ورقة بيانات LED SMD LTST-T680QSWT - أصفر منتشر AlInGaP - 20mA - 130mW - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات الفنية لصمام ثنائي باعث للضوء (LED) للتركيب السطحي (SMD). تم تصميم المكون لعمليات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الآلية، ويتميز بحجم صغير مناسب للتطبيقات ذات المساحة المحدودة. يستخدم LED مادة شبه موصلة من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) لإنتاج ضوء أصفر منتشر. وظيفته الأساسية هي كمؤشر حالة، أو إشارة ضوئية، أو للإضاءة الخلفية للواجهات الأمامية في الأنظمة الإلكترونية المختلفة.

1.1 المميزات

• متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).
• معبأ في شريط بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات لآلات اللصق والتركيب الآلية.
• بصمة عبوة قياسية وفقًا لـ EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية).
• مدخل متوافق مع مستويات المنطق القياسية للدوائر المتكاملة (IC).
• مصمم للتوافق مع أنظمة وضع المكونات الآلية.
• يتحمل عمليات اللحام بإعادة الانصهار بالأشعة تحت الحمراء (IR) القياسية.
• معالج مسبقًا للوصول إلى مستوى الحساسية للرطوبة JEDEC (المجلس المشترك لهندسة الأجهزة الإلكترونية) المستوى 3.

1.2 التطبيقات

يُقصد باستخدام هذا LED في نطاق واسع من المعدات الإلكترونية الاستهلاكية والتجارية والصناعية. تشمل مجالات التطبيق النموذجية أجهزة الاتصالات (مثل الهواتف اللاسلكية/الخلوية)، ومعدات أتمتة المكاتب (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة، وأنظمة الشبكات)، والأجهزة المنزلية، ولوحات التحكم الصناعية العامة. أدواره المحددة هي كمؤشرات حالة، وإضاءة للإشارات أو الرموز، والإضاءة الخلفية للواجهات الأمامية.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

توفر الأقسام التالية تحليلاً مفصلاً لمعلمات الأداء الرئيسية لـ LED تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C).

2.1 التقييمات القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الحدود ويجب تجنبه لضمان أداء موثوق على المدى الطويل.

• تبديد الطاقة (Pd):130 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للعبوة تبديدها كحرارة.
• تيار الأمام الذروي (I_F(peak)):100 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي مسموح به، ويُحدد عادةً تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الأمام المستمر (I_F):50 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر موصى به للتشغيل المستمر.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي يتجاوز هذه القيمة يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمم الجهاز للعمل ضمنه.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40°C إلى +100°C. نطاق درجة الحرارة للتخزين في حالة عدم التشغيل.

2.2 الخصائص الكهربائية-البصرية

تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل العادية (I_F= 20mA, Ta=25°C).

• شدة الإضاءة (I_V):710 - 1400 مللي كانديلا. هذه هي القدرة الضوئية المُدركة لكل وحدة زاوية صلبة. يشير النطاق الواسع إلى استخدام نظام تصنيف (انظر القسم 3). يتم القياس وفقًا لمنحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):120° (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف القيمة عند المحور البصري (0°). تشير زاوية 120° إلى نمط انبعاث واسع ومنتشر مناسب للإضاءة ذات المساحة الواسعة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):592 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي تكون فيه الشدة الإشعاعية الطيفية في أقصى حد لها.
• الطول الموجي السائد (λ_d):584.5 - 594.5 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يمثل بشكل أفضل اللون المُدرك للضوء، والمستمد من مخطط لونية CIE. إنه المعلمة الرئيسية لتحديد اللون.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (نموذجي). العرض الطيفي للانبعاث عند نصف شدته القصوى. قيمة 15 نانومتر هي سمة لمواد AlInGaP، مما يشير إلى لون أصفر نقي نسبيًا.
• جهد الأمام (V_F):2.1 فولت (نموذجي)، 2.6 فولت (أقصى) عند 20 مللي أمبير. انخفاض الجهد عبر LED عند مرور تيار الأمام المحدد.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R=5V. تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون الجهاز تحت انحياز عكسي ضمن تقييمه الأقصى.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء. هذا يسمح للمصممين باختيار مكونات تلبي متطلبات الجهد والسطوع واللون المحددة لتطبيقهم.

