ورقة بيانات LED SMD طراز LTST-S110KGKT - شريحة AlInGaP خضراء - 25 مللي أمبير - 62.5 مللي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-S110KGKT مصباح LED من نوع الأجهزة السطحية (SMD) مُصمم للتجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB). وهو جزء من عائلة مصابيح LED المصغرة المُخصصة للتطبيقات ذات المساحات المحدودة عبر طيف واسع من المعدات الإلكترونية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم هذا المصباح عدة مزايا رئيسية لصناعة الإلكترونيات الحديثة. تشمل ميزاته الأساسية الامتثال لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يجعله مناسبًا للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة. يستخدم الجهاز شريحة أشباه موصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) فائقة السطوع، والمعروفة بكفاءتها العالية ونقاء لونها الجيد في الطيف الأخضر. تمت معالجة الغلاف بالطلاء بالقصدير، مما يعزز قابلية اللحام والموثوقية طويلة الأجل. وهو متوافق بالكامل مع معدات الاختيار والوضع الآلية وعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهي المعيار في الإنتاج الضخم. يتم توريد LED على شكل شريط قياسي بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات، مما يسهل التعامل والتجميع بكفاءة.

تتنوع التطبيقات المستهدفة، مع التركيز على المجالات التي يكون فيها الحجم الصغير والموثوقية والإشارة المرئية الواضحة أمرًا بالغ الأهمية. وتشمل هذه المعدات الاتصالات (مثل الهواتف المحمولة)، وأجهزة أتمتة المكاتب (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة)، وأنظمة الشبكات، والأجهزة المنزلية المتنوعة، وإضاءة اللافتات أو الرموز الداخلية. تشمل الاستخدامات المحددة داخل هذه الأجهزة الإضاءة الخلفية للوحة المفاتيح، ومؤشرات الحالة، والعروض الدقيقة، ومصابيح الإشارة العامة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يعد الفهم الشامل للمواصفات الكهربائية والبصرية والحرارية أمرًا ضروريًا لتصميم الدوائر المناسب والتشغيل الموثوق.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديدها عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. الحد الأقصى لتيار التوصيل المستمر (IF) هو 25 مللي أمبير. في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية، يمكن للجهاز تحمل تيار توصيل ذروة يصل إلى 60 مللي أمبير. الحد الأقصى المسموح به لجهد الانعكاس (VR) هو 5 فولت. يجب ألا تتجاوز تبديد الطاقة الكلي 62.5 مللي واط. نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -30 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، ونطاق درجة حرارة التخزين أوسع قليلاً، من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. والأهم من ذلك، يمكن لـ LED تحمل لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء بدرجة حرارة ذروة تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ، وهو ما يتماشى مع ملفات التجميع الخالية من الرصاص (Pb-free) الشائعة.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند Ta=25 درجة مئوية في ظل ظروف الاختبار القياسية. تتراوح شدة الإضاءة (Iv)، وهي مقياس للسطوع المُدرك، من حد أدنى 18.0 ملي كانديلا (mcd) إلى حد أقصى 71.0 mcd عند تشغيله بتيار الاختبار القياسي البالغ 20 مللي أمبير. زاوية الرؤية، المُعرَّفة على أنها 2θ1/2 (ضعف نصف الزاوية)، هي 130 درجة. تجعل زاوية الرؤية الواسعة هذه LED مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها الرؤية من مواقع خارج المحور مهمة.

يتم تحديد الخصائص الطيفية بعدة أطوال موجية. طول موجة الانبعاث الذروة (λP) هو عادة 574 نانومتر. الطول الموجي السائد (λd)، الذي يحدد اللون المُدرك، له نطاق محدد من 567.5 نانومتر إلى 576.5 نانومتر عند 20 مللي أمبير. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو عادة 15 نانومتر، مما يشير إلى نقاء الطيف للضوء الأخضر المنبعث.

كهربائيًا، يتراوح جهد التوصيل (VF) عند 20 مللي أمبير من حد أدنى 1.9 فولت إلى حد أقصى 2.4 فولت. يتم تحديد تيار الانعكاس (IR) بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد انعكاسي قدره 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات أداء بناءً على معايير رئيسية. وهذا يسمح للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات محددة لتطبيقهم.

