ورقة بيانات LED SMD طراز LTST-C990KRKT - شريحة AlInGaP حمراء - 20 مللي أمبير - 1.6-2.4 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات مصباح LED صغير الحجم وعالي السطوع من نوع جهاز التثبيت السطحي (SMD). تم تصميم هذا المكون للتجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، وهو مثالي للتطبيقات ذات المساحة المحدودة عبر مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية.

1.1 الميزات

• متوافق مع توجيهات RoHS البيئية.
• يحتوي على عدسة قبة لتوزيع الضوء الأمثل.
• يستخدم شريحة أشباه الموصلات فائقة السطوع من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) لكفاءة إضاءة عالية في الطيف الأحمر.
• معبأ على شريط بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات، متوافق مع معدات الاختيار والوضع الآلية القياسية.
• يتوافق مع الخطوط العريضة القياسية للعبوات الخاصة بـ EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية).
• مصمم ليتم تشغيله مباشرة بواسطة مخرجات الدوائر المتكاملة (IC).
• متوافق بالكامل مع عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR).

1.2 التطبيقات

هذا الـ LED مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:

• أجهزة الاتصالات، معدات أتمتة المكاتب، الأجهزة المنزلية، وأنظمة التحكم الصناعي.
• الإضاءة الخلفية للأزرار ولوحات المفاتيح.
• مؤشرات الحالة والطاقة.
• الشاشات الدقيقة ومؤشرات اللوحات.
• المنارات الإشارية والإضاءة الرمزية.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد التصنيفات التالية الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد جميع القيم عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (Pd):62.5 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن لعبوة الـ LED تبديدها كحرارة دون تدهور.
• تيار الذروة الأمامي (I_F(PEAK)):60 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى المسموح به لتيار النبض الأمامي، يُحدد عادةً في ظل ظروف دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار التيار المستمر الأمامي (I_F):25 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى لتيار الأمام المستمر الموصى به للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -30 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمم الجهاز للعمل ضمنه.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة للتخزين غير التشغيلي.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل درجة حرارة قمة تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ، وهو المعيار لعمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص (Pb-free).

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

تحدد هذه المعلمات الأداء النموذجي للجهاز في ظل ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C، I_F=20mA ما لم يُذكر خلاف ذلك).

• شدة الإضاءة (I_V):1120.0 - 180.0 مللي كانديلا. تم القياس باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة منحنى استجابة العين البشرية الضوئي (CIE). يتم إدارة النطاق الواسع من خلال نظام تصنيف (binning).
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):75 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف القيمة المقاسة على المحور المركزي (0°). تخلق عدسة القبة هذا النمط الواسع للمشاهدة.
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_P):639 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):636.0 - 624.0 نانومتر. مُشتق من مخطط لونية CIE، هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون (الأحمر).
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر (نموذجي). عرض النطاق الترددي للطيف المنبعث المقاس عند نصف شدة الذروة، مما يشير إلى نقاء اللون.
• الجهد الأمامي (V_F):2.4 - 1.6 فولت. انخفاض الجهد عبر الـ LED عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير. يجب مراعاة هذا النطاق في تصميم دائرة القيادة.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى). تيار التسرب عند تطبيق 5 فولت في انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

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

3.1 رمز تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف الجهاز إلى مجموعات بناءً على الحد الأدنى والأقصى لشدة الإضاءة المقاسة عند 20 مللي أمبير. التسامح داخل كل مجموعة هو +/-15%.

• المجموعة S:280.0 - 180.0 مللي كانديلا
• المجموعة T:450.0 - 280.0 مللي كانديلا
• المجموعة U:710.0 - 450.0 مللي كانديلا
• المجموعة V:1120.0 - 710.0 مللي كانديلا

يعد اختيار المجموعة المناسبة أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا موحدًا عبر عدة مصابيح LED.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى رسوم بيانية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 5)، فإن التحليل التالي يعتمد على البيانات الجدولية المقدمة وسلوك الـ LED القياسي.

4.1 دلالة منحنى التيار-الجهد (IV)

يشير نطاق الجهد الأمامي (V_F) من 1.6 فولت إلى 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير إلى العلاقة الأسية المميزة للدايود. سيعتمد الـ V_Fالفعلي لوحدة معينة على خصائص مادة أشباه الموصلات ودرجة حرارة الوصلة. يجب على المصممين التأكد من أن دائرة تحديد التيار يمكنها استيعاب هذا النطاق للحفاظ على تيار ثابت، وبالتالي سطوع ثابت.

4.2 خصائص درجة الحرارة

نطاق درجة حرارة التشغيل المحدد هو من -30 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. من المهم ملاحظة أن خصائص الـ LED تعتمد على درجة الحرارة. عادةً، يكون لمعامل درجة حرارة الجهد الأمامي (V_F) معامل درجة حرارة سلبي (ينخفض مع زيادة درجة الحرارة)، بينما تنخفض شدة الإضاءة أيضًا مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. يعد الإدارة الحرارية الكافية على اللوحة المطبوعة (PCB) أمرًا ضروريًا للحفاظ على الأداء والعمر الافتراضي، خاصة عند التشغيل بالقرب من تصنيف التيار الأقصى.