3.1 فئة جهد الأمام (V_f) Rank

يتم تصنيف مصابيح LED بناءً على انخفاض جهد الأمام عند 20 مللي أمبير. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دوائر تحديد التيار وضمان سطوع موحد في المصفوفات المتوازية.

• الفئة D2:1.8V - 2.0V
• الفئة D3:2.0V - 2.2V
• الفئة D4:2.2V - 2.4V
• الفئة D5:2.4V - 2.6V
• التسامح لكل فئة: ±0.1V

3.2 فئة شدة الإضاءة (I_V) Rank

يضمن هذا التصنيف الحد الأدنى لمستوى السطوع لرمز منتج معين.

• الفئة U2:710 mcd - 900 mcd
• الفئة V1:900 mcd - 1120 mcd
• الفئة V2:1120 mcd - 1400 mcd
• التسامح لكل فئة: ±11%

3.3 فئة الطول الموجي السائد (W_d) Rank

يتحكم هذا التصنيف في الدرجة الدقيقة للون الأصفر المنبعث من LED.

• الفئة H:584.5 nm - 587.0 nm
• الفئة J:587.0 nm - 589.5 nm
• الفئة K:589.5 nm - 592.0 nm
• الفئة L:592.0 nm - 594.5 nm
• التسامح لكل فئة: ±1 nm

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في ورقة البيانات، يمكن وصف الاتجاهات النموذجية لأداء مصابيح LED من نوع AlInGaP.

4.1 خاصية التيار مقابل الجهد (I-V)

يظهر جهد الأمام (V_F) علاقة لوغاريتمية مع تيار الأمام (I_F). تحت جهد التشغيل (~1.8V لـ AlInGaP)، يكون التيار ضئيلاً. فوق هذا العتبة، يزداد V_Fبشكل شبه خطي مع I_F، مع ميل محدد بواسطة المقاومة الديناميكية للديود. التشغيل عند 20 مللي أمبير الموصى به يضمن أداءً مستقرًا ضمن نطاق V_F range.

4.2 شدة الإضاءة مقابل تيار الأمام

تكون شدة الإضاءة (I_V) متناسبة تقريبًا مع تيار الأمام (I_F) في نطاق التشغيل العادي. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة درجة حرارة الوصلة وتأثيرات غير خطية أخرى. تشغيل LED عند أو أقل من التيار المستمر المحدد (50 مللي أمبير) أمر ضروري للحفاظ على المخرجات المقدرة وطول العمر.

4.3 خصائص درجة الحرارة

أداء مصابيح LED يعتمد على درجة الحرارة. عادةً، يكون لـ جهد الأمام (V_F) معامل درجة حرارة سالب، حيث ينخفض مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. على العكس من ذلك، تنخفض شدة الإضاءة عمومًا مع زيادة درجة حرارة الوصلة. الإدارة الحرارية المناسبة في التطبيق (مثل مساحة نحاس كافية في PCB لتبديد الحرارة) أمر بالغ الأهمية للحفاظ على إخراج بصري ثابت وموثوقية الجهاز على نطاق درجة حرارة التشغيل المحدد.

5. المعلومات الميكانيكية وخصائص العبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتم وضع LED في عبوة قياسية للتركيب السطحي. يتم توفير جميع الأبعاد الحرجة بالمليمترات مع تسامح عام ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتضمن العبوة عدسة منتشرة تخلق زاوية مشاهدة واسعة تبلغ 120°.

5.2 تخطيط وسادة التثبيت الموصى بها على PCB

يتم توفير تصميم نمط الأرضية للحام بإعادة الانصهار بالأشعة تحت الحمراء أو بالطور البخاري. الالتزام بهذه البصمة الموصى بها يضمن تكوين وصلة لحام صحيحة، والمحاذاة الذاتية أثناء إعادة الانصهار، والتثبيت الميكانيكي الموثوق. كما يساعد تصميم الوسادة في تبديد الحرارة من عبوة LED.