3.1 تصنيف جهد التوصيل (VF)

يتم تصنيف مصابيح LED وفقًا لهبوط جهد التوصيل عند 20 مللي أمبير. رموز التصنيف، والحد الأدنى، والحد الأقصى للجهد هي كما يلي: الرمز 4 (1.9V - 2.0V)، الرمز 5 (2.0V - 2.1V)، الرمز 6 (2.1V - 2.2V)، الرمز 7 (2.2V - 2.3V)، والرمز 8 (2.3V - 2.4V). التسامح داخل كل مجموعة هو ±0.1 فولت. يساعد اختيار مصابيح LED من نفس مجموعة VF في الحفاظ على سطوع موحد عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي بدون مقاومات تحديد تيار فردية.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (IV)

يقوم هذا التصنيف بتصنيف مصابيح LED بناءً على إخراج الضوء عند 20 مللي أمبير. المجموعات هي: الرمز M (18.0 - 28.0 mcd)، الرمز N (28.0 - 45.0 mcd)، والرمز P (45.0 - 71.0 mcd). التسامح على كل مجموعة شدة هو ±15%. وهذا يسمح للمصممين باختيار مستوى سطوع مناسب للتطبيق، سواء كان يتطلب وضوحًا عاليًا أو استهلاكًا أقل للطاقة.

3.3 تصنيف اللون (الطول الموجي السائد)

للتحكم في اتساق اللون، يتم تصنيف مصابيح LED حسب طولها الموجي السائد. المجموعات هي: الرمز C (567.5 - 570.5 نانومتر)، الرمز D (570.5 - 573.5 نانومتر)، والرمز E (573.5 - 576.5 نانومتر). التسامح لكل مجموعة هو ±1 نانومتر. يعد استخدام مصابيح LED من نفس مجموعة اللون أمرًا بالغ الأهمية في التطبيقات التي يكون فيها مطابقة الألوان بين عدة مؤشرات مهمًا.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة أعمق في سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة، وهو أمر حيوي للتصميم القوي.

4.1 تيار التوصيل مقابل جهد التوصيل (منحنى I-V)

يظهر منحنى خاصية I-V العلاقة بين التيار المتدفق عبر LED والجهد عبره. بالنسبة لـ LED نموذجي من نوع AlInGaP مثل هذا، يُظهر المنحنى ارتفاعًا أسيًا. جهد "الركبة"، حيث يبدأ التيار في الزيادة بشكل كبير، هو حوالي 1.8-1.9 فولت. بعد هذه النقطة، تسبب زيادة صغيرة في الجهد زيادة كبيرة في التيار. وهذا يؤكد أهمية استخدام محرك تيار ثابت أو مقاومة تحديد تيار لمنع الانحراف الحراري وضمان التشغيل المستقر.

4.2 شدة الإضاءة مقابل تيار التوصيل

يوضح هذا المنحنى كيف يتدرج إخراج الضوء مع تيار التشغيل. عادةً، تزداد شدة الإضاءة تقريبًا بشكل خطي مع التيار حتى نقطة معينة. ومع ذلك، عند التيارات العالية جدًا، تنخفض الكفاءة بسبب زيادة توليد الحرارة داخل الشريحة (انخفاض الكفاءة). يضمن التشغيل عند أو أقل من 20 مللي أمبير الموصى بها الكفاءة المثلى والعمر الطويل.

4.3 شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة

يعتمد إخراج الضوء لـ LED على درجة الحرارة. مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (أو درجة حرارة التقاطع)، تنخفض شدة الإضاءة بشكل عام. يعد منحنى التخفيض هذا حاسمًا لتصميم التطبيقات التي يجب أن تحافظ على مستوى سطوع معين على نطاق درجة حرارة تشغيل محدد، خاصة نحو الحد الأعلى لـ +85 درجة مئوية.

