ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء SMD طراز LTST-E142KGKEKT - مقاس العبوة 2.0x1.25x0.8 مم - جهد 1.7-2.5 فولت - قدرة 75 ملي واط - ثنائي اللون (أخضر/أحمر) - وثيقة تقنية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث الضوء LTST-E142KGKEKT من نوع جهاز مُركَّب على السطح (SMD). يجمع هذا المكون بين شريحتين متميزتين من ثنائيات الإضاءة داخل عبوة واحدة مدمجة: واحدة تُصدر ضوءًا أخضر والأخرى تُصدر ضوءًا أحمر. الهدف التصميمي الأساسي هو توفير حل موثوق وفعال في استخدام المساحة للإشارة إلى الحالة، والإضاءة الخلفية، والإضاءة الرمزية في التجميعات الإلكترونية الحديثة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

صُمم هذا الجهاز ليتوافق مع عمليات التجميع الآلي، حيث يتوافق مع لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء ومعدات التقاط والوضع القياسية. يجعله حجمه الصغير مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها مساحة اللوحة محدودة. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية البنية التحتية للاتصالات (مثل مفاتيح الشبكة، الموجهات)، الإلكترونيات الاستهلاكية (أجهزة الكمبيوتر المحمولة، الأجهزة المحمولة)، معدات أتمتة المكاتب، الأجهزة المنزلية، ولوحات التحكم الصناعية. وظيفته الأساسية هي العمل كمؤشر مرئي للحالة أو الإشارة.

2. المعايير التقنية: تفسير موضوعي متعمق

تقدم الأقسام التالية تفصيلًا دقيقًا لحدود تشغيل الجهاز وخصائص أدائه تحت ظروف الاختبار القياسية (درجة حرارة المحيط = 25°م).

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُضمن التشغيل عند أو تحت هذه الحدود. لكل من الشريحتين الخضراء والحمراء: أقصى تيار أمامي مستمر مباشر هو 30 مللي أمبير؛ أقصى تيار أمامي ذروي (تحت ظروف النبض: دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) هو 80 مللي أمبير؛ وأقصى تبديد للقدرة هو 75 ملي واط. الجهاز مصنف للعمل والتخزين ضمن نطاق درجة حرارة من -40°م إلى +100°م.

2.2 الخصائص الحرارية

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لطول عمر ثنائي الإضاءة واستقرار أدائه. أقصى درجة حرارة تقاطع مسموح بها (Tj) لكلا الشريحتين هي 115°م. المقاومة الحرارية النموذجية من التقاطع إلى البيئة المحيطة (Rθja) هي 155 درجة مئوية/واط. تشير هذه المعلمة إلى مدى فعالية العبوة في تبديد الحرارة؛ حيث تكون القيمة الأقل أفضل. تجاوز أقصى درجة حرارة تقاطع سيُسرع من تدهور التدفق الضوئي وقد يؤدي إلى فشل كارثي.

2.3 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند تيار اختبار قياسي قدره 20 مللي أمبير. تتراوح شدة الإضاءة (Iv) للشريحة الخضراء من حد أدنى 56 ملي شمعة إلى حد أقصى 180 ملي شمعة. بالنسبة للشريحة الحمراء، يتراوح النطاق من 140 ملي شمعة إلى 420 ملي شمعة. زاوية المشاهدة (2θ1/2)، المُعرَّفة على أنها الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة إلى نصف قيمتها المحورية، تبلغ عادةً 120 درجة، مما يشير إلى نمط إشعاع واسع.

الطول الموجي السائد (λd)، الذي يحدد اللون المُدرك، محدد للشريحة الخضراء بين 564 نانومتر و 576 نانومتر، وللشريحة الحمراء بين 616 نانومتر و 626 نانومتر. يتراوح الجهد الأمامي (Vf) لكلا اللونين من 1.7 فولت إلى 2.5 فولت عند 20 مللي أمبير. يتم تحديد التيار العكسي (Ir) بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (Vr) قدره 5 فولت. من المهم ملاحظة أن الجهاز غير مصمم للعمل تحت انحياز عكسي؛ حالة الاختبار هذه هي لأغراض إعلامية فقط.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز ثنائيات الإضاءة إلى مجموعات أداء. وهذا يسمح للمصممين باختيار مكونات تلبي متطلبات سطوع ولون محددة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة (Iv)

