ورقة بيانات LED SMD الأخضر ذو العدسة القبة LTST-C930TGKT - 2.8x3.2V - 76mW - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-C930TGKT صمامًا باعثًا للضوء (LED) عالي السطوع، من نوع التثبيت السطحي (SMD)، يستخدم مادة شبه موصلة من إنيديوم جاليوم نيتريد (InGaN) لإنتاج الضوء الأخضر. يتميز بعدسة قبة مميزة، مصممة لتعزيز خرج الضوء وخصائص زاوية الرؤية مقارنةً بالبدائل ذات العدسات المسطحة. تم تصميم هذا المكون لتكون متوافقًا مع أنظمة التجميع الآلي (pick-and-place) وعمليات اللحام بإعادة التدفق (Reflow) القياسية، مما يجعله مناسبًا لبيئات التصنيع ذات الأحجام الكبيرة. تشمل تطبيقاته الرئيسية مؤشرات الحالة، الإضاءة الخلفية للشاشات الصغيرة، إضاءة اللوحات، ومختلف الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية التي تتطلب إضاءة خضراء موثوقة ومتسقة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع المزايا الرئيسية لهذا الصمام من مادته وتصميم عبوته. توفر تقنية شريحة InGaN انبعاثًا أخضرًا فعالاً، والذي غالبًا ما يكون تحقيقه بسطوع عالٍ أكثر صعوبة مقارنةً بصمامات LED الحمراء أو الزرقاء. تعمل عدسة القبة كبصريات أولية، مما يزيد بشكل فعال من استخراج الضوء من الشريحة شبه الموصلة ويوفر زاوية رؤية أوسع وأكثر تجانسًا. يتم تعبئة الجهاز على شريط بعرض 8 مم لملفات بقطر 7 بوصات، متوافقًا مع معايير EIA، مما يضمن تكاملاً سلسًا في خطوط الإنتاج الآلية. يشمل السوق المستهدف مجموعة واسعة من مصنعي المعدات الإلكترونية، وخاصة أولئك في مجال أتمتة المكاتب، وأجهزة الاتصالات، والأجهزة المنزلية، حيث يعمل الصمام كمكون مؤشر بصري موثوق.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفصيلاً دقيقًا للمعايير الكهربائية والبصرية والحرارية المحددة لـ LTST-C930TGKT، مما يوفر سياقًا لمهندسي التصميم.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل العادي.