4.4 التوزيع الطيفي

يظهر مخطط توزيع القدرة الطيفية الشدة النسبية للضوء المنبعث عند كل طول موجي. بالنسبة لـ LED أخضر من نوع AlInGaP، يكون هذا المنحنى عادةً ذروة واحدة ضيقة نسبيًا تتمحور حول الطول الموجي السائد. يشير عرض النصف (Δλ) البالغ 15 نانومتر إلى لون أخضر نقي بشكل معتدل، وهو مرغوب فيه لمؤشرات واضحة ومشبعة.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالغلاف

5.1 أبعاد الغلاف

يتوافق LED مع مخطط غلاف SMD قياسي في الصناعة. تشمل الأبعاد الرئيسية الطول الإجمالي والعرض والارتفاع. العدسة شفافة. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات بتسامح قياسي يبلغ ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تعد بيانات الأبعاد الدقيقة ضرورية لإنشاء بصمات PCB دقيقة وضمان الوضع واللحام المناسبين.

5.2 نمط اللحام الموصى به وقطبية اللوحة

يتم توفير تخطيط وسادة اللحام الموصى به (نمط اللوحة) لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة والمحاذاة المناسبة أثناء إعادة التدفق. يأخذ التصميم في الاعتبار تكوين حشوة اللحام والإغاثة الحرارية. يتم تحديد الطرف السالب (الكاثود) عادةً بواسطة علامة على جسم الغلاف، مثل شق أو نقطة أو علامة خضراء. اتجاه القطبية الصحيح أثناء التجميع إلزامي لكي يعمل الجهاز.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

لعمليات اللحام الخالية من الرصاص (Pb-free)، يوصى بملف درجة حرارة محدد. يتضمن هذا الملف عادةً منطقة تسخين مسبق (مثل 150-200 درجة مئوية)، ومنحدر تصاعدي مُتحكم به، ومنطقة درجة حرارة ذروة، ومنطقة تبريد. المعلمة الحرجة هي أن درجة حرارة جسم الجهاز يجب ألا تتجاوز 260 درجة مئوية لأكثر من 10 ثوانٍ. يعد الالتزام بهذا الملف ضروريًا لمنع تلف عدسة الإيبوكسي الخاصة بـ LED، أو روابط الأسلاك الداخلية، أو شريحة أشباه الموصلات نفسها.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف مكواة اللحام 300 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر وقت التلامس مع طرف LED على 3 ثوانٍ كحد أقصى لعملية لحام واحدة. يمكن أن يؤدي تطبيق حرارة مفرطة إلى إتلاف المكون بشكل لا رجعة فيه.

6.3 التنظيف

يجب إجراء التنظيف بعد اللحام باستخدام مذيبات متوافقة. يجب استخدام منظفات كحولية فقط، مثل الكحول الإيثيلي أو كحول الأيزوبروبيل (IPA). يجب غمر LED في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمنظفات الكيميائية القاسية أو غير المحددة أن تتسبب في تدهور الغلاف البلاستيكي، مما يؤدي إلى تغير اللون أو التشقق أو تقليل إخراج الضوء.

6.4 التخزين والتعامل

التخزين السليم أمر بالغ الأهمية للحفاظ على قابلية اللحام. للأكياس المغلقة غير المفتوحة والمقاومة للرطوبة مع مجفف مدة صلاحية. بمجرد فتح العبوة الأصلية، تصبح مصابيح LED حساسة للرطوبة المحيطة (مستوى الحساسية للرطوبة، MSL 3). يجب استخدامها في غضون أسبوع واحد أو تخزينها في بيئة جافة (مثل حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو خزانة نيتروجين). إذا تعرضت للرطوبة المحيطة لأكثر من أسبوع، فإن عملية تجفيف (مثل 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل) مطلوبة قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" أثناء إعادة التدفق.

6.5 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي. يجب أن تشمل إجراءات التعامل التأريض المناسب. يجب على المشغلين استخدام أسوار معصم أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة. يجب تأريض جميع محطات العمل والمعدات والآلات بشكل صحيح لمنع أحداث ESD التي يمكن أن تتسبب في تدهور أو تدمير تقاطع أشباه الموصلات.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد المنتج للتجميع الآلي. يتم تعبئته في شريط ناقل بارز بعرض 8 مم. يتم لف الشريط على بكرات قياسية قطر 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة من LED. بالنسبة للكميات الأقل من بكرة كاملة، تتوفر كمية تعبئة دنيا تبلغ 500 قطعة. تتوافق التعبئة مع معايير ANSI/EIA-481، مما يضمن التوافق مع مغذيات الشريط القياسية على آلات الاختيار والوضع.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 تحديد التيار

