ورقة بيانات LED SMD LTST-T680TBWT - أزرق مُشتت - 20mA - 80mW - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات LED من نوع جهاز التثبيت السطحي (SMD). تم تصميم هذا المكون لعمليات التجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB) وهو مناسب للتطبيقات التي يكون فيها المساحة محدودة بشكل حاسم. يتميز LED بعدسة مُشتتة، توفر توزيعًا أوسع وأكثر انتظامًا للضوء مقارنة بالعدسات الشفافة أو الصافية، مما يجعله مثاليًا لأغراض المؤشرات والإضاءة الخلفية حيث يُرغب في تقليل الوهج.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا LED امتثاله لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يجعله مناسبًا للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة. يتم تعبئته على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، وهو متوافق مع معدات اللصق والتركيب الآلية القياسية المستخدمة في التصنيع الإلكتروني بكميات كبيرة. تم تصميم الجهاز أيضًا ليكون متوافقًا مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهي المعيار الصناعي لتجميع مكونات SMD. تسهل خصائص التشغيل المتوافقة مع الدوائر المتكاملة (I.C.) تصميم الدائرة. الأسواق الأساسية المستهدفة لهذا المكون هي معدات الاتصالات، وأجهزة أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، والمعدات الصناعية، حيث يُستخدم عادةً للإشارة إلى الحالة، وإضاءة الإشارات والرموز، والإضاءة الخلفية للوحة الأمامية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفصيلًا دقيقًا لحدود تشغيل LED وخصائص أدائه تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C). فهم هذه المعايير أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة وضمان طول عمر المكون.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروفًا للتشغيل المستمر.

• تبديد الطاقة (Pd):80 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة. يمكن أن يؤدي تجاوز هذا الحد إلى ارتفاع درجة الحرارة وتسريع تدهور المادة شبه الموصلة.
• تيار الأمامي الذروي (I_FP):100 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي مسموح به، يُحدد عادةً تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). وهو أعلى بكثير من تصنيف التيار المستمر وذو صلة بالومضات القصيرة عالية الكثافة.
• تيار الأمامي المستمر (I_F):20 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار الأمامي المستمر للتشغيل العادي. تشغيل LED عند هذا التيار أو أقل منه يضمن الأداء الأمثل وعمر التشغيل.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -40°C إلى +85°C. يتم ضمان تشغيل الجهاز ضمن المواصفات عبر نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):من -40°C إلى +100°C. يمكن تخزين الجهاز دون تدهور ضمن نطاق درجة الحرارة هذا عندما لا يكون موصولاً بالطاقة.

2.2 الخصائص الكهربائية والضوئية

تصف هذه المعايير الأداء النموذجي لـ LED عند تشغيله ضمن ظروفه الموصى بها (I_F= 20mA, Ta=25°C).

• شدة الإضاءة (I_V):140.0 - 450.0 ملي كانديلا (mcd). هذا مقياس للقوة المُدركة للضوء المنبعث. يشير النطاق الواسع إلى أن الجهاز متوفر في تصنيفات سطوع مختلفة (انظر القسم 3). يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة استجابة العين البشرية للضوء (منحنى CIE).
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي). تُعرّف زاوية المشاهدة على أنها الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف الشدة المقاسة على المحور (0 درجة). تشير زاوية 120 درجة إلى حزمة ضوئية واسعة جدًا، وهي سمة مميزة للعدسة المشتتة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):468 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية للضوء المنبعث في أقصى حد. إنها خاصية فيزيائية لمادة أشباه الموصلات من نوع InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) المستخدمة.
• الطول الموجي السائد (λ_d):465 - 475 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يمثل بشكل أفضل اللون المُدرك للضوء، والمستمد من مخطط لونية CIE. إنه المعيار المستخدم لتصنيف الألوان.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر (نموذجي). هذا هو عرض النطاق الطيفي المقاس عند نصف الشدة القصوى (العرض الكامل عند نصف القيمة القصوى - FWHM). قيمة 20 نانومتر نموذجية لـ LED أزرق من نوع InGaN.
• الجهد الأمامي (V_F):3.3 فولت (نموذجي)، 3.8 فولت (أقصى). هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير. إنه معيار حاسم لتصميم دائرة تحديد التيار (مثل اختيار مقاوم متسلسل أو محرك تيار ثابت).
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R= 5V. لم يتم تصميم مصابيح LED للعمل بتحيز عكسي. يشير هذا المعيار إلى تيار التسرب الصغير جدًا في حالة تطبيق جهد عكسي عن طريق الخطأ. يمكن أن يؤدي تطبيق جهد عكسي يتجاوز الحد الأقصى المسموح به إلى فشل فوري.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى تصنيفات أداء بعد التصنيع. يسمح ذلك للمصممين باختيار مكونات تلبي متطلبات سطوع ولون وجهد محددة لتطبيقهم.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي (V_f)