5.3 تحديد القطبية

عادةً ما تحتوي مصابيح LED للتركيب السطحي على علامة أو ميزة شكلية (مثل شق أو زاوية مائلة) على العبوة للإشارة إلى الطرف الكاثود (السالب). اتجاه القطبية الصحيح على PCB إلزامي لكي يعمل الجهاز.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة الانصهار بالأشعة تحت الحمراء (عملية خالية من الرصاص)

تشير ورقة البيانات إلى ملف تعريف متوافق مع J-STD-020B. يتضمن ملف تعريف إعادة الانصهار الخالي من الرصاص النموذجي:

• التسخين المسبق/المنحدر:منحدر تدريجي إلى ~150-200°C لتفعيل المادة المساعدة وتقليل الصدمة الحرارية.
• منطقة النقع:هضبة عادة بين 150-200°C لمدة تصل إلى 120 ثانية للسماح بتساوي درجة الحرارة عبر PCB.
• منطقة إعادة الانصهار:زيادة سريعة في درجة الحرارة إلى ذروة قصوى تبلغ 260°C. يجب التحكم في الوقت فوق نقطة السيولة (مثل 217°C).
• التبريد:مرحلة تبريد مُتحكم فيها لتصلب وصلات اللحام.
• ملاحظة:يجب تحسين الملف التعريفي المحدد لتجميع PCB الفعلي، مع مراعاة سمك اللوحة، وكثافة المكونات، ومواصفات معجون اللحام.

6.2 التخزين والتعامل

• العبوة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية. الاستخدام خلال سنة واحدة من تاريخ التعبئة عند وجودها في كيس حاجز للرطوبة مع مجفف.
• العبوة المفتوحة:للمكونات التي تم إخراجها من عبوة التخزين الجاف، فإن بيئة التخزين الموصى بها هي ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يجب تعريض المكونات لإعادة الانصهار بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (أسبوع واحد) من التعرض. للتعرض لفترات أطول، يُوصى بالخبز لمدة 48 ساعة عند 60°C قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفشار\" أثناء إعادة الانصهار.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فاستخدم المذيبات القائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو الكحول الإيثيلي. يجب أن يكون الغمر في درجة حرارة عادية ولمدة أقل من دقيقة واحدة. تجنب المنظفات الكيميائية غير المحددة التي قد تتلف عدسة LED أو مادة العبوة.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد المكونات في شريط حامل بارز بشريط غطاء واقٍ، ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). الكميات القياسية للبكرة هي 2000 قطعة لكل بكرة. تتوافق التعبئة مع مواصفات ANSI/EIA-481 لضمان التوافق مع معدات التجميع الآلية.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. مقاومة تحديد التيار على التوالي إلزامية عند الاتصال بمصدر جهد. يمكن حساب قيمة المقاومة (R_s) باستخدام قانون أوم: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. للحصول على سطوع موحد عند تشغيل عدة مصابيح LED على التوازي، يُوصى بشدة باستخدام مقاومة تحديد تيار منفصلة لكل LED، بدلاً من مقاومة واحدة لمجموعة التوازي بأكملها. هذا يعوض عن الاختلافات الطبيعية في جهد الأمام (V_F) بين مصابيح LED الفردية.

8.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية:تأكد من أن تخطيط PCB يوفر تخفيفًا حراريًا كافيًا، خاصة عند التشغيل بالقرب من التقييمات القصوى للتيار. يمكن أن تساعد المساحات النحاسية المتصلة بالوسادة الحرارية لـ LED في تبديد الحرارة.
• حماية ESD:على الرغم من عدم ذكرها صراحةً لجميع مصابيح LED، فإن تنفيذ حماية أساسية من الكهرباء الساكنة (ESD) على خطوط الإشارة المتصلة بـ LED هو ممارسة تصميم جيدة للبيئات الحساسة.
• التصميم البصري:توفر العدسة المنتشرة رؤية واسعة. للضوء الموجه، قد تكون البصريات الخارجية (العواكس، أنابيب الضوء) مطلوبة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم هذا LED الأصفر القائم على AlInGaP مزايا محددة. مقارنةً بتقنية أقدم مثل مصابيح LED الصفراء GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى إخراج أكثر سطوعًا عند نفس تيار التشغيل، واستقرار لوني أفضل عبر درجة الحرارة وعمر التشغيل. زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 120° مع عدسة منتشرة هي ميزة رئيسية للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة ومتساوية بدلاً من شعاع مركز، مما يميزها عن مصابيح LED ذات زوايا مشاهدة ضيقة المصممة للضوء الموجه.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 ما قيمة المقاومة التي يجب أن أستخدمها مع مصدر جهد 5 فولت؟

