ورقة بيانات LED SMD طراز LTST-C190KEKT - رقاقة AlInGaP حمراء - زاوية رؤية 130 درجة - جهد أمامي 1.7-2.5 فولت - تيار 30 مللي أمبير - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-C190KEKT مصباح LED من نوع الأجهزة السطحية التركيب (SMD) مُصمم للتجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB). ينتمي إلى عائلة مصابيح LED المصغرة المُعدة للتطبيقات ذات المساحات المحدودة عبر طيف واسع من المعدات الإلكترونية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم هذا المصباح LED عدة مزايا رئيسية تجعله مناسبًا لصناعة الإلكترونيات الحديثة. تشمل ميزاته الأساسية الامتثال لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، واستخدام رقاقة شبه موصلة فائقة السطوع من AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم) لانبعاث ضوء أحمر بكفاءة، والتعبئة على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات متوافقة مع معدات الاختيار والتركيب الآلية القياسية. كما تم تصميم الجهاز ليكون متوافقًا مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهي المعيار الصناعي لتجميع مكونات SMD بكميات كبيرة.

تتنوع التطبيقات المستهدفة، مما يعكس تنوع استخدامات المكون. تشمل الأسواق الرئيسية معدات الاتصالات (مثل الهواتف اللاسلكية والخلوية)، وأجهزة أتمتة المكاتب (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأنظمة الشبكات)، والأجهزة المنزلية، وتطبيقات اللافتات أو العروض الداخلية. تشمل الاستخدامات الوظيفية المحددة داخل هذه الأجهزة إضاءة خلفية لوحة المفاتيح، والإشارة إلى الحالة، والعروض المصغرة، وإضاءة الإشارات أو الرموز.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يتم تعريف أداء LTST-C190KEKT بمجموعة من التقييمات القصوى المطلقة والخصائص الكهربائية/البصرية القياسية، وكلها محددة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

2.1 التقييمات القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا ينبغي تجاوزها تحت أي ظروف تشغيل.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة.
• تيار الذروة الأمامي (I_F(PEAK)):80 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي، مسموح به فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):30 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي مستمر للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد عكسي يتجاوز هذه القيمة يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:-55°C إلى +85°C.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260°C لمدة 10 ثوانٍ، وهو ما هو نموذجي لملفات تعريف إعادة تدفق اللحام الخالي من الرصاص (Pb-free).

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار القياسية.

• شدة الإضاءة (I_V):28.0 إلى 112.0 ملي كانديلا (mcd) عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 20mA. يتم قياس الشدة باستخدام مزيج من المستشعر والمرشح يقارب منحنى استجابة العين البشرية الضوئي (CIE).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور المركزي (0°). زاوية رؤية واسعة مثل هذه مناسبة للتطبيقات التي تتطلب إضاءة منتشرة واسعة بدلاً من حزمة مركزة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):632.0 نانومتر (nm). هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة الطيفية في أعلى مستوياته.
• الطول الموجي السائد (λ_d):617.0 إلى 631.0 نانومتر عند I_F=20mA. هذا مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي الذي يصف بشكل أفضل اللون المُدرك للضوء. يشير النطاق إلى التباين المحتمل بين الوحدات الفردية.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر. هذا يشير إلى عرض النطاق الطيفي، ويقاس بالعرض الكامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) لقمة الانبعاث.
• الجهد الأمامي (V_F):1.7 إلى 2.5 فولت عند I_F=20mA. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED أثناء التشغيل. يأخذ النطاق في الاعتبار التباينات الطبيعية في التصنيع للمادة شبه الموصلة.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (μA) كحد أقصى عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5V.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق السطوع للمنتجات النهائية، غالبًا ما يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء بعد التصنيع.

3.1 رمز فئة شدة الإضاءة

بالنسبة لـ LTST-C190KEKT باللون الأحمر، يتم تصنيف شدة الإضاءة إلى فئات كما يلي، مقاسة عند 20mA:

• رمز الفئة N:الحد الأدنى 28.0 ملي كانديلا، الحد الأقصى 45.0 ملي كانديلا.
• رمز الفئة P:الحد الأدنى 45.0 ملي كانديلا، الحد الأقصى 71.0 ملي كانديلا.
• رمز الفئة Q:الحد الأدنى 71.0 ملي كانديلا، الحد الأقصى 112.0 ملي كانديلا.