• تبديد الطاقة (Pd):76 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للعبوة أن تبددها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. يتجاوز هذا الحد خطر ارتفاع درجة حرارة التقاطع شبه الموصل.
• التيار الأمامي المستمر (IF):20 مللي أمبير. التيار التشغيلي المستمر الموصى به لأداء طويل الأمد موثوق.
• تيار الذروة الأمامي:100 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) ولا ينبغي استخدامه للتشغيل بالتيار المستمر.
• عامل التخفيض:0.25 مللي أمبير/°C فوق 50°C. تشير هذه المعلمة الحرجة إلى أنه يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر خطيًا بمقدار 0.25 مللي أمبير لكل درجة مئوية ترتفع فيها درجة الحرارة المحيطة فوق 50°C. على سبيل المثال، عند 70°C، سيكون الحد الأقصى للتيار المستمر هو 20 مللي أمبير - (0.25 مللي أمبير/°C * 20°C) = 15 مللي أمبير.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي أكبر من هذا يمكن أن يسبب انهيارًا وفشلًا في تقاطع LED.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-20°C إلى +80°C و -30°C إلى +100°C، على التوالي. تحدد هذه الحدود البيئية للتشغيل والتخزين في حالة عدم التشغيل.
• ظروف اللحام:يتم توفير ملفات محددة للحام الموجة (260°C لمدة 5 ثوانٍ)، وإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (260°C لمدة 5 ثوانٍ)، وإعادة التدفق بالطور البخاري (215°C لمدة 3 دقائق). الالتزام بهذه الحدود الزمنية-الحرارية أمر بالغ الأهمية لمنع تشقق العبوة أو مشاكل في وصلة اللحام.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند Ta=25°C و IF=20mA، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من 710.0 ميلكانديلا (الحد الأدنى) إلى 2000.0 ميلكانديلا (النموذجي). هذه هي السطوع الملحوظ لمصدر الضوء كما يقيسه مستشعر تمت تصفيته لمطابقة استجابة العين البشرية الضوئية (منحنى CIE). تعتمد الشدة الفعلية لوحدة معينة على رمز التصنيف الخاص بها.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):25 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور (0°). تشير زاوية 25 درجة إلى نمط حزمة ضوئية مركز نسبيًا، وهي سمة مميزة لعدسة القبة المصممة لشدة محورية أعلى.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λP):530 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية في أقصى حد. إنها خاصية فيزيائية لمادة InGaN.
• الطول الموجي السائد (λd):525 نانومتر (نموذجي عند IF=20mA). هذا مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي الذي يصف بشكل أفضل اللون الملحوظ للضوء. إنها المعلمة الرئيسية لتحديد اللون.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):35 نانومتر (نموذجي). يقيس هذا عرض النطاق الترددي للطيف المنبعث عند نصف قوته القصوى. قيمة 35 نانومتر شائعة لصمامات LED الخضراء من نوع InGaN وتشير إلى لون أخضر نقي بشكل معتدل.
• الجهد الأمامي (VF):2.80 فولت (الحد الأدنى)، 3.20 فولت (النموذجي)، 3.60 فولت (الحد الأقصى) عند 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر الصمام عند التشغيل. يتم التحكم في تباينه من خلال نظام تصنيف الجهد.
• التيار العكسي (IR):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند VR=5V. تيار تسرب صغير تحت انحياز عكسي.
• السعة (C):40 بيكوفاراد (نموذجي) عند VF=0V، f=1MHz. يمكن أن تكون سعة التقاطع هذه ذات صلة في تطبيقات التبديل عالية التردد.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز صمامات LED إلى فئات أداء. يستخدم LTST-C930TGKT نظام تصنيف ثلاثي الأبعاد.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي

يتم فرز الوحدات بناءً على جهدها الأمامي (VF) عند 20 مللي أمبير. تتوافق رموز التصنيف (D7، D8، D9، D10) مع نطاقات جهد محددة بتحمّل ±0.1 فولت لكل فئة. على سبيل المثال، سيكون لصمام LED من فئة D8 جهد VF بين 3.00 فولت و 3.20 فولت. يسمح هذا للمصممين باختيار صمامات LED ذات انخفاض جهد متطابق للدوائر التي يكون فيها تنظيم التيار أمرًا بالغ الأهمية، خاصة عند توصيل عدة صمامات LED على التوازي.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة

يمكن القول إن هذه هي الفئة الأكثر أهمية لاتساق السطوع. تحدد الفئات (V، W، X، Y) قيم الحد الأدنى والحد الأقصى لشدة الإضاءة، كل منها بتحمّل ±15%. على سبيل المثال، يحتوي صمام LED من فئة 'W' على شدة بين 1120.0 ميلكانديلا و 1800.0 ميلكانديلا. يعد اختيار صمامات LED من نفس فئة الشدة أمرًا ضروريًا للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا موحدًا عبر عدة مؤشرات.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