4.3 توزيع الطيف

مع طول موجي سائد بين 624 نانومتر و 636 نانومتر ونصف عرض طيفي نموذجي يبلغ 20 نانومتر، ينبعث هذا الـ LED ضوءًا أحمر مشبعًا. الطيف الضيق نسبيًا هو سمة لتقنية AlInGaP، مما يوفر نقاء لوني جيد مقارنة بالتقنيات الأقدم مثل GaAsP.

5. معلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتوافق الـ LED مع الخطوط العريضة القياسية لعبوة SMD. جميع الأبعاد بالميليمترات مع تسامح نموذجي يبلغ ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تحديد البصمة والارتفاع المحددين في رسم العبوة، وهو أمر ضروري لتخطيط اللوحة المطبوعة (PCB) وفحص المسافات.

5.2 تخطيط لوحة التثبيت الموصى بها على اللوحة المطبوعة (PCB)

يتم توفير نمط أرضي مقترح (تصميم لوحة نحاسية) لضمان لحام موثوق واستقرار ميكانيكي. يساعد اتباع هذه التوصية في تحقيق تكوين حز لحام صحيح ومحاذاة أثناء عملية إعادة التدفق.

5.3 تحديد القطبية

يتم عادةً تمييز الكاثود على الجهاز، غالبًا بشق، أو علامة خضراء، أو طرف أقصر داخل العبوة. اتجاه القطبية الصحيح أمر بالغ الأهمية أثناء التجميع لضمان عمل الجهاز.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق (عملية خالية من الرصاص)

تم تصنيف الجهاز لللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء بدرجة حرارة قمة تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. يُقترح ملف تعريف عينة، يتضمن مرحلة تسخين مسبق (150-200 درجة مئوية لمدة تصل إلى 120 ثانية) لتسخين التجميع تدريجيًا وتقليل الصدمة الحرارية. يجب تطوير ملف التعريف وفقًا لمعايير JEDEC والتحقق منه باستخدام تصميم اللوحة المطبوعة (PCB) ومعجون اللحام المحدد.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب إجراؤه بمكواة خاضعة للتحكم في درجة الحرارة مضبوطة على أقصى 300 درجة مئوية. يجب ألا تتجاوز مدة التلامس مع طرف الـ LED 3 ثوانٍ، ويجب أن يقتصر اللحام على مرة واحدة فقط لكل لوحة لمنع التلف الحراري لعبوة الإيبوكسي وشريحة أشباه الموصلات.

6.3 ظروف التخزين

مصابيح LED هي أجهزة حساسة للرطوبة (MSL 3). عند تخزينها في كيسها الأصلي المحكم ضد الرطوبة مع مجفف، يجب الاحتفاظ بها عند ≤30 درجة مئوية و ≤90% رطوبة نسبية واستخدامها خلال عام واحد. بمجرد فتح الكيس، يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30 درجة مئوية و 60% رطوبة نسبية. يجب خبز المكونات المعرضة للهواء المحيط لأكثر من أسبوع واحد عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل قبل إعادة التدفق لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء اللحام.

6.4 التنظيف

إذا لزم التنظيف بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو الكحول الإيثيلي. يجب غمر الـ LED في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتلف المنظفات الكيميائية غير المحددة العدسة البلاستيكية أو مادة العبوة.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد المكونات على شريط ناقل بارز، بعرض 8 مم، ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. يتم إغلاق الشريط بشريط غطاء لحماية المكونات. يتم اتباع المعايير الصناعية (ANSI/EIA 481) لتباعد الجيوب والتوجه.

7.2 الحد الأدنى لكمية الطلب

كمية التعبئة القياسية هي 3000 قطعة لكل بكرة. بالنسبة للكميات المتبقية، تتوفر عبوة دنيا من 500 قطعة.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 تصميم دائرة القيادة

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد ومنع استنزاف التيار، يوصى بشدة باستخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع كل LED، حتى عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي بمصدر جهد (كما هو موضح في "النموذج A للدائرة" في ورقة البيانات). لا يُنصح بتشغيل مصابيح LED مباشرة من مصدر جهد دون تنظيم للتيار ("النموذج B للدائرة") لأنه يؤدي إلى تباين في السطوع وتلف محتمل بسبب التيار الزائد بسبب التباين في V_Fمن وحدة إلى أخرى.

8.2 اعتبارات التصميم

• ضبط التيار:اعمل عند أو أقل من تيار الأمام المستمر الموصى به وهو 20 مللي أمبير للحصول على عمر افتراضي أمثل. استخدم الحد الأدنى من التيار الذي يحقق السطوع المطلوب.
• الإدارة الحرارية:تأكد من أن اللوحة المطبوعة (PCB) تحتوي على مساحة نحاسية كافية أو ثقوب حرارية لتبديد الحرارة، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو تطبيقات التيار العالي.
• الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):الجهاز حساس للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يجب استخدام ضوابط ESD المناسبة (أساور المعصم، محطات العمل المؤرضة) أثناء التعامل والتجميع.