يتم فرز مصابيح LED بناءً على انخفاض الجهد الأمامي عند 20 مللي أمبير. تحتوي التصنيفات (من D7 إلى D11) على تسامح ±0.1 فولت داخل كل تصنيف. على سبيل المثال، يشمل التصنيف D9 مصابيح LED ذات V_fبين 3.2 فولت و 3.4 فولت. يمكن أن يساعد اختيار مصابيح LED من نفس تصنيف V_fفي ضمان سطوع موحد عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي مع مقاوم محدد للتيار مشترك.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (I_V)

هذا هو تصنيف السطوع. تتراوح التصنيفات من R2 (140.0-180.0 ملي كانديلا) إلى T2 (355.0-450.0 ملي كانديلا)، مع تسامح 11٪ على كل تصنيف. يمكن للتطبيقات التي تتطلب مستويات سطوع محددة تحديد رمز تصنيف الشدة المطلوب.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد (W_d)

هذا هو تصنيف اللون. بالنسبة لهذا LED الأزرق، التصنيفات هي AC (465.0-470.0 نانومتر) و AD (470.0-475.0 نانومتر)، مع تسامح ضيق ±1 نانومتر. يضمن ذلك درجة لون أزرق متسقة عبر جميع مصابيح LED في التجميع، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات الجمالية وتطبيقات الإشارات.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى رسوم بيانية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 5)، يتم تحليل آثارها النموذجية هنا. هذه المنحنيات ضرورية لفهم الأداء تحت ظروف غير قياسية.

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

خاصية I-V لـ LED هي أسية. يؤدي زيادة صغيرة في الجهد الأمامي بعد جهد الركبة إلى زيادة كبيرة في التيار. هذه العلاقة غير الخطية هي السبب في أنه يجب تشغيل مصابيح LED بواسطة مصدر تيار أو مع مقاوم محدد للتيار؛ حيث أن مصدر الجهد الثابت سيؤدي إلى هروب حراري وتدمير. يمثل V_Fالنموذجي البالغ 3.3 فولت عند 20 مللي أمبير نقطة على هذا المنحنى.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

شدة الإضاءة تتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي ضمن نطاق التشغيل. ومع ذلك، قد تبلغ الكفاءة (لومن لكل واط) ذروتها عند تيار أقل من الحد الأقصى المسموح به. يوفر تشغيل LED بأقصى تيار مستمر (20 مللي أمبير) أعلى إخراج ولكنه قد يقلل من الفعالية قليلاً مقارنة بتيار تشغيل أقل.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

أداء LED حساس لدرجة الحرارة. مع زيادة درجة حرارة التقاطع:

- ينخفض الجهد الأمامي (V_F). يمكن أن يتسبب ذلك في زيادة التيار إذا تم تشغيله بواسطة مقاوم بسيط من مصدر جهد ثابت.

- تنخفض شدة الإضاءة (I_V). ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة، وهي ظاهرة تُعرف بالتراخي الحراري.