يتم تصنيف شرائح ثنائي الإضاءة الأخضر إلى خمس مجموعات شدة: P2 (56-71 ملي شمعة)، Q1 (71-90 ملي شمعة)، Q2 (90-112 ملي شمعة)، R1 (112-140 ملي شمعة)، و R2 (140-180 ملي شمعة). يتم تصنيف شرائح ثنائي الإضاءة الأحمر إلى أربع مجموعات: P (140-185 ملي شمعة)، Q (185-240 ملي شمعة)، R (240-315 ملي شمعة)، و S (315-420 ملي شمعة). يتم تطبيق تسامح ±11% داخل كل مجموعة.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد (WD)

بالنسبة لثنائي الإضاءة الأخضر، يتم تعريف مجموعات الطول الموجي السائد على أنها G1 (564-568 نانومتر)، G2 (568-572 نانومتر)، و G3 (572-576 نانومتر). التسامح لكل مجموعة طول موجي هو ±1 نانومتر. لم يتم تفصيل معلومات تصنيف الطول الموجي السائد لثنائي الإضاءة الأحمر في المقتطف المقدم، لكنها تتبع مبدأ مشابهًا للتحكم الدقيق في الطول الموجي.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في الوثيقة (مثل الشكل 1 للإخراج الطيفي، الشكل 5 لزاوية المشاهدة)، يمكن استنتاج الخصائص النموذجية من البيانات المجدولة. العلاقة بين التيار الأمامي (If) والجهد الأمامي (Vf) هي غير خطية، وهي نموذجية للثنائي. تتناسب شدة الإضاءة طرديًا مع التيار الأمامي حتى الحدود القصوى المسموح بها. سيتدهور الأداء مع زيادة درجة حرارة التقاطع؛ لذلك، فإن التصميم الحراري للتطبيق له أهمية قصوى للحفاظ على إخراج الضوء المحدد ونقطة اللون طوال عمر الجهاز.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 أبعاد العبوة وتعيين الأطراف

يتوافق الجهاز مع مخطط عبوة قياسي لـ SMD. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم جسم يبلغ طوله حوالي 2.0 مم وعرضه 1.25 مم، بارتفاع نموذجي 0.8 مم. التسامح هو ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تعيين الأطراف أمر بالغ الأهمية للتشغيل الصحيح: الطرفان 2 و 3 مخصصان للشريحة الخضراء من مادة AlInGaP، بينما الطرفان 1 و 4 مخصصان للشريحة الحمراء من مادة AlInGaP. العدسة شفافة.

5.2 التصميم المقترح لمسارات التثبيت على لوحة الدوائر المطبوعة

يتم توفير نمط أرضي (بصمة) موصى به للوحة الدوائر المطبوعة لضمان لحام موثوق ومحاذاة ميكانيكية صحيحة. الالتزام بهذا التصميم يقلل من ظاهرة "القبر" ويضمن نقلًا حراريًا أمثل من عبوة ثنائي الإضاءة إلى لوحة الدوائر المطبوعة.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ظروف اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

يتوافق الجهاز مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص. يتم توفير ملف تعريف مقترح لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء، متوافق مع المعيار J-STD-020B. تشمل المعلمات الرئيسية درجة حرارة تسخين أولية تتراوح بين 150-200°م، ودرجة حرارة قصوى للجسم لا تتجاوز 260°م، ووقت فوق السائل (TAL) مصمم خصيصًا لتجميع اللوحة المحدد. يجب أن يقتصر إجمالي وقت اللحام عند درجة الحرارة القصوى على 10 ثوانٍ كحد أقصى، ويجب ألا يتم إعادة التدفق أكثر من مرتين.

