ورقة بيانات LED SMD طراز LTST-S43FBEGW - الأبعاد 4.0x3.0x0.4 مم - الجهد 1.7-3.1 فولت - الطاقة 30-35 ميغاواط - ألوان كاملة RGB - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-S43FBEGW LED SMD مضغوطًا ذو رؤية جانبية، مصممًا للتطبيقات المحدودة المساحة التي تتطلب إشارة أو إضاءة خلفية كاملة الألوان. يجمع هذا المكون ثلاث شرائح شبه موصلة متميزة داخل عبوة واحدة فائقة الرقة بسمك 0.4 مم: شريحة InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) للانبعاث الأزرق، وشريحة AlInGaP (ألومنيوم إنديوم جاليوم فوسفيد) للانبعاث الأحمر، وشريحة InGaN ثانية للانبعاث الأخضر. يُمكّن الجمع بين هذه الألوان الأساسية (RGB) من إنشاء مجموعة واسعة من الألوان من خلال التحكم الفردي أو المجمع. تضمن العدسة البيضاء المنتشرة توزيعًا موحدًا للضوء، مما يجعلها مناسبة لمؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية حيث يكون اللمعان المنتظم واسع الزاوية مطلوبًا.

تشمل مزاياها الأساسية الامتثال لتوجيهات RoHS، والتوافق مع أنظمة التجميع الآلي (pick-and-place)، والملاءمة لعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR reflow) القياسية. الأسواق المستهدفة الرئيسية هي الإلكترونيات الاستهلاكية، ومعدات الاتصالات، وأجهزة أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، ولوحات التحكم الصناعية حيث تكون إشارة متعددة الألوان موثوقة في مساحة صغيرة جدًا أمرًا بالغ الأهمية.

1.1 الميزات

• متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).
• تصميم منخفض الارتفاع للغاية بسمك 0.4 مم فقط.
• عامل شكل ذو رؤية جانبية مع عدسة بيضاء منتشرة.
• يحتوي على شرائح شبه موصلة عالية الكفاءة من نوع InGaN (أزرق/أخضر) و AlInGaP (أحمر).
• تتميز النهايات بالطلاء بالقصدير لتحسين قابلية اللحام.
• معبأ في شريط بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات للتجميع الآلي.
• متوافق مع مخططات العبوات القياسية لـ EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية).
• مصمم للاستخدام مع معدات التركيب الآلي.
• مناسب لعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء.

1.2 التطبيقات

• الإضاءة الخلفية لوحات المفاتيح في الأجهزة المحمولة وأجهزة الكمبيوتر.
• مؤشرات حالة وطاقة متعددة الألوان في معدات الشبكات والأجهزة المنزلية.
• إضاءة الشاشات الدقيقة والرموز المضيئة.
• أضواء مؤشرات للأغراض العامة في معدات الاتصالات والمعدات الصناعية.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم هذا القسم تحليلاً تفصيليًا وموضوعيًا لخصائص أداء LED الرئيسية كما هي محددة في ورقة البيانات. جميع القيم محددة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروف التشغيل العادية.

• تبديد الطاقة (Pd):35 ميغاواط للشرائح الزرقاء والخضراء؛ 30 ميغاواط للشريحة الحمراء. تحدد هذه المعلمة إجمالي الطاقة الكهربائية التي يمكن تحويلها إلى حرارة داخل عبوة LED.
• تيار الذروة الأمامي (I_F(PEAK)):50 مللي أمبير للأزرق/الأخضر، 40 مللي أمبير للأحمر. هذا هو أقصى تيار لحظي مسموح به في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). تجاوز هذا يمكن أن يسبب فشلاً كارثيًا.
• تيار التشغيل المستمر الأمامي (I_F):10 مللي أمبير للأزرق/الأخضر، 20 مللي أمبير للأحمر. هذا هو أقصى تيار أمامي مستمر موصى به للتشغيل طويل الأمد الموثوق.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:تم تصنيف الجهاز لنطاق تشغيل محيطي من -20 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية. نطاق درجة حرارة التخزين أوسع، من -30 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يمكن للعبوة تحمل درجة حرارة ذروة تبلغ 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ أثناء لحام إعادة التدفق.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

تحدد هذه المعلمات الأداء النموذجي لـ LED في ظل ظروف التشغيل العادية (I_F= 5 مللي أمبير).

