ورقة بيانات LED LTST-S220KSKT الأصفر SMD - حزمة EIA - جهد 2.4 فولت - قدرة 75 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-S220KSKT ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع التركيب السطحي (SMD) مصممًا لعمليات التجميع الإلكتروني الحديثة. ينتمي إلى عائلة مصابيح LED ذات الرقاقة ذات الإضاءة الجانبية، مما يعني أن انبعاث الضوء الأساسي يكون موازيًا لمستوى تركيب لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). هذا الاتجاه مفيد بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب إضاءة الحواف أو مؤشرات الحالة التي يمكن رؤيتها من جانب الجهاز. يستخدم LED مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)، والمعروفة بإنتاج ضوء عالي الكفاءة في الطيف من الأصفر إلى الأحمر. الجهاز مغلف بعدسة شفافة تمامًا، لا تشتت الضوء، مما ينتج عنه حزمة ضوئية أكثر تركيزًا وشدة، مناسبة لأغراض المؤشرات.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون امتثاله لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يجعله مناسبًا للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة. يتميز بأطراف مطلية بالقصدير لتحسين قابلية اللحام ومقاومة التآكل. الحزمة موحدة وفقًا لمواصفات EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية)، مما يضمن التوافق مع مجموعة واسعة من معدات التركيب الآلي المستخدمة في التصنيع بكميات كبيرة. علاوة على ذلك، تم تصميمه لتحمل عمليات لحام الريفلو بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهو المعيار لتجميع وصلات اللحام الخالية من الرصاص (Pb-free) في تقنية التركيب السطحي.

السوق المستهدف لهذا LED يشمل الإلكترونيات الاستهلاكية، لوحات التحكم الصناعية، إضاءة المقصورة الداخلية للسيارات، أجهزة القياس، وأي تطبيق يتطلب مؤشر حالة أصفر ساطع وموثوق يمكن دمجه باستخدام خطوط التجميع الآلي.

2. التفسير الموضوعي العميق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود. يتم تحديد الحدود القصوى المطلقة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ميغاواط. هذه هي أقصى قدرة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة دون تدهور أدائها أو عمرها الافتراضي. يتجاوز هذا الحد خطر التلف الحراري.
• تيار الأمام الذروي (IFP):80 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي اللحظي، ويُحدد عادةً في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة حرارة التقاطع بشكل مفرط.
• تيار الأمام المستمر (IF):30 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر الموصى به للتشغيل الموثوق على المدى الطويل. حالة التشغيل النموذجية لاختبار الخصائص البصرية هي 20 مللي أمبير.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تطبيق جهد عكسي أعلى من هذا يمكن أن يسبب انهيارًا وتلفًا لا رجعة فيه في تقاطع PN الخاص بـ LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -30 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. تم تصميم LED للعمل ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يمكن تخزين الجهاز دون تشغيل ضمن نطاق درجة الحرارة الأوسع هذا.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ. يحدد هذا درجة الحرارة القصوى وتحمل الوقت لعملية لحام الريفلو، وهو أمر بالغ الأهمية للتجميع الخالي من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعايير في ظل ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C، IF=20mA) وتحدد أداء الجهاز.

• شدة الإضاءة (Iv):18.0 - 54.0 ملي كانديلا (نموذجي). يقيس هذا السطوع الملحوظ لـ LED كما تراه العين البشرية (الرؤية الضوئية). يشير النطاق الواسع إلى استخدام نظام تصنيف (انظر القسم 3). يتم قياس الشدة باستخدام مرشح يحاكي منحنى استجابة العين CIE.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):130 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها عند المحور المركزي (0°). تشير زاوية 130° إلى نمط رؤية واسع نسبيًا.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λP):591 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة الطيفية لـ LED في أقصى حد. يقع ضمن المنطقة الصفراء من الطيف المرئي.
• الطول الموجي السائد (λd):589 نانومتر (نموذجي). هذا مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي الذي يصف بشكل أفضل اللون الملحوظ للضوء. وهو قريب جدًا من طول موجة الذروة لهذا الجهاز.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر (نموذجي). هذا هو عرض طيف الانبعاث عند نصف قوته القصوى. تشير قيمة 20 نانومتر إلى لون أصفر نقي بشكل معتدل.
• جهد الأمام (VF):2.0 فولت (الحد الأدنى)، 2.4 فولت (نموذجي)، (الحد الأقصى غير محدد عند 20 مللي أمبير). هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عند التشغيل بالتيار المحدد. وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (IR):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند VR=5V. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عند تطبيق الجهد العكسي المحدد.

