ورقة بيانات LED SMD طراز LTST-C990NRKT-PO - شريحة AlInGaP حمراء - 20 مللي أمبير - 900-2240 مكد - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لمصباح LED من نوع جهاز السطح المُركب (SMD). تم تصميم هذا المكون للتجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، ويتميز بحجم صغير مثالي للتطبيقات ذات المساحة المحدودة. وظيفته الأساسية هي العمل كمؤشر بصري أو مصدر إضاءة خلفية عبر مجموعة متنوعة من المعدات الإلكترونية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم LED عدة مزايا رئيسية لصناعة الإلكترونيات الحديثة. فهو يستخدم شريحة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) فائقة السطوع، والتي توفر كفاءة إضاءة عالية للانبعاث الأحمر. يتم تغليف الجهاز على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، متوافقًا مع معايير EIA، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات اللصق والتركيب الآلية عالية السرعة. علاوة على ذلك، تم تصميمه لتحمل عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) الشائعة الاستخدام في خطوط التجميع الخالية من الرصاص، مما يضمن تثبيتًا موثوقًا على الـ PCB. المنتج متوافق مع توجيهية تقييد المواد الخطرة (RoHS).

التطبيقات المستهدفة واسعة النطاق، تشمل معدات الاتصالات، وأجهزة أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، وأنظمة التحكم الصناعي. تشمل الاستخدامات المحددة الإضاءة الخلفية لألواح المفاتيح ولوحات المفاتيح، ومصابيح مؤشر الحالة، والتكامل في الشاشات الدقيقة، والإضاءة العامة للإشارات أو الرموز.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفاصيل الحدود القصوى المطلقة والخصائص التشغيلية لـ LED. يتم تعريف جميع المعلمات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.1 التصنيفات 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.

• تبديد الطاقة (Pd):62.5 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة.
• تيار الذروة الأمامي (I_F(PEAK)):60 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي مسموح به، يُحدد عادةً في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) لإدارة الإجهاد الحراري.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):25 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار للتشغيل المستمر.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد عكسي يتجاوز هذه القيمة يمكن أن يسبب انهيارًا وعطلًا.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -30°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمم LED للعمل ضمنه.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة للتخزين غير التشغيلي.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:260°C لمدة 10 ثوانٍ. الملف الحراري الأقصى الذي يمكن أن تتحمله الحزمة أثناء لحام إعادة التدفق.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة في ظل ظروف الاختبار القياسية.

• شدة الإضاءة (I_V):900.0 - 2240.0 مكد (ملي كانديلا). تُقاس عند تيار أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير. يتم قياس الشدة باستخدام مزيج من المستشعر والمرشح يقارب منحنى استجابة العين الضوئي (CIE). يشير النطاق الواسع إلى استخدام نظام تصنيف (Binning) (انظر القسم 4).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):75 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف القيمة المقاسة على المحور المركزي (0°). توفر زاوية 75 درجة مخروط رؤية واسع نسبيًا.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):639 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية للضوء المنبعث في أقصى حد له.
• الطول الموجي السائد (λ_d):624.0 - 632.0 نانومتر. هذا مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل اللون الإدراكي لـ LED، والذي يقع في المنطقة الحمراء من الطيف.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر. هذا يشير إلى عرض النطاق الطيفي، ويُقاس بالعرض الكامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) لقمة الانبعاث. قيمة 20 نانومتر نموذجية لـ LED أحمر أحادي اللون من نوع AlInGaP.
• الجهد الأمامي (V_F):1.7 - 2.5 فولت. انخفاض الجهد عبر LED عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير. يغطي هذا النطاق التباين الطبيعي في التصنيع لشريحة أشباه الموصلات.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى). تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عند تطبيق أقصى جهد عكسي (5 فولت).

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في التطبيقات، يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على المعلمات البصرية الرئيسية بعد التصنيع.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

معلمة التصنيف الأساسية لهذا LED هي شدة إضاءته. يتم تصنيف المنتج إلى عدة فئات (Bins)، لكل منها قيمة شدة دنيا وقصوى محددة عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير. يسمح رمز الفئة (Bin Code)، المطبوع على البكرة أو التغليف، للمصممين باختيار مصابيح LED ذات سطوع متسق لتطبيقهم. التسامح داخل كل فئة هو +/- 15%. قائمة الفئات كالتالي:

• رمز الفئة V2:900.0 - 1120.0 مكد
• رمز الفئة W1:1120.0 - 1400.0 مكد
• رمز الفئة W2:1400.0 - 1800.0 مكد
• رمز الفئة X1:1800.0 - 2240.0 مكد

يضمن اختيار رمز فئة أعلى (مثل X1) سطوعًا أدنى أعلى، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب وضوحًا عاليًا موحدًا أو حيث قد يكون تيار التشغيل محدودًا.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة أعمق على سلوك LED في ظل ظروف مختلفة. توضح المنحنيات النموذجية المدرجة في ورقة البيانات العلاقة بين المعلمات الرئيسية.