• شدة الإضاءة (I_V):تُقاس بالميلي كانديلا (mcd). تختلف القيم الدنيا والقصوى حسب اللون: الأزرق (11.2-45.0 mcd)، الأحمر (11.2-45.0 mcd)، الأخضر (45.0-180.0 mcd). تُظهر الشريحة الخضراء ناتجًا أعلى بكثير لنفس تيار التشغيل.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):قيمة نموذجية تبلغ 130 درجة، مما يشير إلى نمط انبعاث واسع جدًا يميز LEDs ذات الرؤية الجانبية مع العدسات المنتشرة.
• الطول الموجي القمة (λ_P):الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة الطيفية في أعلى مستوياته. القيم النموذجية هي 468 نانومتر (أزرق)، 631 نانومتر (أحمر)، و 518 نانومتر (أخضر).
• الطول الموجي السائد (λ_d):الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون. النطاقات هي: الأزرق (465-475 نانومتر)، الأحمر (619-629 نانومتر)، الأخضر (525-540 نانومتر).
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث عند نصف شدته القصوى. القيم النموذجية هي 25 نانومتر (أزرق)، 17 نانومتر (أحمر)، و 35 نانومتر (أخضر). يشير نصف العرض الأضيق إلى لون أكثر نقاءً طيفيًا.
• الجهد الأمامي (V_F):انخفاض الجهد عبر LED عند تشغيله بتيار 5 مللي أمبير. النطاقات هي: الأزرق (2.60-3.10 فولت)، الأحمر (1.70-2.30 فولت)، الأخضر (2.60-3.10 فولت). عادةً ما يكون للشريحة الحمراء جهد أمامي أقل بسبب مادتها شبه الموصلة المختلفة (AlInGaP مقابل InGaN).
• التيار العكسي (I_R):بحد أقصى 10 ميكرو أمبير لجميع الألوان عند تطبيق انحياز عكسي بقيمة 5 فولت. تحذر ورقة البيانات صراحةً من أن الجهاز غير مصمم للتشغيل العكسي؛ هذا الاختبار لأغراض إعلامية/جودة فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز شدة إضاءة LED إلى مجموعات (Bins) لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج. يحدد رمز التصنيف (Bin Code) نطاقًا أدنى وأعلى للشدة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يحتوي كل لون على مجموعة خاصة به من رموز التصنيف مع تسامح +/-15% داخل كل مجموعة.

• مجموعات شدة الأزرق والأحمر:
  • رمز التصنيف L: 11.2 mcd (الحد الأدنى) إلى 18.0 mcd (الحد الأقصى)
  • رمز التصنيف M: 18.0 mcd إلى 28.0 mcd
  • رمز التصنيف N: 28.0 mcd إلى 45.0 mcd
• مجموعات شدة الأخضر:
  • رمز التصنيف P: 45.0 mcd إلى 71.0 mcd
  • رمز التصنيف Q: 71.0 mcd إلى 112.0 mcd
  • رمز التصنيف R: 112.0 mcd إلى 180.0 mcd

يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار LEDs بمستويات سطوع يمكن التنبؤ بها للتطبيقات التي تتطلب مزج الألوان أو متطلبات إضاءة محددة.

4. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

4.1 أبعاد العبوة

يتوافق LTST-S43FBEGW مع بصمة SMD قياسية. تشمل الأبعاد الرئيسية طول الجسم حوالي 4.0 مم، وعرض 3.0 مم، والارتفاع الفائق الرقة المميز البالغ 0.4 مم. جميع تسامحات الأبعاد هي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تعريف تخصيص الأطراف بوضوح: الطرف 1 لمصعد الشريحة الخضراء، الطرف 3 لمصعد الشريحة الحمراء، والطرف 4 لمصعد الشريحة الزرقاء. يُعد الرسم التفصيلي ذو الأبعاد ضروريًا لتصميم نمط التثبيت على PCB بدقة.