يتم تطبيق تسامح +/-15% على حدود كل فئة. يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار مصابيح LED بحد أدنى مضمون من السطوع لتطبيقهم، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق مظهر موحد في مصفوفات LED المتعددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (على سبيل المثال، في الصفحة 5/11)، يتم تحليل آثارها النموذجية هنا.

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

خاصية I-V لـ LED غير خطية. بالنسبة لمادة AlInGaP المستخدمة هنا، يتراوح الجهد الأمامي النموذجي من 1.7V إلى 2.5V عند 20mA. يُظهر المنحنى أن زيادة صغيرة في الجهد تتجاوز عتبة التشغيل تؤدي إلى زيادة سريعة في التيار. لذلك، يجب تشغيل مصابيح LED بواسطة مصدر محدود التيار، وليس مصدر جهد ثابت، لمنع الانحراف الحراري والتلف.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

ناتج الضوء (شدة الإضاءة) يتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي على مدى تشغيل كبير. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند تيارات عالية جدًا بسبب زيادة توليد الحرارة داخل الرقاقة. يضمن التشغيل عند أو أقل من حالة الاختبار الموصى بها 20mA الأداء الأمثل والعمر الطويل.

4.3 التوزيع الطيفي

طيف الانبعاث يتركز حول 632 نانومتر (الذروة) بعرض نصف يبلغ حوالي 20 نانومتر. هذا يحدد لونًا أحمرًا نقيًا نسبيًا. يحدد الطول الموجي السائد (617-631 نانومتر) الدرجة اللونية المُدركة. الاختلافات داخل هذا النطاق طبيعية ويتم إدارتها من خلال عملية التصنيع.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد الحزمة وتحديد القطبية

يتم وضع LED داخل حزمة SMD قياسية. لون العدسة شفاف مائي، بينما ينبعث مصدر الضوء باللون الأحمر من رقاقة AlInGaP. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات بتسامح قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتضمن الحزمة ميزات للتوجيه الصحيح (القطبية) أثناء التركيب، يُشار إليها عادةً بعلامة على الجسم أو شكل غير متماثل. القطبية الصحيحة ضرورية لعمل الجهاز.

5.2 تخطيط وسادة التثبيت الموصى بها على PCB

يتم توفير نمط أرضي موصى به (footprint) لـ PCB لضمان تكوين وصلة لحام مناسبة، واستقرار ميكانيكي، وإدارة حرارية أثناء وبعد عملية إعادة التدفق. الالتزام بهذا التصميم أمر بالغ الأهمية لتحقيق اتصالات لحام موثوقة وإدارة تبديد الحرارة من وصلة LED من خلال مسارات PCB.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق

الجهاز متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء، وهو أمر أساسي للتجميع الخالي من الرصاص. يتم توفير ملف تعريف مقترح، يتوافق مع معايير JEDEC. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:150°C إلى 200°C.
• وقت التسخين المسبق:120 ثانية كحد أقصى.
• درجة حرارة الذروة:260°C كحد أقصى.
• الوقت فوق السائل (عند الذروة):10 ثوانٍ كحد أقصى. يمكن للجهاز تحمل هذا الملف الشخصي بحد أقصى مرتين.

يتم التأكيد على أن الملف الشخصي الأمثل يعتمد على تصميم PCB المحدد، والمكونات، ومعجون اللحام، والفرن. يوصى بتوصيف التطبيق المحدد.

6.2 اللحام اليدوي (مكواة اللحام)

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد:

• درجة حرارة المكواة:300°C كحد أقصى.
• وقت اللحام:3 ثوانٍ كحد أقصى لكل وسادة.
• التكرار:يجب تنفيذ هذا مرة واحدة فقط لتجنب الإجهاد الحراري.

6.3 ظروف التخزين

التخزين السليم أمر حيوي للحفاظ على قابلية اللحام وسلامة الجهاز.

• الحزمة المغلقة (كيس حاجز الرطوبة):قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية (RH). العمر الافتراضي هو سنة واحدة عند التخزين في الكيس المضاد للرطوبة الأصلي مع مجفف.
• الحزمة المفتوحة:يجب ألا تتجاوز البيئة المحيطة 30°C أو 60% RH. يجب إعادة تدفق المكونات التي تمت إزالتها من تغليفها الأصلي بالأشعة تحت الحمراء في غضون أسبوع واحد (يتوافق مع مستوى حساسية الرطوبة 3، MSL 3). للتخزين لفترة أطول خارج الكيس الأصلي، استخدم حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو مجفف نيتروجين. تتطلب المكونات المخزنة مفتوحة لأكثر من أسبوع الخبز عند حوالي 60°C لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفشار\" (popcorning) أثناء إعادة التدفق.

