ورقة بيانات LED SMD طراز LTST-T180KEKT - مصدر أحمر من AlInGaP - زاوية رؤية 120° - تيار أمامي 30 مللي أمبير - تبديد طاقة 75 مللي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لصمام ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع الجهاز السطحي (SMD). تم تصميم هذا المكون لعمليات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الآلية، مما يجعله مثاليًا للتصنيع بكميات كبيرة. يلبي شكله المصغر التطبيقات المحدودة المساحة عبر مختلف القطاعات الإلكترونية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا الـ LED امتثاله لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، والتعبئة في شريط قياسي بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات لآلات اللصق والوضع الآلية، والتوافق الكامل مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR). وهو مُعد مسبقًا وفقًا لمعايير حساسية الرطوبة JEDEC المستوى 3، مما يضمن الموثوقية أثناء التجميع. تطبيقاته المستهدفة واسعة النطاق، تشمل مؤشرات الحالة، وإضاءة الإشارات والرموز، والإضاءة الخلفية للواجهات الأمامية في معدات الاتصالات، وأجهزة أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، وأنظمة التحكم الصناعية.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود. تشمل الحدود الرئيسية أقصى تيار أمامي مستمر (I_F) بقيمة 30 مللي أمبير، وذروة تيار أمامي تبلغ 80 مللي أمبير في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية)، وأقصى جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت، وحد تبديد الطاقة (P_D) بقيمة 75 مللي واط. يتم تحديد نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين من -40°م إلى +100°م.

2.2 الخصائص الحرارية

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لأداء الـ LED وعمره الافتراضي. أقصى درجة حرارة تقاطع مسموح بها (T_j) هي 115°م. المقاومة الحرارية النموذجية من التقاطع إلى الهواء المحيط (R_θJA) هي 140 درجة مئوية/واط. تشير هذه المعلمة إلى مدى فعالية نقل الحرارة بعيدًا عن تقاطع أشباه الموصلات؛ حيث تكون القيمة الأقل أفضل. يُعد تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) المناسب مع وجود مسارات تخفيف حرارة كافية أمرًا ضروريًا للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود الآمنة، خاصة عند التشغيل بتيارات أعلى.

2.3 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة في ظل ظروف الاختبار القياسية (T_a=25°م، I_F=20 مللي أمبير). تتراوح شدة الإضاءة (I_V) من حد أدنى 140 مللي كانديلا إلى حد أقصى 420 مللي كانديلا، مع قيم محددة تحددها رتبة التصنيف (Bin). زاوية الرؤية (2θ_1/2) هي 120 درجة، وتعرف بأنها الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة إلى نصف قيمتها على المحور، مما يشير إلى نمط انبعاث واسع ومنتشر. يقع الطول الموجي السائد (λ_d) بين 615 نانومتر و 628 نانومتر، مما يحدد اللون الأحمر المُدرك. يتراوح الجهد الأمامي (V_F) نموذجيًا من 1.7 فولت إلى 2.5 فولت عند تيار الاختبار.

3. شرح نظام رتب التصنيف (Bin Rank)

قد يختلف الناتج الضوئي لمصابيح LED من دفعة إلى أخرى. يُستخدم نظام تصنيف (Binning) لفرز الأجهزة إلى مجموعات ذات أداء متسق. يستخدم هذا الـ LED نظام رتب تصنيف للشدة (I_V). يتم تسمية التصنيفات بـ R2، S1، S2، و T1، مع قيم شدة إضاءة دنيا وقصوى مقابلة عند 20 مللي أمبير (مثال: S1: 185-240 مللي كانديلا، T1: 315-420 مللي كانديلا). يتم تطبيق تسامح +/-11% داخل كل تصنيف. يسمح هذا النظام للمصممين باختيار مصابيح LED ذات اتساق السطوع المطلوب لتطبيقهم.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في ورقة البيانات، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذا الجهاز ستشمل العلاقات التالية، الحاسمة لتحليل التصميم:

• منحنى التيار مقابل الجهد (I-V Curve):يوضح العلاقة الأسية بين التيار الأمامي والجهد الأمامي. عادة ما يكون جهد الركبة (Knee Voltage) حول نطاق V_Fالمحدد. هذا المنحنى حيوي لتصميم دائرة القيادة المحددة للتيار.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد الناتج الضوئي مع زيادة التيار، عادة في علاقة شبه خطية ضمن نطاق التشغيل، قبل أن يشبع أو يتسبب في حرارة مفرطة محتملة عند التيارات الأعلى.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح تخفيض الناتج الضوئي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (أو درجة حرارة التقاطع). هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في بيئات مرتفعة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للقدرة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر طول موجة ذروة الانبعاث (λ_P) حوالي 630 نانومتر وعرض نصف طيفي (Δλ) يقارب 15 نانومتر، مما يؤكد انبعاثًا أحمر النطاق الضيق.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