يضمن هذا التصنيف اتساق اللون. تحدد الفئات (AP، AQ، AR) نطاقات الطول الموجي السائد (λd) بتحمّل ضيق يبلغ ±1 نانومتر. على سبيل المثال، سيكون لصمام LED من فئة 'AQ' طول λd بين 525.0 نانومتر و 530.0 نانومتر. يضمن استخدام صمامات LED من نفس فئة الطول الموجي درجة لون أخضر متسقة عبر المنتج.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى رسوم بيانية محددة في ورقة البيانات (الشكل 1، الشكل 6)، فإن آثارها قياسية. منحنىشدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأماميسيظهر علاقة شبه خطية عند التيارات المنخفضة، تميل إلى أن تصبح دون خطية عند التيارات الأعلى بسبب انخفاض الكفاءة والتسخين. منحنىالجهد الأمامي مقابل التيار الأمامييظهر خاصية تشغيل أسية، ويستقر في منطقة التشغيل. منحنىشدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطةأمر بالغ الأهمية؛ يُظهر عادةً معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أن ناتج الضوء ينخفض مع زيادة درجة حرارة التقاطع. وهذا يعزز أهمية إدارة الحرارة وتخفيض التيار. منحنىالتوزيع الطيفي(الذي يُشار إليه بـ λP و Δλ) سيظهر شكلًا يشبه غاوسيًا متمركزًا حول 530 نانومتر.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

يتوافق الجهاز مع بصمة قياسية لصمام LED SMD. تتضمن ورقة البيانات رسومات أبعاد مفصلة للعبوة (جميعها بالمليمتر) بتحمّل عام يبلغ ±0.10 مم. تشمل الميزات الميكانيكية الرئيسية هندسة عدسة القبة وعلامة تحديد الكاثود. يتم توفير تخطيط وسادة اللحام المقترح لضمان حشوة لحام موثوقة ومحاذاة صحيحة أثناء إعادة التدفق. يتم تحديد القطبية بوضوح على الجهاز، عادةً بشق أو نقطة خضراء على جانب الكاثود، والتي يجب مراعاتها أثناء التجميع لمنع الاتصال العكسي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملفات لحام إعادة التدفق

توفر ورقة البيانات ملفين مقترحين لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR): أحدهما لعمليات لحام SnPb القياسية والآخر للعمليات الخالية من الرصاص (مثل SnAgCu). يؤكد كلا الملفين على التسخين التدريجي المتحكم فيه، ومنطقة تسخين مسبق/نقع كافية لتفعيل المادة المساعدة على اللحام ومعادلة درجة حرارة اللوحة، ووقت محدد فوق نقطة الانصهار (TAL)، ودرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260°C، وتبريد تدريجي متحكم فيه. يمنع اتباع هذه الملفات الصدمة الحرارية للعبوة الإيبوكسية والشريحة شبه الموصلة.

6.2 التخزين والتعامل

صمامات LED هي أجهزة حساسة للرطوبة. إذا تم إزالتها من عبوة الحاجز الرطوبي الأصلية، فيجب لحامها بإعادة التدفق في غضون أسبوع واحد. للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، يجب تخزينها في بيئة جافة (على سبيل المثال، حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو مجفف نيتروجين). إذا تعرضت للرطوبة المحيطة لأكثر من أسبوع، فمن المستحسن تجفيفها عند حوالي 60°C لمدة 24 ساعة قبل اللحام لطرد الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفشار\" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

يجب استخدام مواد التنظيف المحددة فقط. يوصى باستخدام كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو الكحول الإيثيلي. يجب غمر الصمام في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية القاسية أو غير المحددة أن تتلف مادة عدسة الإيبوكس، مما يسبب تعكرًا أو تشققًا.

7. معلومات التعبئة والطلب

التعبئة القياسية هي 1500 قطعة لكل ملف بقطر 7 بوصات، مع المكونات على شريط ناقل بارز بعرض 8 مم. يحتوي الشريط على شريط غطاء لإغلاق الجيوب الفارغة. الحد الأدنى لكمية الطلب للبكرات المتبقية هو 500 قطعة. تتوافق التعبئة مع معايير ANSI/EIA-481-1-A. يتبع رقم الجزء LTST-C930TGKT نفسه مخطط ترميز داخلي محتمل حيث قد يشير 'LTST' إلى عائلة المنتج، و'C930' إلى السلسلة/العبوة المحددة، و'TG' يشير إلى اللون (أخضر) ونوع العدسة، و'KT' قد يشير إلى التصنيف أو متغير آخر.

