة، مما يسرع من انخفاض التدفق الضوئي.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

مع زيادة درجة حرارة الوصلة:

• جهد الأمام (V_F):ينخفض قليلاً. يمكن أن يؤدي هذا إلى زيادة طفيفة في التيار إذا كان مدفوعًا بمصدر جهد ثابت مع مقاومة على التوالي.
• شدة الإضاءة (I_V):تنخفض. تقلل درجات الحرارة العالية من كفاءة إخراج الضوء. الإدارة الحرارية المناسبة (مثل مساحة نحاس كافية على لوحة الدوائر المطبوعة) مهمة للحفاظ على سطوع ثابت.
• الطول الموجي (λ_d):يتحول قليلاً، عادةً إلى أطوال موجية أطول (انزياح أحمر).

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد العبوة والقطبية

تتضمن ورقة البيانات رسومات ميكانيكية مفصلة. تشمل الميزات الرئيسية هندسة العدسة ذات المنظر الجانبي وتحديد لوحة الأنود/الكاثود. عادةً ما يتم تمييز الكاثود بشق، أو شريط أخضر على الشريط، أو شكل لوحة مختلف. القطبية الصحيحة ضرورية أثناء التجميع.

5.2 تخطيط لوحة اللحام الموصى به

يتم توفير نمط أرضي مقترح (بصمة لوحة اللحام) لضمان حشوة لحام موثوقة ومحاذاة صحيحة أثناء إعادة التدفق. يساعد اتباع هذه التوصية في منع ظاهرة "الشمعة" (وقوف المكون على طرف واحد) ويضمن قوة ميكانيكية جيدة.

5.3 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد المكون في شريط حامل بارز (بتباعد 8 مم) على بكرات مقاس 7 بوصات، متوافق مع ANSI/EIA-481.

• القطع لكل بكرة: 4000
• الحد الأدنى لكمية الطلب:500 قطعة للكميات المتبقية.
• شريط التغطية:يغلق الجيوب لمنع سقوط الأجزاء.
• المصابيح المفقودة:يُسمح بحد أقصى جيبين فارغين متتاليين وفقًا للمواصفات.

6. إرشادات اللحام والتجميع والتعامل

6.1 منحنى لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

يتم توفير منحنى إعادة تدفق مقترح للعمليات الخالية من الرصاص، متوافق مع معايير JEDEC. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:150-200°C لمدة تصل إلى 120 ثانية لرفع درجة الحرارة ببطء وتنشيط المادة المساعدة للّحام.
• درجة الحرارة الذروية:بحد أقصى 260°C.
• الوقت فوق السائل (TAL):يقترح المنحنى وقت ذروة درجة حرارة بحد أقصى 10 ثوانٍ. يجب التحكم في إجمالي الوقت من ~217°C إلى الذروة.
• الحد الأقصى للدورات:يجب ألا يتعرض LED لأكثر من دورتي إعادة تدفق.

ملاحظة:يجب تحديد المنحنى الفعلي لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة المحدد، ومعجون اللحام، والفرن المستخدم.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا:

• درجة حرارة المكواة:بحد أقصى 300°C.
• وقت اللحام:بحد أقصى 3 ثوانٍ لكل طرف.
• الحد:يُسمح بدورة لحام يدوية واحدة فقط.

6.3 التنظيف

يجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو الكحول الإيثيلي للتنظيف، في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية القاسية أو غير المحددة أن تتلف العدسة البلاستيكية والعبوة.

6.4 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي. احتياطات التعامل إلزامية:

• استخدم أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.
• تأكد من أن جميع محطات العمل والمعدات والأدوات مؤرضة بشكل صحيح.
• قم بتخزين ونقل المكونات في تغليف آمن ضد التفريغ الكهروستاتيكي.

6.5 ظروف التخزين

• الكيس المغلق (كيس حاجز الرطوبة - MBB):قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية. العمر الافتراضي هو سنة واحدة من تاريخ ختم الكيس عند التخزين مع مجفف.
• الكيس المفتوح أو الأجزاء المفكوكة:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يُوصى بإكمال لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء في غضون أسبوع من الفتح. للتخزين لفترات أطول، ضع الأجزاء في وعاء مغلق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين. يجب خبز الأجزاء المخزنة خارج كيس MBB لأكثر من أسبوع عند 60°C لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

7. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مؤشرات الحالة:مؤشرات الطاقة، أو الاتصال، أو الوضع في الإلكترونيات الاستهلاكية، والأجهزة المنزلية، ولوحات التحكم الصناعية.
• الإضاءة الخلفية:الإضاءة الجانبية لأزرار الغشاء، أو لوحات المفاتيح، أو الشاشات الرسومية الصغيرة.
• إضاءة المقصورة الداخلية للسيارات:أضواء المؤشرات غير الحرجة (خاضعة للتحقق من درجة الحرارة والاهتزاز).
• الأجهزة المحمولة:مؤشرات مستوى البطارية أو الإشعارات في الهواتف الذكية، والأجهزة اللوحية، والأجهزة القابلة للارتداء (باستخدام ميزة الإصدار الجانبي).