6.4 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. غمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة مقبول. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف الحزمة البلاستيكية أو العدسة.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 تصميم دائرة القيادة

LED هو جهاز يعمل بالتيار. لضمان سطوع متسق، خاصة عند استخدام عدة مصابيح LED على التوازي، يجب أن يكون لكل LED مقاومة محددة للتيار متصلة على التوالي. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F, حيث V_Fهو الجهد الأمامي لـ LED عند التيار المطلوب I_F. لا يوصى باستخدام مقاوم مشترك لعدة مصابيح LED متوازية بسبب الاختلافات في V_Fالفردية، مما قد يؤدي إلى اختلافات كبيرة في التيار وبالتالي السطوع.

7.2 الإدارة الحرارية

بينما تبديد الطاقة منخفض نسبيًا (75 ملي واط كحد أقصى)، فإن التصميم الحراري المناسب يطيل عمر LED ويحافظ على ناتج ضوء مستقر. يضمن استخدام تخطيط وسادة PCB الموصى به توصيل الحرارة بعيدًا عن وصلة LED. سيؤدي تشغيل LED عند تيارات أقل من الحد الأقصى للتصنيف المستمر 30mA إلى تقليل درجة حرارة الوصلة وتحسين الموثوقية على المدى الطويل.

7.3 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي وارتفاعات الجهد. هناك حاجة إلى احتياطات التعامل لمنع التلف الكامن أو الكارثي. يوصى باستخدام سوار معصم مؤرض أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة عند التعامل مع الأجهزة. يجب تأريض جميع المعدات، بما في ذلك محطات العمل ومكاوي اللحام، بشكل صحيح.

8. معلومات التعبئة والطلب

8.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد LTST-C190KEKT بشكل قياسي على شريط ناقل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). هذه التعبئة متوافقة مع مواصفات ANSI/EIA-481 للمناولة الآلية.

• الكمية لكل بكرة:4000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ) للباقي:500 قطعة.
• تغطية الجيوب:يتم إغلاق الجيوب الفارغة للمكونات على الشريط بشريط غطاء علوي.
• المكونات المفقودة:الحد الأقصى المسموح به لعدد المصابيح المفقودة المتتالية على بكرة هو اثنان.

يتم توفير رسومات أبعاد مفصلة لجيب الشريط والبكرة في ورقة البيانات لإعداد الآلة والتحقق من التوافق.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يستخدم LTST-C190KEKT مادة شبه موصلة من AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم). مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء القياسية GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الجاليوم)، يقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى ناتج أكثر سطوعًا لنفس تيار القيادة. كما يوفر عادةً استقرارًا حراريًا أفضل لكل من ناتج الضوء والطول الموجي. زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة هي خيار تصميم يميزها عن مصابيح LED ذات الحزم الأضيق، مما يجعلها مثالية للإضاءة المساحية ومؤشرات الحالة التي يجب أن تكون مرئية من مجموعة واسعة من الزوايا.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي الذروي (λ_P):الطول الموجي المحدد حيث ينبعث LED بأكبر قدر من الطاقة البصرية. إنه قياس فيزيائي من الطيف.
الطول الموجي السائد (λ_d):قيمة محسوبة من مخطط ألوان CIE تتوافق مع اللون المُدرك للضوء بواسطة العين البشرية. لمصدر أحادي اللون مثل LED أحمر، غالبًا ما يكونان قريبين، لكن λ_dهو المعلمة المستخدمة لتحديد اللون والتصنيف.

10.2 لماذا تعتبر مقاومة تحديد التيار ضرورية حتى لو قمت بتشغيل LED عند جهد الأمامي النموذجي الخاص به؟

الجهد الأمامي (V_F) له نطاق تسامح (1.7V إلى 2.5V). إذا قمت بتطبيق جهد ثابت 2.0V، فقد يسحب LED ذو V_Fمنخفض بقيمة 1.7V تيارًا مفرطًا، بينما قد لا يضيء LED ذو V_Fمرتفع بقيمة 2.5V على الإطلاق. والأهم من ذلك، أن V_Fينخفض مع زيادة درجة الحرارة. يمكن أن يؤدي مصدر الجهد الثابت إلى الانحراف الحراري: مع ارتفاع حرارة LED، ينخفض V_F، ويزداد التيار، مما يتسبب في مزيد من الحرارة، ويخفض V_Fأكثر، حتى الفشل. توفر المقاومة المتسلسلة (أو، الأفضل، محرك تيار ثابت) تغذية راجعة سلبية، مما يثبت نقطة التشغيل.