ملاحظة على ESD:تحذر ورقة البيانات من أن الكهرباء الساكنة والارتفاعات المفاجئة يمكن أن تتلف LED. يوصى بشدة باتخاذ احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) المناسبة، مثل استخدام أساور المعصم المؤرضة، والقفازات المضادة للكهرباء الساكنة، والتأكد من تأريض جميع المعدات أثناء التعامل.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في السطوع عبر دفعات الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند تيار الاختبار القياسي (20 مللي أمبير). يستخدم LTST-S220KSKT قائمة رموز الفئات التالية:

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

التحمل لكل فئة شدة هو +/- 15%. هذا يعني أن LED المسمى بالفئة N يمكن أن يكون له شدة فعلية بين 23.8 ملي كانديلا و 51.75 ملي كانديلا تقريبًا. يجب على المصممين مراعاة هذا الاختلاف عند تحديد متطلبات السطوع لتطبيقهم. لا تشير ورقة البيانات إلى فئات منفصلة لطول الموجة أو جهد الأمام لهذا الرقم المحدد، مما يشير إلى تحكم أشد أو مواصفات فئة واحدة لتلك المعايير.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذا LED ستشمل:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار الأمام (منحنى I-V):يُظهر هذا المنحنى كيف يزداد ناتج الضوء مع زيادة تيار الأمام. يكون خطيًا بشكل عام عند التيارات المنخفضة ولكنه قد يشبع عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية وانخفاض الكفاءة.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح هذا الرسم البياني تخفيض ناتج الضوء مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (أو درجة حرارة التقاطع). عادةً ما تشهد مصابيح LED من نوع AlInGaP انخفاضًا في الناتج مع ارتفاع درجة الحرارة.
• جهد الأمام مقابل تيار الأمام:يُظهر هذا العلاقة الأسية المميزة للثنائي. يزداد الجهد مع التيار.
• جهد الأمام مقابل درجة الحرارة المحيطة:عادةً ما يكون لجهد الأمام معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أنه ينخفض قليلاً مع ارتفاع درجة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للقدرة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر ذروة حول 591 نانومتر بعرض يبلغ حوالي 20 نانومتر عند نصف القيمة القصوى.

هذه المنحنيات ضرورية لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف التشغيل غير القياسية ولتصميم إدارة الحرارة.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد الحزمة

يتوافق LED مع مخطط حزمة SMD قياسي لـ EIA. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات مع تحمل نموذجي يبلغ ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتضمن ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا للأبعاد يوضح الطول، العرض، الارتفاع، تباعد الأطراف، والميزات الميكانيكية الحرجة الأخرى اللازمة لتصميم بصمة PCB.

5.2 تصميم اللوحة المعدنية والقطبية

توفر ورقة البيانات أبعاد اللوحة المعدنية المقترحة للحم لتخطيط PCB. الالتزام بهذه التوصيات يضمن وصلة لحام موثوقة ومحاذاة صحيحة أثناء الريفلو. للمكون علامة قطبية، عادةً ما تكون شقًا أو مؤشرًا للكاثود على جسم الحزمة. الاتجاه الصحيح حيوي لأن مصابيح LED تسمح فقط للتيار بالتدفق في اتجاه واحد.

5.3 التعبئة على شريط وبكرة

يتم توريد مصابيح LED على شريط قياسي بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات لتتوافق مع معدات التجميع الآلي. تشمل ملاحظات التعبئة الرئيسية:

• يتم إغلاق الجيوب المكونة الفارغة بشريط غطاء علوي.
• تحتوي كل بكرة قطرها 7 بوصات على 4000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية التعبئة للأجزاء المتبقية هو 500 قطعة.
• يُسمح بحد أقصى اثنين من مصابيح LED مفقودة متتالية (جيوب فارغة) لكل مواصفات بكرة.
• تتبع التعبئة مواصفات ANSI/EIA 481.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف تعريف لحام الريفلو

يتم توفير ملف تعريف ريفلو مقترح بالأشعة تحت الحمراء (IR) لعمليات اللحام الخالية من الرصاص (Pb-free). المعايير الحرجة هي:

• درجة حرارة التسخين المسبق:150–200 درجة مئوية
• وقت التسخين المسبق:الحد الأقصى 120 ثانية
• درجة الحرارة القصوى:الحد الأقصى 260 درجة مئوية
• الوقت عند درجة الحرارة القصوى:الحد الأقصى 10 ثوانٍ (ويُسمح بحد أقصى دورتين ريفلو).

يستند الملف الشخصي إلى معايير JEDEC. تؤكد ورقة البيانات على أن الملف الشخصي الأمثل يعتمد على تصميم PCB المحدد، المكونات، معجون اللحام، والفرن، لذلك من الضروري إجراء التوصيف.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، تنطبق الحدود التالية:

• درجة حرارة مكواة اللحام:الحد الأقصى 300 درجة مئوية
• وقت اللحام:الحد الأقصى 3 ثوانٍ (مرة واحدة فقط).