يأتي الـ LED في غلاف SMD قياسي. لون العدسة شفاف مائي، بينما لون مصدر الضوء أحمر، يُنتج بواسطة مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم). يتم توفير أبعاد الغلاف التفصيلية في رسومات ورقة البيانات، بما في ذلك الطول والعرض والارتفاع وتباعد المسارات. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يُشار إلى القطبية (الأنود والكاثود) بواسطة العلامة الفيزيائية أو تصميم المسار (عادة علامة الكاثود).

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الموصى به

الجهاز متوافق مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص. يجب أن يتوافق ملف تعريف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الموصى به مع معايير J-STD-020B. تشمل المعلمات الرئيسية درجة حرارة تسخين أولية 150-200°م، وقت تسخين أولي يصل إلى 120 ثانية، درجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260°م، ووقت فوق نقطة السيولة (TAL) وفقًا لمواصفات معجون اللحام. يجب أن يقتصر إجمالي الوقت ضمن 5°م من درجة حرارة الذروة على 10 ثوانٍ كحد أقصى، ولا يجب إجراء إعادة التدفق أكثر من مرتين.

6.2 التنظيف

إذا كان التنظيف مطلوبًا بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. يُعد غمر الـ LED في الإيثانول أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة مقبولاً. قد تتسبب المنظفات الكيميائية غير المحددة في إتلاف العدسة الإيبوكسية أو الغلاف.

6.3 التخزين والتعامل

مصابيح LED حساسة للرطوبة. عند تخزينها في الكيس المضاد للرطوبة الأصلي مع مجفف، يجب تخزينها عند ≤30°م و ≤70% رطوبة نسبية واستخدامها خلال عام واحد. بمجرد فتح الكيس، يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30°م و 60% رطوبة نسبية. يجب تجفيف المكونات المعرضة للظروف المحيطة لأكثر من 168 ساعة عند حوالي 60°م لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفشار\" (popcorning) أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

التعبئة القياسية هي شريط ناقل بارز بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 5000 قطعة. تتوفر كمية تعبئة دنيا قدرها 500 قطعة للطلبات المتبقية. يتم إغلاق الشريط بشريط غطاء. تتوافق التعبئة مع مواصفات ANSI/EIA-481.

8. توصيات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد ومنع استنزاف التيار، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي، يجب استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F، حيث V_Fهو الجهد الأمامي للـ LED عند التيار المطلوب I_F. لا يُنصح بتشغيل مصابيح LED مباشرة من مصدر جهد بدون تحديد تيار، حيث من المحتمل أن يؤدي ذلك إلى تدمير الجهاز.

8.2 اعتبارات واحتياطات التصميم

هذا المنتج مخصص للمعدات الإلكترونية العامة. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث قد يعرض الفشل السلامة للخطر (مثل الطيران، الطبية، النقل)، تكون المؤهلات والاستشارات المحددة ضرورية. يجب أن يتبع تخطيط مسارات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) التصميم الموصى به في ورقة البيانات لضمان اللحام السليم والاستقرار الميكانيكي. يجب الانتباه إلى التصميم الحراري على لوحة الدوائر المطبوعة لإدارة تبديد الحرارة البالغ 75 مللي واط، خاصة في المساحات المغلقة أو درجات الحرارة المحيطة المرتفعة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بتقنيات أقدم مثل مصابيح LED الحمراء GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، فإن مادة AlInGaP المستخدمة في هذا الجهاز توفر كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى ناتج أكثر سطوعًا عند نفس التيار، واستقرار حراري أفضل. توفر زاوية الرؤية 120 درجة نمط إضاءة واسع جدًا ومتساوٍ مناسب لمؤشرات اللوحات حيث يكون الرؤية من زوايا خارج المحور مطلوبة، على عكس مصابيح LED ذات الزاوية الضيقة المستخدمة للضوء المركز. يميزها توافقها مع عمليات إعادة التدفق القياسية بالأشعة تحت الحمراء عن مصابيح LED التي تتطلب لحامًا يدويًا أو لحامًا بالموجات، مما يتيح تجميعًا آليًا عالي السرعة وفعالًا من حيث التكلفة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED مباشرة بمصدر 5 فولت؟

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي. على سبيل المثال، مع V_Fنموذجي 2.0 فولت عند 20 مللي أمبير ومصدر 5 فولت، R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 أوم. المقاومة إلزامية.