8. توصيات تصميم التطبيق

8.1 تصميم دائرة القيادة

اعتبار حرج:صمامات LED هي أجهزة تعمل بالتيار، وليس بالجهد. الطريقة الأكثر موثوقية لتشغيل صمام LED هي باستخدام مصدر تيار ثابت. في دائرة بسيطة تعمل بالجهد، فإن المقاوم المحدد للتيار على التوالي هوإلزامي تمامًا. توصي ورقة البيانات بشدة باستخدام مقاوم منفصل لكل صمام LED عند توصيل عدة وحدات على التوازي (النموذج الدائري أ). لا يُنصح باستخدام مقاوم واحد لعدة صمامات LED متوازية (النموذج الدائري ب) لأن الاختلافات الصغيرة في خاصية الجهد الأمامي (VF) بين صمامات LED الفردية ستسبب اختلالًا كبيرًا في تقاسم التيار، مما يؤدي إلى سطوع غير متكافئ وإجهاد محتمل للصمام ذو أقل VF.

8.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

صمام LED عرضة للتلف من التفريغ الكهروستاتيكي. يجب تنفيذ ضوابط ESD مناسبة في بيئة التعامل والتجميع: استخدام أساور المعصم والأسطح العاملة المؤرضة، واستخدام معادلات الأيونات لتحييد الشحنات الساكنة التي يمكن أن تتراكم على العدسة البلاستيكية، والتأكد من أن جميع المعدات مؤرضة بشكل صحيح.

8.3 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (76 ملي واط كحد أقصى)، إلا أن التبريد الفعال من خلال وسادات PCB مهم للحفاظ على أداء الصمام وعمره الافتراضي. يجب تطبيق منحنى التخفيض (0.25 مللي أمبير/°C فوق 50°C) في التصاميم التي يُتوقع أن تكون فيها درجة الحرارة المحيطة حول الصمام مرتفعة. يضمن توفير مساحة نحاسية كافية حول وسادات اللحام على PCB تبديد الحرارة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يكمن التمييز الأساسي لـ LTST-C930TGKT في جمعه بين عدسة القبة وتقنية InGaN للضوء الأخضر. مقارنةً بصمامات LED ذات العدسات المسطحة، توفر القبة شدة إضاءة محورية أعلى وزاوية رؤية أكثر تحكمًا. مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل فوسفيد الغاليوم (GaP) للأخضر، تقدم InGaN سطوعًا وكفاءة أعلى بكثير. إن توافقها مع عمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص (Pb-free) يجعلها مناسبة للتصنيع الإلكتروني الحديث المتوافق مع RoHS.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام مباشرة من مصدر طاقة 5 فولت؟

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي. مع جهد أمامي نموذجي يبلغ 3.2 فولت عند 20 مللي أمبير، باستخدام قانون أوم (R = (Vsupply - Vf) / If)، ستكون قيمة المقاوم (5V - 3.2V) / 0.02A = 90 أوم. سيكون المقاوم القياسي 91 أو 100 أوم مناسبًا، ويجب أن تكون قدرته المقدرة على الأقل I^2 * R = (0.02^2)*90 = 0.036 واط، لذا فإن مقاوم 1/10 واط أو 1/8 واط كافٍ.

س: لماذا تُعطى شدة الإضاءة كنطاق (710-2000 ميلكانديلا)؟

ج: هذا هو الانتشار العام للمواصفات. يتم فرز وحدات الإنتاج الفعلية إلى فئات أضيق (V، W، X، Y). لسطوع متسق في تصميمك، حدد فئة الشدة المطلوبة عند الطلب.