4.2 تصميم لوحة التثبيت الموصى بها على PCB والقطبية

تتضمن ورقة البيانات تخطيطًا مقترحًا لمسارات التثبيت على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يعد اتباع هذه التوصية أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق حشوات لحام مناسبة، وضمان الاستقرار الميكانيكي، وتسهيل الاتصال الكهربائي الموثوق أثناء عملية إعادة التدفق. يأخذ تصميم المسارات في الاعتبار الكتلة الحرارية للمكون ويساعد في منع ظاهرة "اللوحة القبرية" (وقوف المكون على طرفه). يجب محاذاة علامة القطبية على عبوة LED مع علامة القطبية المقابلة على الطباعة الحريرية للـ PCB.

4.3 التعبئة بالشريط والبكرة

يتم توريد المكونات في شريط حامل بارز قياسي بعرض 8 مم، ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 4000 قطعة. يتم إغلاق الشريط بغطاء علوي لحماية المكونات من التلوث والرطوبة. تتوافق التعبئة مع مواصفات ANSI/EIA-481، مما يضمن التوافق مع مغذيات التشغيل الآلي. بالنسبة للكميات الأقل من بكرة كاملة، تتوفر كمية تعبئة دنيا تبلغ 500 قطعة.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow)

توفر ورقة البيانات ملف تعريف إعادة تدفق مقترحًا متوافقًا مع IPC J-STD-020D.1 للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية:

• درجة حرارة التسخين المسبق:من 150 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية.
• وقت التسخين المسبق:بحد أقصى 120 ثانية لرفع درجة الحرارة تدريجيًا وتنشيط المادة المساعدة للّحام (Flux).
• درجة حرارة الذروة:بحد أقصى 260 درجة مئوية.
• الوقت فوق درجة السيولة (TAL):يجب ألا يتعرض المكون لدرجة حرارة الذروة لأكثر من 10 ثوانٍ كحد أقصى. يجب ألا يتم إجراء إعادة التدفق أكثر من مرتين كحد أقصى.

يتم التأكيد على أن الملف الأمثل يعتمد على تصميم PCB المحدد، معجون اللحام، وخصائص الفرن. يُوصى بإجراء توصيف على مستوى اللوحة.

5.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد. الحد الأقصى الموصى به لدرجة حرارة طرف مكواة اللحام هو 300 درجة مئوية، مع وقت تلامس أقصى 3 ثوانٍ لكل وصلة لحام. يجب أن يقتصر اللحام اليدوي على دورة إصلاح واحدة لمنع الإجهاد الحراري المفرط على العبوة البلاستيكية والوصلات السلكية الداخلية.

5.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. الطريقة الموصى بها هي غمر اللوحة المجمعة في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. يمكن أن يؤدي استخدام المنظفات الكيميائية غير المحددة أو العدوانية إلى إتلاف العدسة البلاستيكية ومواد عبوة LED.

6. احتياطات التخزين والتعامل

6.1 الحساسية للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

مثل معظم الأجهزة شبه الموصلة، فإن هذه الـ LEDs حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي. يجب أن تكون ضوابط ESD المناسبة موجودة أثناء التعامل والتجميع. وهذا يشمل استخدام أساور المعصم المؤرضة، والحصائر المضادة للكهرباء الساكنة، وضمان تأريض جميع المعدات بشكل صحيح. يمكن أن يتسبب ESD في فشل فوري أو تلف كامن يقلل من الموثوقية طويلة المدى.

6.2 حساسية الرطوبة والتخزين

يتم تعبئة الـ LEDs في كيس حاجز للرطوبة مع مجفف. في هذه الحالة المغلقة، يجب تخزينها عند 30 درجة مئوية أو أقل ورطوبة نسبية 90% أو أقل، مع عمر تخزين موصى به لمدة عام واحد من تاريخ التصنيع.

بمجرد فتح التغليف الأصلي، يتم تصنيف المكونات عند مستوى حساسية الرطوبة (MSL) 3. وهذا يعني أنه يجب إخضاعها للّحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء في غضون 168 ساعة (7 أيام) من التعرض لبيئة لا تتجاوز 30 درجة مئوية / 60% رطوبة نسبية. بالنسبة للتخزين خارج هذه الفترة خارج الكيس الأصلي، يجب وضعها في حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف. تتطلب المكونات المعرضة لأكثر من 168 ساعة عملية تجفيف (حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل) لإزالة الرطوبة الممتصة قبل اللحام لمنع "انتفاخ" أو تشقق العبوة أثناء إعادة التدفق.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 تحديد التيار

المتطلب الأساسي لتشغيل الـ LEDs هو استخدام مقاومة محددة للتيار أو محرك تيار ثابت. جهد التشغيل الأمامي (V_F) لـ LED له تسامح ويتغير مع درجة الحرارة. سيؤدي توصيل LED مباشرة بمصدر جهد إلى تيار غير منضبط، ومن المحتمل أن يتجاوز الحد الأقصى المطلق ويُدمر الجهاز. يمكن حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. استخدم أقصى قيمة V_Fمن ورقة البيانات لضمان تحديد تيار كافٍ في جميع الظروف.