6.2 التخزين والتعامل

ثنائيات الإضاءة حساسة للرطوبة. عند تخزينها في كيسها الأصلي المحكم المضاد للرطوبة مع مجفف، يجب حفظها عند درجة حرارة ≤30°م ورطوبة نسبية ≤70% واستخدامها خلال عام واحد. بمجرد فتح الكيس، فإن "عمر التخزين المفتوح" هو 168 ساعة (7 أيام) في ظروف لا تتجاوز 30°م و 60% رطوبة نسبية (مستوى JEDEC 3). إذا تم التعرض لفترة أطول من ذلك، يلزم تجفيف عند حوالي 60°م لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لمنع حدوث تشققات "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول المحددة فقط مثل الإيثانول أو الأيزوبروبانول. يجب غمر ثنائيات الإضاءة في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المنظفات الكيميائية غير المحددة في إتلاف راتنج العبوة أو العدسة.

7. معلومات التغليف والطلب

يتم توريد الأجهزة معبأة للتجميع الآلي. يتم تركيبها على شريط ناقل بعرض 8 مم ولفها على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة كاملة على 4000 قطعة. يتم إغلاق الشريط بشريط غطاء لحماية المكونات. يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

ثنائي الإضاءة ثنائي اللون هذا مثالي للتطبيقات التي تتطلب إشارة متعددة الحالات. على سبيل المثال، يمكنه عرض اللون الأخضر لـ "التشغيل/جاهز"، والأحمر لـ "عطل/استعداد"، أو كليهما لوضع محدد. تشمل الاستخدامات الشائعة مؤشرات الحالة على معدات الشبكة، مصادر الطاقة، والإلكترونيات الاستهلاكية؛ الإضاءة الخلفية للنقوش أو الأزرار على اللوحة الأمامية؛ والمصابيح الإشارية منخفضة المستوى.

8.2 اعتبارات التصميم

مقاومة تحديد التيار:مقاومة خارجية لتحديد التيار إلزامية لكل شريحة من ثنائي الإضاءة لمنع تجاوز أقصى تيار أمامي. يتم حساب قيمة المقاومة بناءً على جهد التغذية (Vs)، وجهد ثنائي الإضاءة الأمامي (Vf) عند التيار المطلوب، والتيار المستهدف (If): R = (Vs - Vf) / If. استخدم دائمًا أقصى قيمة Vf من ورقة البيانات لتصميم متحفظ.
التصميم الحراري:تأكد من وجود مساحة كافية من النحاس على لوحة الدوائر المطبوعة (تخفيف حراري) متصلة بمسارات ثنائي الإضاءة للمساعدة في تبديد الحرارة، خاصة إذا كان التشغيل قريبًا من الحدود القصوى.
الحماية من الكهرباء الاستاتيكية:على الرغم من عدم ذكرها صراحة، يجب مراعاة احتياطات التعامل القياسية مع الكهرباء الاستاتيكية أثناء التجميع.

9. المقارنة التقنية والتمييز

المميز الرئيسي لهذا المكون هو دمج شريحتين متميزتين من ثنائيات الإضاءة أحادية اللون (من مادة AlInGaP لكلا اللونين) في عبوة SMD مصغرة واحدة. تقدم تكنولوجيا AlInGaP كفاءة إضاءة عالية وتشبع لوني جيد للألوان الحمراء والكهرمانية/الخضراء مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم. توفر زاوية المشاهدة البالغة 120 درجة نمط إشعاع واسعًا مناسبًا لتطبيقات اللوحة الأمامية. يوفر التصميم ثنائي الشريحة مساحة على اللوحة ويبسط التجميع مقارنة باستخدام ثنائيي إضاءة أحاديي اللون منفصلين.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل ثنائيي الإضاءة الأخضر والأحمر في وقت واحد بكامل طاقتهما 20 مللي أمبير لكل منهما؟
ج: نعم، لكن يجب مراعاة إجمالي تبديد القدرة. عند 20 مللي أمبير، إذا افترضنا جهد أمامي نموذجي قدره 2.1 فولت لكل منهما، ستكون القدرة الإجمالية (2.1 فولت * 0.02 أمبير)*2 = 84 ملي واط. هذا يتجاوز أقصى تبديد قدرة مطلق وهو 75 ملي واط لكل شريحة (ولكن لاحظ، التقييم لكل شريحة، وليس لمجموع العبوة؛ يجب مراعاة الاقتران الحراري). من الأكثر أمانًا تخفيض التيار أو استخدام التشغيل النبضي للبقاء ضمن الحدود الحرارية.