- قد يتحول الطول الموجي السائد قليلاً، مما يتسبب في تغير لوني طفيف.

لذلك، فإن الإدارة الحرارية المناسبة (مثل مساحة نحاسية كافية في PCB لتبديد الحرارة) ضرورية للحفاظ على أداء متسق.

4.4 التوزيع الطيفي

يظهر منحنى الإخراج الطيفي ذروة واحدة تتمحور حول 468 نانومتر مع نصف عرض نموذجي يبلغ 20 نانومتر. هذه سمة مميزة لـ LED أزرق من نوع InGaN. هناك انبعاث ضئيل في أجزاء أخرى من الطيف المرئي، مما يؤدي إلى لون أزرق مشبع.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة والقطبية

يتم وضع LED في عبوة SMD قياسية في الصناعة. يتم تمييز الكاثود عادةً بنقطة خضراء على الجزء العلوي من المكون أو بشق/حافة مائلة على جانب واحد من جسم العبوة. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التركيب. تم تصميم العبوة لتكون متوافقة مع عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء واللحام بالطور البخاري.

5.2 وسادة التثبيت الموصى بها على PCB

تتضمن ورقة البيانات نمطًا أرضيًا موصى به (البصمة) لـ PCB. يعد الالتزام بهذا النمط أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق وصلات لحام موثوقة، ومحاذاة ذاتية صحيحة أثناء إعادة التدفق، ونقل حراري فعال من LED إلى PCB. يتضمن تصميم الوسادة عادةً وصلات تخفيف حرارية لموازنة قابلية اللحام وتبديد الحرارة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

تم تصنيف المكون لعمليات اللحام الخالية من الرصاص (Pb-free). يتم توفير ملف إعادة تدفق مقترح متوافق مع J-STD-020B. تشمل المعايير الرئيسية:

- التسخين المسبق/النقع:منحدر من 150°C إلى 200°C، يُحتفظ به لمدة أقصاها 120 ثانية لتفعيل المادة المساعدة وتقليل الصدمة الحرارية.

- إعادة التدفق (السائل):يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260°C، ويجب أن يقتصر الوقت فوق 217°C (درجة حرارة السائل النموذجية للحام SAC) على القيم الموصى بها (مثل 30-60 ثانية).

- التبريد:معدل تبريد مُتحكم به لتقليل الإجهاد على وصلات اللحام والمكون.

من الأهمية بمكان توصيف الملف الشخصي للتجميع المحدد لـ PCB، حيث يؤثر سمك اللوحة، وكثافة المكونات، ونوع الفرن على الملف الحراري الذي يراه LED.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب إجراؤه بعناية فائقة. التوصية هي استخدام مكواة لحام بحد أقصى لدرجة الحرارة 300°C، مع تحديد وقت اللحام بـ 3 ثوانٍ لكل وسادة. يجب القيام بذلك مرة واحدة فقط لتجنب التلف الحراري للعبوة البلاستيكية والروابط السلكية الداخلية.

6.3 التنظيف

يجب إجراء التنظيف بعد اللحام باستخدام المذيبات المحددة فقط. يوصى باستخدام كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو الكحول الإيثيلي. يجب غمر LED في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية القاسية أو غير المحددة أن تتلف العدسة البلاستيكية ومادة العبوة.

6.4 التخزين وحساسية الرطوبة

يتم تعبئة مصابيح LED في كيس حاجز للرطوبة مع مجفف. بمجرد فتح الكيس الأصلي المغلق، تتعرض المكونات للرطوبة المحيطة. يوصى بشدة بإكمال عملية لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء في غضون 168 ساعة (7 أيام) من فتح الكيس. للتخزين لفترة أطول بعد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED في حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في بيئة نيتروجين. إذا تعرضت المكونات لأكثر من 168 ساعة، فإن التحميص عند حوالي 60°C لمدة 48 ساعة على الأقل مطلوب قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع \"انفجار الفشار\" (تشقق العبوة) أثناء إعادة التدفق.

7. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 طريقة التشغيل

LED هو جهاز يعمل بالتيار. الطريقة الأكثر شيوعًا وبساطة للتشغيل هي مقاوم محدد للتيار متسلسل متصل بمصدر جهد. يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. على سبيل المثال، مع مصدر جهد 5 فولت، و V_Fبقيمة 3.3 فولت، و I_Fمطلوب بقيمة 20 مللي أمبير: R = (5V - 3.3V) / 0.02A = 85 أوم. سيكون المقاوم القياسي 82 أو 100 أوم مناسبًا. للتطبيقات التي تتطلب عدة مصابيح LED، فإن توصيلها على التوالي يضمن مرور نفس التيار عبر كل LED، مما يعزز السطوع الموحد. التوصيل على التوازي ممكن ولكنه يتطلب مطابقة دقيقة لـ V_Fأو مقاومات فردية لكل LED لمنع احتكار التيار.

7.2 الإدارة الحرارية

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض نسبيًا (80 ملي واط كحد أقصى)، إلا أن تبديد الحرارة الفعال لا يزال مهمًا لطول العمر واستقرار اللون. يساعد استخدام وسادة PCB الموصى بها مع اتصال حراري كافٍ بمستويات النحاس على تبديد الحرارة. تجنب وضع LED في مساحات مغلقة بدون تهوية.

7.3 قيود التطبيق

تم تصميم هذا المكون لمعدات الإلكترونيات العامة. لم يتم تأهيله خصيصًا للتطبيقات التي تكون فيها الموثوقية العالية أمرًا بالغ الأهمية ويمكن أن يعرض الفشل السلامة للخطر (مثل الطيران، ودعم الحياة الطبي، والتحكم في النقل). لمثل هذه التطبيقات، يجب الحصول على مكونات ذات مؤهلات مناسبة.

8. معلومات التعبئة والطلب

8.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل بارز بشريط غطاء واقي. عرض الشريط 8 مم. قطر البكرات 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. تتوافق التعبئة مع معايير ANSI/EIA-481 لضمان التوافق مع معدات التجميع الآلية. يحتوي الشريط على جيوب اتجاهية لضمان القطبية الصحيحة أثناء اللصق والتركيب.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بمصدر جهد 3.3 فولت بدون مقاوم؟

ج: لا. V_Fالنموذجي هو 3.3 فولت، ولكنه يمكن أن يختلف من 2.8 فولت إلى 3.8 فولت اعتمادًا على التصنيف. قد يؤدي توصيله مباشرة بمصدر 3.3 فولت إلى تيار مفرط لوحدات V_Fالمنخفضة أو عدم إضاءة لوحدات V_Fالعالية. دائمًا ما يكون هناك حاجة إلى مقاوم متسلسل أو محرك تيار ثابت.

س: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

ج: طول موجة الذروة (λ_P) هو الذروة الفيزيائية لطيف الضوء. الطول الموجي السائد (λ_d) هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية، ويتم حسابه من إحداثيات اللون. يتم استخدام λ_dلتحديد اللون والتصنيف.

س: لماذا هناك عمر أرضي 168 ساعة بعد فتح الكيس؟

ج: تمتص عبوات SMD البلاستيكية الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن أن تتحول هذه الرطوبة إلى بخار بسرعة، مما يتسبب في ضغط داخلي يمكن أن يتسبب في تشقق العبوة (\"انفجار الفشار\"). يعتمد حد 168 ساعة على مستوى حساسية الرطوبة (MSL) للمكون.

س: كيف أحقق سطوعًا موحدًا في مصفوفة LED متعددة؟

ج: أفضل طريقة هي توصيل مصابيح LED على التوالي، مما يضمن مرور نفس التيار عبر كل منها. إذا كان التكوين المتوازي ضروريًا، فاستخدم مصابيح LED من نفس تصنيفات V_Fو I_Vوضع في الاعتبار استخدام مقاوم محدد للتيار فردي لكل LED للتعويض عن V_F variations.