7.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (30-35 ميغاواط)، إلا أن الإدارة الحرارية الفعالة على الـ PCB لا تزال مهمة لطول العمر والأداء المستقر. تؤدي درجة حرارة التقاطع المفرطة إلى تقليل ناتج الضوء (انخفاض اللومن)، وتحول في الطول الموجي السائد (تحول اللون)، وتسريع الشيخوخة. تأكد من أن مسارات التثبيت على الـ PCB بها تخفيف حراري كافٍ، وإذا أمكن، قم بتوصيلها بمناطق صب النحاس لتعمل كمشتت حراري.

7.3 مزج الألوان والتحكم

لتحقيق ألوان محددة (مثل الأبيض، الأصفر، السماوي، الأرجواني) أو تأثيرات ألوان ديناميكية، يجب تشغيل الشرائح الثلاث بشكل مستقل. يتطلب هذا عادةً ثلاث قنوات تحكم منفصلة، غالبًا ما يتم تنفيذها عبر تعديل عرض النبضة (PWM) من متحكم دقيق. يجب مراعاة شدة الإضاءة المختلفة وجهد التشغيل الأمامي لكل لون في تصميم الدائرة وبرنامج التحكم لتحقيق ناتج لوني متوازن.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

8.1 هل يمكنني تشغيل LED عند تيار الذروة (50 مللي أمبير) بشكل مستمر؟

No.تقييم تيار الذروة الأمامي (50 مللي أمبير للأزرق/الأخضر) مخصص للتشغيل النبضي فقط (دورة عمل 1/10، نبضات بعرض 0.1 مللي ثانية). الحد الأقصى الموصى به للتيار المستمر (تيار التشغيل المستمر الأمامي) هو 10 مللي أمبير لهذه الألوان. سيؤدي تجاوز تصنيف التيار المستمر إلى تسخين مفرط، مما يؤدي إلى تدهور سريع وفشل.

8.2 لماذا يختلف جهد التشغيل الأمامي لشريحة اللون الأحمر؟

الجهد الأمامي هو خاصية أساسية لطاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة. تستخدم الشريحة الحمراء AlInGaP، والتي لها طاقة فجوة نطاق أقل (~1.9-2.0 إلكترون فولت) مقارنة بـ InGaN المستخدم للأزرق والأخضر (~2.5-3.4 إلكترون فولت). تتطلب فجوة النطاق الأقل طاقة أقل للإلكترونات للعبور، مما يؤدي إلى انخفاض في انخفاض الجهد الأمامي.

8.3 ماذا يعني "الطول الموجي السائد" مقارنة بـ "الطول الموجي القمة"؟

الطول الموجي القمة (λ_P):الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة البصرية. يتم قياسه مباشرة بواسطة مطياف.
الطول الموجي السائد (λ_d):الطول الموجي الإدراكي. يتم اشتقاقه من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي للضوء الطيفي النقي الذي تدركه العين البشرية على أنه الأقرب لمطابقة لون LED. بالنسبة لـ LEDs ذات الطيف العريض، يمكن أن يختلف λ_dو λ_P.

8.4 كيف أفسر رمز التصنيف (Bin Code) عند الطلب؟

عند تحديد هذا المكون للإنتاج، يجب عليك طلب رمز تصنيف شدة الإضاءة المطلوب لكل لون (مثلًا، الأزرق: N، الأحمر: M، الأخضر: Q). وهذا يضمن حصولك على LEDs بمستويات سطوع ضمن نطاق ضيق يمكن التنبؤ به، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب مظهرًا موحدًا أو مزج ألوان دقيق. إذا لم يتم تحديد تصنيف، فقد تتلقى مكونات من أي مجموعة إنتاجية.