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

يُظهر هذا المنحنى العلاقة غير الخطية بين التيار المتدفق عبر LED والجهد عبره. "ركبة" المنحنى، والتي تكون عادةً حوالي 1.7 فولت إلى 2.0 فولت لهذا الجهاز، هي النقطة التي يبدأ فيها LED في إصدار الضوء بشكل ملحوظ. فوق هذه الركبة، يؤدي زيادة صغيرة في الجهد إلى زيادة كبيرة في التيار. لذلك، يتم دائمًا تشغيل مصابيح LED باستخدام آلية تحديد للتيار، وليس مصدر جهد ثابت.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني كيف تزداد شدة الإخراج الضوئي مع تيار التشغيل. بالنسبة لمعظم مصابيح LED، تكون العلاقة خطية تقريبًا ضمن نطاق التشغيل الموصى به (حتى 25 مللي أمبير لهذا الجهاز). لن يؤدي تشغيل LED بما يتجاوز الحد الأقصى لتصنيف التيار المستمر إلى إنتاج ضوء أكثر تناسبًا وسيولد حرارة زائدة، مما يقلل من العمر الافتراضي والموثوقية.

4.3 التوزيع الطيفي

يُظهر الرسم الطيفي القدرة الإشعاعية النسبية المنبعثة عبر أطوال موجية مختلفة. سيكون له قمة واحدة مهيمنة تتمحور حول 639 نانومتر (طول موجة الذروة) مع شكل مميز محدد بنصف العرض البالغ 20 نانومتر. وهذا يؤكد إخراج اللون الأحمر أحادي اللون.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 أبعاد الجهاز والقطبية

تحتوي حزمة LED على أبعاد فيزيائية محددة بالغة الأهمية لتصميم البصمة على الـ PCB. توفر ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا للأبعاد. تشمل الميزات الرئيسية الطول الإجمالي والعرض والارتفاع. تحتوي الحزمة أيضًا على مؤشر قطبية، عادةً ما يكون شقًا أو نقطة خضراء أو علامة كاثود في أحد الطرفين، والتي يجب محاذاتها بشكل صحيح مع بصمة الـ PCB لضمان الاتصال الكهربائي الصحيح (الأنود مقابل الكاثود).

5.2 تخطيط وسادة التثبيت الموصى بها على الـ PCB

يتم توفير نمط أرضي مقترح (تخطيط وسادة نحاسية) للـ PCB. تم تصميم هذا النمط لضمان وصلة لحام موثوقة أثناء إعادة التدفق، وتوفير تخفيف حراري كافٍ، ومنع جسور اللحام. يعد اتباع هذه التوصية أمرًا ضروريًا للتجميع الناجح والاستقرار الميكانيكي طويل الأجل.

5.3 مواصفات تغليف الشريط والبكرة

للتجميع الآلي، يتم توريد المكونات في شريط حامل على بكرات. تحدد ورقة البيانات أبعاد جيوب الشريط التي تحمل كل LED، وعرض الشريط، وأبعاد البكرة (قطر 7 بوصات). الكميات القياسية للبكرة هي 3000 قطعة. يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481. تتضمن الملاحظات تفاصيل حول الشريط الغطائي، والحد الأقصى للمكونات المفقودة المتتالية (2)، والحد الأدنى لكميات الطلبات للبقايا (500 قطعة).

6. إرشادات اللحام والتجميع والتعامل

6.1 ملف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الموصى به

لعمليات اللحام الخالية من الرصاص، يُوصى بملف حراري محدد لمنع التلف. تشمل المعلمات الرئيسية:

• درجة حرارة التسخين المسبق:150-200 درجة مئوية
• وقت التسخين المسبق:الحد الأقصى 120 ثانية
• درجة حرارة الجسم القصوى:الحد الأقصى 260 درجة مئوية
• الوقت فوق 260 درجة مئوية:الحد الأقصى 10 ثوانٍ (يُسمح بحد أقصى دورتي إعادة تدفق)

يجب تطوير الملف وفقًا لمعايير JEDEC والتحقق منه باستخدام تصميم الـ PCB المحدد، ومعجون اللحام، والفرن المستخدم في الإنتاج.