7.2 تصميم الدائرة

دائرة القيادة الأكثر شيوعًا هي مصدر جهد (V_CC) على التوالي مع مقاومة محددة للتيار (R_S). يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم:
R_S= (V_CC- V_F) / I_F
حيث V_Fهو جهد الأمام لـ LED و I_Fهو تيار الأمام المطلوب (مثل 20 ملي أمبير).استخدم دائمًا أقصى V_Fمن ورقة البيانات (2.4 فولت) لهذا الحسابلضمان عدم تجاوز التيار للهدف التصميمي في أسوأ الظروف. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت:
R_S= (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ω. مقاومة قياسية 130Ω أو 150Ω ستكون مناسبة.

7.3 الإدارة الحرارية

بينما تبديد الطاقة منخفض، فإن التشغيل المستمر في درجات حرارة محيطة عالية أو عند أقصى تيار مستمر يمكن أن يرفع درجة حرارة الوصلة. للحفاظ على الأداء والعمر الطويل:

• استخدم مساحة نحاس كافية على لوحة الدوائر المطبوعة متصلة بلوحات التوصيل الحراري لـ LED (إن وجدت) أو المستوى الأرضي المجاور ليعمل كمشتت حراري.
• تجنب وضع LED بالقرب من المكونات الأخرى المولدة للحرارة.
• فكر في تخفيض تصنيف تيار التشغيل (مثل استخدام 15 ملي أمبير بدلاً من 20 ملي أمبير) في بيئات درجة الحرارة العالية.

7.4 قيود التطبيق والتحذيرات

تنص ورقة البيانات صراحةً على أن هذه المصابيح مخصصةللمعدات الإلكترونية العادية(المكتبية، الاتصالات، المنزلية). وهيغير مؤهلةللتطبيقات الحرجة للسلامة حيث يمكن أن يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر، مثل:

• أنظمة الطيران والفضاء
• معدات النقل ومراقبة المرور
• الأجهزة الطبية وأجهزة دعم الحياة
• أنظمة السلامة الحرجة

لمثل هذه التطبيقات، يجب الحصول على مكونات ذات شهادات موثوقية مناسبة.

8. الأسئلة الشائعة (FAQ)

8.1 ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي الذروي (λ_P):الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة البصرية. يتم قياسه مباشرة من الطيف.
الطول الموجي السائد (λ_d):اللون المُدرك. يتم حسابه من مخطط ألوان CIE للعثور على الطول الموجي الفردي الذي يتطابق مع نقطة لون LED كما تراها العين البشرية. بالنسبة لمصابيح LED أحادية اللون مثل هذا الأحمر، فهي قريبة ولكنها ليست متطابقة. λ_dهو المعلمة الأكثر صلة بتحديد المواصفات اللونية.

8.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED بمصدر طاقة 3.3 فولت؟

نعم. باستخدام الصيغة R_S= (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 Ω. مقاومة قياسية 47Ω ستنجح. تأكد من أن المصدر يمكنه توفير التيار المطلوب.

8.3 لماذا يكون شرط رطوبة التخزين صارمًا جدًا بعد فتح الكيس؟

يمكن لحزم SMD امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحتبسة أن تتبخر بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا يمكن أن يتسبب في تشقق العبوة أو تقشير الطبقات الداخلية - وهي ظاهرة تُعرف باسم "الفرقعة" أو "الإجهاد الناجم عن الرطوبة". تقوم عملية الخبز (60°C لمدة 20+ ساعة) بطرد هذه الرطوبة الممتصة بأمان.

8.4 كيف أفسر رمز الفئة (مثل P) في الطلبية؟

يحدد رمز الفئة (M، N، P، Q، R) النطاق المضمون لشدة الإضاءة لمصابيح LED في تلك الدفعة. عند تقديم طلب، يمكنك تحديد رمز الفئة المطلوب لضمان استلام مصابيح LED ذات سطوع في النطاق المطلوب. إذا لم يتم التحديد، فقد يقوم المورد بالشحن من أي فئة متاحة.