6.3 التنظيف

يجب عدم استخدام المنظفات الكيميائية غير المحددة لأنها قد تتلف حزمة LED. إذا كان التنظيف مطلوبًا، يُوصى بالغمر في الكحول الإيثيلي أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة.

6.4 ظروف التخزين

• الحزمة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤90% رطوبة نسبية (RH). العمر الافتراضي هو سنة واحدة عند التخزين في الكيس الأصلي المضاد للرطوبة مع مجفف.
• الحزمة المفتوحة:يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30 درجة مئوية أو 60% رطوبة نسبية. يجب لحام مصابيح LED التي تمت إزالتها من تغليفها الأصلي بالريفلو بالأشعة تحت الحمراء في غضون أسبوع.
• التخزين الممتد (المفتوح):للتخزين لأكثر من أسبوع، ضع مصابيح LED في وعاء محكم الغلق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين. يجب خبز مصابيح LED المخزنة خارج التغليف لأكثر من أسبوع عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة امتصاص الرطوبة ومنع ظاهرة "الفشار" أثناء الريفلو.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا LED الأصفر ذو الإضاءة الجانبية مثالي للتطبيقات التي تكون فيها المساحة محدودة على السطح العلوي لـ PCB، أو حيث يجب عرض المؤشر من الحافة. تشمل الاستخدامات الشائعة:

• مؤشرات الحالة على الإلكترونيات الاستهلاكية (الموجهات، أجهزة الاستقبال، الشواحن).
• الإضاءة الخلفية لمفاتيح الغشاء أو الألواح المضاءة من الجانب.
• إضاءة مجموعة العدادات ولوحة القيادة في المقصورة الداخلية للسيارات.
• مؤشرات حالة المعدات الصناعية والأعطال.
• مؤشرات مستوى البطارية أو الشحن في الأجهزة المحمولة.

7.2 اعتبارات التصميم

• قيادة التيار:مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي، فإن آلية تحديد التيار ضرورية. يتم تحقيق ذلك عادةً باستخدام مقاوم متسلسل أو دائرة قيادة تيار ثابت. يمكن حساب قيمة المقاوم باستخدام الصيغة: R = (Vcc - VF) / IF، حيث Vcc هو جهد التغذية، VF هو جهد الأمام لـ LED (استخدم القيمة القصوى أو النموذجية للسلامة)، و IF هو تيار الأمام المطلوب (مثل 20 مللي أمبير).
• الإدارة الحرارية:بينما تبديد الطاقة منخفض، فإن الحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود أمر بالغ الأهمية لطول العمر وناتج الضوء المستقر. تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في PCB أو فتحات حرارية إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من أقصى تيار.
• حماية ESD:قم بتضمين ثنائيات حماية ESD على خطوط الإشارة الحساسة المتصلة بـ LED، أو تأكد من أن دائرة القيادة لديها حماية متأصلة، خاصة إذا كان LED يمكن للمستخدم الوصول إليه.
• التصميم البصري:تنتج العدسة الشفافة تمامًا حزمة ضوئية مركزة. إذا كان هناك حاجة لنمط إضاءة منتشر أو أوسع، فيجب مراعاة المشتتات الخارجية أو أدلة الضوء في التصميم الميكانيكي.

8. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بمصابيح LED المؤشر الصفراء الأخرى، فإن المميزات الرئيسية لـ LTST-S220KSKT هي:

• حزمة الرؤية الجانبية:على عكس مصابيح LED ذات الانبعاث العلوي، يوفر هذا الشكل توفيرًا في المساحة الرأسية ويمكّن من هندسات إضاءة فريدة، وهي ميزة ميكانيكية مميزة.
• تقنية AlInGaP:تقدم كفاءة أعلى واستقرارًا حراريًا أفضل مقارنة بمصابيح LED القديمة القائمة على فوسفيد الجاليوم الأصفر (GaP)، مما يؤدي إلى ناتج أكثر سطوعًا واتساقًا.
• التوافق الكامل مع العمليات:تصميمه للتعبئة على شريط وبكرة، والتركيب الآلي، ولحام الريفلو بالأشعة تحت الحمراء يجعله الخيار المفضل للتصنيع الآلي بكميات كبيرة وفعال من حيث التكلفة.
• الامتثال لـ RoHS:يلبي المعايير البيئية الحديثة، وهو شرط إلزامي للعديد من الأسواق.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س1: ما المقاوم الذي أحتاجه لمصدر طاقة 5 فولت؟

ج: باستخدام جهد الأمام النموذجي (VF) البالغ 2.4 فولت والتيار المستهدف (IF) البالغ 20 مللي أمبير، تكون قيمة المقاوم المتسلسل R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 أوم. سيكون المقاوم القياسي 130Ω أو 150Ω مناسبًا. تحقق دائمًا من السطوع الفعلي وفكر في استخدام أقصى VF لتصميم أكثر تحفظًا.