10.3 هل يمكنني تشغيل هذا LED بإشارة منطقية 3.3V أو 5V مباشرة؟

لا. سيتسبب توصيله مباشرة بدبوس إخراج رقمي 3.3V أو 5V في تطبيق هذا الجهد عبر LED. مع V_Fنموذجي بقيمة ~2.0V، سيتسبب الجهد الزائد في تدفق تيار مرتفع جدًا، محدود فقط بالمقاومة الداخلية الصغيرة للرقاقة ودبوس الإخراج، مما قد يدمر LED على الفور. يجب عليك دائمًا استخدام مقاومة تحديد تيار متسلسلة عند تشغيل LED من مصدر جهد.

11. مثال تطبيقي عملي

السيناريو: تصميم لوحة مؤشر حالة متعددة LED لموجه شبكة.
تتطلب اللوحة 5 مصابيح LED حمراء للإشارة إلى الطاقة، واتصال الإنترنت، ونشاط Wi-Fi، وما إلى ذلك. يستخدم النظام خط إمداد 3.3V.
خطوات التصميم:
1. اختر تيار التشغيل:حدد I_F= 20mA، وهي حالة الاختبار القياسية وتوفر سطوعًا جيدًا ضمن منطقة التشغيل الآمنة.
2. احسب قيمة المقاومة:استخدم أقصى V_Fمن ورقة البيانات (2.5V) لتصميم متحفظ يضمن إضاءة جميع مصابيح LED حتى مع الأجزاء ذات V_Fالمرتفع. R = (3.3V - 2.5V) / 0.020A = 40 أوم. أقرب قيمة قياسية هي 39 أوم أو 43 أوم.
3. تحقق من الطاقة في المقاوم: P_R= I_F²* R = (0.02)²* 39 = 0.0156W. مقاومة قياسية 1/10W (0.1W) أكثر من كافية.
4. تخطيط الدائرة:نفذ خمس دوائر متطابقة، كل منها يحتوي على LED واحد ومقاومة 39 أوم على التوالي، جميعها متصلة بين خط 3.3V ودبوس GPIO فردي لوحدة التحكم الدقيقة مضبوط كمخرجات. سيؤدي جعل الدبوس منخفضًا (0V) إلى إكمال الدائرة وتشغيل LED.
5. تصميم PCB:استخدم النمط الأرضي الموصى به من ورقة البيانات. تأكد من عرض مسار كافٍ لتيار 20mA.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) هي أجهزة شبه موصلة تنبعث منها الضوء من خلال عملية تسمى الانبعاث الكهربائي الضوئي. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n للمادة شبه الموصلة (في هذه الحالة، AlInGaP)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في منطقة الوصلة. عندما يعيد الإلكترون الاتحاد مع ثقب، فإنه ينتقل من حالة طاقة أعلى في نطاق التوصيل إلى حالة طاقة أقل في نطاق التكافؤ. يتم إطلاق فرق الطاقة في شكل فوتون (جسيم ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة، وهي خاصية أساسية لمركب AlInGaP المستخدم هنا، مما يؤدي إلى انبعاث ضوء أحمر.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر صناعة الإلكترونيات الضوئية في التطور مع عدة اتجاهات رئيسية تؤثر على مصابيح LED السطحية التركيب مثل LTST-C190KEKT. هناك دفع مستمر لزيادة الفعالية الضوئية (مزيد من ناتج الضوء لكل واط كهربائي مدخل)، مما يحسن كفاءة الطاقة. يظل التصغير أمرًا بالغ الأهمية، مما يدفع نحو أحجام حزم أصغر مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه. تحسين الموثوقية وعمر التشغيل الأطول تحت ظروف بيئية مختلفة هي أيضًا أهداف تنموية رئيسية. علاوة على ذلك، أصبحت تسامحات تصنيف أضيق للون والسطوع معيارًا لتلبية متطلبات تطبيقات العرض والإضاءة عالية الجودة حيث يكون اتساق اللون أمرًا بالغ الأهمية.