LED هو جهاز يعمل بالتيار. المقاوم المتسلسل هو أبسط طريقة لتحديد التيار عند التشغيل من مصدر جهد. يمكن حساب قيمة المقاوم باستخدام قانون أوم: R = (V_source - VF_LED) / I_desired. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت، و VF قدره 2.1 فولت، وتيار مطلوب 20 مللي أمبير، ستكون قيمة المقاوم (5 - 2.1) / 0.02 = 145 أوم. سيكون المقاوم القياسي 150 أوم مناسبًا. يجب أيضًا مراعاة تصنيف قدرة المقاوم: P = I^2 * R = (0.02)^2 * 150 = 0.06 واط، لذا فإن مقاوم 1/8 واط (0.125 واط) أو أكبر يكون كافيًا.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من صغر حجمها، تولد مصابيح LED حرارة عند تقاطع أشباه الموصلات. تقلل درجة حرارة التقاطع المفرطة من إخراج الضوء، وتغير الطول الموجي، وتقصر العمر الافتراضي. بالنسبة للتصميمات التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من الحد الأقصى للتيار، ضع في اعتبارك تخطيط PCB. يمكن أن يساعد استخدام PCB مع مستوى أرضي أو ثقوب حرارية تحت الوسادة الحرارية لـ LED (إن وجدت) في تبديد الحرارة. تجنب وضع مصابيح LED بالقرب من المكونات الأخرى المولدة للحرارة.

8.3 نطاق التطبيق والموثوقية

تم تصميم هذا LED للاستخدام في المعدات الإلكترونية التجارية والصناعية القياسية. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث يمكن للفشل أن يعرض السلامة أو الصحة للخطر (مثل الطيران، ودعم الحياة الطبي، وأنظمة النقل الحرجة)، تكون المؤهلات الإضافية والاستشارة المحددة ضرورية. قد لا يكون الجهاز القياسي مناسبًا لمثل هذه التطبيقات عالية الموثوقية بدون مزيد من التقييم.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم LTST-S110KGKT، القائم على تقنية AlInGaP، مزايا مميزة مقارنة بتقنيات LED الخضراء الأخرى مثل GaP التقليدي (فوسفيد الغاليوم) أو InGaN (نتريد إنديوم الغاليوم) لأطوال موجية معينة. توفر مصابيح LED من نوع AlInGaP عمومًا كفاءة أعلى واستقرارًا حراريًا أفضل في الطيف من العنبر إلى الأحمر، وبالنسبة لأطوال موجية خضراء محددة، يمكن أن تقدم أداءً متفوقًا من حيث السطوع واستقرار اللون مقارنة بتقنية GaP القديمة. زاوية رؤيتها البالغة 130 درجة أوسع من بعض أغلفة الرؤية الجانبية أو العلوية المصممة لإضاءة أكثر توجيهًا، مما يجعلها خيارًا متعدد الاستخدامات للإشارة إلى الحالة حيث تكون الرؤية واسعة الزاوية مفيدة. يؤدي الجمع بين العدسة الشفافة والشريحة AlInGaP الساطعة إلى لون أخضر نابض بالحياة ومشبع يسهل تمييزه.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

10.1 ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

طول موجة الذروة (λP) هو الطول الموجي الذي يصل عنده منحنى توزيع القدرة الطيفية إلى أقصى شدته. الطول الموجي السائد (λd) مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون النقي الذي يطابق اللون المُدرك لـ LED. بالنسبة لمصابيح LED ذات الطيف الضيق، تكون هذه القيم غالبًا قريبة، لكن λd هو المعلمة الأكثر صلة لتحديد اللون.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة بمصدر جهد؟

لا. جهد التوصيل الأمامي لـ LED له معامل درجة حرارة سالب ويختلف من وحدة إلى أخرى. سيؤدي توصيله مباشرة بمصدر جهد إلى تدفق تيار غير مُتحكم فيه، ومن المحتمل أن يتجاوز الحد الأقصى للتصنيف ويدمر الجهاز. استخدم دائمًا آلية تحديد تيار، مثل مقاوم متسلسل أو محرك تيار ثابت.