6.2 ظروف التخزين

التخزين السليم أمر حيوي بسبب حساسية الرطوبة للحزمة البلاستيكية (MSL 3).

• الحزمة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤90% رطوبة نسبية. استخدم خلال عام واحد من تاريخ التعبئة.
• الحزمة المفتوحة:للمكونات التي تم إزالتها من كيسها المقاوم للرطوبة، يجب ألا تتجاوز البيئة المحيطة 30 درجة مئوية و 60% رطوبة نسبية. يُوصى بإكمال لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال أسبوع واحد. للتخزين لأكثر من أسبوع، قم بتجفيف مصابيح LED عند 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، استخدم فقط المذيبات المعتمدة. يتم تحديد غمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية القاسية أو غير المحددة أن تتلف العدسة البلاستيكية والحزمة.

6.4 تحذير من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

شريحة أشباه الموصلات داخل LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي وارتفاعات الجهد. مطلوب احتياطات التعامل: استخدم سوار معصم مؤرض أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة، وتأكد من تأريض جميع المعدات وأسطح العمل بشكل صحيح.

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 تصميم دائرة التشغيل

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. الجانب الأكثر أهمية في دائرة التشغيل هو تنظيم التيار. لضمان سطوع موحد، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي، يجب وضع مقاومة تحديد تيار على التوالي معكل LED على حدة. تتكون دائرة تشغيل بسيطة من مصدر جهد (V_CC)، و LED، ومقاومة على التوالي (R_S). يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R_S= (V_CC- V_F) / I_F، حيث V_Fهو الجهد الأمامي لـ LED عند التيار المطلوب I_F(مثلاً 20 مللي أمبير). يضمن استخدام مقاومة لكل LED التعويض عن الاختلافات الطفيفة في V_Fمن جهاز لآخر.

7.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (62.5 ملي واط كحد أقصى)، فإن الإدارة الحرارية الفعالة تزيد من عمر LED وتحافظ على استقرار إخراج الضوء. تعمل الـ PCB نفسها كمشتت حراري. يضمن الاتصال الحراري الجيد من وسادات لحام LED إلى المستويات النحاسية على الـ PCB تبديد الحرارة. تجنب تشغيل LED عند الحد الأقصى المطلق لتياره وحدود درجة حرارته لفترات طويلة.

7.3 نطاق التطبيق والقيود

هذا LED مخصص للمعدات الإلكترونية ذات الأغراض العامة. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث قد يعرض العطل السلامة للخطر (مثل الطيران، ودعم الحياة الطبي، وأنظمة سلامة النقل)، تكون المؤهلات الإضافية والاستشارة مع الشركة المصنعة للمكون ضرورية قبل التصميم.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بتقنيات أقدم مثل مصابيح LED الحمراء من نوع GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، تقدم شريحة AlInGaP المستخدمة هنا كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار التشغيل. يساعد تصميم العدسة القبابية في تحقيق زاوية الرؤية المحددة البالغة 75 درجة، مما يوفر توازنًا جيدًا بين السطوع المحوري والرؤية خارج المحور. يجعل التوافق مع التركيب الآلي وإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خيارًا فعالاً من حيث التكلفة للتصنيع بكميات كبيرة، مما يميزه عن مصابيح LED التي تتطلب لحامًا يدويًا.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: لماذا LED الخاص بي خافت أو له سطوع غير متسق مقارنة بالآخرين على اللوحة؟

ج: السبب الأكثر شيوعًا هو عدم استخدام مقاومات تحديد تيار فردية لكل LED عند توصيلها على التوازي. تسبب الاختلافات الطفيفة في الجهد الأمامي (V_F) في عدم تساوي توزيع التيار. استخدم دائمًا مقاومة على التوالي لكل LED. أيضًا، تحقق من أنك تستخدم مصابيح LED من نفس فئة شدة الإضاءة (Bin).

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بجهد 3.3 فولت بدون مقاومة؟

ج: لا. سيؤدي توصيل LED مباشرة بمصدر جهد مثل 3.3 فولت إلى تدفق تيار مفرط، ومن المحتمل أن يتجاوز الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر (25 مللي أمبير) وتدمير الجهاز. مقاومة على التوالي إلزامية لتحديد التيار إلى قيمة آمنة (مثلاً 20 مللي أمبير).