س2: هل يمكنني تشغيل هذا LED باستخدام دبوس متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت؟

ج: نعم، ولكن هامش الجهد المتاح صغير. VF_min هو 2.0V، VF_typ هو 2.4V. عند 3.3V، يصبح حساب المقاوم R = (3.3V - 2.4V) / 0.02A = 45 أوم. هذا ممكن، ولكن الاختلافات في VF وجهد التغذية قد تسبب تغييرات كبيرة في التيار. يُنصح باستخدام قائد تيار ثابت أو توصيف دقيق للتطبيقات الحرجة.

س3: لماذا زاوية الرؤية واسعة جدًا (130°)؟

ج: تم تحسين حزمة الرؤية الجانبية وتصميم العدسة الشفافة تمامًا لانبعاث الضوء عبر نصف كرة واسع. هذا مفيد للمؤشرات التي يجب أن تكون مرئية من زوايا مختلفة دون الحاجة إلى عدسة مشتتة.

س4: كيف أفسر رمز الفئة (مثل N) في الطلبية؟

ج: يحدد رمز الفئة النطاق المضمون لشدة الإضاءة. طلب الفئة N يضمن لك استلام مصابيح LED بشدة تتراوح بين 28.0 و 45.0 ملي كانديلا عند 20 مللي أمبير. للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا أدنى، حدد الفئة المناسبة أو استشر المورد بشأن التوفر.

10. حالة استخدام عملية

السيناريو: تصميم مؤشر حالة لموجه شبكة

يحتاج المصمم إلى مؤشر طاقة/نشاط مرئي من مقدمة موجه رفيع. يتم تركيب PCB عموديًا، لذا فإن LED ذو الإضاءة الجانبية مثالي. يضعون LTST-S220KSKT عند حافة PCB، مواجهًا لدليل ضوء يوجه الضوء إلى نافذة صغيرة على واجهة الموجه. يقومون بتشغيله من خط نظام 3.3V باستخدام مقاوم متسلسل 47Ω، مما يؤدي إلى تيار يبلغ حوالي 19 مللي أمبير ((3.3V-2.4V)/47Ω). يختارون مصابيح LED من الفئة P لضمان سطوع كافٍ مرئي عبر دليل الضوء. يستخدم التصميم عملية التركيب الآلي والريفلو المحددة في ورقة البيانات، مما يضمن تجميعًا موثوقًا وسريعًا.

11. مقدمة عن المبدأ

الثنائيات الباعثة للضوء (LED) هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء عندما يمر تيار كهربائي عبرها. تُسمى هذه الظاهرة بالكهرباء الضوئية. في LTST-S220KSKT، المنطقة النشطة مصنوعة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP). عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من أشباه الموصلات من النوع n والثقوب من أشباه الموصلات من النوع p في المنطقة النشطة. عندما يتحد إلكترون مع ثقب، فإنه ينتقل من حالة طاقة أعلى إلى حالة أدنى، ويطلق الطاقة في شكل فوتون (جسيم ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأصفر (~589-591 نانومتر). تتضمن الحزمة ذات الرؤية الجانبية تجويفًا عاكسًا وعدسة إيبوكسي مصبوبة لتوجيه الضوء الناتج جانبياً خارج الحزمة.

12. اتجاهات التطوير

يستمر اتجاه مصابيح LED المؤشر SMD مثل هذا نحو عدة مجالات رئيسية:

• زيادة الكفاءة:تهدف تحسينات علوم المواد المستمرة إلى إنتاج المزيد من اللومن لكل واط (الفعالية)، مما يقلل من استهلاك الطاقة لنفس السطوع.
• التصغير:تستمر أحجام الحزم في الانكماش (مثلًا من 0603 إلى 0402 بالمقاييس المترية) مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه، مما يتيح تصميمات PCB أكثر كثافة.
• موثوقية واستقرار أعلى:تحسن مواد التغليف وتقنيات ربط الرقاقة يعزز العمر الافتراضي واستقرار اللون مع مرور الوقت ودرجة الحرارة.
• نطاق ألوان أوسع واتساق:أصبحت تحملات التصنيف الأكثر ضيقًا للطول الموجي والشدة معيارًا، مما يوفر للمصممين أداءً أكثر قابلية للتنبؤ.
• التكامل:هناك اتجاه متزايد نحو دمج مصابيح LED متعددة (مثل RGB)، ورقائق تحكم IC، وحتى المكونات السلبية في حزم نمطية واحدة أكثر ذكاءً.

تمثل مكونات مثل LTST-S220KSKT حلاً ناضجًا ومحسنًا للغاية في هذا المشهد المتطور، موازنة بين الأداء، التكلفة، والقابلية للتصنيع.