10.3 لماذا يوجد نظام تصنيف لشدة الإضاءة والطول الموجي؟

تسبب الاختلافات التصنيعية اختلافات طفيفة في الأداء بين مصابيح LED الفردية. يقوم التصنيف بفرزها إلى مجموعات ذات خصائص متطابقة بشكل وثيق. وهذا يسمح للمصممين بشراء أجزاء بأداء مضمون حد أدنى/حد أقصى (مثل السطوع، اللون) لتطبيقهم، مما يضمن الاتساق في المنتج النهائي، خاصة عند استخدام عدة مصابيح LED.

10.4 ماذا يحدث إذا تجاوزت حد 10 ثوانٍ عند 260 درجة مئوية أثناء إعادة التدفق؟

يمكن أن يتسبب تجاوز ملف درجة الحرارة والزمن في عدة أعطال: تشقق الإجهاد الحراري لعدسة الإيبوكسي، تدهور المادة المغلقة الداخلية من السيليكون (مما يؤدي إلى الإظلام)، فشل روابط الأسلاك، أو تلف شريحة أشباه الموصلات نفسها. سيؤدي هذا إلى تقليل إخراج الضوء، أو تحول اللون، أو فشل الجهاز بالكامل.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

11.1 مؤشر حالة لجهاز استهلاكي

في مكبر صوت بلوتوث محمول، يمكن استخدام LTST-S110KGKT واحد كمؤشر حالة الطاقة/الشحن. عند تشغيله بتيار 10-15 مللي أمبير عبر مقاوم تحديد تيار من خط الطاقة الرئيسي 3.3 فولت أو 5 فولت، فإنه يوفر ضوءًا أخضر ساطعًا وواضحًا. تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة رؤية الحالة من أي زاوية تقريبًا. يجب أن يتضمن التصميم بصمة PCB الصحيحة والتأكد من عدم وضع LED خلف عدسة داكنة اللون أو موزعة للضوء تتطلب تيار تشغيل أعلى.

11.2 الإضاءة الخلفية لوحة مفاتيح الغشاء

لوحة مفاتيح جهاز طبي، يمكن ترتيب عدة مصابيح LED من نفس مجموعة الشدة (مثل الرمز N) حول المحيط لتوفير إضاءة خلفية متساوية. سيتم توصيلها في مجموعات متسلسلة ومتوازية مع مقاومات تحديد تيار مناسبة لضمان سطوع موحد. يجب مراعاة إدارة الحرارة إذا تم تشغيل العديد من مصابيح LED في وقت واحد في مساحة محدودة.

12. مقدمة تقنية

يستخدم LTST-S110KGKT مادة أشباه موصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) تنمو على ركيزة. عند تطبيق جهد توصيل، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من الشريحة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق وبالتالي الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، في هذه الحالة، الأخضر. يتم تركيب الشريحة في غلاف إطار توصيل، وربطها بالأسلاك، وتغليفها بعدسة إيبوكسي شفافة تحمي الشريحة وتشكل حزمة إخراج الضوء. يضمن الطلاء بالقصدير على الأطراف الخارجية قابلية لحام جيدة ومقاومة للأكسدة.

13. الاتجاهات التقنية

يستمر الاتجاه العام في مصابيح LED المؤشر SMD نحو كفاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل وحدة طاقة كهربائية)، وتحسين اتساق اللون وتشبعه، وأحجام أغلفة أصغر لتمكين تصميمات PCB أكثر كثافة. هناك أيضًا تركيز على تعزيز الموثوقية في ظل الظروف القاسية، مثل ارتفاع درجة الحرارة والرطوبة. يستمر السعي نحو التصغير، حيث أصبحت مصابيح LED ذات الغلاف بحجم الشريحة (CSP) أكثر انتشارًا للتطبيقات الأكثر تقييدًا للمساحة. علاوة على ذلك، فإن دمج الإلكترونيات التحكمية مباشرة مع شريحة LED (مثل لمحرك التيار الثابت أو خلط الألوان) هو مجال للتطوير المستمر.