س: ماذا تعني عدسة \"شفافة مائية\" لـ LED أحمر؟

ج: مادة العدسة نفسها عديمة اللون / شفافة. اللون الأحمر ينبعث فقط من شريحة أشباه الموصلات AlInGaP الداخلية. غالبًا ما تسمح العدسة الشفافة بزاوية رؤية أوسع وتشويه لوني أقل مقارنة بعدسة منتشرة ملونة.

س: الحد الأقصى للتيار هو 30 مللي أمبير، لكن شرط الاختبار هو 20 مللي أمبير. أي منهما يجب أن أستخدم؟

ج: شرط 20 مللي أمبير هو نقطة الاختبار القياسية لتحديد الخصائص البصرية. يمكنك تشغيل الـ LED عند أي تيار يصل إلى الحد الأقصى المطلق وهو 30 مللي أمبير تيار مستمر، لكن شدة الإضاءة والجهد الأمامي سيتغيران وفقًا لذلك (انظر منحنيات الأداء). التشغيل بتيارات أقل يزيد من العمر الافتراضي ويقلل الحرارة.

س: لماذا رطوبة التخزين مهمة جدًا؟

ج: يمكن لأغلفة 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 الغلاف أو فصل الروابط الداخلية - وهي ظاهرة تُعرف باسم \"الفشار\" (popcorning).

11. دراسة حالة تطبيقية عملية

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة لموجه شبكة (Router).هناك حاجة إلى عدة مصابيح LED (الطاقة، LAN، WAN، Wi-Fi). باستخدام هذا الطراز من الـ LED، سيقوم المصمم بما يلي: 1) وضع مصابيح LED على تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة للواجهة الأمامية وفقًا لتصميم المسارات الموصى به. 2) لكل LED، حساب مقاومة على التوالي بناءً على مصدر الجهد المنطقي 3.3 فولت للنظام والتيار المستهدف 15 مللي أمبير (لتحقيق التوازن بين السطوع والطاقة). بافتراض V_F= 2.0 فولت، R = (3.3V - 2.0V)/0.015A ≈ 87 أوم (استخدم القيمة القياسية 82 أوم أو 100 أوم). 3) التأكد من أن تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة يوفر مساحة نحاسية حرارية تحت مسارات الـ LED. 4) تحديد نفس رمز تصنيف الشدة (مثل S1) لجميع مصابيح LED في قائمة المواد (BOM) لضمان سطوع موحد عبر اللوحة. 5) اتباع ملف تعريف إعادة التدفق الموصى به أثناء التجميع.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) هو صمام ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، يتم إطلاق الطاقة. في الصمام الثنائي السيليكوني القياسي، تُطلق هذه الطاقة بشكل أساسي كحرارة. في الـ LED، لمادة أشباه الموصلات (في هذه الحالة، AlInGaP) فجوة نطاق مباشرة، مما يعني أن الطاقة تُطلق في شكل فوتونات (ضوء). يحدد طول موجة (لون) الضوء المحدد بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات. تنتج فجوة النطاق الأوسع ضوءًا بطول موجي أقصر (أكثر زرقة).

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

الاتجاه العام في مصابيح LED المؤشر SMD هو نحو كفاءة أعلى (مزيد من الناتج الضوئي لكل واط من المدخلات الكهربائية)، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. هذا يسمح إما بمؤشرات أكثر سطوعًا عند نفس التيار أو نفس السطوع عند تيارات أقل، مما يطيل عمر بطارية الجهاز. تستمر أحجام العبوات في الانكماش، مما يتيح مصفوفات مؤشرات أكثر كثافة والتكامل في إلكترونيات المستهلك الأصغر حجمًا. هناك أيضًا تركيز على تحسين اتساق اللون والاستقرار عبر درجة الحرارة والعمر الافتراضي من خلال تقنيات تصنيف متقدمة ومواد أشباه موصلات أكثر استقرارًا. يظل السعي لاعتماد أوسع للمواد الخالية من الرصاص والهالوجين امتثالًا للوائح البيئية العالمية محركًا رئيسيًا للصناعة.