س: ماذا يحدث إذا تجاوزت الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي المستمر البالغ 20 مللي أمبير؟

ج: التشغيل فوق 20 مللي أمبير باستمرار سيزيد من درجة حرارة التقاطع إلى ما بعد الحدود الآمنة، مما يسرع من تدهور اللومن (يخفت الصمام بمرور الوقت) وقد يتسبب في فشل كارثي. صمم دائرة القيادة دائمًا لتحديد التيار إلى القيمة المقدرة أو أقل، خاصة في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة.

11. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة بعشرة صمامات LED خضراء موحدة السطوع.

1. تصميم الدائرة:استخدم مصدر جهد منظم (مثل 5 فولت). ضععشرة مقاومات محددة للتيار منفصلة، واحدة على التوالي مع كل صمام LED. لا تشارك مقاومًا واحدًا بين عدة صمامات LED.

2. اختيار المكونات:اطلب جميع صمامات LED مننفس فئة شدة الإضاءة(على سبيل المثال، جميعها من فئة 'W') ومننفس فئة الطول الموجي السائد(على سبيل المثال، جميعها من فئة 'AQ') لضمان سطوع ولون موحدين. فئة الجهد الأمامي أقل أهمية هنا لأن كل صمام LED له مقاومته الخاصة.

3. تخطيط PCB:اتبع أبعاد وسادة اللحام المقترحة من ورقة البيانات. قم بتضمين وصلة تخفيف حراري صغيرة لوسادات الكاثود/الأنود إذا كانت متصلة بمساحات نحاسية كبيرة، للمساعدة في اللحام.

4. التجميع:اتبع ملف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الخالي من الرصاص الموصى به. تأكد من أن منطقة التجميع لديها ضوابط ESD.

5. النتيجة:لوحة مؤشرات موثوقة ومظهر احترافي بلون وسطوع متسقين عبر جميع الصمامات العشرة.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

صمام LED هو ثنائي تقاطع شبه موصل من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة. في الثنائي السيليكوني القياسي، تُطلق هذه الطاقة بشكل أساسي كحرارة. في شبه موصل ذي فجوة نطاق مباشرة مثل InGaN، يتم إطلاق جزء كبير من طاقة الاتحاد هذه كفوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) المحدد للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة. تسمح سبائك إنيديوم جاليوم نيتريد (InGaN) للمهندسين بضبط فجوة النطاق هذه لإنتاج ضوء في الأجزاء الزرقاء والخضراء وفوق البنفسجية من الطيف. تعمل عدسة الإيبوكس على شكل قبة المحيطة بالشريحة على حمايتها وتشكيل خرج الضوء، مما يحسن كفاءة الاستخراج ويحدد زاوية الرؤية.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر مجال تكنولوجيا LED، وخاصة للانبعاث الأخضر، في التطور. تشمل الاتجاهات الرئيسية:

- زيادة الكفاءة (لومن لكل واط):يهدف البحث المستمر في علوم المواد إلى تقليل \"انخفاض الكفاءة\" في صمامات LED من نوع InGaN، خاصة لأطوال الموجات الخضراء، والتي كانت تاريخيًا أقل كفاءة من الأزرق أو الأحمر.

- اتساق اللون والتصنيف:تؤدي التطورات في النمو الطبقي والتحكم في التصنيع إلى توزيعات معلمات جوهرية أكثر ضيقًا، مما يقلل من الانتشار داخل الفئات والحاجة إلى فرز مكثف.

- التصغير:يستمر السعي نحو إلكترونيات أصغر وأكثر كثافة في دفع صمامات LED نحو بصمات عبوات أصغر مع الحفاظ على ناتج الضوء أو تحسينه.

- الموثوقية والعمر الافتراضي:تطوير مواد العبوة، وطرق تثبيت الشريحة، وتكنولوجيا الفسفور (لصمامات LED البيضاء) يطيل العمر التشغيلي والأداء في ظل الظروف البيئية القاسية.