9. المقارنة والتمييز التقني

يقدم هذا الـ LED الأحمر من نوع AlInGaP عدة مزايا:

• كفاءة وسطوع أعلى:مقارنة بمصابيح LED الحمراء التقليدية من نوع GaAsP، توفر تقنية AlInGaP شدة إضاءة أعلى بكثير لنفس تيار القيادة.
• استقرار حراري أفضل:تظهر مصابيح LED من نوع AlInGaP عمومًا انخفاضًا أقل في شدة الإضاءة مع زيادة درجة الحرارة مقارنة ببعض التقنيات الأخرى.
• عبوة قياسية:تضمن بصمة SMD القياسية لـ EIA التوافق مع مجموعة واسعة من معدات التجميع الآلية ومكتبات تصميم اللوحات المطبوعة (PCB)، مما يقلل من تعقيد التصميم والتصنيع.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 لماذا يوجد نطاق كبير في شدة الإضاءة (1120-180 مللي كانديلا)؟

يمثل هذا النطاق الانتشار الكلي عبر الإنتاج بأكمله. من خلال نظام التصنيف (S, T, U, V)، يتم فرز الوحدات إلى مجموعات أضيق بكثير. يحدد المصممون المجموعة المطلوبة لضمان الاتساق في تطبيقهم.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بتيار مستمر 25 مللي أمبير؟

بينما 25 مللي أمبير هو الحد الأقصى المطلق لتصنيف تيار التيار المستمر، للتشغيل الموثوق على المدى الطويل ومراعاة الظروف الحرارية الواقعية، يُنصح بتصميم دائرة القيادة لتيار أقل، مثل حالة الاختبار النموذجية البالغة 20 مللي أمبير. يزيد تخفيض التصنيف من الموثوقية.

10.3 ما الفرق بين الطول الموجي القمة والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي القمة (λ_P) هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يكون الناتج الطيفي أقوى. الطول الموجي السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة تعتمد على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) تحدد اللون المُدرك. لمصدر أحادي اللون مثل هذا الـ LED الأحمر، يكونان قريبين ولكن ليسا بالضرورة متطابقين.

11. حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم لوحة مؤشر حالة تتطلب 5 مصابيح LED حمراء موحدة السطوع تعمل من خط طاقة 5 فولت.

1. اختيار المجموعة:اختر المجموعة U (710-450 مللي كانديلا) للحصول على سطوع عالي وموحد.
2. تيار القيادة:استهدف 18 مللي أمبير لكل LED لتحقيق توازن جيد بين السطوع والعمر الافتراضي.
3. حساب المقاوم على التوالي:باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. لاستيعاب نطاق V_F (2.4-1.6 فولت)، استخدم أقصى V_Fلتصميم متحفظ: R = (5V - 2.4V) / 0.018A ≈ 144 أوم. أقرب قيمة قياسية هي 150 أوم. إعادة حساب التيار لأدنى V_F: I_F= (5V - 1.6V) / 150Ω ≈ 22.7mA، وهو لا يزال ضمن حد آمن. لذلك، فإن مقاوم 150 أوم، 1/8 واط على التوالي مع كل LED مناسب.
4. التخطيط:ضع مصابيح LED والمقاومات وفقًا لتخطيط اللوحة الموصى به. تأكد من وجود بعض المساحات النحاسية حول لوحات الـ LED لتبديد الحرارة.

12. مقدمة عن المبدأ

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات تنبعث منها الضوء من خلال الإضاءة الكهربائية. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة (شريحة AlInGaP في هذه الحالة). يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المادي المحدد لأشباه الموصلات (الألومنيوم، الإنديوم، الجاليوم، الفوسفيد) طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأحمر. تعمل عدسة الإيبوكسي ذات شكل القبة على حماية الشريحة، وتعزيز استخراج الضوء من أشباه الموصلات، وتشكيل نمط الإشعاع إلى زاوية مشاهدة واسعة.

13. اتجاهات التطور

يستمر الاتجاه العام في تقنية LED SMD نحو كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل واط من المدخلات الكهربائية)، وتحسين الموثوقية، وأحجام عبوات أصغر تمكن من تصميمات بكثافة أعلى. هناك أيضًا تركيز على تسامحات تصنيف أضيق للون والشدة لتلبية متطلبات التطبيقات التي تتطلب مطابقة ألوان دقيقة واتساق، مثل شاشات الألوان الكاملة وإضاءة السيارات. علاوة على ذلك، تهدف التطورات في مواد التعبئة إلى توفير أداء حراري أفضل ومقاومة لظروف البيئة القاسية مثل الرطوبة العالية ودورات درجة الحرارة.