باستخدام V_Fالنموذجي البالغ 2.1 فولت عند 20 مللي أمبير: R = (5V - 2.1V) / 0.02A = 145 أوم. القيمة القياسية الأقرب وهي 150 أوم ستؤدي إلى I_F≈ 19.3mA، وهو مقبول. احسب دائمًا باستخدام أقصى V_F(2.6V) لضمان أن الحد الأدنى للتيار كافٍ لمتطلبات السطوع لديك: R_min= (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 أوم.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED بدون مقاومة تحديد تيار باستخدام مصدر تيار ثابت؟

نعم، محرك تيار ثابت مضبوط على 20 مللي أمبير هو طريقة ممتازة لتشغيل LED، حيث يضمن تنظيم تيار دقيق بغض النظر عن اختلافات جهد الأمام. غالبًا ما يُفضل هذا للتطبيقات الحرجة للسطوع.

10.3 لماذا يوجد تقييم لتيار الذروة (100 مللي أمبير) أعلى من التيار المستمر (50 مللي أمبير)؟

يسمح تقييم تيار الذروة بنبضات قصيرة من تيار أعلى، مما يمكن أن يكون مفيدًا لمخططات التعددية أو لإنشاء ومضات قصيرة ومشرقة. تضمن دورة العمل المنخفضة (1/10) بقاء تبديد الطاقة المتوسط ودرجة حرارة الوصلة ضمن الحدود الآمنة، مما يمنع التلف الحراري.

11. مثال عملي على حالة الاستخدام

السيناريو: مؤشر حالة للواجهة الأمامية لموجه شبكة

يحتاج مصمم إلى عدة مصابيح LED صفراء للحالة على الواجهة الأمامية للموجه للإشارة إلى الطاقة، واتصال الإنترنت، ونشاط Wi-Fi. يختارون هذا LED لزاوية مشاهدته الواسعة، مما يضمن رؤية الضوء من زوايا مختلفة. يتم تشغيل مصابيح LED عند 15 مللي أمبير (أقل من حالة الاختبار 20 مللي أمبير لعمر تشغيل أطول) عبر دبابيس GPIO على متحكم دقيق. يتم استخدام مقاومة 150 أوم على التوالي لكل LED، متصلة بخط 3.3 فولت. توفر العدسة المنتشرة ضوءًا ناعمًا وغير ساطع مناسب لبيئة المنزل/المكتب. يتم وضع مصابيح LED على PCB وفقًا لتخطيط الوسادة الموصى به وتجميعها باستخدام ملف تعريف إعادة انصهار قياسي خالي من الرصاص.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

LED هو صمام ثنائي شبه موصل. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز طاقة فجوة النطاق للمادة، تتحد الإلكترونات والثقوب عند وصلة p-n. في LED من نوع AlInGaP، يطلق حدث إعادة التركيب هذا الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لطبقات الألومنيوم والإنديوم والغاليوم والفوسفيد طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، في الطيف الأصفر (~590 نانومتر). تقوم العدسة الإيبوكسية المنتشرة المحيطة بشريحة أشباه الموصلات بتشتيت الضوء، مما يخلق نمط الانبعاث الواسع.

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في تكنولوجيا LED هو نحو كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، وتحسين تجسيد الألوان، وموثوقية أكبر. بالنسبة لمصابيح LED من نوع المؤشر، يستمر التصغير مع الحفاظ على إخراج الضوء أو زيادته. هناك أيضًا تركيز على توسيع نطاق الألوان المتاح في عبوات SMD. يمثل استخدام AlInGaP لمصابيح LED الصفراء والعنبرية والحمراء تقنية راسخة وعالية الأداء. قد تشمل التطورات المستقبلية أنظمة مواد جديدة أو هياكل نانوية لتحقيق انبعاث طيفي أضيق أو كفاءة أعلى في درجات الحرارة العالية.