س: تظهر ورقة البيانات نطاق جهد أمامي من 1.7 فولت إلى 2.5 فولت. أي قيمة يجب أن أستخدمها لحساب المقاومة الخاصة بي؟

ج: لتصميم متحفظ يضمن ألا يتجاوز التيار هدفك (مثلاً 20 مللي أمبير) حتى مع LED ذو جهد أمامي منخفض (V_F)، استخدم الحد الأدنى لقيمة V_F(1.7 فولت) في حسابك. يؤدي هذا إلى قيمة مقاومة أعلى قليلاً وتيار أقل قليلاً لمصابيح LED ذات V_Fأعلى، ولكنه يضمن السلامة لجميع الأجهزة.

س: ماذا يعني "MSL 3" للتخزين؟

ج: يشير مستوى حساسية الرطوبة 3 إلى أن الحزمة يمكن تعريضها لظروف أرضية المصنع (≤30°C / 60% رطوبة نسبية) لمدة تصل إلى 168 ساعة (أسبوع واحد) قبل أن تتطلب تجفيفًا مسبقًا قبل لحام إعادة التدفق. يتجاوز هذا الوقت يخاطر بتلف داخلي للحزمة أثناء عملية إعادة التدفق عالية الحرارة.

10. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشر حالة بها 10 مصابيح LED حمراء موحدة السطوع.

1. تصميم الدائرة:استخدم خط تغذية بجهد 5 فولت. الهدف I_F= 20 مللي أمبير. بافتراض V_Fنموذجي بقيمة 2.1 فولت، احسب R_S= (5V - 2.1V) / 0.020A = 145 أوم. أقرب قيمة قياسية هي 150 أوم. ضع مقاومة واحدة بقيمة 150 أوم على التوالي مع الأنود لكل من مصابيح LED العشرة. قم بتوصيل جميع أطراف الكاثود بالأرضي.

2. تخطيط الـ PCB:استخدم النمط الأرضي الموصى به من ورقة البيانات. تأكد من أن علامات القطبية على الطبقة الحريرية للـ PCB تطابق مؤشر قطبية LED. وفر مستوى أرضي صلب لتبديد الحرارة والعودة الكهربائية.

3. التوريد:حدد رمز فئة شدة الإضاءة المطلوب (مثل W2 لـ 1400-1800 مكد) للموزع لضمان أن يكون لجميع مصابيح LED العشرة سطوع متشابه.

4. التجميع:اتبع ملف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الموصى به. بعد التجميع، إذا كان التنظيف ضروريًا، استخدم كحول الأيزوبروبيل.

يضمن هذا النهج تشغيلاً موثوقًا، ومظهرًا مرئيًا متسقًا، واستقرارًا طويل الأجل للوحة المؤشر.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

LED هو ثنائي أشباه الموصلات. جوهره هو تقاطع p-n مصنوع من مواد ذات فجوة نطاق مباشرة مثل AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما يعيد الإلكترون الاتحاد مع ثقب، يتم إطلاق الطاقة. في LED، يتم إطلاق هذه الطاقة في شكل فوتون (جسيم ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للفوتون المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات. AlInGaP له فجوة نطاق تتوافق مع الضوء الأحمر. تعمل العدسة الإيبوكسية القبابية على حماية شريحة أشباه الموصلات وتشكيل حزمة إخراج الضوء، واستخراج المزيد من الضوء من الشريحة وتحديد زاوية الرؤية.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه العام في مصابيح LED المؤشر SMD نحو كفاءة أعلى، وأحجام عبوات أصغر، وموثوقية متزايدة. بينما تظل AlInGaP التكنولوجيا المهيمنة لمصابيح LED الحمراء والكهرمانية عالية الكفاءة، فإن مواد أخرى مثل InGaN (نتريد إنديوم الغاليوم) تغطي طيف الأزرق والأخضر والأبيض. هناك تطور مستمر في تغليف مقياس الشريحة (CSP) حيث يتم تركيب شريحة LED مباشرة بدون حزمة بلاستيكية تقليدية، مما يتيح عوامل شكل أصغر. علاوة على ذلك، فإن دمج الإلكترونيات التحكمية، مثل مشغلات التيار الثابت، داخل حزمة LED نفسها هو اتجاه متزايد لتبسيط تصميم الدائرة وتحسين اتساق الأداء.