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟
ج: الطول الموجي الذروي (λp) هو الطول الموجي عند أعلى نقطة في منحنى توزيع القدرة الطيفية لثنائي الإضاءة. يتم اشتقاق الطول الموجي السائد (λd) من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الواحد للضوء أحادي اللون الذي سيبدو له نفس لون ثنائي الإضاءة. λd أكثر صلة باللون المُدرك.

س: لماذا معيار التيار العكسي مهم إذا لم يكن من المفترض تشغيله في الاتجاه العكسي؟
ج: اختبار التيار العكسي (عادة عند 5 فولت) هو اختبار جودة وتسرب. قد يشير التيار العكسي العالي إلى عيوب محتملة في تقاطع أشباه الموصلات.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

السيناريو:تصميم مؤشر حالة مزدوج لجهاز يعمل بمنفذ USB بجهد 5 فولت. يجب أن يشير ثنائي الإضاءة الأخضر إلى "نشط"، ويجب أن يشير ثنائي الإضاءة الأحمر إلى "شحن/خطأ".
خطوات التصميم:
1. اختيار التيار:اختر تيار تشغيل قدره 15 مللي أمبير لسطوع جيد مع الحفاظ على هامش أمان أقل من الحد الأقصى 30 مللي أمبير.
2. حساب المقاومة لثنائي الإضاءة الأخضر:باستخدام جهد أمامي نموذجي للون الأخضر Vf_green = 2.1 فولت وجهد التغذية Vs=5 فولت. R_green = (5 فولت - 2.1 فولت) / 0.015 أمبير ≈ 193 أوم. استخدم القيمة القياسية الأقرب، على سبيل المثال 200 أوم.
3. حساب المقاومة لثنائي الإضاءة الأحمر:باستخدام جهد أمامي نموذجي للون الأحمر Vf_red = 2.0 فولت. R_red = (5 فولت - 2.0 فولت) / 0.015 أمبير = 200 أوم.
4. تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة:ضع ثنائي الإضاءة ومقاومات تحديد التيار الخاصة به قريبة من بعضها البعض. استخدم تصميم المسارات الموصى به من ورقة البيانات. قم بتضمين مساحة نحاسية متواضعة متصلة بمسارات الكاثود لتبديد الحرارة.
5. التحكم البرمجي:استخدم أطراف الإدخال/الإخراج للوحة التحكم الدقيقة للتحكم بشكل مستقل في الأنود لكل ثنائي إضاءة (مع المقاومات على التوالي).

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

ثنائيات الإضاءة هي أجهزة تقاطع أشباه موصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي، تندمج الإلكترونات من المنطقة من النوع n مع الفجوات من المنطقة من النوع p داخل الطبقة النشطة. تُطلق عملية الاندماج هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد فجوة الطاقة لشبه الموصل المستخدم الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث. يستخدم LTST-E142KGKEKT فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) لكل من شريحتيه الباعثتين للون الأحمر والأخضر، وهو نظام مواد معروف بكفاءته العالية في الطيف من الأحمر إلى الأصفر المخضر. تعمل عبوة الإيبوكسي الشفافة كعدسة، تشكل حزمة إخراج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه العام في ثنائيات الإضاءة المؤشرة من نوع SMD نحو كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل واط كهربائي)، وأحجام عبوات أصغر لزيادة الكثافة، وتحسين اتساق اللون من خلال تصنيف أكثر دقة. هناك أيضًا تركيز على تعزيز الموثوقية تحت ملفات تعريف إعادة التدفق ذات درجة الحرارة العالية المطلوبة للحام الخالي من الرصاص. يعالج دمج شرائح متعددة أو حتى شرائح ملونة مختلفة في عبوة واحدة، كما هو الحال في هذا الجهاز، الحاجة إلى مؤشرات متعددة الوظائف في التصميمات المدمجة. يهدف البحث الأساسي في علم المواد إلى تطوير مركبات أشباه موصلات أكثر كفاءة واستقرارًا عبر الطيف المرئي.